“analisis comparativo entre un sistema de iluminacion...

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL ZACATENCO

INGENIERÍA ELECTRICA

“ANALISIS COMPARATIVO ENTRE UN SISTEMA DE ILUMINACION COVENCIONAL

Y UNO UTILIZANDO TECNOLOGIA DE LEDS, APLICADO A INTERIORES.”

TRABAJO TERMINAL:

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO ELECTRICISTA PRESENTAN:

C. Mier Vargas Eleazar C. Jiménez Rivera Maricela C. Viveros Vázquez Arquímedes

México D.F. Noviembre, 2007

ANALISIS COMPARATIVO ENTRE UN SISTEMA DE ILUMINACION COVENCIONAL Y UNO UTILIZANDO TECNOLOGIA DE LEDS, APLICADO

A INTERIORES.

RESUMEN

El presente trabajo de tesis está orientado, a hacer un análisis entre un

sistema convencional o tradicional de iluminación, es implementando lámparas

incandescentes o lámparas fluorescentes o ahorradoras y un sistema de

iluminación empleando lámparas LEDS, este con el fin de determinar que tan

conveniente es instalar este último, así como conocer en que tanto la calidad

de la energía eléctrica se ve afectada, ya que en un sistema de iluminación

tradicional la calidad esta en la onda senoidal de corriente es afectada en cierta

medida, esto debido a que su construcción depende de dispositivos

electrónicos.

Para desarrollar la comparación es necesario ubicarnos desde los

sistemas de distribución de energía eléctrica, el cual es el contexto en donde

nos compete analizar debido a que este nos lleva al sistema de iluminación, por

lo tanto es conveniente definir y conocer los elementos que lo constituyen.

La calidad de la energía es afectada por las lámparas ahorradoras, esta

es por que su construcción está compuesta de elementos electrónicos, los

cuales inyectan armónicas al sistema de distribución; las armónicas son

clasificadas dependiendo al múltiplo de la onda senoidal de tensión o corriente,

las lámparas proporcionan armónicas de un múltiplo de tres, es decir la tercer

armónica.

El sistema de iluminación se ha venido modificando esto con el objetivos

de disminuir el consumo de energía eléctrica, en un principio fueron instaladas

lámparas incandescentes, después fueron sustituidas por lámparas

ahorradoras o fluorescentes, aunque en la actualidad aún son empleadas las

lámparas incandescentes, pero en menos proporción. En la actualidad se están

implementando nuevas tecnologías, que además que permiten un ahorro de

energía mayor a las ahorradoras, proporcionan una distorsión menor en la

onda senoidal de corriente y una mayor eficiencia, tal es el caso de las

lámparas de LEDS.

Para realizar el análisis comparativo entre un sistema de iluminación

convencional y uno utilizando tecnología LEDS aplicado en interiores es

necesario realizar diferentes tipos de pruebas que nos ayuden a determinar la

factibilidad de cada sistema en este caso se realizaron dos pruebas que son las

siguientes:

� Obtención de la curva de distribución para los diferentes tipos de

lámparas.

� Efectos de una lámpara mediante la variación de tension.

Esto para conocer si es conveniente y rentable el empleo en un sistema de

iluminación el utilizar tecnología LEDS, esto con el fin de mejorar la calidad de

energía y asimismo el ahorro de energía.


Escuela Superior De Ingeniería Mecánica Y Eléctrica

CONTENIDO

Pag.

I.- INTRODUCCIÒN. VII

II.- JUSTIFICACIÒN. VIII

III.- HIPOTESIS. IX

IV.- OBJETIVO GENERAL. X

V.- OBJETIVOS PARTICULARES. XI

CAPÍTULO 1.- SISTEMA ELÉCTRICO DE DISTRIBUCIÓN.

1.1 Definición de los sistemas de distribución. 18

1.2 Clasificación de los sistemas de distribución. 18

1.2.1 Sistemas aéreos. 18

1.2.2 Sistemas subterráneos. 19

1.2.3 Sistemas mixtos. 20

1.3 Principales componentes de los sistemas de distribución. 20

1.3.1 Alimentadores primarios de distribución. 21

1.3.2 Transformadores de distribución. 23

1.3.3 Alimentadores secundarios. 25

1.3.4 Acometidas. 25

1.4 Elementos secundarios de los sistemas de distribución. 26

1.4.1 Cuchillas. 26

1.4.2 Reactores. 26

1.4.3 Interruptores. 26

1.4.4 Capacitores. 26

1.4.5 Fusibles. 27

1.4.6 Restauradores. 27

1.5 Factores que intervienen en el diseño de un sistema de distribución. 29

1.5.1 Seguridad. 29

“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores.



III

1.5.2 Confiabilidad. 29

1.5.3 Costo. 30

1.5.4 Nivel y características devoltaje. 30

1.5.5 Mantenimiento. 30

1.5.6 Flexibilidad de servicio. 30

1.5.7 Factor de demanda. 31

1.5.8 Factor de carga. 31

1.5.9 Factor de diversidad. 31

1.5.10 Demanda máxima. 31

CAPITULO 2.- CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA.

2.1 Calidad de la energía eléctrica. 33

2.2 Distorsión de la forma de onda. 35

2.2.1 Armónicas 36

2.2.1.1 Perturbaciones armónicas 37

2.2.2 Medición de las armónicas. 40

2.2.2.1 Factor de potencia (Fp). 41

2.2.2.2 Factor de cresta (F.C.) 41

2.2.2.3 Potencia activa (P). 42

2.2.2.4 Potencia reactiva (Q). 42

2.2.2.5 Potencia de distorsión (D). 42

2.2.2.6 Tasa de distorsión de armónicas. 43

2.2.2.7 Tasa de distorsión armónica de tensión (THDV). 44

2.2.2.8 Tasa de distorsión armónica de corriente (THDI). 44

2.2.3 Interarmónicas. 45

2.2.4 Flicker (parpadeo de las fuentes luminosas). 45

2.2.4.1 Orígenes del Flicker. 46

2.2.4.1.1 Hornos de arco. 46

2.2.4.1.2 Mal funcionamiento en los sistemas de iluminación. 47

“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando

Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores.



IV

2.2.5 Notching. 48

2.2.6 Ruido. 48

2.3 Soluciones generales. 49

CAPITULO 3.- SISTEMAS DE ILUMINACIÓN.

3.1 Clasificación de las fuentes de luz artificial. 54

3.2 Fuentes luminosas. 56

3.2.1 Lámparas incandescentes. 56

3.2.2 Lámparas incandescentes halógenas. 58

3.2.3 Lámparas infrarrojas. 58

3.2.3.1 Aplicaciones. 59

3.2.3.2 Casquillos 60

3.2.3.3 Filamentos. 60

3.2.3.4 Bulbos de lámparas incandescentes. 63

3.2.3.5 Base mecánica. 63

3.2.3.6 Energía espectral de las lámparas incandescentes. 64

3.3 Lámparas fluorescentes. 65

3.3.1 Ventajas y desventajas. 66

3.3.2 Tipos. 66

3.3.3 Lámparas fluorescentes compactas 68

3.3.4 Métodos de encendido. 70

3.4 Características a destacar de una lámpara. 74

3.4.1 Sobretensión y sobreintensidad. 74

3.4.2 Efecto estroboscópico. 76

3.4.3 Cuestiones visuales. 77

3.4.3.1 Nivel de iluminación o iluminancia. 77

3.4.3.2 Luminancia o brillo. 77

3.4.3.3 El color. 79

3.4.3.4 Rendimiento en el color. 80

“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno Utilizando Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores.



V

3.4.3.5 La temperatura de color. 81

3.5 Fuentes de luz y aplicaciones especiales. 84

3.5.1 Iluminación de interiores. 84

3.5.1.1 Deslumbramiento. 84

3.5.1.2 Lámparas y luminarias. 85

3.5.1.3 El color. 87

3.5.1.4 Apariencia de color. 88

3.5.1.5 Rendimiento en color. 89

3.5.1.6 Apariencia de color y rendimiento en color (CIE). 90

3.5.1.7 Influencia de color en el ambiente. 90

3.5.1.8 Sistemas de alumbrado. 91

3.5.1.9 Métodos de alumbrado. 92

3.5.1.10 Niveles de iluminación recomendados. 94

3.5.1.11 Iluminancias recomendadas según la actividad

y el tipo de local. 94

3.5.1.12 Depreciación de eficiencia luminosa y

Mantenimiento. 95

3.6 Que es un LED. 95

3.7 Historia de los LEDS. 96

3.8 Partes de un LED. 98

3.9 Como funcionan los LEDS. 99

3.10 Rasgos y ventajas de los LEDS. 99

3.11 Uso de los LEDS. 100

3.11.1 Iluminación decorativa. 100

3.11.2 La limpieza. 101

3.12 Perspectivas futuras. 102

3.13 Tecnología LED como fuente de iluminación. 102

3.14 Iluminación de interiores. 103


Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores



VI

3.14.1 System Tread. 103

3.14.2 System Muro. 104

CAPITULO 4.- ANALISIS COMPARATIVO ENTRE UN SISTEMA DE ILUMINACION COVENCIONAL Y UNO UTILIZANDO TECNOLOGIA DE LEDS, APLICADO A INTERIORES.

4.1 Obtención de curva de distribución para diferentes tipos de lámpara. 107

4.1.1 Resultados obtenidos. 114

4.2 Efectos de una lámpara mediante la variación de tension. 120

4.2.1 Resultados Obtenidos. 122

4.3 Lecturas y graficas de la onda senoidal de tension y corriente y los efectos

de la variación de tension de los diferentes tipos de lámparas. 123

4.4 Resultados obtenidos de los cálculos de los efectos de la variación de

tensión. 153

4.5 Análisis comparativo de vida útil y costos de las lámparas. 156

GLOSARIO

INDICE DE TABLAS Y FIGURAS

REFERENCIAS

“ Análisis Comparativo Entre Un Sistema De Iluminación Convencional Y Uno UtilizandoTecnología De

Leds, Aplicado A Interiores



VII

INTRODUCCION

Los actuales sistemas de iluminación basados en lámparas

incandescentes y lámparas fluorescentes junto a la implementación de

balastros electrónicos en estas últimas, han aumentado en gran cantidad la

inyección de armónicos al sistema eléctrico, es por eso que nos vemos en la

necesidad de buscar nuevos métodos para disminuir los armónicos en el

sistema y mejorar la calidad de la energía y que nos permita además un ahorro

en la facturación de nuestro recibo de consumo; tal es el caso de los nuevos

dispositivos basados en LEDS.

Existe una gran variedad de leds, tanto en tipo, forma, tamaño,

características ópticas, características eléctricas, etc. Por lo que es muy fácil el

LED idóneo para diseñar dispositivos de iluminación personalizados con

especificaciones exactas a los requerimientos de la aplicación.

El uso cada dia más generalizado de los Leds nos da opcion para

integrarlos en mayores aplicaciones de alumbrado general, ya los encontramos

en señalizaciones tanto de trafico como comercial, es natural que dia con dia

las aplicaciones se vallan multiplicando, por lo mismo y gracias a todas sus

bondades su campo de aplicación crece constantemente, es claro que con los

consumos de energía, tamaño y color el futuro de los LEDS es

espectacularmente amplio.


Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores.



VIII

JUSTIFICACIÓN

El incremento de la demanda de energía eléctrica en los últimos años ha

provocado que surja la necesidad del ahorro de energía, pues los recursos

naturales empleados para la generación de energía en su mayoría son del tipo

no renovable, el área de iluminación es la parte del sistema de distribución en

donde se ha puesto más énfasis en el ahorro de energía tanto para el área

industrial, residencial y comercial, esta última la llevamos de forma más

específica al uso en interiores que es el contexto en donde hay una mayor

demanda de energía. Es por este motivo que se deben implementar

dispositivos que brinden ahorro de energía y al mismo tiempo ayuden a mejorar

la calidad de la energía, sin dejar a un lado los parámetros que se deben

cumplir para la iluminación, según el área a iluminar.

En la actualidad se han implementado lámparas ahorradoras o

compactas, que permiten satisfacer la necesidad de ahorro de energía,

cumpliendo con los parámetros de iluminación; pero su instalación afecta a la

calidad de la energía, porque depende del uso de balastros, los cuales

provocan distorsiones en la onda senoidal de tension y corriente.

Recientemente se pretende implementar la instalación de un sistema de

iluminación por medio de leds, los cuales permiten un mayor ahorro de energía

que las lámparas convencionales.





IX

HIPOTESIS.

La aplicación de un sistema de iluminación por medio de leds, permitirá

obtener ahorro de energía y la calidad se verà afectada, debido a que su

construcción es a base de dispositivos electrónicos, los cuales son necesarios

para el funcionamiento de dicha tecnología. Pero es más conveniente que un

sistema de iluminación tradicional, porque esté emplea menos dispositivos

electrónicos que son los que provocan distorsión en la onda senoidal de

corriente y de tension, las cuales son conocidas como armonicas.

El análisis de costo beneficio de un sistema de iluminación por medio de

LEDS, permitirá determinar si es una buena opción para el ahorro y calidad de

la energía.





X

OBJETIVO GENERAL

Analizar que tan conveniente y rentable es el empleo en un sistema de

iluminación el utilizar tecnología de leds, con el fin de mejorar la calidad de la

energía en la iluminación de interiores y de esta forma determinar si es posible

sustituir el sistema de iluminación tradicional; en este último la calidad se ve

afectada por el empleo de balastros, debido a que estos son dispositivos

electrónicos y, la frecuencia se ve afectada por la presencia de armónicas.





XI

OBJETIVOS PARTICULARES

• Conocer que tan factible es implementar este tipo de tecnología.

• Conocer la problemática, en cuanto a calidad de la energía con la

instalación de esta tecnología.

• Comparar las ventajas y desventajas de los sistemas de iluminación

tradicionales contra los basados en LEDS.

• Conocer las curvas de distribución tanto de las lámparas convencionales

como de las lámparas de LEDS.

• Desarrollar un análisis de costo-beneficio, al implementar tecnología de

LEDS.





XII

PIRÁMIDE CONCEPTUAL

ESTUDIO DE

FACTIBILIDAD DE COSTO

ÁREA DE ESTUDIO Y

APLICACIÓN: USO EN INTERIORES

SISTEMA DE SISTEMA DE ILUMINACIÓN ILUMINACIÓN TRADICIONAL BASADA EN LED (BALASTROS) (CONVERTIDORES)

SISTEMA DE ILUMINACION

SISTEMAS ELÉCTRICOS DE DISTRIBUCIÓN

CALIDAD DE LA ENERGIA

(Dispositivos Electrónicos)



XIII

SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN

Esta es la área del sistema eléctrico que se va analizar, la cual le

compete más al usuario, es por ello que debe de centrase en este contexto

para poder obtener beneficios y el fundamental que es la continuidad del

servicio eléctrico

CALIDAD DE LA ENERGIA

En cuanto a calidad se deben considerar varios aspectos, ya que como

anteriormente se menciono, no se cuenta con balastros, pero será necesario

emplear convertidores, los cuales son también elementos electrónicos, pero

hay que desarrollar un análisis más detallado, el cual nos pueda determinar

cual serían severos, si las distorsiones por medio de convertidores o por

balastros. La calida de la energía debe considerar, para poder mantener la

continuidad del servicio eléctrico.

SISTEMA DE ILUMINACIÒN

Es un conjunto de elementos interconectados (luminarias, lámparas,

etc.), cuya finalidad es iluminar determinada área, de trabajo.

SISTEMA DE ILUMINACIÒN TRADICIONAL

Este sistema, consiste el emplear lámparas y elementos que integren

una luminaria, que ya se han ido empleando de elementos, ya vendidos en el

mercado, es decir con lámparas ya conocidas, como son: incandescentes, de

vapor de sodio y de vapor de mercurio, ambas de alta y baja presión, mixtas

entre otras, las cuales proporcionan ahorro de energía.





XIV

Para la mayoría de estas es necesario el empleo de un balastro, el cual es un

elemento electrónico el cual suministra armónicos a la red, lo cual provoca

que no exista calidad de energía en el suministro de energía, por dicho

motivo es necesario buscar nuevas alternativas que además de permitir el

ahorro de energía, no se vea afectada la calidad de ala energía.

SISTEMA DE ILUMINACIÒN BASADO EN LEDS

Este tipo de iluminación esta basado en leds los cuales proporcionan

ahorro de energía para estos no se tiene la necesidad de emplear balastros,

pero será necesario instalar convertidores que permitan transformar la corriente

alterna que proporciona la compañía suministradora, en corriente continua con

la cual funcionan los ledas; este tipo de tecnología no ha sido aplicada en

nuestro país en oficinas, solo se empleado en semáforos es por ello que se

debe analizar en otros lugares del mundo donde ya hallase ya desarrollado. Y

de esta forma analizar si es o no conveniente instalar en nuestro país este tipo

de iluminación, hay que considerar que aunque hay que instalar convertidores

son en menor cantidad que los balastros instalados en un sistema de

iluminación tradicional, otras consideraciones a tomar es que el mantenimiento

de los leds es menor, y el ahorro de energía es mayor en comparación con el

sistema tradicional.





XV

ÁREA DE APLICACIÓN: INTERIORES

Esta es el área la cual va a ser analizado, ya que esta es una en las cual

es más empleada la iluminación, ya que en esta, es donde la mayor parte del

día esta iluminada, y es por ello que es aquí donde se debe emplear el ahorro

de energía en el aspecto de iluminación.

Hay que considerar al mismo tiempo que es aquí donde se tienen más

aparatos electrónicos que pueden proporcionar armónicos.

ANALISIS DE COSTO BENEFICIO

Es necesario que para determinar si es factible o no la instalación de

este tipo de sistema de iluminación es necesario determinar si los costos, son

convenientes si se considera los beneficio. Aunque no se emplean balastros

para obtener una buena curva de distribución del flujo luminoso es necesario el

empleo de difusores, los cuales son de gran costo, además de que es el

funcionamiento de las lámparas leds, es necesario contar con una fuente de

alimentación de corriente directa, de cual no se cuenta en el país, ya que el

servicio eléctrico, es en corriente alterna, por lo cual será necesario emplear

convertidores, lo cual provocará un gasto más, además de que no hay que

olvidar que los convertidores, también son elementos electrónicos pero se

emplearan menos dispositivos, y el mantenimiento de los leds será menor,

ocuparán menos espacio, el ahorro de energía es mayor y si el costo de la

compra de convertidores será menor a largo tiempo. En análisis permite

determinar que es muy conveniente instalar este tipo de tecnología, y es mejor

que el sistema tradicional.





XVI

Para realizar el análisis comparativo entre un sistema de iluminación

convencional y uno utilizando tecnología LEDS aplicado en interiores es

necesario realizar diferentes tipos de pruebas que nos ayuden a determinar la

factibilidad de cada sistema en este caso se realizaron dos pruebas que son las

siguientes:

� Obtención de la curva de distribución para los diferentes tipos de

lámparas.

� Efectos de una lámpara mediante la variación de tension.

Esto para conocer si es conveniente y rentable el empleo en un sistema de

iluminación el utilizar tecnología LEDS, esto con el fin de mejorar la calidad de

energía y asimismo el ahorro de energía.






Tecnología De Leds, Aplicado A Interiores. ”

17

CAPITULO 1

SISTEMA ELÉCTRICO DE DISTRIBUCIÓN.





18

1.1 DEFINICIÓN DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN

¿Qué es lo que en realidad significa el término sistemas de distribución?

Se define como el conjunto de instalaciones desde 120 V hasta

tensiones de 34.5 kV encargadas de entregar la energía eléctrica a los usuarios

a los niveles de tensión normalizados y en las condiciones de seguridad

exigidas por los reglamentos.

1.2 CLASIFICACION DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCION

En función de su construcción estos se pueden clasificar en:

- Sistemas aéreos.

- Sistemas subterráneos.

- Sistemas mixtos.

1.2.1 Sistemas aéreos: estos sistemas por su construcción se caracterizan por

su sencillez y economía, razón por la cual su utilización está muy generalizada.

Se emplean principalmente para:

1.- Zonas urbanas con:

a) Carga residencial

b) Carga comercial

c) Carga industrial

2- Zonas rurales con:

a) Carga doméstica

b) Carga de pequeñas industrias





19

Los sistemas aéreos están constituidos por transformadores, cuchillas,

apartarrayos, cortacircuitos fusibles, cables desnudos, etc. Los que se instalan

en postes o estructuras de distintos materiales.

La configuración mas sencilla para los sistemas aéreos es del tipo

arbolar, la cual consiste en conductores desnudos de calibre grueso en el

principio de la línea y de menor calibre en las derivaciones a servicios o al final

de la línea. Cuando se requiere una mayor flexibilidad y continuidad del servicio

es posible utilizar configuraciones más elaboradas.

Los movimientos de carga se llevan a cabo con juegos de cuchillas de

operación con carga, que son instaladas de manera conveniente para efectuar

maniobras tales como: trabajos de emergencia, ampliaciones del sistema,

conexión de nuevos servicios, etc. En servicios importantes tales como:

Hospitales, edificios públicos, fábricas que por la naturaleza de su

proceso de producción no permiten la falta de energía eléctrica en ningún

momento; se instalan dos circuitos aéreos, los cuales pueden pertenecer a la

misma subestación de distribución, o de diferentes subestaciones, esto se

realiza independientemente a que la mayoría de estos servicios cuentan con

plantas de emergencia con capacidad suficiente para alimentar sus áreas más

importantes.

1.2.2 Sistemas subterráneos: Estos sistemas se construyen en zonas

urbanas con alta densidad de carga y fuertes tendencias de crecimiento,

debido a la confiabilidad de servicio y la limpieza que estas instalaciones

proporcionan al paisaje. Naturalmente, este aumento en la confiabilidad y en la

estética involucra un incremento en el costo de las instalaciones y en la

especialización del personal encargado de construir y operar este tipo de

sistema.

Los sistemas subterráneos están constituidos por transformadores tipo

interior o sumergibles, cajas de conexión, interruptores de seccionamiento,

interruptores de seccionamiento y protección, cables aislados, etc. los que se





20

instalan en locales en interior de edificios o en bóvedas, registros y pozos

construidos en banquetas.

Los principales factores que se deben analizar al diseñar un sistema

subterráneo son:

* Densidad de carga

* Costo de la instalación

* Grado de confiabilidad

* Facilidad de operación

1.2.3 Sistemas mixtos: este sistema es muy parecido al sistema aéreo, siendo

diferente únicamente en que los cables desnudos sufren una transición a

cables aislados. Dicha transición se realiza en la parte alta del poste y el cable

aislado es alojado en el interior de ductos para bajar del poste hacia un registro

o pozo y conectarse con el servicio requerido.

Este tipo de sistema tiene la ventaja de eliminar una gran cantidad de

conductores, favoreciendo la estética del conjunto, disminuyendo notablemente

el número de fallas en el sistema de distribución y por ende aumentando la

confiabilidad del mismo.

1.3 PRINCIPALES COMPONENTES DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCION

Los principales elementos componentes de un sistema de distribución son:

a) Alimentadores primarios de distribución.

b) Transformadores de distribución.

c) Alimentadores secundarios.

d) Acometidas.

e) Equipo de medición.





21

1.3.1 Alimentadores Primarios De Distribución

Son los encargados de llevar la energía eléctrica desde las

subestaciones de potencia hasta los transformadores de distribución. Los

conductores van soportados en poste cuando se trata de instalaciones aéreas y

en ductos cuando se trata de instalaciones subterráneas.

Los componentes de un alimentador primario son:

* Troncal.

* Ramal.

* Troncal, es el tramo de mayor capacidad del alimentador que transmite la

energía eléctrica desde la subestación de potencia a los ramales. En los

sistemas de distribución estos conductores son de calibres gruesos 336, 556 y

hasta 795 MCM, ACSR (conductor de aluminio con alma de acero),

dependiendo del valor de la densidad de carga.

* Ramal, es la parte del alimentador primario energizado a través de un troncal,

en el cual van conectados los transformadores de distribución y servicios

particulares suministrados en media tensión. Normalmente son de calibre

menor al troncal.

Los alimentadores primarios normalmente se estructuran en forma

radial, en un sistema de este tipo la forma geométrica del alimentador semeja

la de un árbol, donde por el grueso del tronco, el mayor flujo de la energía

eléctrica se transmite por toda una troncal, derivándose a la carga a lo largo de

los ramales.

Los alimentadores primarios por el número de fases e hilos se pueden clasificar

en:

- Trifásicos tres hilos.

- Trifásicos cuatro hilos.





22

- Monofásicos dos hilos.

- Monofásicos un hilo.

- Los alimentadores primarios trifásicos con tres hilos requieren una menor

inversión inicial, en lo que a material del alimentador se refiere, sin embargo

debido a que estos sistemas de distribución tienen un coeficiente de

aterrizamiento mayor que uno trifásico cuatro hilos, permiten que los equipos

que se instalen en estos sistemas de distribución tengan niveles de aislamiento

mayores con costos mayores. Una característica adicional de estos sistemas

es que los transformadores de distribución conectados a estos alimentadores

son de neutro flotante en el lado primario.

Por lo que se refiere a detección de fallas de fase a tierra en estos

sistemas de distribución es más difícil detectar estas corrientes, en

comparación con los sistemas trifásicos cuatro hilos ya que al ser mayor la

impedancia de secuencia cero de los alimentadores, las corrientes de falla son

menores. Estos alimentadores se utilizan en zonas urbanas.

- Los alimentadores primarios trifásicos con cuatro hilos requieren una mayor

inversión inicial, ya que se agrega el costo del cuarto hilo (neutro) al de los tres

hilos de fase, sin embargo debido a que estos sistemas de distribución tienen

un coeficiente de aterrizamiento menor de la unidad, los equipos que se

conecten a estos alimentadores requieren de un menor nivel de aislamiento

con menor costo de inversión. Estos sistemas se caracterizan por que a ellos

se conectan transformadores con el neutro aterrizado a tierra en el devanado

primario y transformadores monofásicos cuya tensión primaria es la de fase a

neutro.

En estos sistemas de distribución es más fácil detectar las corrientes de

falla de fase a tierra ya que estos pueden regresar por el hilo neutro. Estos

alimentadores se utilizan en zonas urbanas.

- Los alimentadores primarios monofásicos de dos hilos se originan de

sistemas de distribución trifásicos, de hecho son derivaciones de alimentadores

trifásicos tres hilos que sirven para alimentar transformadores monofásicos que





23

reciben la tensión entre fases en el devanado primario. Este sistema de

distribución es usado en zonas rurales o en zonas de baja densidad.

- Los alimentadores primarios monofásicos de un hilo son derivaciones de

sistemas trifásicos que permiten alimentar transformadores monofásicos

usándose estos alimentadores en zonas rurales, debido a la economía que

representa en costo.

1.3.2 Transformadores De Distribución

Los transformadores de distribución son los equipos encargados de

cambiar la tensión primaria a un valor menor de tal manera que el usuario

pueda utilizarla sin necesidad de equipos e instalaciones costosas y peligrosas.

En si el transformador de distribución es la liga entre los alimentadores

primarios y los alimentadores secundarios.

La capacidad del transformador se selecciona en función de la magnitud

de la carga, debiéndose tener especial cuidado en considerar los factores que

influyen en ella, tales como el factor de demanda y el factor de coincidencia.

El número de fases del transformador es función del número de fases de

la alimentación primaria y del número de fases de los elementos que componen

la carga. En muchas ocasiones la política de selección del número de fases de

los transformadores de distribución que decida emplear una compañía, señala

el número de fases que deben tener los motores que se conecten en el lado

secundario de los transformadores, dictando así una política de desarrollo de

fabricación de motores en una cierta zona de un país o en un país entero.

La magnitud del porciento de impedancia de un transformador afecta la

regulación de la tensión y el valor de las corrientes de corto circuito que fluyen

por los devanados ante fallas en los alimentadores secundarios. A menores

valores de impedancia mayores valores de regulación y de corriente de corto

circuito; es por ello que el valor del porciento de impedancia se debe

seleccionar tratando de encontrar un punto económico de estos dos factores,

debiéndose tomar en cuenta que la calidad de tensión que se entrega a los





24

usuarios se puede variar con los cambiadores de derivación de que

normalmente se provee a un transformador.

La conexión del transformador trifásico es uno de los puntos de mayor

interés cuando se trata de seleccionar un transformador para un sistema de

distribución de energía eléctrica. Las opciones que se le presentan al ingeniero

que diseñara dicho sistema, son en forma general entre seleccionar

transformadores con neutro flotante o con neutro aterrizado. El transformador

con neutro flotante es una necesidad cuando el sistema primario es trifásico

tres hilos y el de neutro aterrizado cuando se trata de un sistema trifásico

cuatro hilos. Al utilizar transformadores conectados en delta en el lado primario

se disminuye el riesgo de introducir corrientes armónicas (magnitud sinusoidal

de frecuencia múltiplo de la frecuencia fundamental de la corriente o de la

tensión) de orden impar (especialmente en tercer orden) a los alimentadores

primarios y se incrementa el riesgo de tener sobretensiones por fenómenos de

ferrorresonancia (efecto producido en el núcleo cuando la fuerza electromotriz

tiene una frecuencia muy próxima a las oscilaciones libres que se producen en

el mismo) en el transformador. Estas sobretensiones se vuelven especialmente

críticas en sistemas subterráneos de distribución.





25

1.3.3 Alimentadores Secundarios

Los alimentadores secundarios distribuyen la energía desde los

transformadores de distribución hasta las acometidas a los usuarios.

En la mayoría de los casos estos alimentadores secundarios son

circuitos radiales, salvo en los casos de las estructuras subterráneas malladas

(comúnmente conocidas como redes automáticas) en las que el flujo de

energía no siempre sigue la misma dirección. Los alimentadores secundarios

de distribución, por el número de hilos, se pueden clasificar en:

1- Monofásico dos hilos.

2- Monofásico tres hilos.

3- Trifásico cuatro hilos.

Para conocer las ventajas técnicas y económicas inherentes a los

alimentadores secundarios de distribución se deben realizar estudios

comparativos que esclarezcan estos méritos y permitan seleccionar el sistema

de distribución más

1.3.4 Acometidas

Las acometidas son las partes que ligan al sistema de distribución de la

empresa suministradora con las instalaciones del usuario.

Las acometidas se pueden proporcionar a la tensión primaria (media

tensión) o la tensión secundaria (baja tensión), esto depende de la magnitud de

la carga que el usuario requiera ante la empresa suministradora.





26

1.4 ELEMENTOS SECUNDARIOS DE LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCION

Entre los elementos secundarios de una red de distribución se tienen:

1- Cuchillas.

2- Reactores.

3- Interruptores.

4- Capacitadores.

5- Fusibles.

6- Restauradores.

7- Seccionadores.

1.4.1 Las cuchillas son los elementos que sirven para seccionar o abrir

alimentadores primarios de distribución, su operación es sin carga y su

accionamiento de conectar y desconectar es por pértiga, abriendo o cerrando

las cuchillas una por una o en grupo según el tipo de la misma; su montaje en

poste puede ser horizontal o vertical.

1.4.2 Los reactores son dispositivos utilizados para introducir reactancia en

alimentadores primarios de distribución con el propósito de limitar la corriente

que fluye en un circuito, bajo condiciones de cortocircuito, se conectan en serie

con el alimentador.

1.4.3 Los interruptores, son dispositivos que permiten conectar o desconectar

con carga un alimentador primario de distribución, son instalados en poste o

estructura en juegos de tres interruptores, son operados en grupo con

mecanismo reciprocante de operación manual.

1.4.4 Los capacitores, son dispositivos cuya función primordial es introducir

capacitancia, corrigiendo el factor de potencia en alimentadores primarios de

distribución.





27

1.4.5 Los fusibles, son dispositivos de protección que interrumpen el paso de

la corriente eléctrica fundiéndose cuando el amperaje es superior a su valor

nominal, protegen transformadores de distribución y servicios interiores de

media tensión contra sobrecorriente y corriente de cortocircuito, van colocados

dentro del tubo protector del cortacircuito fusible.

1.4.6 Los restauradores, son equipos que sirven para reconectar

alimentadores primarios de distribución. Normalmente el 80 % de las fallas son

de naturaleza temporal, por lo que es conveniente restablecer el servicio en la

forma más rápida posible para evitar interrupciones de largo tiempo. Para estos

casos se requiere de un dispositivo que tenga la posibilidad de desconectar un

circuito y conectarlo después de fracciones de segundo.

Los restauradores son dispositivos autocontrolados para interrumpir y

cerrar automáticamente circuitos de corriente alterna con una secuencia

determinada de aperturas y cierres seguidos de una operación final de cierre ó

apertura definitiva.

En caso de que la falla no fuera eliminada, entonces el restaurador

opera manteniendo sus contactos abiertos. Los restauradores están diseñados

para interrumpir en una sola fase o en tres fases simultáneamente.

Los restauradores monofásicos tienen control hidráulico y los trifásicos

pueden estar controlados hidráulicamente ó electrónicamente.

Los siguientes requisitos son básicos para asegurar la efectiva operación

de un restaurador:

1- La capacidad normal de interrupción del restaurador deberá ser igual o

mayor de la máxima corriente de falla.

2- La capacidad normal de corriente constante del restaurador deberá ser igual

o mayor que la máxima corriente de carga.

3- El mínimo valor de disparo seleccionado deberá permitir al restaurador ser

sensible al cortocircuito que se presente en la zona que se desea proteger.





28

Los seccionadores, son elementos que no están diseñados para

interrumpir corrientes de cortocircuito ya que su función es el de abrir circuitos

en forma automática después de cortar y responder a un numero

predeterminado de impulsos de corriente de igual a mayor valor que una

magnitud previamente predeterminada, abren cuando el alimentador primario

de distribución queda desernegizado, tratándose de la desconexión de cargas

se puede hacer en forma manual.

En cierto modo el seccionador permite aislar sectores del sistema de

distribución llevando un conteo de las operaciones de sobrecorriente del

dispositivo de respaldo.

Es importante hacer notar que debido a que interrumpe corrientes de

corto circuito, no tienen una curva característica de tiempo-corriente por lo que

no intervienen en la coordinación de protecciones, pudiéndose instalar entre

dos dispositivos de protección.

Por su principio de operación el medio aislante de interrupción puede ser

aire, aceite o vació y en cuanto al control es similar al caso de los

restauradores o sea puede ser hidráulico, electrónico ó electromecánico.

Por lo general el registro de las sobretensiones se efectúa cuando la

corriente a través del seccionador cae bajo de un valor de alrededor del 40 %

de la corriente mínima con que se activa al seccionador.





29

1.5 FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL DISEÑO DE UN SISTEMA DE

DISTRIBUCION.

El diseño del sistema de distribución que abastece los componentes de

carga implica ciertas consideraciones básicas. Estas son:

� seguridad.

� Confiabilidad.

� Costo.

� nivel y característica de voltaje.

� facilidad de mantenimiento.

� Flexibilidad de servicio.

1.5.1 Seguridad. Abarca dos aspectos: protección de la vida y el equipo y la

propiedad. La protección de la vida es de máxima importancia y puede

realizarse mas eficazmente utilizando:

� Componentes eléctricos adecuados de alta calidad.

� Disposiciones de sistema adecuadas y fáciles de operar.

� Construcción con cubierta metálica e interbloqueo apropiado.

� Aislamiento apropiado o salvaguarda de conductores energizados.

� Conexión a tierra del sistema y equipo en forma apropiada.

� Practicas de instalación y programas de mantenimiento adecuados.

� Capacidades de protección contra cortocircuitos de los equipos de

interrupción y dispositivos protectores coordinados apropiadamente, a fin

de garantizar la supresión selectiva de los componentes del sistema en

caso de falla.

1.5.2 Confiabilidad. Implica no solo el uso de componentes de alta calidad con

bajos índices de falla para áreas criticas, si no también, en algunos casos, la

provisión de fuentes alternativas de energía en caso desperfecto del equipo o

para su reparación.





30

1.5.3 Costo. La decisión de incluir una fuente alternativa, o de redundancia de

equipo, se basa en una evaluación de todos los aspectos de ingeniería,

incluyendo los costos y las consecuencias de la perdida de energía eléctrica.

Los diseños de sistemas simples también son menos susceptibles a los errores

de operación durante una emergencia que los diseños complicados debido a

los incrementos esperados en el costo de energía, no solo deben considerarse

primero los costos de un sistema, si no que también se deben investigar la

eficiencia de sus componentes y las disposiciones de los circuitos.

1.5.4 Nivel y características de voltaje. Intervienen la magnitud, frecuencia,

armónicos y, en el caso de tres frases, el equilibrio de las magnitudes de

voltaje entre fases. Lo ideal es una onda senoidal pura con magnitud y

frecuencias constantes. Se deben hacer consideraciones de diseño sobre la

fluctuación y regulación de voltaje, y sobre los dispositivos de carga que

producen armónicos en las ondas de forma de tensión y de corriente y

transitorios en el sistema. Tales dispositivos son los convertidores electrónicos,

algunos dispositivos de control de velocidad y de voltaje, y las operaciones de

interrupción bajo carga.

1.5.5 Mantenimiento. Es necesario para mejorar la seguridad y la

confiabilidad, y el diseñador de un sistema debe incorporar las características

que faciliten el mantenimiento e inspección de rutina.

1.5.6 Flexibilidad de servicio. Significa que el diseño debe tener aspectos

que le permitan admitir cambios fáciles en la ubicación, magnitud o carácter de

la carga. En el diseño original se deben planear la disposición del espacio

suficientemente que permita una expansión sin producir la reorganización

indebida de los circuitos.

Debido ala naturaleza diversa de los requisitos de energía eléctrica de

diferentes usuarios, deben investigarse varias disposiciones de circuito básicas

para logar la más apropiada. Sin embargo es necesario considerar ciertos

factores antes de tomar una decisión.





31

Las cargas deben de analizarse en cuanto a su magnitud, ubicación

dentro de la instalación, variación durante el día y sus tipos y sus tipos son

como resistivas, inductivas, capacitivas, de motor, etc.

Las cargas pueden describirse en función de diferentes características:

factor de demanda, factor de carga, factor de diversidad, demanda máxima,

carga pico y carga promedio. Las tres primeras se utilizan en la determinación

de la carga efectiva de un grupo de dispositivos dados.

1.5.7 Factor de demanda. Es la razón de la demanda máxima sobre un

sistema entre la carga total conectada (suma de las capacidades continuas de

los dispositivos conectados al sistema).

1.5.8 Factor de carga. Es la razón de la carga medida en un periodo especifico

de tiempo entre la carga pico que ocurre durante ese periodo.

1.5.9 Factor de diversidad. Es la razón de la suma de las demandas máximas

en los diversos componentes en los diversos componentes del sistema entre la

demanda máxima de este (el factor de diversidad es ≥1).

1.5.10 Demanda máxima. Es la mayor carga integrada que ocurre en un

periodo específico de tiempo de tiempo, generalmente lapsos de 15 o 30

minutos.

La demanda máxima se determina aplicando los factores de demanda y

de diversidad de la carga conectada.

El factor de demanda varía considerablemente con cargas diferentes y

se basa en la experiencia obtenida en aplicaciones similares. Entonces la

demanda sobre el sistema es igual a la carga total conectada, multiplicada por

el factor de demanda, suponiendo un factor de diversidad igual a 1. Si se

conoce este factor, entonces la demanda así obtenida debe dividirse entre el

factor de diversidad para obtener la demanda real en muchos casos se desea

utilizar un factor de diversidad de 1 para tener en cuenta la suma de cargas y

de expansión.





32

CAPITULO 2

CALIDAD DE LA ENERGIA ELECTRICA.





33

2.1 CALIDAD DE LA ENERGIA ELÈCTRICA.

La definición de la calidad de la energía es muy amplia. Pero finalmente

es un problema que concierne al consumidor y el punto de vista del consumidor

toma entonces importancia, luego entonces; se puede definir como la ausencia

de interrupciones, sobrevoltaje, deformaciones producidas por armónicas en la

red y variaciones de voltaje suministrado al usuario. Además le concierne la

estabilidad del voltaje, la frecuencia y la continuidad del servicio eléctrico.

En los últimos años es común que las instalaciones eléctricas interiores

y comerciales tengan cargas con controles y dispositivos electrónicos; como

es el caso de los electrodomésticos (con elementos en estado sólido),

computadoras personales, lámparas personales, lámparas ahorradoras, etc.;

es decir dispositivos con cargas no lineales, la cual su intensidad de corriente,

no tiene la misma forma sinusoidal que la tensión que la alimenta. Mientras

las cargas lineales como las lámparas incandescentes, calentadores de agua,

transformadores de baja potencia, etc. Llamados así porque la intensidad de

corriente que circula por esta carga tiene la misma forma sinusoidal que la

alimenta.

La presencia de estas cargas ha originado perturbaciones en las ondas

de tensión y corriente, tanto en su forma como en su magnitud, ocasionando

daños en los equipos y malestar en los usuarios. Por eso, es necesario tener

un suministro eléctrico que conserve los niveles de calidad según la

normalidad existente y hacer conocer a los usuarios cuáles cargas son más

sensibles, capaces de generar perturbaciones y la forma de atenuarlas para

obtener un mejor servicio.

En el suministro de energía, la tensión debería tener una forma de onda

sinusoidal pura, sin alteraciones en amplitud, frecuencia o fase como si

proviniera de una barra infinita.

La calidad de la energía es un concepto que indica el grado de pureza

de la energía eléctrica, pureza medida según los siguientes parámetros de la





34

señal de voltaje en cualquier instante de tiempo: continua, senoidal,

frecuencia y amplitud constante

.

CAL ID AD DE LA ENERG IA CAL IDAD DE LA TEN SION=

Puede haber definiciones completamente diferentes para el término

calidad de la energía dependiendo del marco de referencia en que se ubique.

Por ejemplo, las compañías suministradoras definen la calidad de la energía

como la confiabilidad de la red eléctrica y muestran estadísticas demostrando

que el sistema es 99.98 % confiable. El diseñador de equipo define la calidad

de la energía como aquellas características de la fuente de alimentación que

habilitan al equipo para trabajar propiamente. Esto puede ser muy diferente

para diferentes diseñadores de equipo. El nivel de calidad de la energía

requerido es el nivel al cual resultará la operación propia del equipo para una

compañía suministradora en particular. La calidad de la energía, al igual que la

calidad en otros bienes y servicios es difícil de cuantificar.

Los disturbios no solo afectan al equipo de los consumidores, sino que

también perjudican la operación de la red de suministro. Los disturbios causan

problemas como los que se citan a continuación:

• Operación incorrecta de controles remotos.

• Sobrecalentamiento de cables.

• Incremento de las pérdidas reactivas de los transformadores y motores.

• Errores de medición.

• Operación incorrecta de los sistemas de protección.

• Entre otros más.

Debido a estos problemas, algún componente de un equipo conectado a

la red eléctrica puede sufrir un daño considerable al presentarse algún disturbio

(situación para la cual dicho equipo no está diseñado) que supere su nivel de

aislamiento.

Se puede decir que el objetivo de la calidad de la energía es encontrar

caminos efectivos para corregir los disturbios y las variaciones de voltaje en el





35

lado del cliente y, proponer soluciones para corregir las fallas que se presentan

en el lado del sistema de las compañías suministradoras de energía eléctrica,

para lograr con ello un suministro de energía eléctrica con calidad.

La razón última por la que se debe estar interesado en la calidad de la

energía es por el aspecto económico. Hay un impacto económico en las

compañías suministradoras, sus consumidores y sus proveedores de equipo.

La calidad de la energía puede tener un impacto económico directo en muchos

consumidores industriales. Recientemente ha habido un gran énfasis en

revitalizar la industria con mas automatización y equipo más moderno, esto

usualmente significa que está electrónicamente controlado, es decir; el equipo

es más eficiente pero al mismo tiempo, es a menudo mucho más sensible a las

variaciones en la fuente de alimentación que sus predecesores

electromecánicos. Grandes cantidades de dinero están asociadas a los

disturbios en la industria, ya que la salida de operación de una línea de

producción que requiere varias horas para operar nuevamente, se traduce en

pérdidas económicas.

Los consumidores residenciales típicamente no sufren de pérdidas

financieras directas o de incapacidad de obtener un beneficio como resultado

de muchos problemas de calidad de la energía, pero ellos pueden ser una

potente fuerza cuando perciben que la compañía suministradora les está

brindando un servicio pobre.

2.2 DISTORSIÓN DE LA FORMA DE ONDA.

La distorsión de la forma de onda es definida como una desviación del

estado estable de la forma ideal senoidal del sistema. Estos son los algunos

tipos primarios de distorsión.

• Armónicas

• Interarmónicas

• Notching

• Noise (ruido)





36

2.2.1 ARMÒNICAS

Las armónicas deforman la señal de corriente y/o tensión, perturbando

la distribución eléctrica o potencia y disminuyendo la calidad de la energía

eléctrica.

Las armónicas son ondas de tensión o corriente, cuya frecuencia es un

múltiplo entero de la frecuencia fundamental de la red (60Hz).

“La armónica de rango h (generalmente denominado armónico h) es la

componente senoidal de una señal, cuya frecuencia es h veces la frecuencia

fundamental”.

Si f fundamental = 60 hz

f armónica = h x 60 hz

Figura 2.1 Armónicas de una onda senoidal.

1.El valor de la frecuencia fundamental (o armónica de rango1) es 60Hz.

2.El segundo (rango) armónica tiene una frecuencia de120 Hz.

3.El tercer (rango) armónica tiene una frecuencia de180 Hz.

4.El cuarto (rango) armónica tiene una frecuencia de240 Hz.

5.Una señal deformada es la resultante de la suma de las diferentes

armónicas.





37

2.2.1.1 PERTURBACIONES ARMÒNICAS

El flujo de intensidades armónicas, a través de las impedancias de la

instalación, generan armónicos de tensión, que deforman la tensión de

alimentación.

“La impedancia de un conductor aumenta en función a la frecuencia, es

decir de la intensidad que circula por él. Para cada armónico de rango h ,

existe por tanto, una impedancia Zh del circuito de alimentación”.

Figura 2.2 Incremento de la impedancia del conductor

dependiendo al incremento de la frecuencia.

Para entender mejor el fenómeno de las intensidades armónicas,

puede ser imaginarse que las cargas no lineales inyectan intensidades

armónicas en la dirección de la fuente.

Figura 2.3 Inyección de intensidades armónicas a la fuente.

El flujo de armónicos en una instalación reduce la calidad de la energía

y origina:

• Sobrecarga de la red por incremento de corriente eficaz.

• Sobrecarga en los conductores de neutro debido a la suma de los

armónicas de rango 3.

• Perturbación de las redes de comunicación o de las líneas telefónicas.





38

• El envejecimiento prematuro de los equipos obliga a reemplazarlos

con antelación, a menos que se hallan sobredimensionado

inicialmente.

• Las sobrecargas de la instalación obligan a aumentar la potencia

contratada, y si no se sobredimensiona a instalación, las pérdidas

aumentan.

• Las perturbaciones en intensidad producen disparos intempestivos y la

interrupción de las actividades.

• El fenómeno de las armónicas no se ha tenido en cuenta hasta hace

aproximadamente 15 años, pues sus efectos eran poco importantes,

debido a que se contaba con menor cantidad de carga no lineal.

• Las armónicas son, en muchas ocasiones, difíciles de reducir, pues son

originados por equipos vitales para la actividad de una empresa.

Figura 2.4 Inyección de armónicas por cargas no lineales, (las

cargas lineales no inyectan armónicas).

En el alumbrado la mayoría de las balastras electromagnéticas están

siendo reemplazadas por balastras de estado sólido, las cuales generan un

30% mas de armónicas en los circuitos de alumbrado. Como ejemplo se tiene

que las armónicas de alumbrado, equipo electrónico y de oficina provocan una

sobrecarga del neutro debido a la 3a armónica principalmente.





39

ARMÒNICAS EN LA ONDA SENOIDAL DE CORRIENTE DE LÀMPARAS AHORRADORAS

Tabla 2.1. Datos de lámpara ahorradora Lights of America

, 27 W, FP. 0.95, THD 23

Voltaje Corriente

W 28.10 RMS 134.32 0.25 VA 33.15 Pico/rms 1.4 1.98 Var 13.01 THD Fund 0.74 29.74 FP 0.85 Fdespl 0.90

Figura 2.5. Corriente armónica de lámpara Lights of America Tabla 2.2. Datos de lámpara ahorradora Philips 13W, 300 mA

Voltaje Corriente

W 28.10 RMS 134.55 0.36 VA 48.15 Pico/Rms 1.4 1.50

VAr 37.01 THD Fund

0.73 14.67

FP 0.59 Fdesp 0.61





40

Figura 2.6. Corriente armónica de lámpara Philips.

En la industria, además del alumbrado y el equipo de oficina, las

armónicas son producidas por los variadores de velocidad. Los variadores han

sido creados para controlar la energía de los motores y requieren que la

corriente alterna sea convertida a corriente directa por medio de rectificadores,

que contribuyen con la generación de armónicas. Los rectificadores de 6 y 12

pulsos contribuyen con la 5ª y 11ª armónica, las cuales son de secuencia

negativa y producen un par negativo en los motores de inducción expuestos a

estas armónicas. En general, los problemas con la distorsión armónica

comienzan a presentarse cuando las cargas no lineales (computadoras,

variadores de velocidad, equipo electrónico) se aproximan al 30% de la

capacidad del transformador.

2.2.2 MEDICIÓN DE LAS ARMÓNICAS.

En redes trifásicas, los armónicos que hallamos con más frecuencia y

por tanto, los más problemáticos, son los armónicos de rango impar. Por

encima del rango de 50, las intensidades armónicas son reducidas y su

medida no es significativa.





41

2.2.2.1 FACTOR DE POTENCIA (FP).

El factor de potencia se define como la relación entre la potencia activa

P y la potencia aparente S.

S

PFP = Ec. 2.1

En la jerga eléctrica, el factor de potencia es frecuentemente

confundido con el coseno phi (cosϕ), cuya definición es:

1

1cosS

P=ϕ

Ec. 2.2

1P = Potencia activa de la onda fundamental.

1S = Potencia aparente de la onda fundamental.

Una indicación de la presencia significativa de armónicos la notamos

cuando el factor de potencia medido es diferente del (cosϕ), es decir, el factor

de potencia será menor a este, (FP<cosϕ).

2.2.2.2 FACTOR DE CRESTA (F.C.)

Es la relación entre el valor de cresta de corriente o de tensión (Im o

Vm) y el valor eficaz (rms).

Vrms

VmCFo

IrmsCF == ..

Im..

Ec. 2.3

Este es particularmente útil para detectar la presencia de valores e

cresta excepcionales con respecto al valor eficaz.

El valor de cresta típico de corrientes absorbidas por cargas no lineales

es mucho mayor que √2: puede tomar valores iguales a 1,5 ó 2, llegando

incluso a 5 en casos críticos.

Un factor de cresta muy elevado implica sobre intensidades puntuales

importantes.

Estas sobre intensidades, detectadas por los dispositivos de protección,

pueden ser el origen de desconexiones indeseadas.





42

2.2.2.3 POTENCIA ACTIVA (P).

La potencia activa P de una señal distorsionada por armónicos es la

suma de las potencias activas correspondientes a las tensiones e

intensidades del mismo orden.

La descomposición de la tensión y la intensidad en sus componentes

armónicos puede ser escrita como:

hh

h

h IUP ϕcos1

••=∑∞

= Ec. 2.4

hϕ: desfase entre la tensión y la intensidad del armónico de orden h.

2.2.2.4 POTENCIA REACTIVA (Q).

La potencia reactiva se define únicamente para la fundamental y viene

dado por la ecuación:

ϕsenIVQ 11 •= Ec. 2.5

Consideremos que la potencia aparente S:

IrmsVrmsS •= Ec. 2.6

En presencia de armónicos, se puede reescribir la ecuación como:

•

= ∑∑

∞

=

∞

=

2

1

2

1

2

h

n

h

n

IVS Ec. 2.7

2.2.2.5 POTENCIA DE DISTORSIÓN (D).

Como consecuencia, en presencia de armónicos, la relación

222 QPS += no es válida.





43

Se define la potencia de distorsión D de tal forma:

2222 DQPS ++= Ec. 2.8

222 QPSD −−= Ec. 2.9

2.2.2.6 TASA DE DISTORCIÓN DE ARMÓNICAS

Cada aparato que causa armónicos tiene sus propias corrientes

armónicas con amplitudes y desfases diferentes, valores muy importantes en

el análisis de la distorsión armónica.

La distorsión armónica individual se define como el nivel de distorsión,

en porcentaje de orden h, con respecto a la fundamental.

1001001

(%)

1

(%) •=•=

I

II

V

VV h

h

h

h

Ec. 2.10

El espectro en frecuencia, es un método gráfico muy práctico que

permite la representación de los armónicos que componen una señal

periódica.

El valor eficaz de una corriente o de tensión se calcula en función de

los valores eficaces de los diferentes órdenes de armónicos.

∑∑∞

=

∞

=

==

1

2

1

2

h

h

h

h VVrmsIIrms

Ec. 2.11

La tasa de distorsión armónica es frecuentemente utilizada para definir

la importancia del contenido armónico de una señal alternativa. Las armónicas

son descritas por su magnitud y ángulo de fase nnV θ∠ . Es también común

usar una simple cantidad, que es la distorsión total armónica

( ) ( ) ( ) ( ) ...........3cos2coscos 332211 ++++++= θθθ wtVwtVwtVtv





44

%1002

2

2

xV

VTHD

i N

i∑∞

=

= Ec. 2.12

Donde:

Vi = Es el valor eficaz (rms) de la tensión armónica “i”.

VN = Es la tensión nominal del punto de medición.

2.2.2.7 TASA DE DISTORSIÓN ARMÓNICA DE TENSIÒN (THDV)

La THDV medida proporciona información sobre fenómenos

observados en una instalación:

Un valor THDV inferior a 5% se considera normal. No existe riesgo de

mal funcionamiento en los equipos.

Un valor THDV comprendido entre 5% y 8% indica distorsión armónica

significativa. Se pueden dar funcionamientos anormales en los equipos.

Un valor THDV superior 8% revela una distorsión armónica importante.

Los funcionamientos anormales en los equipos son probables. Un análisis

profundo y un sistema de atenuación se hacen necesarios.

2.2.2.8 TASA DE DISTORSIÓN ARMÓNICA DE CORRIENTE (THDI)

Para identificar la carga que causa la distorsión, la THDI, debe medir a

la entrada y en cada una de las salidas de los diferentes circuitos.

La THDV medida proporciona información sobre fenómenos

observados en una instalación:

Un valor THDV inferior a 10% se considera normal. No existe riesgo

de mal funcionamiento en los equipos.

Un valor THDV comprendido entre 10% y 50% indica distorsión

armónica significativa. Se pueden dar funcionamientos anormales en los

equipos.

Un valor THDV superior 8% revela una distorsión armónica importante.

Los funcionamientos anormales en los equipos son probables. Un análisis

profundo y un sistema de atenuación se hacen necesarios.





45

2.2.3 INTERARMÓNICAS.

Las interarmónicas son señales de voltajes o corrientes que tienen

componentes de frecuencia mayores a las del sistema, pero que no son

múltiplos enteros de la frecuencia fundamental (50 o 60 Hz). Ellas pueden

aparecer como frecuencias discretas.

Las interarmónicas pueden ser encontradas en las redes de todos los

niveles de voltajes. La principal fuente de distorsión de forma de onda de

interarmónicas son los convertidores estáticos de frecuencia, ciclo

convertidores, motores de inducción, y hornos de arco.

2.2.4 FLICKER (Parpadeo de las fuentes luminosas)

Las fluctuaciones de voltaje son variaciones sistemáticas del voltaje o

series de cambios de voltaje, la magnitud permisibles de estas fluctuaciones no

debe de excederse de los rangos de voltajes especificados por el ANSI C84.1-

1982 de 0.9 hasta 1.1 pu.

Las cargas grandes presentan variaciones rápidas en la magnitud de la

corriente, pueden causar estas variaciones de voltaje que son a menudo

referidos como flicker (parpadeo). El término flicker es derivado del impacto de

la fluctuación de voltaje sobre lámparas tal que su impacto es percibido por el

ojo humano como un parpadeo, una sensación desagradable (molestia visual).

Para ser técnicamente más correcto, fluctuaciones de voltaje es un fenómeno

electromagnético mientras que un flicker es un resultado no deseado de la

fluctuación de voltaje en algunas cargas.





46

2.2.4.1 ORÍGENES DEL FLICKER

• Hornos de arco.

• Máquinas de cargas fluctuantes.

• Equipos de soldadura.

• Mal funcionamiento en los sistemas de iluminación.

• Interarmónicas.

• Molinos trituradores.

• Ventiladores de mina.

• Laminadores.

• Compresores.

2.2.4.1.1 Hornos de Arco.

Los hornos de arco son los principales generadores de flicker. Su

normal funcionamiento provoca fluctuaciones de tensión y estas son mayores

cuanto más elevada es la potencia de los hornos.

El retraso en el encendido del arco, y sobre todo su característica

negativa (resistencia no lineal) hacen que el arco eléctrico pueda considerarse

como una importante fuente perturbadora conectada a la red.

En la fase inicial de fusión las perturbaciones son máximas. Mediciones

efectuadas en diferentes hornos de arco muestran que las intensidades

contienen casi todos los armónicos.

La señal del flicker es definida por la magnitud rms expresada como un

porcentaje de la componente a frecuencia fundamental. El flicker es medido

con respecto a la sensibilidad del ojo humano. Típicamente, las magnitudes

son tan bajas como 0.5 por ciento que pueden ser perceptibles en las lámparas

dentro del rango de frecuencias de 6 hasta 8 Hz.





47

Figura 2.7 Ejemplo de un flicker de voltaje causado por la operación de un

horno de arco eléctrico.

2.2.4.1.2 Mal funcionamiento en los sistemas de iluminación.

Los fluorescentes con balastro electrónico son generalmente

insensibles a las variaciones de tensión de alimentación. Existen balastros

que pueden utilizar reguladores con mando por ángulo de fase, en este caso

se han podido observar parpadeos en presencia de armónicos.

Las lámparas fluorescentes tienen una sensibilidad a las variaciones de

tensión 2 o 3 veces menor de que las lámparas de incandescencia. Así pues

se presentan como la mejor elección.

Tabla 2.3 Consideraciones para elección de una lámpara ahorradora.

DESVENTAJAS:

• Factor de potencia cercano a

50%.

• Corrientes armónicas muy

importantes: h3= 30%h1.

VENTAJAS:

• Mejoran la eficacia en 10%.

• Reducen el consumo de

energía en 20%.





48

2.2.5 NOTCHING.

El notching es un periodo de disturbio del voltaje causado por la

operación normal de convertidores electrónicos cuando la corriente es

conmutada desde una fase a otra (período de conmutación) Como los notching

pueden ser tratados como un efecto en estado estable, esto puede ser

caracterizado a través de su contenido armónico. Sin embargo, esto es

generalmente tratado como un caso especial. Las componentes de frecuencia

asociadas con los notching pueden ser realmente elevadas y no ser

prontamente caracterizadas por los equipos de medición convencionales.

Figura 2.8 Ejemplo de notches de voltaje causado por un convertidor

trifásico.

2.2.6 RUIDO

El ruido es definido como una señal eléctrica no deseada con contenido

espectral de ancho de banda menor de 200 KHz sobrepuesto al voltaje o

corriente de fase del sistema eléctrico, o sobre los conductores del neutro,

también este ruido se presenta en los sistemas de comunicaciones.

El ruido en los sistemas eléctricos puede ser causado por dispositivos

electrónicos, circuitos de control, equipo de arco eléctrico, cargas con

rectificadores de estado sólido, y apertura y/o cierre de los suministros de

energía. Básicamente, el ruido consiste de cualquier distorsión no deseada de

la señal eléctrica, esto no puede ser clasificada como distorsión armónica o

transitorio. El disturbio del ruido puede ser provocado por los dispositivos

electrónicos tal como microcomputadoras y controles programables. El





49

problema puede ser mitigado usando filtros, aislando los transformadores y un

buen sistema de tierras.

2.3 SOLUCIONES GENERALES

Para limitar la propagación de los armónicos en la red, se deben tomar

medidas, especialmente cuando se diseña una nueva instalación.

1. Ubicar las cargas perturbadoras lo más cercano a la fuente.

• La perturbación armónica global aumenta a medida que la potencia de

corto circuito disminuye.

• Consideraciones económicas aparte, es preferible conectar las cargas

perturbadoras lo más cercano a la fuente.

•

Figura 2.9 Ubicación de las cargas perturbadoras lo más cercano a

la fuente, para disminuir los daños.

2. Reagrupar las cargas perturbadoras.

• Separar, en la medida de lo posible, los equipos perturbadores de los

otros: el la práctica, se deberían alimentar las cargas perturbadoras y

las no perturbadoras con juegos de barras diferentes.





50

• Reagrupando las cargas perturbadoras, aumenta la posibilidad de

recomposición angular. Esto es debido a que la suma vectorial de las

corrientes armónicas es menor que la suma algebraica.

• También se debe de hacer un esfuerzo para evitar la circulación de

corrientes armónicas en los cables, limitando las caídas de tensión y el

aumento de temperatura de cables.

Figura 2.10 Reagrupación de las cargas perturbadoras.

3. Separar las fuentes.

• Alimentando con transformadores separados, como se muestra en el

siguiente esquema, minimiza los armónicos.

• El inconveniente de la solución es el aumento en el costo de

instalación.





51

Figura 2.11 Fuente de alimentación separada, una para carga lineal y la

otra para cargas no lineales

4.Utilizar transformadores en conexiones particulares.

5.Instalar inductancias.

6.Elegir un esquema de enlace adaptado a tierra.

• CASO DE RÉGIMEN TNC.

En el caso de régimen TNC, un solo conductor (PEN) asegura la

protección en el caso de defecto de (tierra) y asegura l tránsito de las

corrientes de desequilibrio.

En régimen permanente, las corrientes armónicas circulan a través del

PEN. Sin embargo una cierta impedancia del PEN, implica pequeñas

diferencias de potencial (del orden de algunos volts) entre aparatos, y puede

acarrear el mal funcionamiento de los equipos electrónicos.

El régimen de neutro TNC debe ser utilizado únicamente para la

alimentación de circuitos de potencia, en cabecera de la instalación, y nunca

se debe utilizar para la alimentación de cargas sensibles.





52

Figura 2.12 Caso de régimen TNC, protección por el conductor PEN, en

caso de fallas a tierra.

• CASO DE RÉGIMEN TNS.

El conductor del neutro y el conductor de protección PE están

completamente separados, asegurando de este modo una tensión en el

sistema mucho más estable. Este es el sistema recomendado en el caso de

presencia de armónicos.

Figura 2.13 Caso de régimen TNS, el conductor del neutro y el conductor

de protección PE están completamente separados





53

CAPITULO 3

SISTEMAS DE ILUMINACIÓN.





54

3.1 CLASIFICACION DE LAS FUENTES DE LUZ ARTIFICIAL

Desde el punto de vista de la ingeniería existen dos formas principales

de producir luz artificial por medios eléctricos: por incandescencia y por

descarga eléctrica o arco voltaico, existiendo variantes dentro de estas

categorías.

• Lámparas incandescentes.

a) Con argo o nitrógeno.

b) Con gas halógeno o de cuarzo.

• Lámparas de descarga o arco voltaico.

a) Descarga en aire o arco de carbón.

b) Descarga en gas a baja presión.

� Lámparas fluorescentes.

� Lámparas de sodio de baja presión.

c) Descargas en gas a alta presión.

� Lámparas de vapor de mercurio.

� Lámparas de aditivos metálicos.

� Lámparas de vapor de sodio a alta presión.

El primer método consiste en la incandescencia producida por el paso de

una corriente de electrones por un hilo conductor, que generalmente es de

tungsteno, que se encuentra dentro de un bulbo con un gas inerte como el

argón para evitar la evaporación del filamento.

La energía de la radiación electromagnética emitida por unidades de

tiempo depende de la temperatura y naturaleza de la superficie del material





55

luminoso. El flujo luminoso emitido por lámparas incandescentes es una mezcla

de radiaciones de diferente longitud de onda.

Figura 3.1 Lámpara incandescente (19 lúmenes/watt)

A la temperatura de 800 ºC un cuerpo emite bastante energía radiante,

visible para ser luminoso por si mismo y parecer incandescente, no obstante, la

mayor parte de la energía emitida se transporta por las ondas infrarrojas. A

300 ºC, que es casi la temperatura del filamento de un foco incandescente, la

energía radiante contiene bastantes longitudes de ondas visibles, de las

comprendidas entre 400 nm y 700 nm, de modo que el cuerpo parece rojo-

blanco y los objetos iluminados reflejan bien los colores rojos y amarillos,

mientras que las lámparas fluorescentes resaltan mas los colores azules y

violáceos.

El segundo método consiste en la iluminación producida por la descarga

de electrones en un arco entre dos electrodos, ya sea directamente o a través

de una pantalla fosforescente.

Los tipos principales de producir luz artificial en forma de arco eléctrico

de descarga son:

• Fluorescente

• Vapor de mercurio

• Vapor de sodio a baja presión

• Vapor de sodio a alta presión





56

• Aditivos metálicos

• Arco de electrodos de carbón

3.2 FUENTES LUMINOSAS

Se pueden considerar, con ciertas reservas, como fuentes de luz

puntuales a la mayoría de las luminarias que se utilizan actualmente para

alumbrado. A continuación describimos la constitución y el funcionamiento de

las diferentes luminarias que se fabrican, así como sus ventajas, desventajas y

otras características técnicas.

3.2.1 Lámparas incandescentes

El filamento de una lámpara incandescente es un filo hilo de tungsteno

arrollado en forma de bobina, se encuentra en el interior de un bulbo de cristal

con un gas inerte en su interior (argón o xenón) para evitar su desintegración

por oxidación. El rendimiento de estas lámparas es bajo, pues del 100% de la

potencia absorbida por el filamento sólo del 10 al 12% son radiaciones visibles

y el resto son radiaciones infrarrojas que se manifiestan en forma de calor.

Las principales desventajas de la lampara incandescente son:

• Corta vida (de 750 a 1000 horas).

• Baja eficiencia (alrededor de 19 lúmenes por watt).

• Gran disipación de calor.

Las principales ventajas de la lámpara incandescente que la hacen

todavía utilizable en áreas pequeñas y de bajos niveles de iluminación son:

• Tamaño compacto.

• Bajo costo inicial.

• Flujo luminoso inalterable por la temperatura circundante.

• No utiliza accesorios de arranque o reactores.





57

• Luz calida de la lámpara que resalta todos los colores, pero mas los

rojos anaranjados y amarillos, dando a las cosas una apariencia familiar

y acogedora.

• Flujo luminoso controlable en una gran variedad de distribuciones

luminosas.

• Operación en corriente continua y corriente alterna.

Las lámparas incandescentes son de diferentes formas, tamaños y tipos

dependiendo del uso que se les de. De manera general se consideran dos

grandes grupos:

a) Lámparas de uso general. Utilizadas para proporcionar niveles

luminosos para una tarea visual determinada, en servicio domestico

o alumbrado general.

b) Lámparas de usos especiales. Empleadas para proporcionar efectos

especiales, por ejemplo, en alumbrado decorativo, señalización,

fotografía, aparatos de proyección, etc.

Las lámparas de uso general y de servicio domestico utilizan un bulbo

tipo “A” para potencias de 200 watts o menores y de tipo cuello recto para

potencias mayores utilizadas en otros sitios.

Los bulbos difusores se utilizan en la mayor parte de los proyectos de

alumbrado general. Para conseguir la difusión del cristal, este se esmerila con

acido, pero lo mas común es recubrir el interior por medio de una capa, de

sílice blanca, la cual absorbe aproximadamente el 2% de la luz emitida.

Para lámparas de mayor potencia (de 300 a 500 watts) se utilizan bulbos

esmerilados o transparentes. Las lámparas de bulbo, proyectoras y reflectoras,

forman en el mismo bulbo la fuente de luz y un reflector parabólico de alta

eficiencia. El reflector consiste en un baño de aluminio o plata vaporizados y

aplicado en la parte interior del bulbo. Los bulbos de estas lámparas se

constituyen también de cristal refractario para usarse a la intemperie, pero solo

para lámparas menores o de 150 watts.





58

3.2.2 Lámparas incandescentes halógenas

Otro tipo de lámparas incandescentes para uso general y especial son

las halógenas o de yodo-cuarzo. En ellas se emplea un bulbo de cuarzo y yodo

en su interior con el fin de producir un ciclo químico con el filamento de

tungsteno sublimado para mantener el bulbo limpio. El bulbo de cuarzo permite

una constitución compacta, resistente a los cambios bruscos de temperatura,

alta eficiencia y un mantenimiento casi nulo durante su vida. Las lámparas de

yodo-cuarzo se construye en forma tubular y en diferentes longitudes, se

utilizan en aviación, fotocopiadoras e iluminación con proyectores. Su eficiencia

luminosa es de 122 lúmenes por watt.

Las lámparas de usos especiales son de diversos tamaños y formas

dependiendo del uso al que estén destinadas. Por ejemplo, en las lámparas

decorativas se utilizan bulbos coloreados aplicando una capa pigmentada al

interior del bulbo transparente o fundiendo un esmalte en la superficie exterior,

también se usa el revestimiento interior de sílice ligeramente coloreado en rosa

para proporcionar efectos calidos.

Existe otro tipo de bulbo con cristal de color natural que se obtiene al

añadir productos químicos a los ingredientes del vidrio. Por ejemplo, las

lámparas de luz de dia o azul cielo que reducen la preponderancia del color

rojo y amarillo de la luz de las lámparas incandescentes. En estas lámparas se

absorbe un 35% de la luz generada, su costo es elevado por lo que para fines

fastuosos y decorativo de prefiere las de bulbo recubierto.

Existen en el mercado un tipo de lámpara tubular en la que el filamento

esta a lo largo del tubo, son menos eficientes y de mayor potencia. Algunas

tienen la mitad de su superficie cubierta con un baño de una sustancia

reflectora y por su disposición lineal se usan en el alumbrado de escaparates.

3.2.3 Lámparas infrarrojas

Son fuentes de energía radiante que es emitida en el rango de los 760

nm a los 500 nm, es decir, en la zona infrarroja del espectro electromagnético.

Estas lámparas son similares a las incandescentes de uso general solo que su

filamento trabaja a bajas temperaturas, lo cual trae como consecuencia una





59

baja emisión luminosa (8 lúmenes/watt) pero en cambio una gran duración

(mas de 5000 horas) el tipo de bulbo de estas lámparas es el “R” con reflector

interno, bulbo transparente o bulbo tubular de cuarzo (véase figura 3.2).

Figura 3.2 Lámpara infrarroja

Las lámparas infrarrojas tienen en su interior un reflector de forma

parabólica, además, poseen un casquillo E-26 para facilitar su instalación, se

presentan en acabado claro o rubificado. (Véase tabla 3.1).

Tabla 3.1 Datos técnicos

Potencia Tensión Duración Bombilla

W

250*

375

V

127

127

h

5 000

5 000

R-40

R-40

* Rubificada o clara.

3.2.3.1 Aplicaciones:

• Terapéuticas. Reumatismo, dolores musculares, lumbago, resfriados,

contusiones, entumecimiento, luxaciones y masajes.

• Industriales. Hornos industriales, secado de tintas e impresiones graficas

y textiles, secado de películas y negativos.

• Pecuarias. Cría de aves, lechones, becerros y en tiendas de mascotas.





60

3.2.3.2 Casquillos

Los casquillos tiene por objeto conectar y fijar la lámpara con el “socket”,

su forma y tamaño están en función del uso y potencia de la lámpara. Así, en

lámparas incandescentes de alumbrado general mayores de 300 watts se

utilizan los casquillos tipo mogul de rosca. Los focos de menor potencia usan

casquillos de rosca media, en tanto que los utilizados en señalización, fanales

luminosos y decoración emplean casquillos de rosca de candelabro o

intermedia. Cuando se requiere una posición determinada del filamento

respecto de una lente o reflector, como en fanales de autos, proyectores o

instrumentos de óptica, se utilizan casquillos de bayoneta, prefocales o

biclavillos.

3.2.3.3 Filamentos

Los filamentos han evolucionado en gran medida desde que Tomas Alva

Edison inicio en sus primeros experimentos en 1879. Este genial físico

probablemente utilizo como filamentos conductores metálicos rectos de gran

resistencia para lograr la incandescencia. Posteriormente, en 1905 introdujo el

hilo de seda recubierto con polvo de carbono, el cual proporcionaba una gran

resistencia y elevado punto de fusión (3700 ºC) y, por consiguiente, una lenta

oxidación, dentro de una ampolla de cristal al vació. Tiempo después se

reemplazo el filamento de carbono por el de tungsteno. Metal de alta

resistividad (5.5 ohms-cm), elevado punto de fusión y otras características

mecánicas ventajosas.

Al introducir un gas inerte dentro del bulbo, la presión del gas ejercida

sobre el filamento retarda considerablemente la evaporación del tungsteno, lo

que hizo posible el diseño de lámparas de mayor temperatura del filamento y,

por lo tanto, de mayor potencia (ya que P=I2R). Posteriormente, se descubre

que arrollando el filamento se obtenía mayor temperatura y mayor resistencia

mecánica. En 1968 se inventa el filamento arrollado en doble espiral, lo que

aumenta la eficiencia de las lámparas incandescentes a 15 lúmenes/watt. Hoy

en dia se acepta que el desarrollo de las lámparas incandescentes ha llegado a

su máximo.





61

Para determinar las dimensiones del filamento se utilizan las siguientes

formulas:

R

VI = Ec. 3.1

RIVIP 2== Ec. 3.2

A

LR ρ= Ec. 3.3

En donde:

V Es la tension en volts.

I La intensidad de la corriente en amperes.

P La potencia en watts.

R La resistencia en ohms.

ρ La resistividad del material en ohms-cm.

L La longitud del filamento en cm.

A La sección transversal del filamento en cm2.

Figura 3.3 Diferentes tipos de bulbos.





62

Figura3.4 Arreglo de filamentos en los soportes.

Figura 3.5 Bases para lámparas incandescentes.

Figura 3.6 Tipo de casquillos





63

3.2.3.4 Bulbos de lámparas incandescentes

Las diferentes formas que han adoptado los bulbos de las lámparas

incandescentes, obedecen a su uso más que a razones de fabricación. Así, se

fabrican en tamaño pequeño, pero de gran potencia como las utilizadas para

proyectores de cine; también se fabrican de gran tamaño y potencia como las

tipo “par”, cuyo bulbo adopta la forma de reflector parabólico. Los hay en forma

de flama, para usarse en decoración o también globulares para el mismo fin.

3.2.3.5 Base mecánica

La mayoría de las lámparas incandescentes tienen la base adherida al

vidrio del bulbo con un cemento especial, lo que proporciona suficiente

resistencia mecánica durante su uso y vida normales, sin embargo, en ciertas

lámparas de gran potencia, como de alumbrado general, proyectores para

exteriores (PAR-38), infrarrojo y de mercurio, la base es sometida a altas

temperaturas y humedad que recosen el cemento y deterioran y lo deterioran

anulando las propiedades de adherencia de este y ocasionando en

consecuencia que base y bulbo se suelten. Para proporcionar mayor

resistencia en este tipo de lámparas se utilizan bases mecánicas. Esto consiste

en una base de latón roscada y un casquillo interior con 4 orejas que lo

posicionan a manera de mordaza sobre las correspondientes muescas en el

cuello del bulbo. Después que la base exterior ha sido colocada sobre el

casquillo interior se practican 3 incisiones que obligan a ciertas partes del latón

de la base a introducirse a la incisión correspondiente del casquillo, resultando

con esto la unión mecánica de la base con el bulbo.





64

Figura 3.7 Energía espectral de las lámparas incandescentes.

En la figura 3.7 se muestra la distribución de energía espectral de una

lámpara incandescente. Nótese la gran cantidad de rojo, pues en este caso la

luz es producida por calor.

3.2.3.6 Energía espectral de las lámparas incandescentes

La luz de las lámparas incandescentes es muy parecida a la luz solar y

reproduce casi toda la gama del espectro visible, en cambio la luz de las

lámparas de sodio de baja presión es monocromática, es decir, produce

energía radiante correspondiente, a un solo color, en este caso el amarillo.

Un sistema de iluminación será mas eficiente cuanto menos energía

eléctrica consuma para un mismo nivel de iluminación, pero en otro aspecto,

cuanto mejor reproduzca los colores del espectro visible, mejor será su utilidad

práctica.





65

3.3 LÁMPARAS FLUORESCENTES

Por su gran eficiencia y larga vida, el alumbrado fluorescente ha llegado

a ser de uso normal en la iluminación de grandes áreas a bajas alturas de

montaje. Se utiliza en escuelas, edificios públicos y oficinas.

Las lámparas fluorescentes son del tipo de fuente de luz de descarga

eléctrica, en estas la luz se produce por la fluorescencia del fósforo excitado

por la energía de los rayos ultravioleta, energía que proviene del choque de la

descarga de electrones con los átomos de mercurio vaporizado.

Las lámparas de este tipo están formadas por un tubo de vidrio con un

electrodo de tungsteno en cada extremo, además, llevan en su interior una

pequeña gotita de mercurio y un gas inerte a baja presión, o una mezcla de

gases para el encendido. Las paredes interiores del tubo están recubiertas con

una capa de fósforo en polvo.

Figura 3.8 Partes de una lámpara fluorescente La figura 3.9 muestra el principio de funcionamiento de las lámparas fluorescentes:

Figura 3.9 Funcionamiento de la lámpara fluorescente

• Los electrones (2) que parten del electrodo (1) chocan con los átomos

de mercurio (3).





66

• De este modo son excitados los electrones de este átomo de mercurio

(4), y éstos ceden a su vez unos rayos ultravioletas (5).

• Los rayos ultravioletas son convertidos, dentro del recubrimiento a base

de polvo fluorescente (6), en luz visible (7).

3.3.1 Ventajas y desventajas

Las desventajas de este tipo de lámparas son:

• Su gran tamaño en relación con su potencia (una lámpara de 1.22 m

consume 40 watts).

• La necesidad de un reactor o balastra que le proporcione una corriente y

tension adecuada y una reducción de flujo luminoso a bajas

temperaturas ambientales.

Sus ventajas son:

• Alta eficiencia luminosa (mas de 67 lúmenes/watts)

• Realce de los colores azules, violeta, y opacamiento del rojo y

anaranjado, lo cual puede ser también una desventaja.

• Gran duración (12 000 horas en comparación con las 750-1000 horas de

las lámparas incandescentes).

3.3.2 Tipos

Las lámparas fluorescentes pueden ser clasificadas en dos grupos:

a) Lámparas que utilizan arrancador para su encendido, llamadas también

lámparas precalentadas o de encendido con interruptor.

b) Lámparas sin dispositivo de encendido. En este tipo de lámparas, la

balastra o reactor es el único equipo auxiliar utilizado para proporcionar

la tension y la corriente adecuada para encender la lámpara. Se

subdividen a su vez en los siguientes tipos:

• Lámparas “Slim Line”

• Lámparas de encendido instantáneo.

• Lámparas de encendido rápido.





67

• Lámparas de precalentamiento de encendido rápido.

• Lámparas de alta emisión.

• Lámparas “Power Groove”.

• Lámparas “Circ Line” (circulares).

En lámparas tipo “Slim Line” se emplean balastras de elevada tension,

de manera que son encendidas instantáneamente. Los cátodos de estas

lámparas están diseñados especialmente para soportar la tension de arranque.

Normalmente, a las lámparas “Slim Line” se les denomina de “encendido

instantáneo”, pero dicho termino se refiere en realidad a las lámparas con

casquillo biclavillo que no requieren arrancador, es decir, aquellas de 40 watts

en bulbos T-5 T-12. Los electrodos de estas lámparas están en corto circuito,

de manera que no se puede utilizar el circuito de precalentamiento de las

lámparas del primer grupo. Al igual que las lámparas “Slim Line”, las de

encendido instantáneo requieren de una balastra que les proporcione

relativamente la tension necesaria para su encendido.

Las lámparas de encendido rápido tienen sus electrodos (cátodos)

conectados al circuito de caldeo de la balastra durante el periodo de encendido

y de operación de la lámpara.

Las lámparas de precalentamiento o de encendido rápido pueden

utilizarse con o sin arrancador, es decir, por medio de circuitos de

precalentamiento o de arranque rápido son una combinación de lámparas de

40 watts precalentadas y las de 40 watts de encendido rápido.

Las lámparas fluorescentes de alta emisión operan igual que las

anteriores, pero relativamente a altas corrientes. La base de doble contacto

retardado fue especialmente diseñada para esta lámpara. En cuanto a las

lámparas Power Groove, son las de mayor potencia fabricadas hasta ahora;

también operan con el principio de las de encendido rápido, se caracterizan por

las típicas curvas en longitud, de manera que el arco que se forma dentro de la

lámpara es forzado a seguir una trayectoria ondulada, lo que equivale a tener

una lámpara mas larga. Se emplea en lugares donde se requiere de altos

niveles de iluminación a bajo costo; también utiliza la base de doble contacto

retardado y se fabrican en tamaños de 2.44, 1.22 y 1.83 metros.





68

Las lámparas “Circ Line” utilizan bases de cuatro clavillos y trabajan también con el principio de las de arranque rápido. 3.3.3 Lámparas Fluorescentes Compactas

Figura 3.10 Tipos de lámparas fluorescentes compactas.

• Las lámparas fluorescentes compactas son más cortas que las lámparas

fluorescentes corrientes.

• Tienen básicamente las mismas propiedades que las lámparas

fluorescentes convencionales, ante todo una elevada eficacia luminosa y

larga duración de vida.

• El volumen relativamente pequeño del depósito de descarga permite

producir luz concentrada mediante el reflector de una luminaria





69

Beneficios De La Lámparas Fluorescentes Compactas

� Vida útil nominal de 10000 Hrs.

� Eficiencia 50-60 lm/W

� Menor consumo 60-75 %

� Menor aportación de calor

� Vida útil nominal de 1000 Hrs.

� Eficiencia 12-15 lm/W

Figura 3.11 Lámparas fluorescentes vs. Incandescentes.

Figura 3.12 Tipos de lámparas compactas (sencilla, doble y triple).





70

3.3.4 Métodos de encendido

Existen tres formas de encendido de las lámparas fluorescentes que

dependen del tipo de electrodos que se utilizan:

a) Lámparas de cátodo caliente o de precalentamiento con arrancador de

gas neón.

b) Lámparas de cátodos de precalentamiento a base de un circuito de

caldeo dentro del reactor. A este método se le denomina de “encendido

rápido”.

c) Lámparas de encendido instantáneo o de “cátodo frío”.

El cátodo de las lámparas de precalentamiento consiste en un filamento

de tungsteno arrollado en doble espiral y bañado con un material emisor (bario,

estroncio y óxido de calcio) que permite la emisión termoiónica, es decir, que el

material emisor incandescente emite una nubecilla de electrones que, en virtud

de la tensión aplicada, se dirige hacia el electrodo de carga contraria.

El método de encendido es el siguiente: Cuando se establece a través

de la lámpara una diferencia de potencial de unos 110 volts de C.A., el voltaje

está aplicado a los electrodos de la pequeña ampolla de neón o arrancador. El

neón se enciende y circula una pequeña corriente que calienta a los electrodos

y al elemento bimetálico, éste se desdobla y se cierra el circuito dando lugar al

paso de una corriente considerable por ambos filamentos de la lámpara, los

cuales al calentarse comienzan a emitir cierta cantidad de electrones que son

atraídos por el electrodo opuesto debido a las propiedades conductoras de la

mezcla argón-mercurio (la cual se dice tiene una resistencia “negativa”, pero

que en realidad es muy baja).

Una vez mantenida esta emisión, la diferencia de potencial en los

filamentos es tan pequeña que impide accionar el arrancador.

La balastra o reactor para encendido con precalentamiento sirve para

limitar el paso de la corriente, debida a la “resistencia negativa” y cuando la

tensión de alimentación no es suficiente para iniciar el arco. La reactancia

(balastra) incluye un autotransformador elevador para dar la tención necesaria.

Debido a la inductancia de los reactores, el factor de potencia cos θ se abate a





71

valores muy bajos (cos θ = 0.45 a 0.60), por lo que es necesario incluir

condensadores (de unos 0.35 micro farads) para elevarlo a valores aceptables.

En lámparas de precalentamiento de encendido rápido los electrodos

también se precalientan para iniciar la descarga; el precalentamiento lo

suministra un devanado especial de reactor, no existiendo ningún interruptor

para abrir el circuito cuando salta el arco. La corriente de caldeo fluye a través

de las terminales de los dos electrodos de la lámpara durante el tiempo que

esta encendida. En condiciones normales el encendido se verifica en menos de

un segundo.

Los reactores de encendido rápido para dos lámparas son del tipo

secuencia–serie, es decir, las lámparas se encienden sucesivamente quedando

en serie cuando alcanzan su régimen normal. El encendido se reproduce en

tres fases previas al establecimiento de una ionisacion suficiente en los

electrodos, para la tension disponible de circuito abierto haga saltar el arco.

Primera fase. Se aplica la tension total de circuito abierto a la primera lámpara,

iniciando la desgarrar de electrones en esta.

Segunda fase. La corriente que circula por la primera lámpara esta limitada por

la impedancia en paralelo con la segunda lámpara. El voltaje aplicado en los

bornes de esta impedancia en paralelo inicia el arco en la segunda lámpara.

Tercera fase. Cuando la impedancia de la primera lámpara decrece hasta

alcanzar la intensidad de régimen de funcionamiento de cátodo caliente, las

dos lámparas son alimentadas en serie con corrientes cada vez mayores.

Las lámparas que utilizan este tipo de encendido son:

• Circulares.

• Curvalume.

• Estándar (de 20 y 40 watts).

• VHO (de muy alta emisión).

• “Power Groove” (de 110, 160 y 215 watts).

Existen también reactores para el encendido de una sola lámpara se

instala una tira de lamina puesta a tierra de unos 25 mm de ancho a todo lo

largo y a menos de 25 mm de distancia de la lámpara.

Las lámparas de encendido instantáneo o de “cátodo frió” se encienden

directamente al aplicar una diferencia de potencial suficiente para que salte el





72

arco sin ningún calentamiento previo de los electrodos, por lo que también se

denomina de “cátodo frió”. Este tipo de lámparas necesitan solo un contacto

eléctrico en cada extremo, ya que no hay circuito de precalentamiento.

Los reactores para estas lámparas son del tipo adelanto-retraso o de

secuencia-serie. Con los reactores de secuencia-serie la primera lámpara

enciende por el voltaje suministrado por el arrollamiento auxiliar. La corriente

resultante para a través del condensador modificando la relación de fase entre

los devanados auxiliar y secundario, de manera que los voltajes de cada uno

se suman. La diferencia de potencial resultante es suficiente para encender la

segunda lámpara.

Las lámparas que emplean este sistema de encendido son las del grupo

“Slim Line” de 38, 55, y 74 watts, las tres con emisión en blanco frió o luz de

dia. Hay también lámparas de 40 watts de encendido instantáneo pero con

casquillos de doble espiga puenteados.

El espectro radiante de las lámparas fluorescentes depende de la capa

de fósforo que cubre la pared interior del tubo. La curva de distribución

espectral consiste en 2 componentes:

• Una porción suave debida a la energía ultravioleta sobre el fósforo, y

• Las barras que representan la luz visible generada directamente por el

arco de mercurio.

El espectro radiante de las lámparas fluorescentes puede ser modificado

al cambiar la mezcla de fósforos usados en la capa interior del tubo. Hay

varios tipos de lámparas fluorescentes de color blanco en el mercado:

• Blanco frió.

• Blanco calido.

• Blanco.

• Blanco frió de lujo.

• Blanco calido de lujo.

• Luz de dia.





73

Existe una estrecha relación entre los lúmenes producidos por una

lámpara fluorescente y el color o rendimiento en los colores producidos. Las

lámparas blanco frió, blanco calido y blanco son más eficiente en cuanto a flujo

luminoso, pero son débiles en el color rojo. Las lámparas blanco frió de lujo y

blanco calido de lujo están diseñadas para dar un mejor rendimiento de color.

Esto se obtiene añadiendo fósforo rojo a la mezcla. Sin embargo, esto significa

una reducción del flujo luminoso de un 30% aproximadamente.

Si partimos de que el flujo luminoso de las lámparas fluorescentes es el

resultado de convertir la radiación ultravioleta en luz por medio del

recubrimiento fosforescente, se puede dar a esa luz cualquier temperatura de

color usando diferentes clases de polvos fosforescentes.

Los ojos interpretan el color de la luz artificial como natural cuando esta

armoniza con radiadores térmicos tales como: fuego, velas lámparas

incandescentes o cuando armoniza con la luz del dia. Con este principio de

base para la gama de lámparas fluorescentes de color “TL” Philips ha creado

tres grupos diferentes de lámparas cada uno con su temperatura de color

propia, a saber:

a) Lámparas “TL” para usar en combinación con lámparas incandescentes.

Temperaturas de color de 3 000 K aproximadamente.

b) Lámparas “TL” para usar en combinación con luz de dia. 4 500 K de

temperatura de color.

c) Lámparas “TL” para usar en combinación con luz de dia o en lugar de

esta. 6 500 K de temperatura de color.

Respecto al rendimiento de color de las lámparas fluorescentes, “TL”

Philips ha creado una extensa gama para diferentes aplicaciones,

agrupándolas en tres categorías.

• Lámparas “TL” con índice entre 60 y 80 (rendimiento de color regular).

• Lámparas “TL” con índice entre 80 y 90 (rendimiento de color bueno).

• Lámparas “TL” con índice entre 90 y 100 (rendimiento de color muy

bueno).

Al seleccionar el color de una lámpara fluorescente “TL” para cierta

aplicación, se debe considerar las tres características siguientes: temperatura

de color, flujo luminoso y rendimiento de color.





74

3.4 CARACTERÍSTICAS A DESTACAR DE UNA LÁMPARA

Tiempo de encendido.

Es el tiempo que pasa desde que pulsamos el interruptor hasta que la

lámpara adquiere el 70% de su emisión. Su utilidad fotográfica es relativa. El

caso concreto de las lámparas de destellos (flash) lo vamos a tratar en un

artículo aparte dedicado solo a los flashes.

Por lo general la lámpara tarde cierto tiempo hasta que alcanza un nivel

de luz aceptable. No se trata solo de alcanzar un nivel de emisión de luz

determinado sino además de que se estabilice la corriente eléctrica (ver mas

adelante). Hay luces, como las incandescentes, que son casi inmediatas

mientras que otras pueden tardar varios minutos en encenderse.

3.4.1 Sobretensión y Sobreintensidad.

Al cerrar el interruptor los electrones empiezan a moverse por el cable.

La cantidad de electrones que se va a mover en los primeros momentos puede

ser bastante mayor que la cantidad de electrones que se mueven cuando la

lámpara lleva ya un rato encendido. A estos dos periodos los llamamos fase

transitoria de encendido y fase estacionaria. El número de electrones que se

mueven por segundo se mide en amperios y se denomina intensidad eléctrica.

A este mayor flujo de electrones durante los primeros momentos de encendido

de un circuito se le denomina sobreintensidad. Hay que tener en cuenta que los

efectos caloríficos de la electricidad se deben principalmente a la cantidad de

electrones que se mueven, o sea a la intensidad. La capacidad para aguantar

una cierta intensidad es limitada. Al moverse los electrones producen calor.

Puede suceder que se muevan tantos electrones que el calor rompa el cable.

Este es un caso típico. Lo mismo que puede dañarse un conductor se puede

dañar algún otro componente. Así que no se puede aplicar cualquier intensidad

a un circuito. De hecho los fusibles son trozos de cable especialmente débil

que supone un punto de ruptura cierto. Si va a fallar es mejor dejar de

antemano establecido donde va a fallar que permitir que el circuito se rompa





75

por otro sitio, quizás inalcanzable (piénsese en un cable roto a la mitad de una

pared). Los problemas de la sobre intensidad no son solo los derivados de

romper elementos de circuitos. Se podría decir que este es el menor de los

males, puede suceder que el calor generado no rompa nada pero provoque un

incendio. Por ello los circuitos siempre se calculan para una intensidad máxima.

Por ejemplo los enchufes llamado chuko, esas clavijas gordas que entran en la

base, son clavijas para 15 amperes y no deberíamos conectar equipos de alto

consumo (de mucha potencia) en estas bases con enchufes mas débiles. De

esta corriente (intensidad) máxima que esperamos depende el grosor de los

cables, el grosor de los aislamientos y el tipo concreto de elementos (clavijas,

interruptores etc...). La intensidad depende en gran manera de la potencia de

equipo de manera que: para una misma tensión eléctrica (voltios) al aumentar

la potencia aumenta la intensidad y para un mismo equipo al aumentar la

electricidad disminuye la intensidad. Un circuito resulta tanto mas caro cuanta

mayor sea la intensidad que esperamos que pase, ya que los componentes

deben ser mas grandes, de mayor potencia, los cables de mas diámetro, los

aislantes mas gruesos, por tanto todo pesa mas con lo que hay que aumentar

el tamaño de los soportes.

Como ya hemos dicho el circuito puede estar en tres fases: una es

apagada, otra mientras se enciende y otra cuando ya lleva un rato encendido.

La fase transitoria, esto es, mientras se enciende, supone una intensidad por lo

general mayor que la fase estacionaria, cuando ya se ha encendido. Por ello

durante la fase estacionaria es cuando mas peligro corre un circuito. La

cantidad de electrones que pasa en el primer momento es mayor y si no se

tiene esto en cuenta podemos tener problemas. Por ello cada lámpara tiene

una característica que es la sobre intensidad de encendido, sobre intensidad

que es distinta para cada tipo de lámpara y que debe tenerse en cuenta al

proyectar una instalación. Así puede suceder que la intensidad aumente de un

15 a un 20% por encima de la de trabajo. A esto se le dice que tiene un pico de

encendido del 20%. Por ejemplo, si nuestra instalación está dimensionada para

2000 vatios y ponemos tres lámparas incandescentes de 650 W el total será de

3x650=1950 W. Una vez encendidas las luces la energía que suministra la

instalación está por debajo de la máxima. Sin embargo, en el momento de





76

encenderse las luces la potencia absorbida es mayor. En el caso del ejemplo

un 20% mayor, lo que supone que al pulsar el interruptor de encendido se

piden 2340 w, con lo que estamos superando la potencia máxima. Según las

protecciones que tengamos lo mas probable es que, al tratarse de un pico de

poca duración y no muy alto no suceda nada, pero también pueden saltar las

protecciones, no siempre las sobre intensidades no son del 20%.

3.4.2 Efecto estroboscópico

A menudo la emisión de luz no es constante en un intervalo de tiempo

pequeño y varia. Este efecto depende en gran manera de la inercia de la

lámpara. Es algo como lo siguiente: la red de alimentación eléctrica tiene una

frecuencia de 50 hercios, esto significa que realiza 50 ciclos de encendido por

segundo, parte de 0, alcanza el valor máximo, vuelve a 0, se hace negativo

(nuevamente un valor máximo de corriente eléctrica pero con los electrones

moviéndose en dirección contraria por los cables) y se vuelve a hacer 0. Lo

podemos ver como si los electrones cambiaran de dirección en su caminar por

los conductores. Como se puede ver hay dos pasos por cero y dos máximos.

Para una frecuencia de red de 50 ciclos habrá 100 encendidos y 100

apagados. En Estados unidos y en los países que tienen una frecuencia de red

de 60 ciclos habrá 120 apagados. Si la lámpara tiene poca inercia se notará

este ir y venir, si la lámpara tiene mucha inercia se notará menos o no se

notará. Lámparas de poca inercia, en las que por tanto no hay vaivén de la luz

son las incandescentes mientras que las lámparas de descarga se nota algo

más, dependiendo siempre del tipo concreto de lámpara que sea.





77

3.4.3 Cuestiones visuales

En el puesto de trabajo deben estar iluminados adecuadamente tanto el

documento que se está utilizando (escrito, manual, etc.) como el monitor.

Las magnitudes que afectan a la iluminación adecuada son:

— Nivel de iluminación.

— Brillo.

— Rendimiento de color.

— Temperatura de color.

3.4.3.1 Nivel de iluminación o iluminancia.

Es el flujo luminoso (energía luminosa visible) que llega al área de trabajo

por unidad de superficie. Se mide en lux. El luxómetro es un aparato de medida

bastante frecuente, sobre todo entre los aficionados a la fotografía. Las normas

españolas sobre seguridad e higiene en el trabajo (IRANOR: Instituto de

Racionalización y Normalización) fijan los niveles de iluminación más

adecuados para cada tipo de tarea. Como orientación, los más adecuados para

un aula de dibujo están entre 500 y 750 lux; en una oficina, para las tareas de

mecanografía, entre 400 y 800. La iluminancia más adecuada para trabajar

sobre la pantalla del ordenador puede estar entre 250 y 500 lux.

3.4.3.2 Luminancia o brillo.

Es la intensidad luminosa que llega al observador por unidad de superficie

aparente del foco emisor. (Se define la intensidad luminosa como el flujo

luminoso emitido por un foco en una dirección por unidad de ángulo sólido; su

unidad es la candela: 1 cd =1 lumen/estereoradián.)

Más familiar que la definición resulta la noción de brillo, que asociamos

con deslumbramiento, cuando una intensidad luminosa relativamente grande

proviene de un foco que vemos con una superficie relativamente pequeña.

Todos estamos acostumbrados a las pantallas difusoras, o a las bombillas

opalinas, que permiten que un determinado flujo luminoso se difunda desde un

foco de mayor superficie que un tubo fluorescente desnudo o el filamento de





78

una bombilla. Otro ejemplo es la iluminación indirecta de las habitaciones,

enviando los haces de luz hacia el techo para que la luz nos llegue desde una

superficie mucho mayor. La luminancia elevada y, por tanto, el

deslumbramiento pueden llegar también por luz reflejada (hay que tener

especial cuidado con evitar reflejos de la luz en la pantalla del ordenador si ésta

no es antirreflectante).

Una sensación visual tan incómoda como el deslumbramiento por brillo

puede ser debida al excesivo contraste entre las luminancias percibidas desde

las distintas zonas que se encuentran dentro de nuestro campo visual. Esta

sensación de fatiga visual se comprueba muy bien (y es bastante usual sufrirla)

cuando se observa la televisión con el fondo de la habitación que queda detrás

muy oscuro.

En el entorno de trabajo se pueden distinguir tres zonas de iluminación:

— Superficie de trabajo, sobre la que se fija la atención principal de nuestra

tarea (el papel sobre el que escribimos, la hoja que leemos, la pantalla del

ordenador, etc.).

— La mesa de trabajo, sobre la que se encuentra una serie de objetos que

están dentro de nuestro campo visual, más o menos enfocados.

— El fondo, que normalmente, aunque esté dentro del campo visual, no se

encuentra enfocado.

Los niveles de iluminación de estas tres zonas deben estar dentro de

unas relaciones próximas a las siguientes, para que no se produzca

incomodidad visual:

— Superficie de trabajo/mesa de trabajo, 3:1.

— Superficie de trabajo/fondo, 10:1.

Estas relaciones son orientativas: indican simplemente que los valores

reales no deben estar muy lejos de los dados. Por ejemplo, si el fondo de la

habitación estuviera iluminado de un forma similar a la superficie de trabajo, se

produciría una falta de concentración en la tarea, al no ser necesaria la





79

adaptación a una luminancia distinta para quitar la vista de la superficie de

trabajo.

Si la luminancia que llega del fondo fuera demasiado baja, se produciría

fatiga visual debida al excesivo contraste dentro del campo visual. Otra

precaución que hay que tener en cuenta es evitar que haya focos luminosos

directos en el techo dentro de un ángulo inferior a 30° respecto de la horizontal

de nuestros ojos.

3.4.3.3 El color

Para hacernos una idea de como afecta la luz al color consideremos una

habitación de paredes blancas con muebles de madera de tono claro. Si la

iluminamos con lámparas incandescentes, ricas en radiaciones en la zona roja

del espectro, se acentuarán los tonos marrones de los muebles y las paredes

tendrán un tono amarillento. En conjunto tendrá un aspecto cálido muy

agradable. Ahora bien, si iluminamos el mismo cuarto con lámparas

fluorescentes normales, ricas en radiaciones en la zona azul del espectro, se

acentuarán los tonos verdes y azules de muebles y paredes dándole un

aspecto frío a la sala. En este sencillo ejemplo hemos podido ver cómo afecta

el color de las lámparas (su apariencia en color) a la reproducción de los

colores de los objetos (el rendimiento en color de las lámparas).

La apariencia en color de las lámparas viene determinada por su

temperatura de color correlacionada. Se definen tres grados de apariencia

según la tonalidad de la luz: luz fría para las que tienen un tono blanco azulado,

luz neutra para las que dan luz blanca y luz cálida para las que tienen un tono

blanco rojizo.

A pesar de esto, la apariencia en color no basta para determinar qué

sensaciones producirá una instalación a los usuarios. Por ejemplo, es posible

hacer que una instalación con fluorescentes llegue a resultar agradable y una

con lámparas cálidas desagradable aumentando el nivel de iluminación de la

sala. El valor de la iluminancia determinará conjuntamente con la apariencia en

color de las lámparas el aspecto final.





80

3.4.3.4 Rendimiento en color

De las lámparas es una medida de la calidad de reproducción de los

colores. Se mide con el Índice de Rendimiento del Color (IRC o Ra) que

compara la reproducción de una muestra normalizada de colores iluminada con

una lámpara con la misma muestra iluminada con una fuente de luz de

referencia. Mientras más alto sea este valor mejor será la reproducción del

color, aunque a costa de sacrificar la eficiencia y consumo energéticos. La CIE

ha propuesto un sistema de clasificación de las lámparas en cuatro grupos

según el valor del IRC.

Ahora que ya conocemos la importancia de las lámparas en la

reproducción de los colores de una instalación, nos queda ver otro aspecto no

menos importante: la elección del color de suelos, paredes, techos y muebles.

Aunque la elección del color de estos elementos viene condicionada por

aspectos estéticos y culturales básicamente, hay que tener en cuenta la

repercusión que tiene el resultado final en el estado anímico de las personas.

Los tonos fríos producen una sensación de tristeza y reducción del

espacio, aunque también pueden causar una impresión de frescor que los hace

muy adecuados para la decoración en climas cálidos. Los tonos cálidos son

todo lo contrario. Se asocian a sensaciones de exaltación, alegría y amplitud

del espacio y dan un aspecto acogedor al ambiente que los convierte en los

preferidos para los climas cálidos.

De todas maneras, a menudo la presencia de elementos fríos (bien sea

la luz de las lámparas o el color de los objetos) en un ambiente cálido o

viceversa ayudarán a hacer más agradable y/o neutro el resultado final.

Para poder realizar una tarea en condiciones visuales adecuadas no es

suficiente con tener un buen nivel de iluminación. Además, si el trabajo que

realizamos requiere una cierta precisión en la identificación de los colores, la

luz debe tener un espectro de potencias suficientemente uniformes dentro de

las frecuencias visibles. En efecto, la luz visible es una radiación

electromagnética de longitudes de onda comprendidas entre los 380 nm (1 nm





81

= 10-9 m) del violeta y los 780 nm del rojo. El ojo humano percibe mejor la luz

de una longitud de onda próxima a los 555 nm, que corresponde a un amarillo

verdoso. Esto hace que los fabricantes de lámparas industriales consigan

mejores rendimientos luminosos (flujo luminoso visible al ojo humano/vatio de

potencia eléctrica consumida) con focos que emiten potencia luminosa

principalmente a esa frecuencia, con lo que los otros colores se distinguen peor

que con la luz natural. Ésta se toma como referencia en unas determinadas

condiciones, diciéndose que tiene un rendimiento de color del 100%.

Un ejemplo muy conocido de esto son las luminarias de vapor de sodio

usadas en alumbrado viario, que dan ese característico color anaranjado,

permitiendo distinguir las formas, pero mucho peor los colores. Por otra parte,

los tubos fluorescentes de luz fría usados en muchas instalaciones industriales

permiten distinguir muy bien los colores de baja longitud de onda, como el azul

o el violeta (fríos), pero no los colores cálidos o de alta longitud de onda, como

el rojo.

En el trabajo con el ordenador, sobre todo si se trata de trabajo con

gráficos en color, el rendimiento de color de la iluminación no debe bajar del

85%. La mayoría de los tubos fluorescentes, las lámparas incandescentes

normales, y sobre todo las halógenas, cumplen este requisito.

Para establecer el rendimiento en color se utiliza el índice de rendimiento

de color (IRC o Ra) que compara la reproducción de una muestra de colores

normalizada iluminada con nuestra fuente con la reproducción de la misma

muestra iluminada con una fuente patrón de referencia.

3.4.3.5 La temperatura de color

Hace referencia al color de la fuente luminosa. Su valor coincide con la

temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la

de la fuente considerada. Esto se debe a que sus espectros electromagnéticos

respectivos tienen una distribución espectral similar. Conviene aclarar que los

conceptos temperatura de color y temperatura de filamento son diferentes y no

tienen porque coincidir sus valores.





82

Solo útil en lámparas incandescentes. Supongamos que tenemos un

objeto negro ideal. Ósea un artefacto que absorbe absolutamente toda la

energía que puede pasar por el. Si lo calentamos veremos que empieza a

encenderse cambiando de color. Conforme aumentamos la temperatura el

color del objeto negro pasa de ser de un anaranjado a un azulado. Podemos

coger una lámpara incandescente y ponerla junto al objeto negro. Cuando la

luz de ambos, lámpara y objeto negro, sea igual en color miramos la

temperatura a la que hemos calentado el objeto. A esta temperatura se le llama

"temperatura de color". Se mide en Kelvin (no en grados kelvin) ya que es la

unidad de medida de temperatura.

Si cogemos una lámpara de descarga y la colocamos junto al objeto

negro veremos que nunca se consigue el mismo color. Esto significa que no

puede hablarse de temperatura de color si no es con lámparas incandescentes,

o sea, objetos que dan luz por estar calientes (no solo son luces

incandescentes las lámparas artificiales sino también las velas, la leña, ósea

todos los tipos de fuego así como los objetos calentados que luces, hierro al

rojo, etc.)

Temperatura de color la temperatura de color de una lámpara se calcula

por comparación con la temperatura absoluta (Kelvin) a la que habría que

elevar un cuerpo gris patrón para obtener un espectro similar. En definitiva, la

luz más rojiza tiene una temperatura de color más baja (una bombilla

incandescente, unos 2500 K), mientras que los tubos fluorescentes de luz “fría”,

los que dan una luz muy blanca, casi azulada, pueden llegar a los 5.000 K de

temperatura de color. Las lámparas halógenas pueden llegar a una

temperatura de color próxima a los 3000 K, debido a que la atmósfera interior

de gas halógeno retarda la volatilización del filamento de wolframio,

permitiendo temperaturas más elevadas. Se observa que en las lámparas

incandescentes la temperatura de color guarda relación con la temperatura del

filamento. Sin embargo, esto no sucede en las fluorescentes, porque la emisión

producida en cada descarga es invisible al ojo humano, y es el polvo que

recubre el tubo el que determina el espectro visible emitido. Hasta hace pocos

años se conseguían en los tubos fluorescentes buenos rendimientos luminosos

sólo con temperaturas de color elevadas, que daban lugar a rendimientos de

color bajos, y además a ambientes poco acogedores. Las técnicas actuales





83

permiten muy buenos rendimientos luminosos con cualquier temperatura de

color.

En definitiva, la recomendación que se puede hacer es vigilar las posibles

causas de fatiga visual debida a brillos, excesivos contrastes en las

luminancias dentro del campo visual, inadecuado nivel de iluminación, y

asegurarse de que tenemos buen rendimiento de color y de que la temperatura

de color de las lámparas no está demasiado lejos de los 3000 K.

Tabla 3.2 Temperatura de color correlacionada

Temperatura

de Color

Correlacionada

(K)

Aspecto

cromático

Observaciones

Menor que

3.300

Cálido

(blanco

rojizo)

Lámparas incandescentes o

fluorescentes confortables de

color relajante. Ambas se

mezclan bien entre sí pero no

con la luz del día.

3.300 - 5.000 Intermedio

(blanco)

Este tipo de lámparas se utilizan

para instalaciones

suplementarias con la luz diurna

o donde se requiera un

ambiente fresco y natural.

Mayor que

5.000

Frío (blanco

azulado)

Lámparas utilizadas para

comparar colores o para

conseguir un alumbrado

particularmente frío en zonas

calientes





84

3.5 FUENTES DE LUZ Y APLICACIONES ESPECIALES

3.5.1 Iluminación de interiores

La determinación de los niveles de iluminación adecuados para una

instalación no es un trabajo sencillo. Hay que tener en cuenta que los valores

recomendados para cada tarea y entorno son fruto de estudios sobre

valoraciones subjetivas de los usuarios (comodidad visual, agradabilidad,

rendimiento visual...). El usuario estándar no existe y por tanto, una misma

instalación puede producir diferentes impresiones a distintas personas. En

estas sensaciones influirán muchos factores como los estéticos, los

psicológicos, el nivel de iluminación, etc.

Como principales aspectos a considerar trataremos:

� El deslumbramiento

� Lámparas y luminarias

� El color

� Sistemas de alumbrado

� Métodos de alumbrado

� Niveles de iluminación

� Depreciación de la eficiencia luminosa y mantenimiento

3.5.1.1 Deslumbramiento

El deslumbramiento es una sensación molesta que se produce cuando la

luminancia de un objeto es mucho mayor que la de su entorno. Es lo que

ocurre cuando miramos directamente una bombilla o cuando vemos el reflejo

del sol en el agua.

Existen dos formas de deslumbramiento, el perturbador y el molesto. El

primero consiste en la aparición de un velo luminoso que provoca una visión

borrosa, sin nitidez y con poco contraste, que desaparece al cesar su causa; un

ejemplo muy claro lo tenemos cuando conduciendo de noche se nos cruza un

coche con las luces largas.





85

El segundo consiste en una sensación molesta provocada porque la luz

que llega a nuestros ojos es demasiado intensa produciendo fatiga visual. Esta

es la principal causa de deslumbramiento en interiores.

Pueden producirse deslumbramientos de dos maneras. La primera es

por observación directa de las fuentes de luz; por ejemplo, ver directamente las

luminarias. Y la segunda es por observación indirecta o reflejada de las fuentes

como ocurre cuando las vemos reflejada en alguna superficie (una mesa, un

mueble, un cristal, un espejo, etc.)

Figura 3.13 Tipos de deslumbramiento

Estas situaciones son muy molestas para los usuarios y deben evitarse.

Entre las medidas que podemos adoptar tenemos ocultar las fuentes de luz del

campo de visión usando rejillas o pantallas, utilizar recubrimientos o acabados

mates en paredes, techos, suelos y muebles para evitar los reflejos, evitar

fuertes contrastes de luminancias entre la tarea visual y el fondo y/o cuidar la

posición de las luminarias respecto a los usuarios para que no caigan dentro de

su campo de visión.

3.5.1.2 Lámparas y luminarias

Las lámparas empleadas en iluminación de interiores abarcan casi todos

los tipos existentes en el mercado (incandescentes, halógenas, fluorescentes,

etc.). Las lámparas escogidas, por lo tanto, serán aquellas cuyas

características (fotométricas, cromáticas, consumo energético, economía de

instalación y mantenimiento, etc.) mejor se adapte a las necesidades y

características de cada instalación (nivel de iluminación, dimensiones del local,

ámbito de uso, potencia de la instalación, etc.)





86

Figura 3.14 Ejemplos de luminarias

Tabla 3.3 Ámbitos de uso de las lámparas mas utilizadas

Ámbito de uso Tipos de lámparas más utilizadas Doméstico • Incandescente

• Fluorescente

• Halógenas de baja potencia

• Fluorescentes compactas

Oficinas • Alumbrado general: fluorescentes

• Alumbrado localizado: incandescentes y halógenas de baja tensión

Comercial (Depende de las dimensiones y características del comercio)

• Incandescentes

• Halógenas

• Fluorescentes

• Grandes superficies con techos altos: mercurio a alta presión y haluros metálicos

Industrial • Todos los tipos

• Luminarias situadas a baja altura ( 6 m): fluorescentes

• Luminarias situadas a gran altura (>6 m): lámparas de descarga a alta presión montadas en proyectores

• Alumbrado localizado: incandescentes

Deportivo • Luminarias situadas a baja altura: fluorescentes

• Luminarias situadas a gran altura: lámparas de vapor de mercurio a alta presión, haluros metálicos y vapor de sodio a alta presión

La elección de las luminarias está condicionada por la lámpara utilizada

y el entorno de trabajo de esta. Hay muchos tipos de luminarias y sería difícil

hacer una clasificación exhaustiva. La forma y tipo de las luminarias oscilará

entre las más funcionales donde lo más importante es dirigir el haz de luz de





87

forma eficiente como pasa en el alumbrado industrial a las más formales donde

lo que prima es la función decorativa como ocurre en el alumbrado doméstico.

Las luminarias para lámparas incandescentes tienen su ámbito de

aplicación básico en la iluminación doméstica. Por lo tanto, predomina la

estética sobre la eficiencia luminosa. Sólo en aplicaciones comerciales o en

luminarias para iluminación suplementaria se buscará un compromiso entre

ambas funciones. Son aparatos que necesitan apantallamiento pues el

filamento de estas lámparas tiene una luminancia muy elevada y pueden

producir deslumbramientos.

En segundo lugar tenemos las luminarias para lámparas fluorescentes.

Se utilizan mucho en oficinas, comercios, centros educativos, almacenes,

industrias con techos bajos, etc. por su economía y eficiencia luminosa. Así

pues, nos encontramos con una gran variedad de modelos que van de los más

simples a los más sofisticados con sistemas de orientación de la luz y

apantallamiento (modelos con rejillas cuadradas o transversales y modelos con

difusores).

Por último tenemos las luminarias para lámparas de descarga a alta

presión. Estas se utilizan principalmente para colgar a gran altura (industrias y

grandes naves con techos altos) o en iluminación de pabellones deportivos,

aunque también hay modelos para pequeñas alturas. En el primer caso se

utilizan las luminarias intensivas y los proyectores y en el segundo las

extensivas.

3.5.1.3 El color

Para hacernos una idea de como afecta la luz al color consideremos una

habitación de paredes blancas con muebles de madera de tono claro. Si la

iluminamos con lámparas incandescentes, ricas en radiaciones en la zona roja

del espectro, se acentuarán los tonos marrones de los muebles y las paredes

tendrán un tono amarillento. En conjunto tendrá un aspecto cálido muy

agradable.

Ahora bien, si iluminamos el mismo cuarto con lámparas fluorescentes

normales, ricas en radiaciones en la zona azul del espectro, se acentuarán los

tonos verdes y azules de muebles y paredes dándole un aspecto frío a la sala.





88

En este sencillo ejemplo hemos podido ver cómo afecta el color de las

lámparas (su apariencia en color) a la reproducción de los colores de los

objetos (el rendimiento en color de las lámparas).

3.5.1.4 Apariencia en color

De las lámparas viene determinada por su temperatura de color

correlacionada. Se definen tres grados de apariencia según la tonalidad de la

luz: luz fría para las que tienen un tono blanco azulado, luz neutra para las que

dan luz blanca y luz cálida para las que tienen un tono blanco rojizo.

Tabla 3.4 Niveles de temperatura de color

Temperatura de color

correlacionada

Apariencia de

color

Tc> 5.000 K Fría

3.300 Tc 5.000 K Intermedia

Tc< 3.300 K Cálida

A pesar de esto, la apariencia en color no basta para determinar qué

sensaciones producirá una instalación a los usuarios. Por ejemplo, es posible

hacer que una instalación con fluorescentes llegue a resultar agradable y una

con lámparas cálidas desagradable aumentando el nivel de iluminación de la

sala. El valor de la iluminancia determinará conjuntamente con la apariencia en

color de las lámparas el aspecto final.

Tabla 3.5 Apariencia de color de la luz

Apariencia del color de la luz Iluminancia (lux)

Cálida Intermedia Fría

E 500

500 < E < 1.000

1.000 < E < 2.000

2.000 < E < 3.000

E 3.000

agradable

estimulante

no natural

neutra

agradable

estimulante

fría

neutra

agradable





89

3.5.1.5 Rendimiento en color

De las lámparas es una medida de la calidad de reproducción de los

colores. Se mide con el Índice de Rendimiento del Color (IRC o Ra) que

compara la reproducción de una muestra normalizada de colores iluminada con

una lámpara con la misma muestra iluminada con una fuente de luz de

referencia. Mientras más alto sea este valor mejor será la reproducción del

color, aunque a costa de sacrificar la eficiencia y consumo energéticos. La CIE

ha propuesto un sistema de clasificación de las lámparas en cuatro grupos

según el valor del IRC.

Tabla 3.6 Índice de rendimiento en color

Grupo de rendimiento

en color

Índice de rendimiento en color (IRC)

Apariencia de color

Aplicaciones

Fría Industria textil, fábricas de pinturas, talleres de imprenta

Intermedia Escaparates, tiendas, hospitales

1 IRC 85

Cálida Hogares, hoteles, restaurantes

Fría Oficinas, escuelas, grandes almacenes, industrias de precisión (en climas cálidos)

Intermedia Oficinas, escuelas, grandes almacenes, industrias de precisión (en climas templados)

2 70 IRC < 85

Cálida Oficinas, escuelas, grandes almacenes, ambientes industriales críticos (en climas fríos)

3 Lámparas con IRC <70 pero con propiedades de rendimiento en color bastante aceptables para uso en locales de trabajo

Interiores donde la discriminación cromática no es de gran importancia

S (especial) Lámparas con rendimiento en color fuera de lo normal

Aplicaciones especiales





90

3.5.1.6 Apariencia de color y rendimiento en color (CIE)

Ahora que ya conocemos la importancia de las lámparas en la

reproducción de los colores de una instalación, nos queda ver otro aspecto no

menos importante: la elección del color de suelos, paredes, techos y muebles.

Aunque la elección del color de estos elementos viene condicionada por

aspectos estéticos y culturales básicamente, hay que tener en cuenta la

repercusión que tiene el resultado final en el estado anímico de las personas.

3.5.1.7 Influencia del color en el ambiente

Los tonos fríos producen una sensación de tristeza y reducción del

espacio, aunque también pueden causar una impresión de frescor que los hace

muy adecuados para la decoración en climas cálidos. Los tonos cálidos son

todo lo contrario. Se asocian a sensaciones de exaltación, alegría y amplitud

del espacio y dan un aspecto acogedor al ambiente que los convierte en los

preferidos para los climas cálidos.

De todas maneras, a menudo la presencia de elementos fríos (bien sea

la luz de las lámparas o el color de los objetos) en un ambiente cálido o

viceversa ayudarán a hacer más agradable y/o neutro el resultado final.

Figura 3.15 Elección de colores de techos, paredes y suelos





91

3.5.1.8 Sistemas de alumbrado

Cuando una lámpara se enciende, el flujo emitido puede llegar a los

objetos de la sala directamente o indirectamente por reflexión en paredes y

techo. La cantidad de luz que llega directa o indirectamente determina los

diferentes sistemas de iluminación con sus ventajas e inconvenientes.

Luz directa

Luz indirecta

proveniente del techo

Luz indirecta

proveniente de las paredes

Figura 3.16 Sistemas de alumbrado

La iluminación directa se produce cuando todo el flujo de las lámparas

va dirigido hacia el suelo. Es el sistema más económico de iluminación y el que

ofrece mayor rendimiento luminoso. Por contra, el riesgo de deslumbramiento

directo es muy alto y produce sombras duras poco agradables para la vista. Se

consigue utilizando luminarias directas.

En la iluminación semidirecta la mayor parte del flujo luminoso se

dirige hacia el suelo y el resto es reflejado en techo y paredes. En este caso,

las sombras son más suaves y el deslumbramiento menor que el anterior. Sólo

es recomendable para techos que no sean muy altos y sin claraboyas puesto

que la luz dirigida hacia el techo se perdería por ellas.

Si el flujo se reparte al cincuenta por ciento entre procedencia directa e

indirecta hablamos de iluminación difusa. El riesgo de deslumbramiento es

bajo y no hay sombras, lo que le da un aspecto monótono a la sala y sin relieve

a los objetos iluminados. Para evitar las pérdidas por absorción de la luz en

techo y paredes es recomendable pintarlas con colores claros o mejor blancos.

Cuando la mayor parte del flujo proviene del techo y paredes tenemos la

iluminación semiindirecta. Debido a esto, las pérdidas de flujo por absorción

son elevadas y los consumos de potencia eléctrica también, lo que hace

imprescindible pintar con tonos claros o blancos. Por contra la luz es de buena





92

calidad, produce muy pocos deslumbramientos y con sombras suaves que dan

relieve a los objetos.

Por último tenemos el caso de la iluminación indirecta cuando casi

toda la luz va al techo. Es la más parecida a la luz natural pero es una solución

muy cara puesto que las pérdidas por absorción son muy elevadas. Por ello es

imprescindible usar pinturas de colores blancos con reflectancias elevadas.

3.5.1.9 Métodos de alumbrado

Los métodos de alumbrado nos indican cómo se reparte la luz en las

zonas iluminadas. Según el grado de uniformidad deseado, distinguiremos tres

casos: alumbrado general, alumbrado general localizado y alumbrado

localizado.

Alumbrado general Alumbrado general localizado Alumbrado localizado

Figura 3.17 Alumbrado general, general localizado y localizado.

El alumbrado general proporciona una iluminación uniforme sobre toda

el área iluminada. Es un método de iluminación muy extendido y se usa

habitualmente en oficinas, centros de enseñanza, fábricas, comercios, etc. Se

consigue distribuyendo las luminarias de forma regular por todo el techo del

local





93

Figura 3.18 Ejemplos de distribución de luminarias en alumbrado general

El alumbrado general localizado proporciona una distribución no

uniforme de la luz de manera que esta se concentra sobre las áreas de trabajo.

El resto del local, formado principalmente por las zonas de paso se ilumina con

una luz más tenue. Se consiguen así importantes ahorros energéticos puesto

que la luz se concentra allá donde hace falta. Claro que esto presenta algunos

inconvenientes respecto al alumbrado general. En primer lugar, si la diferencia

de luminancias entre las zonas de trabajo y las de paso es muy grande se

puede producir deslumbramiento molesto. El otro inconveniente es qué pasa si

se cambian de sitio con frecuencia los puestos de trabajo; es evidente que si no

podemos mover las luminarias tendremos un serio problema. Podemos

conseguir este alumbrado concentrando las luminarias sobre las zonas de

trabajo. Una alternativa es apagar selectivamente las luminarias en una

instalación de alumbrado general.

Empleamos el alumbrado localizado cuando necesitamos una

iluminación suplementaria cerca de la tarea visual para realizar un trabajo

concreto. El ejemplo típico serían las lámparas de escritorio. Recurriremos a

este método siempre que el nivel de iluminación requerido sea superior a 1000

lux., haya obstáculos que tapen la luz proveniente del alumbrado general,

cuando no sea necesaria permanentemente o para personas con problemas

visuales. Un aspecto que hay que cuidar cuando se emplean este método es





94

que la relación entre las luminancias de la tarea visual y el fondo no sea muy

elevada pues en caso contrario se podría producir deslumbramiento molesto.

Figura 3.19 Relación entre el alumbrado general y el localizado.

3.5.1.10 Niveles de iluminación recomendados

Los niveles de iluminación recomendados para un local dependen de las

actividades que se vayan a realizar en él. En general podemos distinguir entre

tareas con requerimientos luminosos mínimos, normales o exigentes.

En el primer caso extraían las zonas de paso (pasillos, vestíbulos, etc.) o

los locales poco utilizados (almacenes, cuartos de maquinaria...) con

iluminancias entre 50 y 200 lx. En el segundo caso tenemos las zonas de

trabajo y otros locales de uso frecuente con iluminancias entre 200 y 1000 lx.

Por último están los lugares donde son necesarios niveles de iluminación muy

elevados (más de 1000 lx) porque se realizan tareas visuales con un grado

elevado de detalle que se puede conseguir con iluminación local.

3.5.1.11 Iluminancias recomendadas según la actividad y el tipo de local

En la tabla anterior tenemos un cuadro simplificado de los niveles de

iluminancia en función del tipo de tareas a realizar en el local. Existen, no

obstante, tablas más completas en la bibliografía donde se detallan las

iluminancias para todo tipo de actividades humanas.





95

3.5.1.12 Depreciación de la eficiencia luminosa y mantenimiento

El paso del tiempo provoca sobre las instalaciones de alumbrado una

disminución progresiva en los niveles de iluminancia. Las causas de este

problema se manifiestan de dos maneras. Por un lado tenemos el

ensuciamiento de lámparas, luminarias y superficies donde se va depositando

el polvo. Y por otro tenemos la depreciación del flujo de las lámparas.

En el primer caso la solución pasa por una limpieza periódica de

lámparas y luminarias. Y en el segundo por establecer un programa de

sustitución de las lámparas. Aunque a menudo se recurre a esperar a que

fallen para cambiarlas, es recomendable hacer la sustitución por grupos o de

toda la instalación a la vez según un programa de mantenimiento. De esta

manera aseguraremos que los niveles de iluminancia real se mantengan dentro

de los valores de diseño de la instalación.

3.6 ¿QUÉ ES UN LED?

Un LED, siglas en inglés de Light-Emitting Diode (diodo emisor de luz)

es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz cuasi-monocromática, es

decir, con un espectro muy angosto, cuando se polariza en directa y es

atravesado por una corriente eléctrica. El color, (longitud de onda), depende del

material semiconductor empleado en la construcción del diodo, pudiendo variar

desde el ultravioleta, pasando por el espectro de luz visible, hasta el infrarrojo,

recibiendo éstos últimos la denominación de IRED (Infra-Red Emitting Diode).

En contra de otros sistemas, los LEDS no tienen filamentos u otras

partes mecánicas sujetas a rotura ni a fallos por “fundido”, no existe un punto

en que cesen de funcionar, sino que su degradación es gradual a lo largo de su

vida.

Se considera que a aproximadamente a las 50000 horas, es cuando su

flujo decae por debajo del 70% de la inicial, eso significa aproximadamente 6

años en una aplicación de 24 horas diarias 365 días/año.

Esto permite una reducción enorme de costos de mantenimiento ya que

no se necesita reemplazarlas, por lo que el costo de Iluminación es mucho

menor.





96

Asimismo, por su naturaleza el encendido se produce instantáneamente

al 100% de su intensidad sin parpadeos ni periodos de arranque, e

independientemente de la temperatura. A diferencia de otros sistemas no se

degrada por el número de encendidos.

El control de los LEDS es otro de los factores importantes. Dada su

naturaleza son fácilmente controlables, permiten producir efectos y controles de

energía que con otros dispositivos es más difícil y caro de obtener.

Por otra parte los dispositivos LEDS son ecológicos ya que no contienen

mercurio, tienen una duración mayor, ahorran gran cantidad de energía, un

punto significativo a tener en cuenta en las instalaciones y especialmente en

las de tipo público, y no producen casi contaminación lumínica, otro aspecto

importante en aplicaciones públicas y especialmente de tráfico.

3.7 HISTORIA DE LOS LEDS

60’s

Nick Holonyak Jr., inventó el primer diodo emisor de luz (LED) en los

laboratorios de General Electric. Estos primeros LEDS eran de color rojo y se

emplearon como indicadores.

70’s

Aparecen los LEDS de color verde, amarillos y naranjas. Un rango de

mercado más amplio empieza a utilizarlos en calculadoras, relojes digitales y

equipos de monitoreo.

80’s (Principios)

LEDS de mayor calidad fueron desarrollados con nuevas tecnologías,

estos eran más eficientes, consumiendo menor energía y generando 10 veces

más luz que las generaciones anteriores. Ahora se anexan las aplicaciones de

pizarrones de mensajes y señalización exterior.

80’s (Finales) – 90’s (Principios)

Se tienen grandes avances en control de calidad, permiten a los LEDS

entrar a mercados de uso rudo.





97

90’s (Mediados)

El Dr. Nakamura inventa el LED de color azul en los laboratorios de

Nichia. Con estos LEDS con colores saturados y con la posibilidad de crear

rangos de color casi infinitos. La luz blanca se logra.

90’s (Finales)

El mercado se ha enfocado en 4 áreas principales:

� Artículos de control de tráfico (semáforos).

� Pizarrones de mensajes variables.

� Aplicaciones Automotrices.

� Iluminación arquitectónica y de Display’s.

El primer espectro visible práctico LED fue desarrollado en 1962, el

desarrollo de los LEDS ha alcanzado un nivel tan alto, que ha sido escogido

como la mejor alternativa al bulbo incandescente, a la luz de neón y al

fluorescente en muchas áreas. Se predice que con el ya remoto desarrollo de

LEDS las fuentes de iluminación mencionadas o convencionales actuales

cederán el paso a los LEDS en el futuro próximo. El futuro del ser humano será

más brillante ya que el empleo común de los LEDS supondrá ahorro en

energía, costos y tiempo.

Figura 3.20 Uso de LEDS en la industria automotriz

Nuevos Desarrollos para los LEDS azules y blancos junto con la

tecnología de color garantizan mayor uso de los LEDS en el mercado. Aunada

a su eficiencia, resistencia y versatibilidad, las lámparas LEDS han





98

evolucionado de una tecnología incipiente a una alternativa de iluminación

seria.

3.8 PARTES DE UN LED

Figura 3.21 Partes componentes de un LED

1. Lente Epóxico

Este lente mantiene todo el paquete estructurado, determina el haz de

luz, protege al chip reflector, además de extraer el flujo luminoso.

2. Cable Conductor

Es un cable muy delgado de oro, el cual conecta cada terminal a cada

uno de los postes conductores.

3. Chip

Consiste en dos capas de material emisor semiconductor, cuando los

átomos son excitados por un flujo de corriente intercambiando electrones,

creando la luz.

4. Reflector

Está por debajo del Chip reflejando y proyectando luz hacia fuera sólo un

3% se queda atrapada.

5. Cátodo

Poste hecho de aleación de cobre y conduce carga negativa, el cátodo

es más corto que el ánodo para facilitar un ensamble más rápido y preciso en

el circuito.





99

6. Ánodo

Poste hecho en aleación de cobre y conduce carga positiva.

3.9 ¿CÓMO FUNCIONAN LOS LEDS?

Un LED es un dispositivo semiconductor. Cuando se suministra corriente

a un LED, los electrones se mueven a través del material semiconductor y

algunos pasan a un estado energético más bajo. Durante el proceso, se emite

la energía "excedente" en forma de luz. La longitud de onda (y, por lo tanto, el

color) se puede ajustar utilizando diferentes materiales semiconductores y

procesos de manufacturado distintos. Es más, la difusión de la longitud de onda

de la luz emitida es relativamente corta, por lo que los colores son más puros.

Actualmente, la mayoría de los LEDS se fabrican con materiales

semiconductores compuestos tradicionales, como el nitrito de galio (GaN). Sin

embargo, también están empezando a aparecer los LEDS hechos de

materiales orgánicos (los OLED, Organic Light Emiting Diode). Los LEDS

fabricados a base de polímeros (normalmente llamados PLED o PolyLED)

ofrecen muchas de las ventajas de los LEDS tradicionales y a su vez pueden

convertirse en fuentes de luz flexibles.

3.10 RASGOS Y VENTAJAS DE LOS LEDS

Los rasgos inherentes de los LEDS lo definen para ser la mejor

alternativa a fuentes de iluminación convencionales, y proporcionar una más

amplia gama de uso.

Tamaño pequeño

Un LED puede ser sumamente pequeño y proporcionar un haz de luz de

altas prestaciones lumínicas.

Consumo de electricidad bajo

Los LEDS tienen un consumo de electricidad muy bajo. Generalmente,

un LED está diseñado para funcionar con una corriente de 0.02-0.03 A, a 2-3.6

V, esto significa que no necesita más de 0.1w para funcionar.





100

Larga vida

Con funcionamiento a una tensión nominal, la corriente y el ambiente

adecuados los LEDS disfrutan de una larga vida aproximadamente 100,000

horas.

Alta eficacia luminosa y baja emisión de calor

Los LEDS puede convertir casi toda la energía usada en luz, y por lo

tanto el rendimiento de los mismos se traduce en una muy alta eficacia

luminosa y baja emisión de calor. Uno de los mejores LED en el mercado

actual emite 321 lm/w, que es casi dos veces tan eficiente como una bombilla

de filamento de tungsteno equivalente.

Protección de medio ambiente

Los LEDS están fabricados con materiales no tóxicos a diferencia de las

lámparas fluorescentes con el mercurio que contienen y que plantean un

peligro de contaminación. Los LEDS pueden ser totalmente reciclados.

Irrompible

El dispositivo electroluminescente de los LEDS esta completamente

encajado en un recinto de resina epoxi, lo hace mucho más robusto que la

lámpara de filamentos convencional y el tubo fluorescente; no hay ninguna

parte móvil dentro del recinto de epoxi sólido, es más resistente a vibraciones o

impactos. Esto hace que los LEDS sean altamente resistentes.

3.11 EL USO DE LOS LEDS

Las características propias de los LEDS mencionadas con anterioridad

determinan su conveniencia ideal en una amplia gama de uso.

3.11.1 Iluminación decorativa

Debido a la variedad rica en colores, el pequeño tamaño, la durabilidad,

los ahorros de energía, los leds son la fuente de iluminación perfecta para el

uso decorativo. Bien posicionados, sobre PCB, cable flexible, u otros materiales

deseados; los LEDS pueden ser usados para iluminación arquitectural,

perimetral, señalización, balizas, cartelería, etc.





101

3.11.2 La Limpieza

No es necesario usar sustancias químicas para la limpieza y

mantenimiento de los LED, el uso inapropiado de las mismas podría dañar el

LED. Cuando la limpieza sea necesaria, simplemente aplicar alcohol, el tiempo

de limpieza debería ser menos de 30 segundos en ambientes normales de

temperatura.

Figura 3.22 LEDS usados en la iluminación decorativa.

Desventajas del LED

Precio: El mayor inconveniente que tiene el LED sin duda es su precio,

pero si evaluamos sus múltiples e inmejorables condiciones de funcionamiento,

y sobre todo su larga vida en comparación con los demás sistemas de

iluminación.

Uso actual de los LEDS

Actualmente, las lámparas semiconductoras o lámparas a LEDS tienen

múltiples usos:

• Decoración de interiores y exteriores por sus bellos colores y multiplicidad de

formas (Fig. 3.20).

Figura 3.23 Wuhan Asia Hotel

y Beijing Century City Building.





102

• Señalizadores de diversos tipos, por ejemplo, en carreteras, edificios,

pantallas informativas, semáforos.

• En lugares lejos de la red o donde se quiera evitar conexión por cable, por

ejemplo, en jardines alimentados con energía fotovoltaica. (El uso de lámparas

en base a LEDS evita tener que transformar la corriente directa en alterna, por

cuanto los LEDS utilizan pequeñas cantidades de corriente directa y bajos

voltajes. O sea, tienen varias ventajas respecto a otras luminarias para su uso

con celdas solares).

• Por su color o dirección, en locales de trabajo que requieren de iluminación

especial.

• En maquinaria automatizada, para proporcionar determinado color que sea

«visto» mejor por la cámara o el sensor óptico.

• Para la iluminación de las naves espaciales.

3.12 PERSPECTIVAS FUTURAS

Estas lámparas no sustituyen aún a las fluorescentes en usos comunes

por su costo, pero sin duda lo harán, porque se trabaja para aumentar aún más

su eficiencia de convertir la corriente eléctrica en luz y para lograr materiales

más baratos (en este sentido son muy recientes las investigaciones en LEDS

orgánicos, conocidos como OLEDS). Por último, no hay otra fuente de luz, hoy

conocida, con las ventajas de los LEDS para ser utilizados con las celdas

solares fotovoltaicas; sin duda, en el futuro desempeñarán un papel

protagónico fundamental.

3.13 TECNOLOGÍA LED, COMO FUENTE DE ILUMINACIÓN.

La sensación de pasear sobre suelos de cristal completamente

iluminados o contemplar a nuestro paso, corredores de paredes iluminadas,

añadiendo una especial atmósfera en cualquier tipo de ambiente o escenario,

sólo se consigue con el System Tread o System Muro.

Estos sistemas de iluminación de interiores patentados ofrecen un alto

grado de resistencia al impacto, una iluminación decorativa uniforme, así como





103

un excepcional comportamiento antideslizamiento en el caso de System Tread

o cristal iluminado para suelo.

3.14 ILUMINACIÓN DE INTERIORES

Proponemos una iluminación decorativa que va desde la emisión de luz

monocromática, pasando por el sistema RGB de cambio de color. Colores

vivos, rojo, amarillo, azul, verde, etc. Podemos crear con estos sistemas de

iluminación, suelos, paredes, techos, puentes, etc. una diversidad de

aplicaciones que se pueden ver en últimos proyectos realizados.

Figura 3.24 Iluminación decorativa con LEDS

Todos los sistemas de iluminación de interiores e iluminación de

exteriores son regulables en intensidad lumínica. El sistema Pure Colour o

placas iluminadas, nos ofrecen la posibilidad de iluminar espacios concretos,

decoración puntual y minimalista, todas las placas comprenden un grado de

protección IP68, su uso es idóneo tanto en decoración de interiores como

exteriores , son totalmente transitables, posibilidad de regulación y control

remoto

3.14.1 SYSTEM TREAD

System Tread es un sistema modular de suelo de cristal iluminado

resistente. Su diseño exclusivo proporciona una plataforma segura con





104

iluminación uniforme. Bajo la superficie del cristal pueden colocarse gráficos,

texto o geles.

Cuando se precisen propiedades antideslizantes, puede tratarse el

cristal con chorro de arena, formando un diseño uniforme o selectivo.

Uniformidad y seguridad en un paquete de sólo 85 mm de profundidad.

3.14.2 SYSTEM MURO

Sistema único de construcción de paredes de perfil delgado en cristal

iluminado, con solamente 76 mm nominales de profundidad.

Un sistema modular que se combina para componer una plataforma

vertical de cristal uniformemente iluminado.

Su fácil mantenimiento y los paneles de cristal extraíbles permiten utilizar

System Muro como medio gráfico, ya sea desde una caja de luces única a una

pared completa.

Figura 3.25 Sistema RGB

GRADO DE PROTECCIÓN IP68

Significado de los dígitos:

6, como arriba.

8, protección contra penetración de agua al sumergirlo.

El ensayo de la estanqueidad se realiza conforme a la norma IEC 60068-

2-17, ensayo ql. A diferencia de la norma, el objeto a ensayar no se sumerge





105

en agua sino se almacena en atmósfera con vapor, ya que esta forma de

almacenamiento supone mayores esfuerzos.

Parámetros:

7.4 Condiciones iniciales: distancia de detección con Tu = 25 °C ± 5 °C,

7.5.1 Líquido de ensayo: agua potable,

7.5.2 Temperatura del líquido de ensayo: 105 ºC – 5 ºC,

7.5.4 Presión de ensayo: 12 N/cm (1,2 bar),

7.5.5 Duración del ensayo: 5 días

7.6 Tratamiento posterior: secado hasta la temperatura ambiente y

refrigeración. La medición final se realiza tan pronto como el detector ensayado

alcance la temperatura ambiente.

7.7 Medición final: distancia de detección con Tu = 25 ºC ± 5 ºC. La

modificación permitida vale ± 10 % del estado inicial.





106

CAPITULO 4

ANALISIS COMPARATIVO ENTRE UN SISTEMA DE ILUMINACION COVENCIONAL Y UNO UTILIZANDO

TECNOLOGIA DE LEDS, APLICADO A INTERIORES.





107

4.1 OBTENCIÓN DE CURVA DE DISTRUBUCIÓN PARA DIFERENTES TIPOS DE LAMPARA.

En la presente prueba se va obtener las curvas de distribución de los

distintos tipos de lámparas a diferentes ángulos, donde se obtendrán los parámetros de flujo y rendimiento luminoso esto para realizar un análisis comparativo y determinar cual es la mejor lámpara de acuerdo a las características anteriores. OBJETIVO

Obtener la curva de distribución de los diferentes tipos de lámparas mediante la medición de de los lux en diferentes ángulos. MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO

� Lámpara incandescente de 75W � Lámpara incandescente de 100W � Lámpara ahorradora de 10W � Lámpara ahorradora de 20W � Lámpara ahorradora de 13W � Lámpara de leds � Luxómetro � Flexometro





108

Potencia: 5.5W Marca: JACH Tensión de operación: 125/127 Casquillo: E26 Horas de vida: 100 000

Figura 4.1 Lámpara de LEDS





109

Figura 4.2 Lámpara ahorradora

Potencia: 20W Marca: PROMI LIGHT Tensión de operación: 125/127 V Casquillo: E26 Horas de vida: 5000

Potencia: 13W Marca: Laiting Tensión de operación: 127-130 V Casquillo: E26 Horas de vida: 4000 Numero de lúmenes: 600

Figura 4.3 Lámpara ahorradora Potencia: 10W Marca: OSRAM Tensión de operación: 110/130 Casquillo: E26 Horas de vida: 3000 Numero de lúmenes:

Figura 4.4 Lámpara ahorradora





110

Potencia: 100W Marca: philips Tensión de operación: 125/127 Casquillo: E26 Horas de vida: 1000 Numero de lúmenes: 1560

Figura 4.5 Lámpara incandescente

Potencia: 75W Marca: philips Tensión de operación: 125/127 V Casquillo: E26 Horas de vida: 1000 Numero de lúmenes: 1070

Figura 4.6 Lámpara incandescentes





111

PROCEDIMIENTO

1. Conectar la lámpara y encenderla a su tensión nominal (ver figura 4.7) 2. Colocar debajo de la lámpara el luxómetro, y medir la distancia de la

lámpara al luxómetro con el flexometro. 3. Considerar que el punto donde se coloco el luxómetro por debajo de la

lámpara será el origen, es decir considerar esto como 0. 4. Mover el luxometro a 5 grados del origen y tomar la medición del

luxómetro. 5. Mover ahora a 10° y tomar las mediciones continuar tomando medidas

moviendo el luxómetro cada 5 grados hasta llegar a 90°. 6. Repetir estos pasos con los diferentes tipos de lámparas(ver figura 4.8 y

4.9) 7. Desarrollar los cálculos de flujo luminoso y rendimiento luminoso. 8. Graficar las mediciones obtenidas en hojas polares, considerando que

las mediciones obtenidas son 0° a 90°.

Figura 4.7 Conexión de las lámparas para la medición de lux.





112

Figura 4.8 Incremento de 5 grados (º) partiendo del origen

Figura 4.9 Toma de lectura de las mediciones





113

Ejemplo de los cálculos para el cálculo del flujo y rendimiento luminoso. Flujo luminoso

[ ]24 Dπερ =

Rendimiento Luminoso

W

ρη =

DONDE: W = Potencia Activa V = Tension A = Corriente ρ = Flujo Luminoso

ε = Lux D = Distancia del lente del luxometro a la lámpara en (m) η = Rendimiento Luminoso

Calculo Del Flujo Luminoso De Una Lámpara De 75 W

]4[= 2Dπερ

( ) ( )

( ) ( ) 1766.1335=5.2417=

7164.1413=5.2418=2

2

Mπρ

Mπρ

Calculo Del Rendimiento Luminoso De Una Lámpara De 75 W

Wρ

η =

8023.17=75

1766.1335=

8498.18=80

7164.1413=

η

η





114

4.1.1 RESULTADOS OBTENIDOS

Tabla 4.1 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso de una lámpara de 75W.

LAMPARA INCANDESCENTE 75W. GRADOS (º) LUX FLUJO

LUMINOSO RENDIMIENTO

LUMINOSO

0 19 1492.2562 19.8967

5 19 1492.2562 19.8967

10 19 1492.2562 19.8967

15 19 1492.2562 19.8967

20 18 1413.7164 18.8495

25 19 1492.2562 19.8967

30 20 1570.796 20.9434

35 19 1492.2562 19.8967

40 19 1492.2562 19.8967

45 18 1413.7164 18.8495

50 18 1413.7164 18.8495

55 18 1413.7164 18.8495

60 17 1335.1766 17.8023

65 17 1335.1766 17.8023

70 17 1335.1766 17.8023

75 17 1335.1766 18.8495

80 17 1335.1766 18.8495

85 16 1256.6368 16.7551

90 15 1178.097 15.7079

Figura 4.10 Curva de distribución de una lámpara incandescente de 75W.





115

Tabla 4.2 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso de

una lámpara de 100W. LAMPARA INCANDESCENTE 100W.

GRADOS (º) LUX FLUJO LUMINOSO RENDIMIENTO LUMINOSO

0 26 2042.0348 20.4203

5 26 2042.0348 20.4203

10 27 2120.5746 21.2057

15 27 2120.5746 21.2057

20 26 2042.0348 20.4203

25 27 21.2057 21.2057

30 27 21.2057 21.2057

35 27 21.2057 21.2057

40 27 21.2057 21.2057

45 25 1963.495 19.6349

50 24 1884.9552 18.8495

55 23 1806.4154 18.0641

60 20 1570.796 15.7079

65 19 1492.2562 14.9225

70 17 1335.1766 13.3517

75 16 1256.6368 12.5663

80 15 1178.097 11.7809

85 14 1099.5572 10.9955

90 13 1021.0174 10.210174

Figura 4.11 Curva de distribución de una lámpara incandescente de 100W.





116

Tabla 4.3 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso una

lámpara ahorradora de 10W. LAMPARA AHORRADORA 10W.


0 2 150.8592 15.0859

5 2 150.8592 15.0859

10 3 226.2888 22.6288

15 3 226.2888 22.6288

20 4 301.7184 30.1718

25 5 377.148 37.7148

30 5 377.148 37.7148

35 5 377.148 37.7148

40 6 452.5776 45.2577

45 6 452.5776 45.2577

50 7 528.0072 52.8007

55 7 528.0072 52.8007

60 7 528.0072 52.8007

65 7 528.0072 52.8007

70 7 528.0072 52.8007

75 7 528.0072 52.8007

80 7 528.0072 52.8007

85 7 528.0072 52.8007

90 7 528.0072 52.8007

Figura 4.12 Curva de distribución de una lámpara ahorradora de 10W.





117


lámpara ahorradora de 13W. LAMPARA AHORRADORA 13W.


0 2 149.6302 11.51

5 2 149.6302 11.51

10 3 224.4453 17.265

15 3 224.4453 17.265

20 4 299.2604 23.02

25 5 374.0755 28.775

30 6 448.8906 34.53

35 6 448.8906 34.53

40 7 523.7057 40.285

45 8 598.5208 46.04

50 8 598.5208 46.04

55 9 673.3359 51.795

60 9 673.3359 51.795

65 9 673.3359 51.795

70 9 673.3359 51.795

75 9 673.3359 51.795

80 9 673.3359 51.795

85 9 673.3359 51.795

90 9 673.3359 51.795

Figura4.13 Curva de distribución de una lámpara ahorradora de 13W.





118

Tabla 4.5 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso

una lámpara ahorradora tipo espiral de 20W. LÁMPARA AHORRADORA TIPO ESPIRAL 20W


0 8 608.3728 30.4186

5 8 608.3728 30.4186

10 9 684.4194 34.2209

15 9 684.4194 34.2209

20 10 760.466 38.0233

25 11 836.5126 41.8256

30 11 836.5126 41.8256

35 11 836.5126 41.8256

40 12 912.5592 45.6279

45 11 836.5126 41.8256

50 11 836.5126 41.8256

55 11 836.5126 41.8256

60 10 760.466 38.0233

65 9 684.4194 34.2209

70 8 608.3728 30.4186

75 8 608.3728 30.4186

80 8 608.3728 30.4186

85 8 608.3728 30.4186

90 8 608.3728 30.4186

Figura 4.14 Curva de distribución de una lámpara ahorradora tipo espiral

de 20W.





119


lámpara de leds de 5.5 W.

Figura 4.15 Curva de distribución de una lámpara de leds de 5.5W.

LÁMPARA DE LEDS 5.5W. GRADOS

(º) LUX (Cd) FLUJO LUMINOSO RENDIMIENTO

LUMINOSO

0 242 18553.1962 3373.3084

5 230 17633.203 3206.0369

10 110 8433.271 1533.322

15 29 2223.3169 404.2394

20 13 996.6593 181.2107

25 10 766.661 139.3929

30 10 766.661 139.3929

35 8 613.3288 111.5143

40 7 536.6627 97.575

45 6 459.9966 83.6357

50 5 383.3305 69.6964

55 5 383.3305 69.6964

60 6 459.9966 83.6357

65 4 306.6644 55.7571

70 2 153.3322 27.8785

75 1 76.6661 13.9392

80 1 76.6661 13.9392

85 0 0 0

90 0 0 0





120

4.2 EFECTOS DE UNA LAMPARA MEDIANTE LA VARIACION DE

TENSION.

En la presente prueba se van obtener las curvas de tension y corriente y por lo tanto se determinara los efectos que se presenten al variar la tension, que es lo que sucede con la curva de corriente, las distorsiones o perturbaciones que presenta esta onda senoidal en los diferentes tipos de lámparas.

OBJETIVO

Obtener la curva de tensión y corriente y verificar los efectos que tienen al variar la tensión, que sucede con la curva de corriente.

MATERIAL Y EQUIPO UTILIZADO

� Lámpara incandescente de 75W � Lámpara incandescente de 100W � Lámpara ahorradora de 10W � Lámpara ahorradora de 20W � Lámpara ahorradora de 13W � Lámpara de leds � Luxómetro � Flexometro � Ampermetro analógico � Voltmetro analógico � Scope Meter 123/124 � Multimetro digital





121

PROCEDIMIENTO

1. Conectar la lámpara a la misma distancia considerada de la práctica

anterior, porque la posición de las lámparas será de forma horizontal. 2. Se debe desarrollar la siguiente conexión para poder obtener

mediciones de potencia, tensión, corriente y lux.

Figura 4.16 Conexión para obtener las mediciones respecto a la variación

de tensión 3. Encender la lámpara a 130V, tomar medición de corriente, potencia y

lux. 4. Variar la tensión a 127V y tomar nuevamente las mediciones de tensión,

corriente y lux. 5. Variar la tensión a 120V, tomar mediciones de tensión, corriente y lux. 6. Variar ahora la tensión a 110V, tomar mediciones de tensión, corriente y

lux. 7. Continuar con la variación de tensión de 10V en 10V hasta llegar a 80V

y tomar mediciones de tensión, corriente y lux. 8 Con las mediciones obtenidas calcular factor de potencia, rendimiento

luminoso y flujo luminoso. 9 Las mediciones de corriente y tensión también las realizamos con un

Osciloscopio fluke 123/124, esto fue para verificar que las mediciones tomadas con los aparatos de medición fueron correctas.





122

Figura 4.17 Verificación de las mediciones de tensión y corriente

4.2.1 RESULTADOS OBTENIDOS Tabla 4.7 Resultados de las mediciones con el Scopemeter

Lámpara Incand 75 W

Lámpara Incand 100 W

Lámpara Ahorradora Esp. 20 W

Lámpara Ahorradora

10 W

Lámpara Ahorradora

13 W

Lámpara LEDS 5.5 W

Tensión (V)

(A)

(W)

(A)

(W)

(A)

(W)

(A)

(W)

(A)

(W)

(A)

(W)

130 0.590 80 0.768 110 0.231 23 0.159 8 0.158 10 0.277 8

127 0.586 75 0.763 105 0.220 23 0.159 7.5 0.158 10 0.273 7.5

120 0.560 75 0.751 95 0.220 22 0.158 7 0.157 9.5 0.247 7

110 0.555 60 0.706 85 0.219 22 0.157 6.5 0.156 8 0.238 6

100 0.538 55 0.671 70 0.219 22 0.156 5.5 0.156 7 0.200 5

90 0.507 50 0.628 60 0.217 21.5 0.155 5 0.155 6.5 0.175 4.5

80 0.464 40 0.597 50 0.201 20.5 0.154 5 0.155 5.5 0.147 4

Parámetros A= 50 kV/div B= *500 mA/div t= 5 ms/div

• Se tomo esta escala para las mediciones de corriente de las lámparas incandescentes de 75 y 100 watts así como también para las lámparas ahorradoras de 20 watts y de LEDS de 5.5 watts. Para las lámparas ahorradoras de 10 y 13 watts se tomo la escala de 100 mA/div debido a que la corriente en estas era más pequeña y no se distinguía claramente su onda senoidal por lo que fue necesario hacer este ajuste de escala.





123

4.3 LECTURAS Y GRAFICAS DE LA ONDA SENOIDAL DE TENSION Y CORRIENTE Y LOS EFECTOS DE LA VARIACION DE TENSION DE LOS DIFERENTES TIPOS DE LAMPARAS.

Tabla 4.8 Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de una lámpara incandescente de 75 W.

CARACTERÌSTICAS DE LA VARIACIÒN DE TENSIÒN DE UNA LÀMPARA INCANDESCENTE 75W.

0

20

40

60

80

100

120

80 90 100 110 120 127 130

TENSIÒN(%)

(F.P

, F.L

.,R.L

.)(%

)

FACTOR DE POTENCIA

FLUJO LUMINOS

RENDIMIENTO LUMINOSO

Figura 4.18 Características de la variación de tension de una lámpara

incandenceste de 75 W.

LÁMPARA INCANDESCENTE 75W.

TENSIÓN (V)

LUX POTENCIA (W)

CORRIENTE (A)

F.P. FLUJO LUMINOSO

(Cd/m2)


80 2 40 0.464 1.07758621 157.0796 2.0943

90 4 50 0.507 1.09577033 314.1592 4.1887

100 7 55 0.538 1.02230483 549.7786 7.3303

110 10 60 0.555 0.98280098 785.398 10.4719

120 14 75 0.56 1.11607143 1099.1766 14.6604

127 17 75 0.586 1.00776652 1335.1766 17.8023

130 18 80 0.59 1.04302477 1413.7164 18.8495





124

LECTURAS Y GRAFICAS DE LA ONDA SENOIDAL DE TENSION Y

CORRIENTE DE UNA LAMPARA INCANDESCENTE DE 75W.

Figura 4.19 Medición a 130V






125







126







127






128

Tabla 4.9 Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de una lámpara incandescente de 100 W.

LÁMPARA INCANDESCENTE 100W.

TENSIÓN (V)

LUX POTENCIA (W)

CORRIENTE (A)

F.P. FLUJO LUMINOSO

(Cd/m2)


80 4 50 0.597 1.04690117 314.1592 3.1415

90 7 60 0.628 1.06157113 549.7786 5.4977

100 10 70 0.61 1.14754098 785.398 7.8539

110 14 85 0.706 1.09451455 1099.5572 10.9955

120 20 95 0.751 1.05415002 1570.796 15.7079

127 24 105 0.763 1.08358015 1884.9552 18.8495

130 26 110 0.768 1.10176282 2042.0348 20.4203

CARACTERÌSTICAS DE LA VARIACIÒN DE TENSIÒN DE UNA LÀMPARA INCANDESCENTE 100W

0

20

40

60

80

100

120

140

80 90 100 110 120 127 130

TENSIÒN(%)

(F.P

.,F.L

.,R.L

.)(%

)

FACTOR DE POTENCIA

FLUJO LUMINOSOS



incandescente de 100 W.





129


CORRIENTE DE UNA LAMPARA INCANDESCENTE DE 100W.







130







131







132






133

Tabla 4.10 Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de una lámpara ahorradora de 10 W.

LÁMPARA AHORRADORA 10W.

TENSIÒN (V)

LUX POTENCIA (W)

CORRIENTE (A)

F.P. FLUJO LUMINOSO

(Cd/m2)


80 3 5 0.154 0.40584416 226.2888 22.6288

90 4 5 0.153 0.36310821 301.7184 30.1718

100 5 5.5 0.156 0.3525641 377.148 37.7148

110 5 6.5 0.157 0.37637522 377.148 37.7148

120 6 7 0.158 0.36919831 452.5776 45.2577

127 6 7.5 0.159 0.37141584 452.5776 45.2577

130 6 8 0.159 0.38703435 452.5776 45.2577

CARACTERÌSTICAS DE LA VARIACIÒN DE TENSIÒN DE UNA LÀMPARA AHORRADORA 10W.

0

20

40

60

80

100

120

80 90 100 110 120 127 130

Tensiòn(%)

(F.L

.,R.L

.,F.P

.)(%

)

FACTOR DE POTENCIA

FLUJO LUMINOSO



ahorradora de 10 W.





134


CORRIENTE DE UNA LAMPARA AHORRADORA DE 10W.







135







136







137






138


LAMPARA AHORRADORA 13W. TENSIÓN

(V) LUX (Cd)

POTENCIA (W)

CORRIENTE (A)

F.P. FLUJO LUMINOSO (Cd/m2)

RENDIMIENTO

LUMINOSO

80 4 5.5 0.155 0.44354839 299.2604 23.02

90 5 6.5 0.155 0.46594982 374.0755 28.775

100 6 7 0.156 0.44871795 448.8906 34.53

110 7 8 0.156 0.46620047 523.7075 40.285

120 7 9.5 0.157 0.50424628 523.7075 40.285

127 8 10 0.158 0.49835543 578.5208 46.04

130 8 10 0.158 0.48685492 578.5208 46.04

CARACTERÌSTICAS DE LA VARIACIÒN DE TENSIÒN DE UNA LÀMPARA AHORRADORA 13W.

0

20

40

60

80

100

120

80 90 100 110 120 127 130

Tensiòn(%)

(F.P

.,F.L

.,R.L

.)(%

)

FACTOR DE POTENCIA

FLUJO LUMINOSO



ahorradora de 13 W.





139


CORRIENTE DE UNA LAMPARA AHORRADORA DE 13W.







140







141







142






143


LÁMPARA AHORRADORA TIPO ESPIRAL 20W TENSIÓN

(V) LUX (Cd)

POTENCIA (W)

CORRIENTE (A)

F.P. FLUJO LUMINOSO

(Cd/m2)


80 3 7.5 0.201 0.46641791 228.1398 11.4069

90 4 9 0.217 0.46082949 304.1864 15.2093

100 6 10.5 0.219 0.47945205 456.2796 22.8139

110 7 11.5 0.219 0.4773765 532.3262 26.6163

120 8 12 0.22 0.45454545 608.3728 30.4186

127 8 13 0.22 0.46528275 608.3728 30.4186

130 9 14 0.231 0.46620047 684.4194 34.2209

CARATERÌSTICAS DE LA VARIACIOÒN DE TENSIÒN DE UNA LAMPARA AHORRADORA TIPO ESPIRAL 20W.

0

20

40

60

80

100

120

80 90 100 110 120 127

Tensiòn(%)

(F.P

.,F.L

.,F.P

.)(%

)

FACTOR DE POTENCIA

FLUJO LUMINOSO



ahorradora de 20 W.





144


CORRIENTE DE UNA LAMPARA AHORRADORA TIPO ESPIRAL DE 20W.







145







146







147






148

Tabla 4.13 Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de una lámpara de LEDS de 5.5 W.

LÁMPARA DE LEDS 5.5W. TENSIÓN

(V) LUX (Cd)

POTENCIA (W)

CORRIENTE (A)

F.P. FLUJO LUMINOSO

(Cd/m2)


80 134 4 0.147 0.34013605 10273.2574 1867.8649

90 153 4.5 0.175 0.28571429 11729.9133 2132.7115

100 174 5 0.2 0.25 13339.9014 2425.4366

110 192 6 0.238 0.22918258 14719.8912 2676.3438

120 209 7 0.247 0.23616734 16023.2149 2913.3118

127 220 7.5 0.273 0.21631911 16886.542 3066.644

130 226 8 0.277 0.22216051 17326.5386 3150.2797

CARACTERÌSTICAS DE LA VARIACIÒN DE TENSIÒN DE UNA LÀMPARA DE LEDS 5.5W.

0

20

40

60

80

100

120

80 90 100 110 120 127 130

Tensiòn(%)

(F.P

.,F.L

.,R.L

.)(%

)

FACTOR DE POTENCIA

FLUJO LUMINOSO


Figura 4.58 Características de la variación de tension de una lámpara de

LEDS de 5.5 W.





149


CORRIENTE DE UNA LAMPARA DE LEDS DE 5.5 W.







150







151







152






153

4.4 RESULTADOS OBTENIDOS DE LOS CALCULOS DE LOS EFECTOS DE

LA VARIACION DE TENSION. Tabla 4.14 Efectos de variación de tensión

Lámpara Incandescente

75 W


100W.

Lámpara Ahorradora Tipo Espiral

20W.

Lámpara Ahorradora

10W.

Lámpara Ahorradora

13W.

Lámpara De Leds 5.5W.

TENSIÓN (V)

FACTOR DE POTENCIA

130 1.04302477 1.10176282 0.46620047 0.38703435 0.48685492 0.22216051

127 1.00776652 1.08358015 0.46528275 0.37141584 0.49835543 0.21631911

120 1.11607143 1.05415002 0.45454545 0.36919831 0.50424628 0.23616734 110 0.98280098 1.09451455 0.4773765 0.37637522 0.46620047 0.22918258

100 1.02230483 1.14754098 0.47945205 0.3525641 0.44871795 0.25

90 1.09577033 1.06157113 0.46082949 0.36310821 0.46594982 0.28571429

80 1.07758621 1.04690117 0.46641791 0.40584416 0.44354839 0.34013605

EFecto de la Variación de Ténsión (V vs. F.P.)

0

20

40

60

80

100

120

140

80 90 100 110 120 127 130

Tensión (V)

F.P

.(%

)


75W.


100W.

Lámpara Ahorradora 10W.


Lámpara Ahorradora Tipo

Espiral 20W

Lámpara de Leds 5.5W.

Figura 4.66 Efectos de la variación de tension.





154

Tabla 4.15 Efectos de variación de tensión


75 W


100W.


20W

Lámpara Ahorradora

10W.

Lámpara Ahorradora

13W.

Lámpara De Leds 5.5W.

TENSIÓN (V)

FLUJO LUMINOSO

130 1413.7164 2042.0348 684.4194 452.5776 578.5208 17326.5386

127 1335.1766 1884.9552 608.3728 452.5776 578.5208 16886.542

120 1099.1766 1570.796 608.3728 452.5776 523.7075 16023.2149 110 785.398 1099.5572 532.3262 377.148 523.7075 14719.8912

100 549.7786 785.398 456.2796 377.148 448.8906 13339.9014

90 314.1592 549.7786 304.1864 301.7184 374.0755 11729.9133

80 157.0796 314.1592 228.1398 226.2888 299.2604 10273.2574

Efectos de la variación de Tensión (V vs. F.L.)

0

5000

10000

15000

20000

80 90 10 11 12 12 13

Tensión (V)

Flu

jo L

um

ino

so (

lux.

m2)


75W.


100W.




Espiral 20W.


Figura 4.67 Efectos de variación de tension





155

Tabla 4.16 Efectos de variación de tensión


75 W


100w.


20w

Lámpara Ahorradora

10w.

Lámpara Ahorradora

13w.

Lámpara De Leds

5.5w.

TENSIÓN (V)


130 18.8495 20.4203 34.2209 45.2577 46.04 3150.2797

127 17.8023 18.8495 30.4186 45.2577 46.04 3066.644

120 14.6604 15.7079 30.4186 45.2577 40.285 2913.3118 110 10.4719 10.9955 26.6163 37.7148 40.285 2676.3438

100 7.3303 7.8539 22.8139 37.7148 34.53 2425.4366

90 4.1887 5.4977 15.2093 30.1718 28.775 2132.7115

80 2.0943 3.1415 11.4069 22.6288 23.02 1867.8649

Efectos de la Variación de Tensión (V vs. R.L.)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

80 90 100 110 120 127 130

Tensión (V)

R.L

.(L

ux.

m2/

W)


75W.


100W.

Lámpara Ahorradora 10W

Lámpar Ahorradora 13W.


Espiral 20W.


Figura 4.68 Efectos de variación de tension





156

4.5 ANALISIS DE LA VIDA UTIL Y COSTOS DE LAS LAMPARAS Tabla 4.17 Vida útil de diferentes tipos de lámparas. Lámpara Potencia (W) Vida útil (Hrs)

De Leds 5.5 100000

Ahorradora 10 3000

Ahorradora 13 4000

Ahorradota Tipo Espiral 20 5000

Incandescente 75 1000

Incandescente 100 1000

0

20000

40000

60000

80000

100000

Hrs

5.5 10 13 20 75 100

Potencia (W)

Vida Util (Hrs)

Figura 4.69 Horas de vida útil de los diferentes tipos de lámparas

Para el cálculo de los costos de energía se utilizo la siguiente formula:

( )( )( )

1000

...

WTarifaoperaciondeHrsEC =





157

Tabla 4.18 Análisis comparativo de costo de la energía.

Parámetros

Lámpara Incan. 75W

Lámpara Incan 100W

Lámpara Ahorradora

10W.

Lámpara Ahorradora

13W.

Lámpara Ahorradora. tipo espiral

20w.

Lámpara Ahorradora LEDS 5.5W.

Precio de la lámpara ($) $3.00 $3.00 $24.00 $16.00 $18 $650.00 Vida en (hrs) 1000 1000 3000 4000 5000 100, 000

Lámparas por años 2 2 1 1 1 1 Costo total de las lámparas $6.0 $6.0 $24.0 $16.0 $18.0 $650.0 Costo diario de energía ($) $0.3 $0.4 $0.0 $0.1 $0.1 $0.0 Costo mensual de energía ($) $9.1 $12.2 $1.2 $1.6 $2.4 $0.7 Costo anual de energía ($) $109.4 $145.9 $14.6 $19.0 $29.2 $8.0 Costo total $115.4 $151.9 $38.6 $35.0 $47.2 $658.0

ANÁLISIS A 6 AÑOS Lámparas totales a 6 años 12 12 3 3 2 1 Costo total de lámparas a 6 años $36.0 $36.0 $72.0 $48.0 $36.0 $650.0 Costo de energía a 6 años $656.4 $875.2 $87.5 $113.8 $175.0 $48.1

Costo total a 6 años $692.4 $911.2 $159.5 $161.8 $211.0 $698.1

ANÁLISIS A 10 AÑOS Lámparas totales a 10 años 20 20 5 4 4 1

Costo Total de lámparas a 10años $60.0 $60.0 $120.0 $64.0 $72.0 $650.0 Costo de energía a 10 años $1,094.0 $1,458.7 $145.8 $189.6 $291.7 $80.2

Costo total a 10 años $1,154.0 $1,518.7 $265.8 $253.6 $363.7 $730.2





GLOSARIO DE TERMINOS Brillo Sensación producida en el ojo humano a causa de las diferencias de luminancia de los objetos luminados y luminosos. Bulbo Envolvente externo de una fuente luminosa constituido usualmente de vidrio y cuarzo. Candela (Cd) Unidad de intensidad luminosa en el sistema internacional, la candela= 1lumen por estereoradian. Estereoradian Unidad de medida de un ángulo solidó que teniendo su vértice en el centro de una esfera, recorta en la misma una superficie igual a la de un cuadrado cuyo lado tuviese el mismo tamaño que el radio de la esfera. Flujo Luminoso Es la energía luminosa radiada por una fuente en la unidad de tiempo, su unidad es el lumen; es la potencia emitida en forma de radiación luminosa a la que el ojo es sensible 1 wat-luz a 555nm = 683 lm Fotometría Es la medida de intensidad luminosa de una fuente de luz, o de la cantidad de flujo luminoso que incide sobre la superficie. Las ondas de luz estimulan el ojo humano en diferentes grados según su longitud de onda. Los fotómetros fotoeléctricos necesitan filtros coloreados especiales para responder igual que el ojo humano. Los radiómetros toda la energía radiante. La intensidad de una fuente de luz se mide en candelas, la fotometría es la parte de la física que trata de la medida de la luz en su aspecto cuantitativo considerando dos factores, uno objetivo (el espectro visible) y otro subjetivo. Un manantial luminoso es cualquier cuerpo que radia energía, la luz es una forma de radiación electromagnética comprendida entre los 380 nm y los 760 nm de longitud de onda a la que es sensible el ojo humano





Fotómetro Es un instrumento que nos permite medir la cantidad de luz que hay en una escena, la mayoría utilizan una célula fotoeléctrica, existen dos tipos diferentes de células. Iluminancia Es el flujo luminoso recibido sobre una superficie, su símbolo es e y su unidad el lux (lx) que es un lm/m al cuadrado También existe el foot-candle (fc), utilizada en países de habla inglesa cuya relación con el lux es 1fc = 10 lx; 1lx =0.1 fc Intensidad Luminosa Es el flujo luminoso emitido por unidad de ángulo sólido en una dirección concreta, su símbolo es i y su unidad es la candela (cd) Lumen Se define como el flujo luminoso emitido en un ángulo solidó de un estereoradian por un manantial luminoso cuya intensidad luminosa es igual a una candela. Luminancia: Se llama luminancia a la relación entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista por el ojo en una dirección determinada. Su símbolo es l y su unidad la cd/cm cuadrado. Lux Unidad de intensidad de iluminación del sistema internacional. se define como la iluminación de una superficie de un metro cuadrado que recibe uniformemente repartida el flujo de un lumen. Luz Forma de energía radiante que se evalúa en cuanto a su capacidad para producir la sensación de la visión. Rendimiento Luminoso O Eficiencia Luminosa Es el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eléctrica que tienen las lámparas. No toda la energía eléctrica consumida por una lámpara se transforma en luz visible, parte se pierde por calor, en forma de radiación no visible (infrarrojo, ultravioleta)





Transmisión La propiedad de transmisión de luz de un material viene determinada por su factor de transmisión. Si este es igual para todas las longitudes de onda, estamos ante un filtro nd (densidad neutra), si no es así tendremos un filtro de color.





CONCLUSIONES

En base a las pruebas y características de las lámparas se puede

concluir lo siguiente:

El flujo y rendimiento de la lámpara de LEDS es mucho mejor en

comparación a las lámparas ahorradoras y las incandescentes, el único

problema de esta es que la iluminación es directa, por lo tanto la curva de

distribución es muy corta y no alcanza a cubrir perfectamente los 180 grados

del área de trabajo, por lo que es necesario emplear un reflector que permita

cubrir esta característica primordial.

Para la industria el problema de la curva de distribución no sería tomado

en consideración, ya que la iluminación para determinadas áreas es directa, y

en todo caso una posible solución, sería colocar a una altura mayor a las

lámparas, esto es posible ya que estas áreas tienen alturas suficientes para

desarrollar esta modificación. La iluminación que proporciona de acuerdo a la

temperatura del color es correcta, debido a que es luz fría y por consiguiente es

la adecuada para un área de producción, debido a que esta no provoca sueño

a los trabajadores y por el contrario los mantiene más activos.

Mientras en el área residencial es posible que sea necesario emplear un

reflector que nos permita mejorar la curva de distribución, este tipo de lámparas

es recomendable colocarlas en lugares donde se requiera permanecer activos,

por lo tanto en las recamaras no sería muy conveniente. Esta puede ser

instalada en un estudio, o en un lugar de la casa que sea destinado para

desarrollar trabajo de oficina.

En el análisis del ahorro de energía, es evidente que la mejor es la

lámpara de LEDS, en primer lugar porque el consumo de energía es mucho

menor en comparación con las lámparas incandescentes y con las ahorradoras

también, el consumo es casi de la mitad de la lámpara ahorradora de menor

potencia que es de 10 W, contra la de LEDS de 5.5 W, por consiguiente el

costo de energía es menor.

En cuanto a calidad de la energía, con las gráficas de tensión y corriente

se pudo determinar las perturbaciones que inyecta cada una de las lámparas,





esto hay que mencionar que las incandescentes por ser cargas lineales no

proporcionan perturbaciones, es decir armónicas, mientras que las ahorradoras

por tener dispositivos electrónicos en su construcción inyectan perturbaciones,

la comparación en estas, es que las ahorradoras proporcionan una mayor

perturbación en la onda de corriente, que la lámpara de leds, por lo tanto en

calidad de loa energía es más conveniente la lámpara incandescente, pero se

consideramos una segunda posición tendríamos a la lámpara de leds; ahora si

deseamos elegir entre ambas es mejor la de leds, ya que con esta se tiene un

menor consumo de energía el cual es un punto importante para los

consumidores de energía eléctrica.

Para todas las lámparas analizadas la onda de tensión no se ve

distorsionada y permanece limpia. Por lo tanto no es necesario desarrollar un

análisis.

En base a estas consideraciones podemos decir que si es conveniente y

factible instalar lámparas leds, ya que además de consumir menos energía,

tiene un mayor tiempo de vida y en cuanto a calidad de la energía es mucho

mejor que las lámparas ahorradoras. En tanto a la inversión, aunque es mucho

mayor a la de las otras lámparas, la podemos compensar con la vida útil de la

lámpara, porque si consideramos un análisis a 10 años aun ahí no se ve

redituada la inversión, pero si lo trasladamos a un periodo de tiempo mayor es

considerable el ahorro que se tendrá, y lo más importante la calidad de la

energía se verá afectada en menor proporción.





ANEXOS

Calculo De Las Candelas y Lúmenes

( )

LUMENlm

CANDELAS Cd

5

(FT). ENLÁMPARA LAALUXOMETRODELLENTEDELDISTANCIAD

LUXε

:

)(

D x εCd

1

1

FT

=

=

°=

°=

=

=

−=

=

+

+

DECOSENOELESCos

ODECOSENOELESCos

DONDE

CosCosCdlm

X

X

XX

θ

θ

θθ

Calculo De Las Candelas De Un Lámpara De 75 W

( )( )

( )( ) 35.12091862.6718Cd

53.12761862.6719Cd

==

==

Calculo De Los Lúmenes De Un Lámpara De 75 W

( )

( ) ( ) ( )[ ]

( ) ( ) ( )[ ] 87.20420-15235.1209Im

52.305-0253.1276Im

)(2 1

=°°=

=°°=

−=+

CosCos

CosCos

CosCosCdlmXX

π

π

θθπ





Tabla 1 Cálculos por el método de lumen para una lámpara incandescente

de 75 W. Grados(º)

Lámpara

Incandescente 75 W.

Candelas (cd)

Lúmenes

0 19 1276.53951 5 19 1276.53951 30.52078314

10 19 1276.53951 91.33129578

15 19 1276.53951 151.4473709 20 18 1209.35322 204.8723635 25 19 1276.53951 260.7241584 30 20 1343.7258 331.5971952 35 19 1276.53951 385.8524088 40 19 1276.53951 425.9620864

45 18 1209.35322 460.2829261 50 18 1209.35322 488.7347074 55 18 1209.35322 525.9078067 60 17 1142.16693 543.5468281 65 17 1142.16693 555.32613 70 17 1142.16693 578.4081815 75 17 1142.16693 597088321.7

80 17 1142.16693 611.2237796 85 16 1074.98064 602.4965493 90 15 1007.79435 570.2804545 95 15 1007.79435 551.8843108

100 16 1074.98064 565.9816069 105 17 1142.16693 593.2466096

110 17 1142.16693 597.0883217 115 17 1142.16693 578.4081815 120 17 1142.16693 555.32613 125 17 1142.16693 528.0169187 130 18 1209.35322 511.2992565 135 18 1209.35322 488.7347074 140 18 1209.35322 447.842847

145 19 1276.53951 414.7525578 150 19 1276.53951 375.9587572 155 20 1343.7258 331.5971952 160 19 1276.53951 274.8173561 165 18 1209.35322 204.8723635 170 19 1276.53951 147.4619138

175 19 1276.53951 91.33129578 180 19 1276.53951 30.52078314





Tabla 1 Cálculos por el método de lumen para una lámpara ahorradora de 10 W.

Grados(º)

Lámpara Ahorradora

10 W.

Candelas (cd)

Lúmenes

0 2 129.0714 5 2 129.0714 3.85746013

10 3 193.6071 11.543178

15 3 193.6071 22.9693527 20 4 258.1428 37.2305163 25 5 322.6785 60.9174092 30 5 322.6785 81.6705737 35 5 322.6785 95.0333357 40 6 387.2142 118.440273

45 6 387.2142 143.391614 50 7 451.7499 169.524861 55 7 451.7499 196.451124 60 7 451.7499 208.841268 65 7 451.7499 219.642608 70 7 451.7499 228.772022 75 7 451.7499 236160392

80 7 451.7499 241.751248 85 7 451.7499 245.52065 90 7 451.7499 247.385473 95 7 451.7499 247.385473

100 7 451.7499 245.52065 105 7 451.7499 241.751248

110 7 451.7499 236.160392 115 7 451.7499 228.772022 120 7 451.7499 219.642608 125 7 451.7499 208.841268 130 7 451.7499 196.451124 135 7 451.7499 182.565235 140 6 387.2142 155.340915

145 6 387.2142 129.20757 150 5 322.6785 104.536669 155 5 322.6785 81.6705737 160 5 322.6785 67.6860102 165 4 258.1428 47.8678066 170 3 193.6071 26.7975782

175 3 193.6071 13.8518136 180 2 129.0714 3.85746013





Tabla 1 Cálculos por el método de lumen para una lámpara ahorradora de

13 W. Grados(º)

Lámpara

Ahorradora 13 W.

Candelas (cd)

Lúmenes

0 2 128 5 2 128 3.82544

10 3 192 11.44736

15 3 192 22.778688 20 4 256 36.921472 25 5 320 60.411744 30 6 384 89.091904 35 6 384 113.093376 40 7 448 138.81296

45 8 512 177.75168 50 8 512 206.914048 55 9 576 236.567648 60 9 576 266.281344 65 9 576 280.053504 70 9 576 291.693888 75 9 576 301114368

80 9 576 308.242944 85 9 576 313.049088 90 9 576 315.426816 95 9 576 315.426816

100 9 576 313.049088 105 9 576 308.242944

110 9 576 301.114368 115 9 576 291.693888 120 9 576 280.053504 125 9 576 266.281344 130 9 576 250.483392 135 8 512 219.846176 140 8 512 189.601792

145 7 448 160.1688 150 6 384 122.517824 155 6 384 97.191168 160 5 320 73.836576 165 4 256 47.470464 170 3 192 26.575136

175 3 192 13.736832 180 2 128 3.82544





Tabla 1 Cálculos por el método de lumen para una lámpara ahorradora de

20 W. Grados(º)

Lámpara

Ahorradora 20 W.

Candelas (cd)

Lúmenes

0 8 520.428 5 8 520.428 13.2205951

10 9 585.4815 39.5617005

15 9 585.4815 69.4609397 20 10 650.535 101.865064 25 11 715.5885 143.281082 30 11 715.5885 181.116881 35 11 715.5885 210.750831 40 12 780.642 249.634837

45 11 715.5885 277.039047 50 11 715.5885 289.190065 55 11 715.5885 311.185824 60 10 650.535 315.775349 65 9 585.4815 300.478083 70 8 520.428 280.023474 75 8 520.428 272063105

80 8 520.428 278.503922 85 8 520.428 282.846373 90 8 520.428 284.9947 95 8 520.428 284.9947

100 8 520.428 282.846373 105 8 520.428 278.503922

110 8 520.428 272.063105 115 8 520.428 263.551505 120 9 585.4815 268.848811 125 10 650.535 285.701506 130 11 715.5885 297.041014 135 11 715.5885 289.190065 140 11 715.5885 264.993871

145 12 780.642 249.634837 150 11 715.5885 220.330415 155 11 715.5885 181.116881 160 11 715.5885 150.103991 165 10 650.535 112.587702 170 9 585.4815 73.3198808

175 9 585.4815 41.8888594 180 8 520.428 13.2205951





Tabla 1 Cálculos por el método de lumen para una lámpara de LEDS de

5.5 W. Grados(º)

Lámpara

LEDS 5.5 W.

Candelas (cd)

Lúmenes

0 242 15871.1828 5 230 15084.182 266.565697

10 110 7214.174 797.679089

15 29 1901.9186 540.762055 20 13 852.5842 227.009594 25 10 655.834 158.205163 30 10 655.834 165.992897 35 8 524.6672 173.837065 40 7 459.0838 164.131476

45 6 393.5004 157.862785 50 5 327.917 145.772846 55 5 327.917 142.600282 60 6 393.5004 166.753468 65 4 262.3336 159.434557 70 2 131.1668 99.636859 75 1 65.5834 51427354.3

80 1 65.5834 35.096563 85 0 0 17.8218954 90 0 0 0 95 0 0 0

100 0 0 0 105 1 65.5834 17.5482815

110 1 65.5834 34.2849029 115 2 131.1668 49.8184295 120 4 262.3336 95.6607342 125 6 393.5004 151.594062 130 5 327.917 156.86031 135 5 327.917 132.520769 140 6 393.5004 133.576203

145 7 459.0838 142.247279 150 8 524.6672 144.864221 155 10 655.834 149.393607 160 10 655.834 137.569707 165 13 852.5842 124.314778 170 29 1901.9186 163.395729

175 110 7214.174 326.109981 180 230 15084.182 266.565697





REFERENCIAS

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• http://edison.upc.es/curs/llum/lamparas/ldesc2.html Tipos de lámparas de

descarga. Fichas técnicas de gran interés. Se recomienda su lectura.

INDICE DE TABLAS Y FIGURAS

No. de figuras

y/o tablas.

Descripción

Pagina

Figura 1.1 pirámide conceptual XII Capitulo 2

Figura 2.1 Armónicas de una onda senoidal. 36 Figura 2.2 Incremento de la impedancia del conductor

dependiendo al incremento de la frecuencia. 37

Figura 2.3 Inyección de intensidades armónicas a la fuente. 37 Figura 2.4 Inyección de armónicas por cargas no lineales,

(las cargas lineales no inyectan armónicas). 38

Figura 2.5 Corriente armónica de lámpara Lights of America. 39 Figura 2.6 Corriente armónica de lámpara Philips. 40 Figura 2.7 Ejemplo de un flicker de voltaje causado por la

operación de un horno de arco eléctrico. 47

Figura 2.8 Ejemplo de notches de voltaje causado por un convertidor trifásico.

48

Figura 2.9 Ubicación de las cargas perturbadoras lo más cercano a la fuente, para disminuir los daños.

49

Figura 2.10 Reagrupación de las cargas perturbadoras. 50

Figura 2.11 Fuente de alimentación separada, una para carga lineal y la otra para cargas no lineales.

51

Figura 2.12 Caso de régimen TNC, protección por el conductor PEN, en caso de fallas a tierra.

52

Figura 2.13

Caso de régimen TNS, el conductor del neutro y el conductor de protección PE están completamente separados.

52

Tabla 2.1 Datos de lámpara ahorradora Lights of America. 39

Tabla 2.2 Datos de lámpara ahorradora Philips 13W, 300 mA.

39

Tabla 2.3 Consideraciones para elección de una lámpara ahorradora.

47

Capitulo 3 Figura 3.1 Lámpara incandescente (19 lúmenes/watt). 55 Figura 3.2 Lámparas infrarrojas. 59

Figura 3.3 Diferentes tipos de bulbos. 61 Figura 3.4 Arreglo de filamentos en los soportes. 62 Figura 3.5 Bases para lámparas incandescentes. 62 Figura 3.6 Tipos de casquillos. 62 Figura 3.7 Energía espectral de las lámparas

incandescentes. 64

Figura 3.8 Partes de una lámpara fluorescente. 65 Figura 3.9 Funcionamiento de una lámpara fluorescente. 65

Figura 3.10 Tipos de lámparas compactas. 68 Figura 3.11 Lámparas fluorescentes vs incandescentes. 69 Figura 3.12 Tipos de lámparas compactas (sencilla, doble y

triple). 69

Figura 3.13 Tipos de deslumbramiento. 83

Figura 3.14 Ejemplos de luminarias. 84 Figura 3.15 Elección de los colores de techos, paredes y

suelos. 88

Figura 3.16 Sistema de alumbrado. 89 Figura 3.17 Alumbrado general, general localizado y

localizado. 90

Figura 3.18 Ejemplos de distribución de luminarias en alumbrado general.

91

Figura 3.19 Relación entre alumbrado general y el localizado 92 Figura 3.20 Uso de leds en la industria automotriz. 95

Figura 3.21 Partes componentes de un led. 96 Figura 3.22 Leds usados en la iluminación decorativa. 99

Figura 3.23 Wuhan Asia hotel y Beijing century city building. 100 Figura 3.24 Iluminación decorativa de LEDS. 102 Figura 3.25 Sistema RGB. 103

Tabla 3.1 Datos técnicos de las lámparas. 59 Tabla 3.2 Temperatura de color correlacionada. 83 Tabla 3.3 Ámbitos de uso de las lámparas más utilizadas. 86 Tabla 3.4 Niveles de temperatura de color. 88 Tabla 3.5 Apariencia de color de la luz. 88 Tabla 3.6 Índice de rendimiento en color. 89

Capitulo 4 Figura 4.1 Lámparas leds. 108 Figura 4.2 Lámparas ahorradoras tipo espiral. 109

Figura 4.3 Lámpara ahorradora. 109

Figura 4.4 Lámpara ahorradora. 109

Figura 4.5 Lámpara incandescente. 110

Figura 4.6 Lámpara incandescente. 110

Figura 4.7 Conexión de las lámparas para la medición de lux 111

Figura 4.8 Incremento de 5 grados (º) partiendo del origen. 112

Figura 4.9 Toma de lecturas de las mediciones. 112

Figura 4.10 Curva de distribución de la lámpara incandescente de 75 W.

114

Figura 4.11 Curva de distribución de la lámpara incandescente de 100 W.

115

Figura 4.12 Curva de distribución de la lámpara ahorradora de 10 W.

116

Figura 4.13 Curva de distribución de la lámpara ahorradora de 13 W.

117

Figura 4.14 Curva de distribución de la lámpara ahorradora tipo espiral de 20 W.

118

Figura 4.15 Curva de distribución de una lámpara de LEDS de 5.5 W.

119

Figura 4.16 Conexión para obtener las mediciones respecto ala variación de tension.

121

Figura 4.17 Verificación de las mediciones de tension y corriente.

122

Figura 4.18 Características de la variación de tension de una lámpara incandescente de 75 W.

123

Figura 4.19 Medición a 130 V. 124







Figura 4.26 Características de la variación de tension de una lámpara incandescente de 100 W.

128








Figura 4.34 Características de la variación de tension de una lámpara ahorradora de 10 W.

133









138









143








Figura 4.58 Características de la variación de tension de una lámpara de LEDS de 5.5 W.

148








Figura 4.66 Efectos de la variación de tension. 153



Figura 4.69 Horas de vida útil de los diferentes tipos de lámparas.

156

Tabla 4.1 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso de una lámpara de 75 W.

114

Tabla 4.2 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso de una lámpara de 100 W.

115

Tabla 4.3 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso de una lámpara ahorradora de 10W.

116

Tabla 4.4 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso de una lámpara ahorradora de 13W

117

Tabla 4.5 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso de una lámpara ahorradora tipo espiral de 20W.

118

Tabla 4.6 Resultados de los cálculos de flujo y rendimiento luminoso de una lámpara de leds de 5.5W.

119

Tabla 4.7 Resultados de la mediciones con el scopemeter. 122

Tabla 4.8

Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de un lámpara incandescente de 75 W.

123

Tabla 4.9

Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de un lámpara incandescente de 100 W.

128

Tabla 4.10

Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de un lámpara ahorradora de 10 W.

133

Tabla 4.11


138

Tabla 4.12


143

Tabla 4.13

Cálculos para la obtención de los efectos de la variación de tension de un lámpara de LEDS de 5.5 W.

148

Tabla 4.14 Efectos de variación de tensión. 153



Tabla 4.17 Vida útil de diferentes tipos de lámparas. 156

Tabla 4.18 Análisis comparativo del costo de la energía. 157

“analisis comparativo entre un sistema de iluminacion...

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