Alumbrado y Ahorro de Energia

Universidad Tecnolgica de Puebla

Alumbrado y ahorro de energa

Manual de asignatura

Carrera

Electricidad y Electrnica Industrial

Programa 2004

Ing. Juan Pedro Cervantes De La Rosa

Carrera de Electricidad y Electrnica Industrial ALUMBRADO Y AHORRO DE ENERGA

Universidad Tecnolgica de Puebla Ing. Juan Pedro Cervantes De La Rosa Pgina 2

Crditos

Elabor: Ing. Juan Pedro Cervantes De La Rosa Revis: Revisin ortogrfica, formato y estilo.

Lic. Jos Luis Catzalco Len Autoriz: Ing. Marcos Espinosa Martnez



Medidas de seguridad

El tcnico electrnico trabaja con electricidad, dispositivos electrnicos, motores y

otras mquinas rotatorias. Tiene que usar frecuentemente herramientas de mano y

mecnicas para construir los prototipos de nuevos dispositivos a realizar experimentos.

Utiliza instrumentos de prueba para medir las caractersticas elctricas de los

componentes, dispositivos y sistemas electrnicos.

Estas tareas son interesantes e instructivas, pero pueden presentar ciertos riesgos

si se efectan descuidadamente. Por consiguiente es esencial que el estudiante aprenda

los principios de seguridad en cuanto comienza su carrera y que practique estos ejercicios

en toda su actividad subsiguiente de trabajo.

La realizacin del trabajo en condiciones de seguridad requiere seguir

deliberadamente un procedimiento apropiado para cada labor. Antes de emprender una

tarea, el tcnico debe tener perfecto conocimiento de lo que tiene que hacer y de cmo ha

de hacerlo. Debe planear su labor, colocar en el banco de trabajo limpiamente y de

manera ordenada las herramientas, equipo e instrumentos que ha de necesitar. Debe

quitar todos los objetos extraos y apartar los cables todo lo posible de manera segura.

Cuando trabaje en mquinas rotatorias o cerca de ellas debe tener bien sujeto y

abrochado su traje de trabajo, de modo que no pueda ser enganchada ninguna parte de

l.

Las tensiones de lnea (de energa) deben ser aisladas de tierra por medio de un

transformador de separacin o de aislamiento. Las tensiones de lnea de energa pueden

matar, por lo que no deben ponerse en contacto con ellas las manos ni el cuerpo. Se

deben comprobar los cables o cordones de lnea antes de hacer uso de ellos, y si su

aislamiento est roto o agrietado no se deben emplear estos cables. El alumno debe

evitar el contacto directo con cualquier fuente de tensin. Medir las tensiones con una

mano en el bolsillo. Usar zapatos con suela de goma o una alfombra de goma cuando se

trabaja en el banco de experimentacin. Cerciorarse de que las manos estn secas y que

no se est de pie sobre un suelo hmedo cuando se efectan pruebas y mediciones en un



circuito activo, o sea conectado a una fuente de tensin. Desconectar sta antes de

conectar los instrumentos de prueba en un circuito activo.

Utilizar enchufes o clavijas de seguridad en los cables de lnea de las herramientas

mecanizadas y equipos no aislados (clavijas con tres patas polarizadas). No anular la

propiedad de seguridad de estas clavijas utilizando adaptadores no conectados a tierra.

No invalidar ningn dispositivo de seguridad, tal como un fusible o un disyuntor,

cortocircuitndolo o empleando un fusible de ms amperaje del especificado por el

fabricante. Los dispositivos de seguridad estn destinados a protegerle a usted y a su

equipo.

UN COMPORTAMIENTO JUICIOSO Y CON SENTIDO COMN EN EL

LABORATORIO SER GARANTA DE SEGURIDAD Y HAR SU TRABAJO

INTERESANTE Y FRUCTFERO.

PRIMEROS AUXILIOS.

Si ocurre un accidente, desconecte inmediatamente la red o lnea de energa.

Comunique inmediatamente el accidente a su instructor.

Una persona accidentada debe permanecer acostada hasta que llegue el mdico,

y bien arropado para evitar la conmocin. No intentar darle agua ni otros lquidos si est

inconsciente y asegurarse de que nada pueda causarle an ms dao. Se le cuidar

solcitamente mantenindola en postura cmoda hasta que llegue el mdico.

RESPIRACIN ARTIFICIAL.

Una conmocin elctrica fuerte puede causar un paro respiratorio. Hay que estar

preparado para practicar la respiracin artificial inmediatamente, si esto ocurre. Se

recomiendan dos tcnicas:

1. Respiracin de boca a boca, que se considera la ms eficaz.

2. Mtodo de Schaeffer.

Estas instrucciones no estn destinadas a desanimarle, sino a advertirle de los

riesgos que se pueden presentar en el trabajo de un tcnico electrnico.



ndice

Crditos .................................................................................................................................2 Medidas de seguridad..........................................................................................................3 ndice ....................................................................................................................................5 Contenido ..............................................................................................................................7 I. Sistemas de Alumbrado industrial y comercial ...................................................8 1.1. Conceptos y fundamentos .........................................................................................8 PRACTICA 1 ............................................................................................................13 1.2. Unidades bsicas .....................................................................................................16 PRCTICA 2 ............................................................................................................20 1.3. Leyes fundamentales ...............................................................................................20 PRCTICA 3 ............................................................................................................23 1.4. Equipos, auxiliares, luminarias y funciones .............................................................24 PRCTICA 4 ............................................................................................................28 PRCTICA 5 ............................................................................................................29 1.5. Parmetros de operacin de equipos auxiliares......................................................31 PRCTICA 6 ............................................................................................................33 1.6. Sistemas de Alumbrado ...........................................................................................36 1.6.1. Tipos de iluminacin.......................................................................................36 1.6.2. Mtodos de alumbrado ..................................................................................37 1.6.3. Niveles de iluminacin ...................................................................................39 1.6.4. Mtodo del flujo luminoso ..............................................................................42 1.6.5. Factor de prdidas totales..............................................................................47 1.6.6. Clculo de nmero de luminarias ..................................................................48 PRCTICA 7 ............................................................................................................49 PRACTICA 8.............................................................................................................53 1.7. Mtodo de punto por punto ......................................................................................54 PRCTICA 9.............................................................................................................59 II. EQUIPOS EFICIENTES ...........................................................................................62 2.1. Balastras...................................................................................................................62 PRCTICA 10 .........................................................................................................64 PRCTICA 11 .........................................................................................................66 PRCTICA 12 .........................................................................................................68 PRCTICA 13 .........................................................................................................70 2.2. Lmparas con halgenos metlicos ........................................................................71 PRCTICA 14...........................................................................................................73



2.3. Lmparas de vapor de sodio....................................................................................76 PRCTICA 15...........................................................................................................81 2.4. Lmparas fluorescentes compactas .......................................................................84 PRCTICA 16...........................................................................................................85 PRCTICA 17 .........................................................................................................88 2.5. Luminarias ...............................................................................................................90 PRCTICA 18 .........................................................................................................93 2.6. Equipos automticos y fotovoltaicos........................................................................94 PRCTICA 19...........................................................................................................97 III. AHORRO DE ENERGIA ........................................................................................100 3.1. Medidas para el ahorro de energa ........................................................................100 3.2. Parmetros de ahorro de energa elctrica ...........................................................102 3.3. Consumo final de energa en Mxico ....................................................................104 PRCTICA 20.........................................................................................................106 3.4. Diagnstico de niveles de iluminacin ...................................................................109 PRCTICA 21.........................................................................................................115 PRCTICA 22.........................................................................................................115 BIBLIOGRAFA..................................................................................................................116



Contenido

Horas Teora Prctica Total Pgina

I SISTEMS DE ALUMBRADO COMERCIAL E INDUSTRIAL

9 17 26 8

II EQUIPOS EFICIENTES 7 20 27 62

III AHORRO DE ENERGA 3 19 22 100 19 56 75 BIBLIOGRAFA 116



I Sistemas de alumbrado

industrial y comercial

1.1 CONCEPTOS Y FUNDAMENTOS.

Saber en la Teora (1 hr.)

1.1.1 INTRODUCCIN

Objetivo: Explicar las caractersticas de los sistems de alumbrado.

En pocas anteriores los sistems de iluminacin se recomendaban con altos

niveles de luminosidad y por lo general se usaban fuentes ineficientes requirindose

niveles mayores de iluminacin para que el personal trabajara adecuadamente.

Hoy en da se usan fuentes de luz muy eficientes y es aceptada la necesidad de ahorrar energa, donde lo esencial es iluminar adecuadamente un rea y no slo producir cierta cantidad de luz.

La iluminacin, en lo que respecta al rea industrial y comercial, debe considerar los siguientes factores:

Gran nmero de luminarias ya que deben abarcar espacios muy grandes y extensos,

Caractersticas distintas a luminarias convencionales o residenciales as como poseer mayor potencia, brillo, incandescencia, etc.

Aceptar los cambios bruscos de voltaje.

Estos tipos de luminarias se crearon con el fin de facilitar los procesos producidos en distinto trabajos industriales, adems de relacionar la cantidad de luz utilizada con respecto a las labores realizadas.

Para esto es necesario analizar la tarea visual a desarrollar, determinar la cantidad y tipo de iluminacin que proporcione el mximo rendimiento visual, que cumpla con las exigencias de seguridad y comodidad adems de seleccionar el equipo de alumbrado que proporcione la luz requerida de manera satisfactoria.



1.1.2 ANLISIS DE LA TAREA VISUAL.

Objetivo: Identificar las caractersticas de los sistems de alumbrado comercial e industrial.

El tamao, el brillo, el contraste y el tiempo se han definido como las

caractersticas principales que determinan la visibilidad relativa de un objeto. Adems de

estas caractersticas fundamentales, en la tarea visual influyen otra serie de factores:

El acabado del objeto ( que va del mate al brillante y del suave al spero). La naturaleza del material con respecto a la transmisin de luz ( desde lo opaco al

traslcido y hasta el transparente). El grado del efecto tridimensional (desde una superficie lisa hasta una de relieve

complicado) y Las caractersticas de reflexin de los alrededores ms inmediatos.

Distintas combinaciones de estos factores pueden dar lugar a una infinita variedad

de problemas de alumbrado industrial. La seleccin del mejor tipo de alumbrado para una

situacin determinada lleva consigo la consideracin de la cantidad de luz, el grado de

difusin, la direccin y la calidad espectral.

La cantidad adecuada de luz para realizar cmodamente una tarea visual concreta

es siempre un requisito fundamental. Algunos tipos de trabajos se llevan a cabo mejor con

luz muy difusa, con objeto de eliminar las sombras. Otras admiten una fuerte componente

direccional, lo que incluso es preferible en algunos casos en los que deben apreciarse

irregularidades de contorno y superficie. En algunas aplicaciones, las imgenes reflejadas

de una fuente de bajo brillo en una zona extensa pueden mejorar la visibilidad, en cambio

en otras reflexiones, especialmente si la fuente es de alto brillo, pueden ser en extremo

molestas.

Algunos procesos de inspeccin se llevan mejor acabo con luz transmitida que con

luz reflejada. El color de la luz puede servir a veces para aumentar el contraste y la

visibilidad. Son los casos en que el trabajo se encuentre en un sitio distinto del banco de

trabajo normal. El alumbrado deben proyectarse teniendo presente este punto.

LUZ.

Es la energa radiante considerada de acuerdo a su capacidad para producir

sensaciones visuales.



La teora electromagntica nos dice que los cuerpos luminosos emiten luz bajo la

forma de energa radiante que se transmite en forma de ondas electromagnticas

que actan sobre la visin para producir la sensacin de luz.

La teora del quantum dice que los cuerpos luminosos emiten energa radiante en

forma de grupos los que son expulsados en lnea recta y actan sobre nuestra

visin para producir la sensacin de luz.

Su unidad es llamada lumen-horas (lm-h) y su smbolo es Q.

Espectro Radiante.

La luz que llega a nuestros ojos y nos permite ver, es un pequeo conjunto de

radiaciones electromagnticas de longitudes de onda comprendidas entre los 380 nm y

los 770 nm.

El espectro electromagntico.

La luz forma parte del espectro electromagntico que comprende tipos de ondas

tan dispares como los rayos csmicos, los rayos gamma, los ultravioletas, los infrarrojos y

las ondas de radio o televisin entre otros. Cada uno de estos tipos de onda comprende

un intervalo definido por una magnitud caracterstica que puede ser la longitud de onda (

) o la frecuencia (f). Recordemos que la relacin entre ambas es:

Donde c es la velocidad de la luz en el vaco (c = 3108 m/s)

Espectro electromagntico



1.1.3 PROPIEDADES DE LA LUZ.

Cuando la luz encuentra un obstculo en su camino choca contra la superficie de ste y una parte es reflejada. Si el cuerpo es opaco el resto de la luz ser absorbida. Si es transparente una parte ser absorbida como en el caso anterior y el resto atravesar el cuerpo transmitindose. As pues, tenemos tres posibilidades:

Reflexin Transmisin-refraccin Absorcin

Para cada una se define un coeficiente que nos da el porcentaje correspondiente en tanto por uno. Es el factor de reflexin () el de transmisin () y el de absorcin () que cumplen:

1=++ CUERPOS TRANSPARENTES

1=+ CUERPOS OPACOS ( 0= ) La luz tiene tambin otras propiedades, como la polarizacin, la interferencia, la

difraccin o el efecto fotoelctrico, que son las ms importantes en luminotecnia.

La reflexin es un fenmeno que se produce cuando la luz choca contra la superficie de separacin de dos medios diferentes (ya sean gases como la atmsfera, lquidos como el agua o slidos) y est regida por la ley de la reflexin.

La direccin en que sale reflejada la luz viene determinada por el tipo de superficie. Si es una superficie brillante o pulida se produce la reflexin regular en que toda la luz sale en una nica direccin. Si la superficie es mate y la luz sale desperdigada en todas direcciones se llama reflexin difusa. Y, por ltimo, est el caso intermedio, reflexin mixta, en que predomina una direccin sobre las dems. Esto se da en superficies metlicas sin pulir, barnices, papel brillante, etc.

INCIDENTETOTALLUZREFLEJADALUZREFLEXINDEFACTOR

=



La refraccin se produce cuando un rayo de luz es desviado de su trayectoria al atravesar una superficie de separacin entre medios diferentes segn la ley de la refraccin. Esto se debe a que la velocidad de propagacin de la luz en cada uno de ellos es diferente.

La transmisin se puede considerar una doble refraccin. Si pensamos en un cristal, la luz sufre una primera refraccin al pasar del aire al vidrio, sigue su camino y vuelve a refractarse al pasar de nuevo al aire. Si despus de este proceso el rayo de luz no es desviado de su trayectoria se dice que la transmisin es regular como pasa en los vidrios transparentes.

Si se difunde en todas direcciones tenemos la transmisin difusa que es lo que pasa en los vidrios translcidos. Si predomina una direccin sobre las dems tenemos la mixta como ocurre en los vidrios orgnicos o en los cristales de superficie labrada.

INCIDENTETOTALLUZATRANSMITIDLUZNTRANSMISIDEFACTOR

=

La absorcin es un proceso muy ligado al color. El ojo humano slo es sensible a las radiaciones pertenecientes a un pequeo intervalo del espectro electromagntico. Son los

colores que mezclados forman la luz blanca.



Cuando la luz blanca choca con un objeto una parte de los colores que la componen

son absorbidos por la superficie y el resto son reflejados. Las componentes reflejadas son

las que determinan el color que percibimos. Si las refleja todas es blanco y si las absorbe

todas es negro. Un objeto es rojo porque refleja la luz roja y absorbe las dems

componentes de la luz blanca. Si iluminamos el mismo objeto con luz azul lo veremos

negro porque el cuerpo absorbe esta componente y no refleja ninguna. Queda claro,

entonces, que el color con que percibimos un objeto depende del tipo de luz que le

enviamos y de los colores que este sea capaz de reflejar.

PRACTICA 1 CLCULO DE FACTORES DE REFLEXIN Y DE TRANSMISIN.

Saber hacer en la prctica (2hrs)

Material:

- Un luxmetro con celda fotoelctrica.

- Una lmpara incandescente de 100w.

- Un interruptor termomagntico.

- Pantallas acrlicas de diferentes colores.

- Cartulinas de diferentes colores.

- Un espejo plano.

- Un cristal transparente.

- Variador de tensin 150 vca.

- Multmetro digital.

Procedimiento:

1. Construya el circuito de acuerdo a la FIGURA No.1.1. 2. El regulador de voltaje debe empezar desde su valor mximo. 3. Con el variador, disminuir valores menores, cada vez aproximadamente de 10 en

10 volts. 4. Tomar lecturas de cada aparato y anotar los valores en la tabla respectiva. 5. Efectuar los pasos anteriores para cada acrlico y cada cartn. 6. La distancia de colocacin del acrlico ser de 1.5 m. 7. Una vez cubierto el punto 5, obtenga la iluminacin incidente y de transmisin,

anotando los valores en la TABLA No.1.1.



8. Inmediatamente despus tomar la iluminacin reflejada (teniendo constante la distancia de posicin de la celda fotoelctrica) y anotar los valores en la TABLA No.1.1.

FIGURA No.1.1.

TABLA No.1.1. TENSIN DE

SALIDA COLOR ILUMINACIN

INCIDENTE ILUMINACIN REFLEJANTE FACTOR DE REFLEXIN

TABLA No. 1.2. TENSIN DE

SALIDA COLOR ILUMINACIN

INCIDENTE ILUMINACIN TRANSMISIN

FACTOR DE TRANSMISIN



1.2.3 Cuestionario:

1. Con los datos de las tablas 1.1. y 1.2. calcular:

a) Factor de transmisin.

2. Con los mismos datos elaborar las grficas siguientes:

a) Factor de transmisin-tensin.

b) Factor de reflexin- tensin

3. Mencionar la utilidad prctica del experimento.

4. Conclusiones y observaciones de lo realizado en la prctica.

1.2 UNIDADES BSICAS.

Saber en la Teora (1 hr.) La luz, al igual que las ondas de radio, los rayos "X" o los rayos gamma, es una

forma de energa. Si la energa se mide en Joules (J) en el Sistema Internacional, para

qu necesitamos nuevas unidades? La razn es ms simple de lo que parece. No toda la

luz emitida ni toda la energa que consume una fuente llega al ojo produciendo una

sensacin luminosa. Por ejemplo, una bombilla se convierte en luz. Todo esto se ha de

evaluar de alguna manera y para ello definiremos nuevas magnitudes.

1.2.1 FLUJO LUMINOSO.

Es la cantidad de luz que emite una fuente luminosa por unidad de tiempo. Es la potencia (W) emitida en forma de radiacin luminosa a la que el ojo humano es sensible.

Su smbolo es y su unidad es el lumen (lm). A la relacin entre watts y lmenes se le llama equivalente luminoso de la energa y equivale a:

1 watt-luz a 555 nm = 683 lm

Para darnos una idea consideraremos dos bombillas, una de 25 W y otra de 60 W. Est claro que la de 60 W dar una luz ms intensa. Pues bien, esta es la idea: cul da ms luz?



Cuando hablamos de 25 W 60 W nos referimos slo a la potencia consumida por la bombilla de la cual slo una parte se convierte en luz visible, es el llamado flujo luminoso. Podramos medirlo en watts (W), pero parece ms sencillo definir una nueva unidad, el lumen, que tome como referencia la radiacin visible. Empricamente se demuestra que a una radiacin de 555 nm de 1 W de potencia emitida por un cuerpo negro (absorbedor y emisor de energa) le corresponden 683 lmenes.

1.2.2 INTENSIDAD LUMINOSA.

Es el flujo luminoso emitido por unidad de ngulo slido en una direccin concreta. Su smbolo es I y su unidad la candela (cd)

=I

El flujo luminoso nos da una idea de la cantidad de luz que emite una fuente de luz, por ejemplo una bombilla, en todas las direcciones del espacio. Por el contrario, si pensamos en un proyector es fcil ver que slo ilumina en una direccin.

1.2.3 ILUMINACIN.

Quizs haya jugado alguna vez a iluminar con una linterna objetos situados a

diferentes distancias. Si se pone la mano delante de la linterna podemos ver esta

fuertemente iluminada por un crculo pequeo y si se ilumina una pared lejana el circulo

es grande y la luz dbil. Esta sencilla experiencia recoge muy bien el concepto de

iluminacin.



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

SE =

Existe tambin otra unidad, el foot-candle o Buja- pie (fc), utilizada en pases de habla inglesa cuya relacin con el lux es:

1 fc 10.7 lx 1 lx 0.1 fc

1.2.4 LUMINANCIA. Hasta ahora hemos hablado de magnitudes que informan sobre propiedades de

las fuentes de luz (flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a una

superficie (iluminancia). Pero no hemos dicho nada de la luz que llega al ojo que a fin de

cuentas es la que vemos. De esto trata la luminancia. Tanto en el caso que veamos un

foco luminoso como en el que veamos luz reflejada procedente de un cuerpo la definicin

es la misma.

Se llama luminancia a la relacin entre la intensidad luminosa y la superficie

aparente vista por el ojo en una direccin determinada.

Su smbolo es L y su unidad es Stilb ( cd/m2) o Lambert (lm/cm2)

SaparenteIL =



Es importante destacar que slo vemos luminancias, no iluminancias.

1.2.5 RENDIMIENTO LUMINOSO O EFICIENCIA LUMINOSA.

Es el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia elctrica consumida,

que viene con las caractersticas de las lmparas (25 W, 60 W... ) Mientras mayor sea mejor ser la lmpara y menos gastar. La unidad es el lumen por watt (lm/W)

welctricaPotenciaosoluFlujo =

=min

1.2.6 CANTIDAD DE LUZ. Esta magnitud slo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es capaz

de dar un flash fotogrfico o para comparar diferentes lmparas segn la luz que emiten

durante un cierto periodo de tiempo.

Su smbolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lms)

tosoluflujoQ .min ==



PRCTICA 2

NIVEL DE ILUMINACIN EN EL LABORATORIO.

Saber Hacer en la prctica (2hrs.)

Material: Luxmetro.

Procedimiento:

1. Medir las dimensiones del local.

2. Medir el plano de trabajo.

3. En base a la altura del plano de trabajo medir el nivel de iluminacin.

4. Tomar las lecturas al centro, izquierda y derecha de la lmpara

5. Tomar los colores de las paredes, techo y piso del local.

6. Sacar la media aritmtica de los tres puntos sobre todas las lmparas

7. En base a los datos comprobar si el nivel de iluminacin est dentro de los limites

en base smii 95%

8. Comparar el valor medido con el calculado de sus conclusiones.

Cuestionario: 1. Qu es el nivel de iluminacin? 2. Para que sirve el mtodo de punto por punto? 3. Conclusiones y observaciones de lo realizado en la prctica.

1.3 LEYES FUNDAMENTALES.


1.3.1 LEY DE LOS CUADRADOS INVERSOS.

Relaciona la intensidad luminosa (I) y la distancia a la fuente. Esta ley slo es vlida si la direccin del rayo de luz incidente es perpendicular a la superficie.



LEY DE LOS CUADRADOS INVERSOS

2dIE =

Qu ocurre si el rayo no es perpendicular? En este caso hay que descomponer la

iluminancia recibida en una componente horizontal y en otra vertical a la superficie.



tan

cos

2

2

===

=

HV

H

Ed

IsenE

dIE

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

coseno. Es fcil ver que si = 0 nos queda la ley de los cuadrados inversos. Si expresamos EH y EV en funcin de la distancia del foco a la superficie (h) nos queda:

2

2

2

3

cos

cos

hsenIE

hIE

V

H

=

=

En general, si un punto est iluminado por ms de una lmpara su iluminancia total es la suma de las iluminancias recibidas:

2

2

1

2

3

1

cos

cos

i

iiin

iV

i

iin

iH

hsenIE

hIE

=

=

=

=

Problema.

1. Una superficie est iluminada por una fuente luminosa puntual de 80 cd de

intensidad constante en todas direcciones situada a 2 mts. de altura. Calcular la

iluminancia horizontal y vertical para los siguientes valores del ngulo alfa: 0, 30, 45,

60, 75 y 80.

Solucin.

Como vimos al hablar de magnitudes fotomtricas, las componentes de la

iluminancia, se pueden calcular empleando las frmulas:



luxEEE

luxsenh

IE

lxh

IE

luxEEE

senh

IE

lxh

IE

VH

V

H

o

VH

V

H

o

155.799.12

5.72

3030cos80sincos

99.122

30cos80cos30

20020

02

00cos80sincos

202

0cos80cos0

2222

2

2

2

2

2

3

2

3

2222

2

2

2

2

2

3

2

3

=+=+=

===

===

=

=+=+=

===

===

=

PRCTICA 3

COMPROBACIN DE LA LEY DE LOS CUADRADOS INVERSOS.

Saber hacer en la prctica (2hrs.)

Material:

- Un luxmetro c/celda fotoelctrica

- Una lmpara incandescente de 100W.

- Un interruptor termo magntico.

- Cinta mtrica.

Procedimiento:



2. Construya el circuito de acuerdo a la figura no.1.2.

2. Coloque la celda del luxmetro a una distancia de 0.50m. A partir de la fuente luminosa y en cada caso obtenga la lectura del luxmetro y antela en la tabla No.1.3.

Cuestionario:

1. Calcule la potencia luminosa (i) en candelas, con base en la cual puede obtener

valores del nivel de iluminacin (e) para diferentes distancias y anotarlos en la

tabla No.1.3. de valores calculados.


FIGURA No.1.2.

TABLA No.1.3. DISTANCIA POTENCIA LUMINOSA (Candelas) NIVEL DE ILUMINACIN (Luxes)

0.5

1.0

1.5

Fase Neutro

d1 d2 d3 d4

Luxmetro

100 W

127 VCA



1.4. EQUIPOS AUXILIARES, LUMINARIAS Y FUNCIONES.


Objetivo: Explicar las caractersticas de los equipos auxiliares ms comunes.

1.4.1 LUMINARIA.

Son aparatos destinados a alojar, soportar y proteger la lmpara y sus elementos auxiliares adems de concentrar y dirigir el flujo luminoso de sta.

Las luminarias estn diseadas para varias funciones:

Proporcionan conexin elctrica a la lmpara. Adaptan la lmpara y la balastra al medio ambiente. Proporcionan buena apariencia fsica. Proporcionan buena distribucin de luz adecuada al uso.

1.4.1.1 Componentes de la Luminaria.

Caja de alambrado

Balastra Fusible

Lentes o Refractores

Reflector



1.4.2 LMPARA.

Son los aparatos encargados de generar la luz. Por s sola no es conveniente, tiene su propia distribucin luminosa y requiere del reflector como fuente secundaria.

1.4.3 PROYECTOR.

Es una luminaria que concentra la luz en un determinado ngulo slido mediante

un sistema ptico (espejos o lentes), para conseguir una intensidad luminosa elevada en

dicha zona. Las lmparas empleadas son muy variadas dependiendo del uso al que est

destinado el aparato.

Los proyectores se clasifican segn la apertura o dispersin del haz de luz que se define como el ngulo comprendido entre las dos direcciones en que la intensidad

luminosa cae un determinado porcentaje (usualmente el 10% o el 50%) del valor mximo

que hay en el centro del haz donde la intensidad es mxima.

Clasificacin de las luminarias segn la apertura del haz de luz.

TIPO APERTURA APERTURA DEL HAZ EN GRADOS (50% Imax)

PEQUEA 40

CLASE APERTURA DEL HAZ EN GRADOS (10% Imax)



1 10-18 2 18-29 3 29-46 4 46-70 5 70-100 6 100-130 7 >130

La forma de la distribucin del haz de luz depende del tipo de proyector. As, en

los proyectores circulares puede ser cnico o cnico ligeramente asimtrico,

obtenindose una proyeccin elptica sobre las superficies iluminadas. Mientras, en los

rectangulares suele ser simtrica en los planos horizontal y vertical; aunque en este ltimo

plano tambin puede ser asimtrica y la proyeccin obtenida tiene entonces forma

trapezoidal.

Para la denominacin de un proyector basta indicar los ngulos de apertura en sus

planos de simetra (vertical y horizontal normalmente). Por ejemplo, 10/40 indica un

proyector que tiene en el plano vertical 5 a cada lado del eje central y 20 en cada lado

en el plano horizontal.



Finalmente, la eficacia del haz es la relacin entre los lmenes contenidos dentro

de la abertura del haz (lmenes del haz) y los lmenes de la lmpara en tanto por ciento.

Eficacia del haz (%) = Lmenes del haz / Lmenes de la lmpara



PRCTICA 4

CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LMPARAS.

Saber Hacer en la prctica (1hr.)

Material:

Catlogos de las principales lmparas. Procedimiento:

2. Analizar en catlogos las caractersticas de las lmparas y anotarlos en la tabla

no. 1.4. Tipo de lmparas: incandescentes, reflectoras, yodo cuarzo, dicroicas,

fluorescentes ctodo fro, caliente, ahorradoras de energa. Vapor de sodio, vapor

de mercurio, aditivos metlicos.

2. Clasificarlas en base a su costo, color, vida, lmenes iniciales, watts.

TABLA No. 1.4.

Watts Tipo Encendido Bulbo Acabado Volts Base Vida horas

Lmenes iniciales

Depreciacin Color Costo

Cuestionario. 2. Explique el principio de funcionamiento de las lmparas incandescentes.

2. Explique el principio de funcionamiento de las lmparas fluorescentes y las

ahorradoras de energa.

3. Explique el principio de funcionamiento de las lmparas de vapor de mercurio.

4. Explique el principio de funcionamiento de las lmparas de aditivos metlicos.

5. Explique el principio de funcionamiento de las lmparas de vapor de sodio.

6. Explique el funcionamiento de un balastra y un balastra electrnico.



PRACTICA 5

VARIACIN DEL FLUJO LUMINOSO, EFICIENCIA, POTENCIA, RESISTENCIA Y CORRIENTE DE UNA LMPARA INCANDESCENTE A DIFERENTES VOLTAJES DE ALIMENTACIN.

Saber hacer en la prctica (2hrs.) Material:

1. Un luxmetro c/celda fotoelctrica.

2. Una lmpara incandescente de 100w.

3. Un interruptor termo magntico.

4. Un ampermetro de gancho.

5. Un variador de tensin 150 vca.

6. Un multmetro digital.

Procedimiento:

1. Conectar el variac a la alimentacin y despus a la lmpara como se indica en la

figura No. 1.3.

2. Hacer variaciones del voltaje nominal del 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 110% ,

tomando las lecturas en amperes, y el nivel de iluminacin.

3. La resistencia en ohms se calcular para el porcentaje de voltaje nominal

dividiendo el voltaje entre la corriente leda en cada caso.

4. La potencia en watts se anotar la leda en el medidor de potencia. 5. La eficiencia en lm/watts se calcular tambin para cada porcentaje arriba del

voltaje nominal, dividiendo los resultados obtenidos en el medidor de potencia.

6. Anotar los datos en la tabla No. 1.5. Cuestionario: 1. Elabore una grfica en donde las abscisas sern el % del voltaje nominal y las

ordenadas el correspondiente valor los lmenes/ Watts, amperes y Ohms.




Fase Neutro

100 W

127 VCA

Luxmetro

25

3

variac

2

FIGURA No. 1. 3.

TABLA No.1.4. TENSIN DE SALIDA CORRIENTE WATTS CALCULADOS RESISTENCIA CALCULADA LUXES MEDIDOS



1.5. PARMETROS DE OPERACIN DE EQUIPOS AUXILIARES.


Objetivo:

Definir los parmetros de operacin de equipos auxiliares. 1.5.1 DIAGRAMA POLAR O CURVAS DE DISTRIBUCIN LUMINOSA.

En estos grficos la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de

tres coordenadas ( I, C, Y). La primera de ellas, I, representa el valor numrico de la intensidad luminosa en candelas e indica la longitud del vector mientras las otras sealan

la direccin.

El ngulo C nos dice en qu plano vertical estamos e mide la inclinacin respecto al eje vertical de la luminaria. En este ltimo, 0 seala la vertical hacia abajo,

90 la horizontal y 180 la vertical hacia arriba. Los valores de C utilizados en las grficas

no se suelen indicar salvo para el alumbrado pblico. En este caso, los ngulos entre 0 y

180 quedan en el lado de la calzada y los comprendidos entre 180 y 360 en la acera;

90 y 270 son perpendiculares al bordillo y caen respectivamente en la calzada y en la

acera.



Con un sistema de tres coordenadas es fcil pensar que ms que una

representacin plana tendramos una tridimensional. De hecho, esto es as y si

representamos en el espacio todos los vectores de la intensidad luminosa en sus

respectivas direcciones y uniramos despus sus extremos, obtendramos un cuerpo

llamado slido fotomtrico. Pero como trabajar en tres dimensiones es muy incmodo, se corta el slido con planos verticales para diferentes valores de C (suelen

ser uno, dos, tres o ms dependiendo de las simetras de la figura) y se reduce a la

representacin plana de las curvas ms caractersticas.

En la curva de distribucin luminosa, los radios representan el ngulo y las circunferencias concntricas el valor de la intensidad en candelas. De todos los

planos verticales posibles identificados por el ngulo C, slo se suelen representar los

planos verticales correspondientes a los planos de simetra y los transversales a stos

(C = 0 y C = 90) y aqul en que la lmpara tiene su mxima de intensidad. Para

evitar tener que hacer un grfico para cada lmpara cuando slo vara la potencia de

sta, los grficos se normalizan para una lmpara de referencia de 1000 lm. Para

conocer los valores reales de las intensidades bastar con multiplicar el flujo luminoso

real de la lmpara por la lectura en el grfico y dividirlo por 1000 lm.

1000IgrficolmparaIreal =



PRCTICA 6

DETERMINAR LAS CURVAS DE DISTRIBUCIN Y CALCULAR EL FLUJO LUMINOSO DE LAS LMPARAS INCANDESCENTES.


Material:

1. Una lmpara incandescente de 100 watts./127 vca

2. Un luxmetro c/celda fotoelctrica.

3. Cables de conexin.

Procedimiento:

1. Construya el circuito de la figura No. 1.4.

2. A la altura de la lmpara, coloque la celda fotoelctrica a una distancia de 1.0 m.,

para obtener la curva horizontal.

3. Tome la posicin por medio del transportador de cero central empezando con

una variacin de 5 en 5, hasta llegar a 85grados.

4. Repetir los puntos 2, 3 y 4 tanto para la izquierda como a la derecha.

5. En cada punto de medicin, se toman los valores del luxmetro y se anotan en la tabla No. 1.6.

6. Para obtener valores de la curva vertical, colocar la celda fotoelctrica a una

distancia aproximada de 1 m. y a la misma altura de la lmpara.

7. Tomando la posicin de cero central en el transportador y empezando con una

variacin de 5 en 5grados, girar hasta llegar a 70 grados.

8. En cada punto de medicin, tmense valores del luxmetro y antense en la tabla

No.1.7.

Cuestionario:

1. Calcule el flujo luminoso y reporte su valor en la tabla No. 1.8.

2. Con los valores obtenidos, construya las grficas correspondientes.

3. Explicar el principio y funcionamiento de: la lmpara de incandescente



4. Mencione dos usos de las lmparas incandescentes que conozca.


FIGURA No. 1.4.

TABLA No. 1.6. IZQUIERDA GRADOS DISTANCIA LUXES LECTURA CANDELAS

0 5

10 15 20 25 30 35 45 50 55 60 65 70 75 80 85

DERECHA GRADOS DISTANCIA LUXES LECTURA CANDELAS

0 5

10 15 20 25 35 40 45 50 55 60 65



70 75 80 85

TABLA No. 1.7. SUPERIOR GRADOS DISTANCIA LUXES CANDELAS

0 5

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

INFERIOR GRADOS DISTANCIA LUXES CANDELAS

0 5

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

TABLA No.1.8.

ZONA NGULO PROMEDIO CONSTANTE DE ZONA CANDELAS FLUJO LUMINOSO



1.6. SISTEMS DE ALUMBRADO.

Saber en la Teora (2hrs.)

Cuando una lmpara se enciende, el flujo emitido puede llegar a los objetos de la

sala directamente o indirectamente por reflexin en paredes y techo. La cantidad de luz que llega directa o indirectamente determina los diferentes sistems de iluminacin con sus ventajas e inconvenientes.

Luz directa

Luz indirecta proveniente del techo

Luz indirecta proveniente de las paredes 1.6.1 TIPOS DE ILUMINACIN

1.6.1.1 Iluminacin directa:

Se produce cuando todo el flujo de las lmparas va dirigido hacia el suelo. Es el sistema ms econmico de iluminacin y el que ofrece mayor rendimiento luminoso. Su desventaja es que el riesgo de deslumbramiento directo es muy alto y produce sombras duras poco agradables para la vista. Se consigue utilizando luminarias directas.

1.6.1.2 Iluminacin semidirecta:

La mayor parte del flujo luminoso se dirige hacia el suelo y el resto es reflejada en techo y paredes. En este caso, las sombras son ms suaves y el deslumbramiento menor que el anterior. Slo es recomendable para techos que no sean muy altos y sin claraboyas puesto que la luz dirigida hacia el techo se perdera por ellas.



1.6.1.3 Iluminacin difusa:

Hablamos de iluminacin difusa si el flujo se reparte al cincuenta por ciento entre

procedencia directa e indirecta. El riesgo de deslumbramiento es bajo y no hay sombras,

lo que le da un aspecto montono a la sala y sin relieve a los objetos iluminados. Para

evitar las prdidas por absorcin de la luz en techo y paredes es recomendable pintarlas

con colores claros o mejor blancos.

1.6.1.4 Iluminacin semiindirecta:

La tenemos cuando la mayor parte del flujo proviene del techo y paredes. Debido a esto, las prdidas de flujo por absorcin son elevadas y los consumos de potencia elctrica tambin, lo que hace imprescindible pintar con tonos claros o blancos. Por contra la luz es de buena calidad, produce muy pocos deslumbramientos y con sombras suaves que dan relieve a los objetos.

1.6.1.5 Iluminacin indirecta:

Por ltimo tenemos este caso cuando casi toda la luz va al techo. Es la ms

parecida a la luz natural pero es una solucin muy cara puesto que las prdidas por absorcin son muy elevadas. Por ello es imprescindible usar pinturas de colores blancos con reflectancias elevadas. 1.6.2 MTODOS DE ALUMBRADO.

Los mtodos de alumbrado nos indican cmo se reparte la luz en las zonas iluminadas. Segn el grado de uniformidad deseado, distinguiremos tres casos: alumbrado general, alumbrado general localizado y alumbrado localizado.

Alumbrado general



Alumbrado general localizado

Alumbrado localizado

a) alumbrado general:

Proporciona una iluminacin uniforme sobre toda el rea iluminada. Es un mtodo

de iluminacin muy extendido y se usa habitualmente en oficinas, centros de enseanza, fbricas, comercios, etc. Se consigue distribuyendo las luminarias de forma regular por todo el techo del local.

Ejemplos de distribucin de luminarias en alumbrado general

b) alumbrado general localizado:

Proporciona una distribucin no uniforme de la luz de manera que sta se concentra sobre las reas de trabajo. El resto del local, formado principalmente por las



zonas de paso se ilumina con una luz ms tenue. Se consiguen as importantes ahorros energticos puesto que la luz se concentra 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 lo que 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 instalacin de alumbrado general.

c) alumbrado localizado: Se emplea cuando necesitamos una iluminacin suplementaria cerca de la tarea

visual para realizar un trabajo concreto. El ejemplo tpico seran las lmparas de escritorio. Recurriremos a este mtodo siempre que el nivel de iluminacin requerido sea superior a 1000 luxes, cuando haya obstculos 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 mtodo es que la relacin

entre las luminancias de la tarea visual y el fondo no sea muy elevada pues en caso contrario se podra producir deslumbramiento molesto.

Relacin entre el alumbrado general y el localizado

1.6.3 NIVELES DE ILUMINACIN.

Para definir una iluminacin que facilite la realizacin de tareas de carcter visual, de un modo seguro, rpido y en suma eficaz, se precisa dar a esta iluminacin, unos niveles definidos en lux (lmenes / m2) adecuados a cada tipo de tarea.



En el Proyecto de Iluminacin, se debe determinar los niveles de iluminacin,

segn la tarea a realizar, la dificultad de la misma, el detalle, el contraste, el cromatismo o la velocidad exigibles en la observacin ocular, condiciones de entorno, etc.

Cuando se precisa sealar los diferentes niveles de iluminacin demandados en un Proyecto de Alumbrado, se distingue entre los niveles de iluminacin requeridos por el alumbrado general de interiores (tareas varias) y el alumbrado de interiores industriales (tareas especficas)

Los niveles de iluminacin siempre se refieren al plano de trabajo, que puede ser horizontal, vertical o inclinado. El plano horizontal de trabajo, por defecto, se supone situado a una altura de 75 cm. del suelo.

Los niveles de iluminacin recomendados, son los idneos para producir una correcta iluminacin, por ello hay que tener en cuenta que la suciedad del entorno a las luminarias y lmparas y el envejecimiento de las mismas, pueden mermar de tal modo el flujo luminoso recibido sobre el plano de trabajo, que ste puede alcanzar valores inferiores a los exigidos.

En muchos supuestos, no es en absoluto recomendable, proponer una iluminacin general que por si misma alcance los niveles de luminosidad exigibles; en estos casos se recurre a la utilizacin de iluminaciones puntuales de carcter complementario para alcanzar estos objetivos (sumatoria de niveles de iluminacin).

En los supuestos que se mencionan, como es lgico suponer, hay que estudiar los contrastes de luminosidades que se pueden producir en el campo visual para que los valores de stas se encuentren dentro de los lmites recomendados.

Para finalizar, tambin conviene tener muy en cuenta, la direccionalidad que tienen los rayos luminosos. Intensidad de iluminacin:

La intensidad de iluminacin viene dada en tablas que recomiendan los valores

adecuados para diversas labores. Estos valores han sido determinados por cientficos

dedicados a la iluminacin, tomando en cuenta los diferentes esfuerzos a que est

sometido el ojo humano durante su funcionamiento, el rendimiento visual, las

asimilaciones por segundo y hasta las condiciones climatolgicas, etc.

El nivel de iluminacin para estas reas es el recomendado por las tablas antes

mencionadas. Eligiendo un nivel de iluminacin con base al 95% S:M:I:I



Los niveles de iluminacin recomendados para un local dependen de las

actividades que se vayan a realizar en l. En general podemos distinguir entre tareas con

requerimientos luminosos mnimos, normales o exigentes.

En el primer caso estaran las zonas de paso (pasillos, vestbulos, etc.) o los locales poco utilizados (almacenes, cuartos de maquinaria...etc.) 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 ltimo estn los lugares donde son necesarios niveles de iluminacin muy elevados (ms de 1000 lx) porque se realizan tareas visuales con un grado elevado de detalle que se puede conseguir con iluminacin local.

A continuacin se relacionan valores de niveles de iluminacin para diferentes usos:

NIVELES DE ILUMINACIN

Uso Nivel Lux Buja-Pie Manejo de Materiales

Envoltura, empacado, etiquetado Seleccin y clasificacin de piezas

Carga y manejo de Camiones

540 320 220

50 30 20

Escuela Salones de clase y auditorios

Laboratorios, bibliotecas Saln de dibujo

300

500 - 700 750

27.8

46.45 65.03 69.7

Taller de pintura Inmersin, rociado, horneado Mano fina de pintura, acabado

540 1100

50 100

Soldadura Iluminacin general

Soldadura de arco manual de precisin

540

10800

50

1000

Auditorios 150 a 3200 14 - 297 Bancos 500 a 1.500 46 - 140

Oficinas de correos, despachos, galeras de arte y similares 300 a 1.000 28 - 93

Edificios municipales, bomberos, etc. 300 a 1.500 28 - 140 Hospitales, consultorios y similares 300 a 25.000 28 - 2322

Salas de urgencias 1.000 a 20.000 93 - 1858 Hoteles 100 a 300 9 - 28

Restaurantes, Residencias 300 a 500 28 - 45



.... MxFUCExSF =

Museos 300 a 2.000 28 - 186 Tiendas 2.000 a 10.000 186 - 929

Almacenes y bodegas 50 a 500 4.6 - 45 Fabricas 500 a 2.000 45 - 186

Centrales elctricas, Subestaciones, etc. 200 a 500 18 - 45

Fundiciones 300 a 5.000 28 - 450 Viviendas 300 a 700 28 - 65

1.6.4 MTODO DEL FLUJO LUMINOSO.

Tambin se le denomina mtodo de lumen. Por medio de este mtodo se puede

calcular el flujo total luminoso que se requiere en locales interiores para proporcionar un

nivel de iluminacin promedio. Considera la superficie del local, la altura de montaje de las

luminarias, las reflectancias de paredes, techo y piso, un coeficiente de utilizacin del flujo

luminoso aprovechable de la fuente luminosa, sobre el rea de trabajo y un factor de

mantenimiento por depreciacin de la lmpara y limpieza del local. Estos factores se

toman en consideracin en la frmula del mtodo de lumen:

En donde:

F = Flujo total requerido para el nivel de iluminacin promedio. E = Intensidad de

iluminacin promedio. S = Superficie. C. U. = Coeficiente de utilizacin. F. M. = Factor de

mantenimiento.

Superficie:

Dimensiones del local y la altura del plano de trabajo (la altura del suelo a la

superficie de la mesa de trabajo, normalmente es de 0.85 m.)



La superficie del local a iluminar, se considera en metros cuadrados si el nivel de

Iluminacin se toma en luxes, o pies cuadrados si el nivel se toma en foot candles.

Coeficiente de Utilizacin:

El coeficiente de utilizacin es la relacin entre los lmenes que alcanza el plano

de trabajo y los lmenes totales generados por la lmpara. Es un factor que tiene en

cuenta la eficacia y la distribucin de la luminaria, su altura de montaje, las dimensiones

del local y las reflectancias de las paredes, techo y piso.

Determinar los coeficientes de reflexin de techo, paredes y suelo. Estos valores se encuentran normalmente tabulados para los diferentes tipos de materiales, superficies

y acabado. Si no disponemos de ellos, podemos tomarlos de la siguiente tabla.

SUPERFICIE COLOR FACTOR DE REFLEXIN

CLARO O.3

PISO OSCURO 0.1

BLANCO O MUY

CLARO 0.7

CLARO 0.5 TECHO

MEDIO 0.3



CLARO 0.5

MEDIO 0.3 PAREDES

OSCURO 0.1

Para determinar el coeficiente de utilizacin (C. U.) a partir del ndice del local y los factores de reflexin tomamos en cuenta que estos valores se encuentran tabulados y

los suministran los fabricantes. En las tablas encontramos para cada tipo de luminaria los

factores de iluminacin en funcin de los coeficientes de reflexin y el ndice del local. Si

no se pueden obtener los factores por lectura directa ser necesario interpolar.

NDICE DEL LOCAL.

Para poder analizar el Coeficiente de Utilizacin del local, es necesario antes

calcular el ndice del Local. El Coeficiente de Utilizacin de la instalacin es el que permite

conocer el comportamiento de una luminaria determinada en un Local determinado, lo

primero que habr que conocer son las caractersticas de dicho local.

En este punto es donde el mtodo de las Cavidades Zonales difiere de otros

mtodos. A efecto de determinar el coeficiente de utilizacin de la instalacin solamente

se considerar aqu el ndice K1 ndice local (en el mtodo completo, el ndice cielorraso

se denomina K2 y el de piso K3)



El ndice del local K1 se obtiene de la siguiente frmula:

Donde:

hm = altura de montaje de la luminaria sobre el plano de trabajo (m)

a = Ancho del local (m)

l = Largo del local (m)

NDICE DE CUARTO.

El resultado de esta frmula ser un nmero entre 1 y 10, si bien, existen casos de

locales sumamente atpicos cuyo ndice de local K1 podr ser inferior a 1 y tambin

superior a 10. Cuanto menor sea el nmero, mayor ser la superficie del local con

respecto a su altura y viceversa.

Determinar la altura de suspensin de las luminarias segn el sistema de

iluminacin escogido.



h: altura entre el plano de trabajo y las luminarias.

h': altura del local.

d: altura del plano de trabajo al techo

d': altura entre el plano de trabajo y las luminarias

Seleccin de la luminaria.

Para decidir el tipo de lmpara a utilizar, se toma en consideracin lo siguiente: si

el sistema de iluminacin va a ser usado slo ocasionalmente y por lo tanto el costo inicial

pasa a ser ms importante que el costo de operacin, el tipo de iluminacin usualmente

seleccionada es el incandescente. Si el sistema va a estar funcionando durante muchas

horas, los tipos fluorescentes, mercurio o sodio alta presin son los indicados.

En iluminacin interior, solamente en algunos casos podr utilizarse la lmpara de

vapor de sodio a alta presin, por ejemplo en fundiciones, debido a su luz monocromtica

que deforma los colores de los objetos que ilumina. Sin embargo, se puede aprovechar su

alto rendimiento luminoso y su gran duracin, combinndolas con lmparas aditivos

metlicos con lo que se mejorar la apariencia de color de los objetos iluminados.

Existe una amplia variedad de luminarias. Se puede obtener desde el tipo sencillo

individual fluorescente, hasta el techo luminoso completo de pared a pared. Algunos de

los factores que contribuyen a tomar la decisin son: el tipo de distribucin de luz, el

ngulo de corte de luminaria para iluminacin directa y las condiciones de utilidad

comparada con la apariencia esttica de luminaria.



1.6.5 FACTOR DE PRDIDAS TOTALES a) Factor de mantenimiento: Se considera en funcin de la depreciacin que sufre la emisin lumnica de

luminaria, debido a la acumulacin de suciedad en el mismo y a la depreciacin de las

superficies reflectoras o transmisoras de la luz, por el envejecimiento sufrido a travs del

tiempo, as como a la depreciacin que sufre la lmpara o fuente luminosa a travs de las

horas de uso.

El factor de mantenimiento, se obtiene del producto de la depreciacin de la

lmpara (D) por la depreciacin por suciedad de la luminaria (d)

El factor de depreciacin de la lmpara (D), en funcin de la depreciacin sufrida

por la lmpara a lo largo de su vida y es obtenida en el laboratorio del fabricante, los

cuales proporcionan la depreciacin en forma de tablas.

El factor de mantenimiento por suciedad de luminaria (d), es obtenido por pruebas

directas en la luminaria en diferentes ambientes y clasificado en forma de tablas o bien en

forma de grficas.



b) Depreciacin de la eficiencia luminosa y mantenimiento:

El paso del tiempo provoca sobre las instalaciones de alumbrado una disminucin

progresiva en los niveles de iluminancia. Las causas de este problema se manifiestan de

dos maneras. Por un lado tenemos el ensuciamiento de lmparas, luminarias y superficies

donde se va depositando el polvo. Y por otro tenemos la depreciacin del flujo de las

lmparas.

En el primer caso la solucin pasa por una limpieza peridica de lmparas y

luminarias. Y en el segundo por establecer un programa de sustitucin de las lmparas.

Aunque a menudo se recurre a esperar a que fallen para cambiarlas, es recomendable

hacer la sustitucin por grupos o de toda la instalacin a la vez segn un programa de

mantenimiento. De esta manera aseguraremos que los niveles de iluminancia real se

mantengan dentro de los valores de diseo de la instalacin.

1.6.6 CLCULO DE NMERO DE LUMINARIAS.

T =Flujo total necesario

L = Flujo por lmpara.

N = Nmero de lmparas por luminaria.

L

t

nN

=

a) Emplazamiento de las luminarias.

Una vez que hemos calculado el nmero mnimo de lmparas y luminarias procederemos a distribuirlas sobre la planta del local. En los locales de planta rectangular las luminarias se reparten de forma uniforme en filas paralelas a los ejes de simetra del local segn las frmulas:

=

= anchoolN

xanchool

NN

Nanchool

totalancho

arg

arg

arg



Donde : N = Nmero de luminarias.

La distancia mxima de separacin entre las luminarias depender del ngulo de apertura

del haz de luz y de la altura de las luminarias sobre el plano de trabajo.

PRCTICA 7


Problema

1. Queremos disear una instalacin de alumbrado para una nave industrial de 100 m de largo por 30 m de ancho y 6 m de altura. Para ello utilizaremos lmparas de vapor de sodio a alta presin de 400 W de potencia con un flujo luminoso de 50000 lm Luminarias disponibles (todas son de tipo industrial suspendido):



Otros datos:

Los coeficientes de reflexin de paredes y techo se considerarn cero debido a

que los materiales empleados (superficies y estructuras metlicas) tienen coeficientes de

reflexin extremadamente bajos.

Es recomendable que el sistema de iluminacin se instale por lo menos a 5.5 m

del suelo, pues en la estructura superior de la nave, hasta 5 metros del suelo, existen

equipos de transporte, como gras, destinadas al traslado de objetos pesados a distintos

puntos de la nave.

En el techo existen claraboyas que ofrecen una iluminacin diurna mnima de 75

lux lo suficientemente homognea a la altura del suelo. En dicha nave slo se trabajar de

da.

El nivel de iluminacin aconsejado para las actividades que se desarrollan en el

local es de 680 lux en el suelo.

Solucin Este es un ejemplo de problema resuelto con el mtodo de los lmenes. Tenemos una

gran nave que queremos iluminar con una iluminacin homognea de 680 lx.

Datos de entrada: Dimensiones del local:

largo: 100 m

ancho: 30 m

altura total: 6 m

altura del plano de trabajo: 0 (nos piden la iluminancia a nivel del suelo)

Nivel de iluminancia media. Nos piden 680 lx pero teniendo en cuenta que slo se trabaja

de da y la iluminancia de la luz solar es de 75 lux, la iluminancia proporcionada por la

iluminacin ser:

Em = 680 - 75 = 605 lx

Lmparas. Usaremos lmparas de vapor de sodio a alta presin de 400 W y 50000 lm de

flujo.

Altura de suspensin de las luminarias: 5.5 m



ndice del local. Dado el tipo de luminarias propuestas (de iluminacin directa), nos

encontramos con un caso de iluminacin directa. Por lo tanto

2.4)30100(5.5

30100)(

.=

+=

+=

xbah

bak

Coeficientes de reflexin. Los coeficientes del techo y las paredes se suministran en el

enunciado. Como no nos dicen nada del suelo tomaremos la hiptesis ms pesimista

vista en las tablas.

Techo Paredes Suelo 0 0 0.1

Coeficiente de

reflexin

Determinacin del coeficiente de utilizacin ( ) A partir de los factores de reflexin

y el ndice del local se leen en las tablas los factores de utilizacin. En este caso particular

deberamos interpolar ya que no disponemos de valores para k = 4.2; pero como la

diferencia entre el coeficiente para 4 y 5 es muy pequea podemos aproximar con los

valores de 4.

C.U.= 0.73

Factor de mantenimiento. En este caso los valores vienen incluidos en las tablas de las luminarias. Como no nos dicen nada sobre la suciedad ambiental tomaremos los valores medios. F.M. = 0.60

Clculo del flujo luminoso total.

lumenesX

XXMFSE

t 414383560.073.030100605

.....

===

Por ltimo se calcula el nmero mnimo de luminarias necesarias. Este es un valor

de referencia pues es normal que al emplazar las luminarias y hacer las comprobaciones

posteriores necesitemos un nmero mayor de ellas.

831051

41438354 === xxn

NL

t



Emplazamiento de las luminarias: Finalmente slo nos queda distribuir las luminarias sobre la planta del local y

comprobar que la distancia de separacin entre ellas es inferior a la mxima admisible. En este caso la separacin mxima viene indicada en las tablas de las luminarias.

Ancho

No. de luminarias 5 Separacin

metros 30/5=6

Separacin de las paredes (m)

6/2=3

Largo No. de luminarias 17

Separacin metros

100/17=5.88

Separacin de las paredes (m)

5.88/2=2.94

Separacin mxima entre

luminarias

1.1xh.m = 6.05

No. total de luminarias

5x17=85

Comprobacin de los resultados:

Al nivel del suelo, la iluminancia total ser: NI = 620.5 + 75 = 695.5 lx

Y la potencia consumida P = 85 400 = 34 Kw.

Distribucin final de las luminarias:

luxesx

xxxS

MFnE L 5.62010030

60.073.05000085.....==

=



PRACTICA 8

EVALUAR UN SISTEMA DE ILUMINACIN Y PROPONER UN SISTEMA DE AHORRO DE ENERGA.

Saber Hacer en la prctica (2hrs.) Material:

Luxmetro.

Procedimiento:

1- Medir el nivel de iluminacin del local. 2- Tomando los datos de la iluminacin situacin actual. 3- Calcule la iluminacin propuesta con luminarias ahorradoras de energa. Tomando

como base la tabla no.

CUESTIONARIO: Qu es una lmpara ahorradora de energa?

Concepto Situacin actual. Identificacin del rea. Largo (metros) Ancho (metros) Altura (metros) rea (metros cuadrados) Tipo de luminaria Nmero de luminarias Watts por luminaria. Nivel de iluminacin promedio (luxes)

HOJA DE TRABAJO DEL MTODO DE CAVIDAD ZONAL.



Identificacin Luminaria propuesta Largo (m) Ancho (m) Altura de montaje (m) Relacin de cavidad del local (RLC)

rea (m2) Techo Paredes Piso Factor de balastra Degradacin luminosa Factor de suciedad Prdidas de iluminacin totales

Tipo de lmpara Catlogo Lmenes iniciales Watts de lmpara Lmparas / luminaria Watts de balastra Coeficientes de utilizacin

Watts/luminaria Lumenes/watt Nmero propuesto de luminarias

Demanda total (Kw.) Densidad de demanda lmite (w/m2)

Representa de la DDL Metros cuadrados/luminaria

Criterio de espaciamiento Espaciamiento mximo. Iluminacin recomendada(luxes)

Nmero de luminarias necesarias.

Nivel de iluminacin calculado (luxes)

1.7. MTODO DE PUNTO POR PUNTO.

Saber en la Teora (1hr.)

El mtodo de los lmenes es una forma muy prctica y sencilla de calcular el nivel

medio de la iluminancia en una instalacin de alumbrado general. Pero, qu pasa si



queremos conocer cmo es la distribucin de la iluminacin en instalaciones de

alumbrado general localizado o individual donde la luz no se distribuye uniformemente

cmo es exactamente la distribucin en el alumbrado general. En estos casos

emplearemos el mtodo del punto por punto que nos permite conocer los valores de la

iluminancia en puntos concretos.

Consideraremos que la iluminancia en un punto es la suma de la luz proveniente

de dos fuentes: una componente directa, producida por la luz que llega al plano de

trabajo directamente de las luminarias, y otra indirecta o reflejada procedente de la reflexin de la luz de las luminarias en el techo, paredes y dems superficies del local.

Podemos ver que slo unos pocos rayos de luz sern perpendiculares al plano de

trabajo mientras que el resto sern oblicuos. Esto quiere decir que de la luz incidente

sobre un punto, slo una parte servir para iluminar el plano de trabajo y el resto iluminar

el plano vertical a la direccin incidente en dicho punto.

tan

cos

2

2

===

=

HV

H

Ed

IsenE

dIE

Componentes de la iluminancia en un punto

En general, para hacernos una idea de la distribucin de la iluminancia nos bastar con conocer los valores de la iluminancia sobre el plano de trabajo; es decir, la iluminancia horizontal. Slo nos interesar conocer la iluminancia vertical en casos en que



se necesite tener un buen modelado de la forma de los objetos (deportes de competicin, escaparates, estudios de televisin y cine, retransmisiones deportivas...) o iluminar objetos en posicin vertical (obras de arte, cuadros, esculturas, pizarras, fachadas...)

Para utilizar el mtodo del punto por punto necesitamos conocer previamente las caractersticas fotomtricas de las lmparas y luminarias empleadas, la disposicin de las mismas sobre la planta del local y la altura de estas sobre el plano de trabajo. Una vez conocidos todos estos elementos podemos empezar a calcular las iluminancias. Mientras ms puntos calculemos ms informacin tendremos sobre la distribucin de la luz. Esto es particularmente importante si trazamos los diagramas isolux de la instalacin.

Como ya hemos mencionado, la iluminancia horizontal en un punto se calcula como la suma de la componente de la iluminacin directa ms la de la iluminacin indirecta. Por lo tanto:

E = Edirecta + Eindirecta

1.7.1 Componente directa en un punto.

Fuentes de luz puntuales.

Podemos considerar fuentes de luz puntuales las lmparas incandescentes y de

descarga que no sean los tubos fluorescentes. En este caso las componentes de la

iluminancia se calculan usando las frmulas.

2

2

2

3

.cos

cos

hsenIE

hIE

V

H

=

=

Donde I es la intensidad luminosa de la lmpara en la direccin del punto que puede obtenerse de los diagramas polares de la luminaria o de la matriz de intensidades y

h la altura del plano de trabajo a la lmpara. En general, si un punto est iluminado por ms de una lmpara su iluminancia total es la

suma de las iluminancias recibidas:



2

2

1

2

3

1

cos

cos

i

iiin

iV

i

iin

iH

hsenIE

hIE

=

=

=

=

Fuentes de luz lineales de longitud infinita.

Se considera que una fuente de luz lineal es infinita si su longitud es mucho mayor

que la altura de montaje; por ejemplo una lnea continua de fluorescentes. En este caso

se puede demostrar por clculo diferencial que la

iluminancia en un punto para una fuente de luz difusa se puede expresar como:

cos.2

.

cos2

. 2

senhIE

hIE

V

H

=

=

En los extremos de la hilera de las luminarias el valor de la iluminancia ser la mitad.



El valor de I se puede obtener del diagrama de intensidad luminosa de la luminaria referida a un metro de longitud de la fuente de luz. En el caso de un tubo fluorescente

desnudo I puede calcularse a partir del flujo luminoso por metro, segn la frmula:

25.9

=I

Una superficie circular de 3 m de radio est iluminada por una bombilla de 50 cd

de intensidad constante en todas direcciones situada a 2 m de altura sobre el centro de la

plataforma. Calcular la iluminacin mxima y mnima sobre la superficie.

Solucin

En este caso nos piden la iluminancia sobre la superficie, es decir, la iluminancia horizontal. Como la intensidad es constante en todas direcciones y la altura tambin el valor de la iluminancia depender nicamente de la distancia de los puntos al foco. En nuestro caso el punto ms prximo es la proyeccin de la bombilla sobre la superficie ( = 0) y los ms alejados son aquellos que estn en los bordes (R = 3 m)

Iluminancia mxima: lxh

IEH

o

5.122

0cos50cos0

2

3

2

3

===

=

Iluminancia mnima (R = 3 m):

lxh

IE

hd

13.32

13.53cos50cos

31.53;23tan

2

3

2

3

min ===

===



PRCTICA 9 CORROBORAR EL MTODO DE PUNTO POR PUNTO CON LAS LUMINARIAS DE LA CALLE.

Saber hacer en la prctica (2Hrs.)

PROCEDIMIENTO:

1. Medir con el luxmetro los puntos como en la figura no. 1.1.

2. Entre dos luminarias hacer las mismas mediciones.

3. Tomando la curva de distribucin asimtrica corroborar el mtodo de punto por

punto.

4. Calculando los puntos sacar el nivel de iluminacin promedio.

5. Comparar el nivel de iluminacin con el de las tablas del smii 95 %.

CUESTIONARIO:

1. Qu es mtodo de punto por punto?


CURVA DE DISTRIBUCIN LATERAL EN CONO 72



CURVA DE DISTRIBUCIN VERTICAL PLANO 75



II Equipos eficientes

2.1. BAL

Alumbrado y Ahorro de Energia

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