CONTENIDO1.0 CAPITULO 1: LINEAMIENTOS GENERALES................................................................ 161.1 INTRODUCCIN.........................................................................................................................161.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.............................................................................................161.3 OBJETIVOS GENERALES...........................................................................................................171.4 OBJETIVOS ESPECFICOS.........................................................................................................171.5 ALCANCES DEL TEMA...............................................................................................................181.6 EXCLUSIONES DEL TEMA..........................................................................................................181.7 RESULTADOS ...........................................................................................................................192.0 CAPITULO 2: EFICIENCIA ENERGTICA...................................................................... 202.1 USOCONCIENTE DE LA ENERGA..............................................................................................212.2 ETIQUETAS DE EFICIENCIA ENERGTICA...................................................................................232.2.1 NORMAS OFICIALESCHILENAS.................................................................................................... 262.3 CONCEPTOS DE LA LUZ YANLISIS COMPARATIVO DE EFICIENCIA DEAMPOLLETASINCANDESCENTES, FLUORESCENTES Y LED .............................................................................272.3.1 CONCEPTOS GENERALES DE LA LUZ ............................................................................................ 272.3.2 ANLISIS COMPARATIVO DE EFICIENCIA DE AMPOLLETAS INCANDESCENTES, FLUORESCENTES Y LED .... 323.0 CAPITULO 3: ENERGA SOLAR....................................................................................... 593.1 IRRADIACIN............................................................................................................................613.2 INSOLACIN .............................................................................................................................623.3 CELDA FOTOVOLTAICA.............................................................................................................633.3.1 DOPADO DEL SILICIO Y LA UNIN P-N.......................................................................................... 643.3.2 GENERACIONES DECELDAS FOTOVOLTAICAS................................................................................ 653.3.3 TECNOLOGAS DEFABRICACIN DE CELDAS FOTOVOLTAICAS.......................................................... 673.4 FUNCIONAMIENTO DE UN PANEL FOTOVOLTAICO......................................................................713.4.1 FACTORES DE EFICIENCIA DE UN PANEL FOTOVOLTAICO .................................................................. 743.4.2 FACTORES QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO DE UNPANEL FOTOVOLTAICO. ................................ ......... 773.5 APLICACIONES DE LOS PANELES FOTOVOLTAICOS...................................................................793.6 CLASIFICACIONES DE LAS INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS ....................................................813.6.1 INSTALACIONES AISLADAS DE LA RED ELCTRICA............................................................................ 813.6.2 INSTALACIONESCONECTADAS A LA RED ELCTRICA........................................................................ 823.6.3 INSTALACIONES HIBRIDAS.......................................................................................................... 833.6.4 EQUIPOS NECESARIOS PARA UNA INSTALACIN FOTOVOLTAICA ....................................................... 843.7 POSICIONAMIENTO YORIENTACINDELOSPFV YCONDICIONES PTIMASPARA UN MEJOR APROVECHAMIENTO DE LA ENERGA SOLAR............................................................863.7.1 CONDICIONES DE LA CIUDAD DE VALDIVIA ..................................................................................... 893.8 MANTENIMIENTO DE LA INSTALACIN .......................................................................................913.9 BENEFICIOS DE UNAVIVIENDA DOTADA DE UNSISTEMAFOTOVOLTAICO..................................914.0 CAPITULO4:DISEODEUNSISTEMADEILUMINACINALIMENTADOPOR PANELES FV, UTILIZANDO AMPOLLETAS LED.................................................................. 934.1 CLCULO DE ILUMINACIN .......................................................................................................934.1.1 CLCULODEILUMINACINPORHABITACIN .................................................................................. 974.2 CLCULO DE LA INSTALACIN FOTOVOLTAICA.......................................................................1004.2.1 DETERMINACIN DE LA POTENCIA DECONSUMO PARA EL SISTEMA DEILUMINACIN .......................... 1004.2.2 CLCULO DEL BANCO DE BATERAS............................................................................................ 1034.2.3 CLCULO DE LOS PANELES SOLARES.......................................................................................... 1034.2.4 CLCULO DEL REGULADOR....................................................................................................... 1124.2.5 CLCULO DEL INVERSOR........................................................................................................... 1134.2.6 CONMUTADOR......................................................................................................................... 1134.2.7 CLCULODEUNA INSTALACIN FOTOVOLTAICA PARA ELHOGAR ENGENERAL...................................1144.3 ELECCIN DE LOS EQUIPOS ...................................................................................................1174.4 ASPECTOS ECONMICOS .......................................................................................................1184.4.1 RENTABILIDAD Y PERIODO DERECUPERACIN DE LA INVERSIN ..................................................... 1205.0 CAPITULO 5: CONCLUSIONES......................................................................................1256.0 CAPITULO 6: BIBLIOGRAFA.........................................................................................1277.0 CAPITULO 7: ANEXOS.....................................................................................................1307.1 NORMATIVA PARA ENERGA FOTOVOLTAICA...........................................................................1307.2 HOJA DE DATOS DEL FABRICANTE.........................................................................................131NDICE DE FIGURASFigura 2.2.1 Etiqueta de Eficiencia Energtica Lmparas tipo A y B, y Refrigerador de acuerdo a normas NCh.................................................................................................................................24Figura 2.2.2 Interpretacin etiqueta lmpara tipo B...........................................................................25Figura 2.2.3 Etiqueta de Eficiencia Energtica Refrigerador .............................................................25Figura 2.2.4 Interpretacin de las Etiquetas ......................................................................................26Figura 2.3.1 Espectro Electromagntico............................................................................................27Figura 2.3.2 Curva de Visibilidad Relativa, Eficiencia Lumnica/Longitud de Onda..........................28Figura 2.3.3 Representacin de ngulo Slido y Estereorradin ......................................................28Figura 2.3.4 Nivel de Iluminancia segn Distancia............................................................................30Figura 2.3.5 Niveles de Temperatura de color ...................................................................................31Figura 2.3.6 Estructura de una Lmpara Incandescente...................................................................33Figura 2.3.7 Distintos tipos de Lmparas Incandescentes ................................................................33Figura 2.3.8 Estructura de una Lmpara LFC....................................................................................34Figura 2.3.9 Distintos tipos de Lmparas LFC...................................................................................35Figura 2.3.10 Smbolo de un Diodo Led.............................................................................................38Figura 2.3.11 Material Dopado con impurezas tipo P y N.................................................................38Figura 2.3.12 Formacin de la unin P-N..........................................................................................39Figura 2.3.13 Polarizacin directa del diodo ......................................................................................39Figura 2.3.14 Encapsulado de un Diodo Led para distintas Potencias.............................................41Figura 2.3.15 Superficies Iluminadas usando Led Discretos.............................................................43Figura 2.3.16 Curvas de Intensidad Relativa vs Longitud de onda ...................................................43Figura 2.3.17 Diagrama de Cromaticidad..........................................................................................44Figura 3.1.1 Espectro de Radiacin Solar..........................................................................................61Figura 3.2.1 Curva de Irradiacin Diaria y horas solares pico...........................................................62Figura 3.2.2 Movimiento aparente del sol en funcin de la hora del da y la poca del ao ............63Figura 3.3.1 Efecto Fotovoltaico de una Celda Solar ........................................................................63Figura 3.3.2 Celda Fotovoltaica de Silicio Policristalino ....................................................................64Figura 3.3.3 Dopado del Silicio...........................................................................................................65Figura 3.3.4 Barra de Silicio Policristalino..........................................................................................65Figura 3.3.5 Evolucin de Eficiencia de las Celdas Solares..............................................................67Figura 3.3.6 Panel Solar de Silicio Monocristalino.............................................................................68Figura 3.3.7 Panel Solar de Silicio Policristalino................................................................................68Figura 3.3.8 Celda Fotovoltaica Orgnica..........................................................................................70Figura 3.3.9 Lminas Fotovoltaicas de Pelcula Delgada (thin-film) .................................................71Figura 3.4.1 Desplazamiento de Electrones mediante la captacin de Fotones ..............................71Figura 3.4.2 Esquema de Funcionamiento de un Panel solar...........................................................72Figura 3.4.3 Curva IV y PV para un mdulo fotovoltaico tpico a 1000 W/m2 y 25 C......................73Figura 3.4.4 Factor de Forma (FF).....................................................................................................75Figura 3.4.5 Niveles de Radiacin Solar en el Mundo .......................................................................76Figura 3.4.6 Efectos de los niveles de radiacin sobre la corriente..................................................77Figura 3.4.7 Efectos de la temperatura sobre la generacin de energa en un panel solar .............79Figura 3.5.1 Conjunto de paneles solares, Expo 2005 Aichi Japan, Japn......................................80Figura 3.6.1 Instalacin Fotovoltaica Aislada de la Red Elctrica.....................................................82Figura 3.6.2 Instalacin Fotovoltaica Conectada a la Red Elctrica.................................................83Figura 3.6.3 Huerta Solar ...................................................................................................................84Figura 3.6.4 Instalacin Hibrida Solar-Elica.....................................................................................84Figura 3.7.1 Masa de Aire entre el Sol y la Superficie Captadora.....................................................88Figura 3.7.2 Representacin del Cenit y Nadir ..................................................................................88Figura 3.7.3 ngulos de Inclinacin () y Acimut (a).........................................................................89Figura 4.1.1 Planta Casa....................................................................................................................94Figura 4.1.2 Disposicin de las lmparas ........................................................................................100Figura 4.2.1 Diagrama Polar de Prdidas por Orientacin e Inclinacin para Latitud 39Sur .......106Figura 4.2.2 Proyeccin de Sombras sobre las Superficies Fotovoltaicas .....................................107Figura 4.2.3 Diagrama de Trayectorias del Sol para la Latitud 38Sur ..........................................108Figura 4.2.4 Diagrama de funcionamiento del sistema fotovoltaico................................................114NDICE DE TABLASTabla 2.1.1 Potenciales Ahorros Energticos....................................................................................22Tabla 2.3.1 Resumen Unidades de Fotometra del Sistema Internacional (SI) ................................32Tabla 2.3.2 Caractersticas generales para los distintos colores de Led..........................................42Tabla 2.3.3 MEPS pases de APEC...................................................................................................45Tabla 2.3.4 Resumen de caractersticas para lmparas incandescentes.........................................50Tabla 2.3.5 Resumen de Ampolletas LFC.........................................................................................52Tabla 2.3.6 Resumen de Ampolletas LED.........................................................................................57Tabla 3.4.1 Placa de datos entregada por fabricante de un panel Solarex VLX-53.........................73Tabla 3.4.2 Lmites aceptables por prdidas por efecto de la sombra, orientacin e inclinacin.....78Tabla 3.7.1 Radiacin Solar en Chile.................................................................................................86Tabla 3.7.2 Irradiacin Global Mensual y Anual para la Dcima Regin (KWh/m2).........................89Tabla 4.1.1 Factor de utilizacin en funcin de las caractersticas del local (cielo/pared/piso)........95Tabla 4.1.2 Reflectancia para diversos materiales y terminaciones.................................................96Tabla 4.2.1 Estimacin de Consumos de Iluminacin .....................................................................101Tabla 4.2.2 Irradiacin Solar Mensual para la Ciudad de Valdivia..................................................103Tabla 4.2.3 Distancias entre los Paneles FV y el Edificio y ngulos de Elevacin y Acimut .........106Tabla 4.2.4 Tabla de Prdidas de Radiacin Solar por Sombras para la Latitud 35Sur ..............109Tabla 4.2.5 Valores de Irradiacin menos prdidas por orientacin, inclinacin y sombras..........110Tabla 4.2.6 Horas Solares Pico (h) Mensuales para la Ciudad de Valdivia....................................110Tabla 4.2.7 Factor de Cobertura Solar NP=1, Wp=130W...............................................................111Tabla 4.2.8 Factor de Cobertura Solar NP=1, Wp=20W.................................................................111Tabla 4.2.9 Factor de Cobertura Solar NP=1, Wp=30W.................................................................112Tabla 4.2.10 Estimacin de Consumos Energticos.......................................................................115Tabla 4.2.11 Factor de Cobertura Solar NP=30 ..............................................................................116Tabla 4.2.12 Factor de Cobertura Solar NP=8.................................................................................116Tabla 4.2.13 Factor de Cobertura Solar NP=5.................................................................................116Tabla 4.3.1 Resumen y Eleccin de los Equipos para el Sistema de Iluminacin..........................118Tabla 4.3.2 Resumen y Eleccin de los Equipos para el Sistema en General ...............................118Tabla 4.4.1 Costo de los Equipos Sistema de Iluminacin..............................................................119Tabla 4.4.2 Costo de los Equipos Sistema General ........................................................................120Tabla 4.4.3 Estimacin de recuperacin de la inversin para el Sistema de Iluminacin..............121Tabla 4.4.4 Estimacin de recuperacin de la inversin para el Sistema General.........................122Tabla 4.4.5 Ejemplo de un Sistema con Rentabilidad Positiva .......................................................123NDICE DE GRFICOSGrfico 2.3.1 Flujo y eficiencia para lmparas incandescentes de 25 W..........................................46Grfico 2.3.2 Flujo y eficiencia para lmparas incandescentes de 40 W..........................................47Grfico 2.3.3 Flujo y eficiencia para lmparas incandescentes de 60 W..........................................48Grfico 2.3.4 Flujo y eficiencia para lmparas incandescentes de 75 W..........................................49Grfico 2.3.5 Flujo y eficiencia para lmparas incandescentes de 100 W........................................49Grfico 2.3.6 Flujo y eficiencia para lmparas LFC de 15 W............................................................51Grfico 2.3.7 Flujo y eficiencia para lmparas LFC de 20 W............................................................51Grfico 2.3.8 Flujo y eficiencia para lmparas LED de 2 W..............................................................53Grfico 2.3.9 Flujo y eficiencia para lmparas LED de 3 W..............................................................54Grfico 2.3.10 Flujo y eficiencia para lmparas LED de 5 W............................................................55Grfico 2.3.11 Flujo y eficiencia para lmparas LED de 2 W............................................................55Grfico 2.3.12 Flujo y eficiencia para lmparas LED de 18,6 W.......................................................56Grfico 3.7.1 Promedio de Irradiacin Mensual, para la Dcima Regin (KWh/m2).........................90Grfico 3.7.2 Promedio de Irradiacin Mensual y Anual para la Dcima Regin .............................90NDICE DE ECUACIONESEcuacin 2.3.1 Energa Lumnica.......................................................................................................27Ecuacin 2.3.2 ngulo Slido.............................................................................................................29Ecuacin 2.3.3 ngulo Slido mximo...............................................................................................29Ecuacin 2.3.4 Intensidad Lumnica...................................................................................................29Ecuacin 2.3.5 Luminancia (Lv) .........................................................................................................30Ecuacin 2.3.6 Eficiencia Lumnica (?) ..............................................................................................31Ecuacin 3.4.1 Punto de Mxima Potencia........................................................................................74Ecuacin 3.4.2 Eficiencia de Conversin de Energa para un PFV..................................................74Ecuacin 3.4.3 Factor de Forma para un PFV...................................................................................75Ecuacin 3.7.1 Masa de Aire..............................................................................................................87Ecuacin 4.1.1 Factor de Utilizacin..................................................................................................94Ecuacin 4.1.2 ndice de Local (K) para Iluminacin Directa ............................................................94Ecuacin 4.1.3 ndice de Local (K) para Iluminacin Indirecta..........................................................94Ecuacin 4.1.4 Flujo total para una habitacin..................................................................................96Ecuacin 4.1.5 Clculo del nmero de lmparas...............................................................................97Ecuacin 4.2.1 Consumo Energtico Real.......................................................................................101Ecuacin 4.2.2 Factor de Rendimiento Global de la Instalacin Fotovoltaica................................101Ecuacin 4.2.3 Capacidad del Banco de Bateras...........................................................................103Ecuaciones 4.2.4 Correccin de los Lmites Aceptables de Orientacin e Inclinacin...................105Ecuaciones 4.2.5 Estimacin del Porcentaje de Prdidas ..............................................................105Ecuacin 4.2.6 Nmero de Paneles Solares ...................................................................................110Ecuacin 4.2.7 Factor de Cobertura.................................................................................................111Ecuacin 4.2.8 Clculo del Regulador de Carga .............................................................................112RESUMENEn la actualidad se ha tratado en forma recurrente el tema generado por la crisis energtica, lacualsedebeprincipalmentealaumentodesproporcionadodelademandadeenerga elctrica, especialmente por parte de las industrias que cada vez consumen mayor cantidad de energa en sus procesos productivos. El aumento de la poblacin tambin contribuye en este tema.Pocoapocosehanidotomandolasmedidasqueapuntanaunamejorutilizacindelos recursos energticos existentes, mediante la aplicacin de polticas de eficiencia energtica paraequiposelctricos,lascualesseirnmasificandogradualmentehaciaequiposque demanden ms energa.En el mismo contexto anterior, la tecnologa Led se esta insertando lentamente en sistemas deiluminacin,dadassusventajasdeeficienciaenlaconversinysubajoconsumo deenerga,enelcortoplazoygraciasaldesarrollotecnolgicosetransformarnenunaalternativa muy conveniente, tanto en el aspecto tcnico como econmico.La utilizacindesistemasalternativosdegeneracinelctrica,comolosonlossistemas fotovoltaicos,hanpermitidodisminuirlademandadeenergaelctrica delareddedistribucin, o bien alimentar de energa aaquellos sectores en los que no existen servicios elctricos. Actualmente es una alternativa relativamente cara para sectores de baja radiacin solar, ya que es necesario contar con unagran superficie captadora parapodergenerarla energarequerida.EnelnortedeChileelcasoesdistinto,yaquecuentaconcondiciones excepcionales de radiacin solary horas de sol diarias. Alfinaldeestetrabajoserealizaeldiseodeunsistemafotovoltaicoparaalimentarunavivienda,lacualseriluminadaconampolletasLed,elobjetivodeestoes,analizarla conveniencia de la utilizacin de los sistemas fotovoltaicos en la ciudad de Valdivia.ABSTRACTIt is now treated in a recurring item generated by the energy crisis, which is mainly due to the disproportionate increase in demand for electricity, especially from the growing industries that consume more energy in their production processes.The population growth also contributes to this issue.Havegraduallybeentakingmeasuresaimedatbetteruseofexistingenergyresources,by implementingenergyefficiencypoliciesforelectricalequipment,whichIranismovingequipment to mass demand more energy.In the same context, the LED technology is slowly inserted into the lighting systems, given its advantages of conversion efficiency and low energy consumption in the short term, through technologicaldevelopmentwillbecomeaverydesirablealternative,boththetechnicalandeconomic.Finally the use of alternative power generation, such as photovoltaic systems, have allowed toreducethedemandforelectricalpowerdistributionnetworkorpowersupplytoareasin whichtherewasnoelectricity.Heiscurrentlyarelativelyexpensivealternativeforareasof low solar radiation, since it is necessary to have a great sensor able to generate the energy required. In the case of northern Chile case is different because it has exceptional conditions of solar radiation and sunshine hours per day.Attheendofthisworkistodesignaphotovoltaicsystemtopowerahouse,whichwillbe illuminatedwithLEDlightbulbs,thepurposeistoconsidertheadvisabilityofusingthesesystems in the city of Valdivia.16 de 1311.0 CAPITULO 1: LINEAMIENTOS GENERALES1.1 INTRODUCCINDesdehaceyauntiempoastaparte,elmundoseestviendoenfrentadoa problemas energticos,debidoa elagotamientodelasreservasmundiales depetrleo, elcuales utilizadocomofuentedirectadeenerga(motoresdevehculosuotros),obienpara que a travs de l se generen otras energas (elctrica por ejemplo), este fenmeno irreversible ha sidodenominado comoCrisisEnergtica. Lasrazonespuedensermuchas:aumentodel consumodeenergaelctrica debidoalconstantecrecimiento,tantodelsectorresidencial,comodelsectorindustrial, quienessonlosquedemandanlamayorcantidaddeenerga,aumento del parque automotriz, agotamiento de recursos naturales como el agua dulce, junto con el ya mencionado petrleo.Frenteaestacrisishasurgidolanecesidaddeaprovechardemejorformalos recursos energticos disponibles, para esto se estn diseando dispositivos elctricos y electrnicos de uso eficiente la energa, se han realizado campaas que permitan crear conciencia en los usuarios, etc. Por otro ladose han ideado formas de aprovechar distintos tipos de energas naturales con el propsito de convertirlas en energa elctrica, las que adems cuentan con laventajadeserrenovables,dentrodeestasseencuentranporejemplo:laenergasolar, elica, mareomotriz, geotrmica, etc. Existen sistemas que permiten aprovechar desperdicios animalesy/ovegetalesotambinllamadaBiomasa,queensuestadodedescomposicin generangasesutilizablesdomsticamente,estossistemassonconocidoscomobiodigestores.EnelpresenteestudioseabordarntemascomoEficienciaEnergticaydispositivos ElctricosyElectrnicosEficientes,EnergaSolarySistemasquepermitanconvertirlaen EnergaElctrica,terminandoconunDiseodeunSistemadeIluminacinAlimentado por PanelesFV,utilizandoAmpolletasLed,paraelcualseanalizareldiseoentrminos tcnicos y econmicos la factibilidad de la instalacin del sistema en un hogar de la ciudadde Valdivia y que adems est conectado a la red Elctrica.1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMALacrisisenergticaesunproblemaqueatodosnosafecta,unejemplodeestoeselaumento de los costos de la energa elctrica. Es por esto que desde un tiempo a esta parte ha surgido un gran inters por buscaralternativas que permitan reducir estos costos, y para 17 de 131esto pueden existir dos caminos: el primero es usar de forma eficiente y conciente la energa, esto a travs de dispositivos elctricos y electrnicos eficientes, aplicando medidas de ahorro como por ejemplo apagando las luces que no se estn utilizando, etc. El segundo camino es utilizaralgntipodeenerga alternativa disponibledeformanatural (solar,elica,mareomotriz,geotrmica,etc.)y quepuedaseraprovechadaparaconvertirlaenenerga elctrica.Pues bien,el problemaque aqu se planteaestadadoporelelevadoconsumode energa elctricaacausadelmalaprovechamientodeesta,juntoconladependenciadecentrales hidroelctricas odeaquellasqueutilizancombustiblesparalageneracindeelectricidad,paralocualesnecesariobuscarunaformaalternativadeabastecimientotcnicamentefactibleyeconmicamenteviablequepermitareducirelconsumoyloscostosporeste concepto. Se propone el caso puntual de una casa habitacin conectada a la red elctrica de la ciudad de Valdivia, cuyo elevado consumo energtico provoca un alto costo econmico. 1.3 OBJETIVOSGENERALES Desarrollar un trabajo. Sercapazdeanalizaryproponerunasolucinal problema delacrecientedemanda energtica. Desarrollarunproyectoquepermitadeterminarlaconvenienciadelautilizacinde energasnoconvencionalesparasistemasdeiluminacindebajoconsumo, utilizandopaneles fotovoltaicos.1.4 OBJETIVOS ESPECFICOS Aplicar losconocimientos yqueestos permitanhacerusodelastecnologasexistentes,paradar solucinaunproblema observado. Desarrollar un proyecto terico que consista en el anlisis de un sistema de iluminacin,basadoenampolletasdebajoconsumoyquealavezestealimentadoporpaneles fotovoltaicos. Disearunsistemaquepermitaconmutarenformaautomtica entre energa elctrica proporcionada por paneles solares y red elctrica convencional. Analizarlosfactoresinfluyentesenlaeficienciadelossistemassolares ubicados en la comuna de Valdivia.18 de 131 Analizar la eficiencia y calidad de luz de las ampolletas de bajo consumo. Al termino del trabajo ser capaz de mostrar las ventajas que tiene el uso de dispositivosde bajo consumo, combinados con sistemas de alimentacin fotovoltaicos.1.5 ALCANCES DEL TEMAEl alcance del tema consiste en realizar un Anlisis de un Sistema de Iluminacin, Utilizando AmpolletasdeBajoConsumoyAlimentadoporPanelesFotovoltaicos,paralocualse estudiarn los distintos factores involucrados en el diseo de este sistema.A continuacin se listan los estudios necesarios para el anlisis antes mencionado: Eficiencia Energtica, aplicado a la energa elctrica. EnergaSolar, irradiacin,insolacinycondicionesnecesariasparaunmejoraprovechamiento de esta. Condiciones ambientales para la instalacin sistemas solares en la ciudad de Valdivia. Paneles Solares Fotovoltaicos, tecnologas de fabricacin, posicin y orientacin al Sol. Caractersticas de Tcnicas de Ampolletas Led. Descripcin de los siguientes equipos: Inversor, Bateras, regulador. Determinacin de la energa consumida. Diseo de un Sistema de Iluminacin Alimentado por Paneles FV, utilizando Ampolletas Led. Estudio econmico del sistema.Adicionalmente se entregar informacin sobre las formas de captacin de la energa solar, colectoressolaresysuscaractersticasdefuncionamiento,tablacomparativadeeficiencia de Ampolletas Incandescentes, Fluorescentes y Led.1.6 EXCLUSIONES DEL TEMASe excluir de este estudio lo siguiente: Mediciones de radiacin e insolacin. Mediciones de luminancia e iluminancia para ampolletas. Levantamiento de las instalaciones.19 de 1311.7 RESULTADOSAl trmino del estudio ser posible conocer: La importancia de la aplicacin de medidas de eficiencia energtica en nuestro pas. Ventajas existentesalutilizarampolletasdebajoconsumofrentealastradicionales incandescentes. Diseo de un sistema solar fotovoltaico. Costos asociados a la implementacin de un sistema solar fotovoltaico.20 de 1312.0 CAPITULO 2: EFICIENCIA ENERGTICA1La Eficiencia Energtica (EE) se puede definir como el conjunto de acciones o medidas que permiten optimizar la energa destinada a producir un bien y/o servicio2. Esto se puede lograr a travs de la implementacin de diversas medidas e inversiones a nivel de: Tecnologa: diseando o modificando dispositivos para que utilicen de forma eficiente la energa Gestin: optimizando los recursos siempre escasos, para producir el mismo producto, de igual o mejor calidad, pero a un costo energtico menor. Hbitosculturalesenlacomunidad:asumiendocomopropioeldesafodeusareficientemente la energa, adoptando medidas tan simples como apagar las luces que no se estn ocupando.La adopcin de medidas de optimizacin de la energa (EE) trae beneficios directos al pas y a su desarrollo sustentable en cuatro reas bsicas: Estratgicos: Reduce la dependencia de fuentes energticas externas. Econmicos: el ahorro de energa permiteaumentar el ahorro econmico, esto debido a la reduccin de la demanda energtica por parte de consumidores e industria, en todos losserviciosenergticostalescomoluz,calefaccin,transporte;ygeneracindeactividad econmica, empleo y oportunidades de aprendizaje tecnolgico, en los nuevos mercados de bienes y servicios que se crearn para los diferentes sectores usuarios. Ambientales:disminucindelademandaderecursosnaturales.Estoincluyealiviode presioneslocalesascomo presionesglobalestalescomolasemisionesdeCO2,conducentes al calentamiento global. Socialesydegnero:lasfamiliasdeescasosrecursossernlasmsbeneficiadas,ya que estas destinan gran parte de se presupuesto a energa, especialmente para aquellos hogares cuyos jefes son mujeres.1 http://www.cne.cl/destacados/f_politica_energetica.html2 http://www.ppee.cl/#21 de 1312.1 USO CONCIENTE DE LA ENERGAReducirelconsumoenergticodomiciliariocontribuyeaunahorroparalaeconomadel hogaryasuvezpermitedisminuirlasemisionesdegasesdeefectoinvernaderoala atmsfera, principal causa del cambio climtico. Sin embargo, lo anterior no representa una medida de eficiencia energtica, ya que solo apunta a consumir menos energa haciendo uso delosmismosdispositivos,sino que msbienpermitevislumbrariniciativassobrelaimportancia del uso conciente de la energa.Acontinuacinselistanalgunosprocedimientosquepuedensertilesparaunmejoraprovechamiento de la energa y que conducen hacia una eficiencia energtica: Evaluacin EnergticaParaimplementarunplandeeficienciaenergticaenelhogaresnecesariohacerunaevaluacin de los equipos existentes, para determinar cuales son los que consumen mayorcantidaddeenerga.Estomostrarlossectoresmenoseficientesypermitiradoptarmedidas al respecto. Elaboracin de un Plan de AhorroEn este plan de ahorro se debe detallar en orden aquellos lugares donde se desperdicia la mayorcantidaddeenerga,locualtieneporobjetivodeterminarlainversinentiempoy dinero necesaria para mantenimiento, reparaciones y compras potenciales. Adoptar AccionesLa primera de las acciones a considerar es la de utilizar los equipos elctricos y electrnicos solo en la medida justa y necesaria,sin encender aquellos que se van a utilizar,sobre todo aquellosquedemandenunmayorconsumo,optarpordispositivoseficientes,eninvierno mantener la casa lo mas hermtica posible para evitar el ingreso de corrientes de aire fro, no abusar de las temperaturas, tanto del aire acondicionado en verano, como de la calefaccin en invierno, entre otras.22 de 131En la Tabla 2.1.1 se muestran distintas acciones que permiten generar ahorros de energa en el hogar.Tabla 2.1.1 Potenciales Ahorros EnergticosPotenciales Ahorros Energticos en el HogarAccin de Ahorro Ahorro de Energa (aprox.)Cambiar luminaria con ampolletas tipo LED90%Lavar ropa con agua fra 80-92%Utilizar lavadora a carga completa y conbajo ndices de consumo energtico40-70%Utilizar refrigerador de bajo consumo energtico45-80%Permitir la ventilacin en la parte trasera del refrigerador15%Bajar en un grado la temperatura del termostato del refrigerador5%-8%Usar horno de gas en vez de elctrico 60-70%Cocina de gas en vez de elctrica 50-90%Tapar las ollas al cocinar y ajustar el tamao de la llama20%Calentador de agua con gas en vez de hervidor elctrico60-70%Usar tostador de pan en vez de horno elctrico65-75%Necesidades de calor/fro tras aislar techo 20-25%Ambiente temperado tras eliminar fugas de aire20-25%Calefaccin en casa bien aislada 73%Usar ventiladores en vez de aire acondicionado98%Aire acondicionado por evaporacin en vez de por compresin90-98%23 de 1312.2 ETIQUETAS DE EFICIENCIAENERGTICAEl Programa Pas de Eficiencia Energtica (PPEE), en conjunto con el Servicio Nacional del Consumidor(SERNAC)ylaSuperintendenciadeElectricidadyCombustibles(SEC),conapoyodelFondoInnovaChileyorganismosasociadosseencuentrantrabajandodesdeel ao 2005 en la promocin de la eficiencia energtica (EE) en Chile, para lo cual lanzaron el ao2008elprogramadeetiquetadoobligatorioparaalgunoselectrodomsticosresidencialesnormadosporelInstitutoNacionaldeNormalizacin(INN)yqueconsisteen una etiqueta que mostrar el consumo de energa y la eficiencia de conversin del equipo.HoyChilecuentacontresnormasoficialessobreetiquetadodeeficienciaenergticapara electrodomsticos de iluminacin y refrigeracin, las cuales son las primeras de un conjunto de52normasqueregirnartefactosdomsticos,equiposindustrialesy construccinsustentable.Esto obligaalosfabricantesdelmparasincandescentes(comunes),fluorescentes compactas, refrigeradores y congeladores a indicar en una etiqueta cunta es la energa que consumen sus artculos, de modo que el consumidor pueda elegir segn su eficiencia y conveniencia.Sehademostradoenpasesdesarrolladosquelaaplicacindemediadasdeeficienciaa nivelindustrialyresidencial,permiteconseguirunalto ahorro energtico, lo que tambin se traduce en un ahorro econmico para el pas. Para lograrlo se debe identificar las fuentes de mayorconsumo,porejemploenelsectorminerolafuerzamotrizconsumeun78%de energa,mientrasqueelsectorindustriallohaceconun86%,porotroladolapequeay medianaempresaconsumeun67%deenergaenfuerzamotriz.Ahorabienenelcaso residencial, la iluminacin consume un 38% de energa, mientras que la refrigeracin lo hace con un 32%, representando ambos los mayores consumos3.La normativa para las ampolletas incandescentes est operativa en el mercado desde mayo de 2007, las fluorescentes desde el 31 de octubre de 2007 y los refrigeradores de una puerta desde el 10 de enero de 2008.Laetiquetadeeficienciaenergticaesunaherramientapensadaparafacilitaralosconsumidoreselbuenusodelaenerga,lacualdebecontenerapartedelaeficiencia energtica informacin como vida til en el caso de lmparas y el consumo mensual en el de refrigeradores.3 http://www.ecoamerica.cl/pdf_notas/70/70_15-16.pdf24 de 131En esta etiqueta de eficiencia energtica se encuentran dos partes, en la parte izquierda se encuentra la matriz que contiene las categoras energticas, unidades y conceptos sobre los quesevaadarinformacin.Enlapartederechaseubicalafichaquecontienelosdatos especficos que corresponden al electrodomstico que lleva la etiqueta. En la Figura 2.2.1 se puedenapreciardostiposdeetiquetasparalmparas(ladoizquierdo)yunapararefrigerador.Laescaladeclasesutilizaelcdigodecoloresyletrasparaentregarinformacinsobreel grado de eficiencia energtica del electrodomstico, en comparacin con otros similares. La gama va desde el color verde y la letra A para los equipos ms eficientes, hasta el color rojo y la letra G para los equipos menos eficientes. El consumo de energa para equipos similares llega a triplicarse en los electrodomsticos clase G en comparacin a los de clase A.Figura 2.2.1 Etiqueta de Eficiencia Energtica Lmparas tipo A y B, y Refrigerador de acuerdo a normas NCh.Enla Figura 2.2.2 sepuedeapreciarlainterpretacindeunaetiquetatipoBparauna lmpara,mientrasquela Figura 2.2.3 muestralainterpretacindeunaetiquetaparaun refrigerador, por ltimo la Figura 2.2.4 representa la interpretacin de las clases de eficiencia segn consumos de energa en general.25 de 131Ahorabien,supongamosporejemploquese reemplazanslodosampolletasincandescentes de 100 W por dos LFC de 20 W se ahorran $2.268 mensuales (se considera un costo de $135 por KWh(tarifas SAESA al 01/04/09) y 3,5 horas diarias de uso), ahorrosuficientecomopararecuperarlainversininicialrealizada.Ahorabien,sisereemplazan dos millones de ampolletas de 100 W por otras de 20, al ao es posible ahorrar202 GWh, considerando un uso diario de 3,5 horas.Al momento de comprar electrodomsticos, es esencial considerar la informacin indicada en la etiqueta, pues existen diferencias de eficiencias de alrededor de 110 y 125% entre los ms eficientes (A, B y C) y los menos eficientes (F y G), siendo los etiquetados con la letra D y E los que presentan un gasto de energa medio.Enelao2007elrangodeeficienciaenrefrigeradoresenChileestabaconcentradoenla clase D.Figura 2.2.2 Interpretacin etiqueta lmpara tipo BFigura 2.2.3 Etiqueta de Eficiencia Energtica Refrigerador26 de 131Figura 2.2.4 Interpretacin de las Etiquetas2.2.1 Normas Oficiales Chilenas4 NCh3000.Of2006deEficiencia Energtica -Refrigeradores,congeladoresyrefrigeradores-congeladoresdeusodomstico -ClasificacinyEtiquetadoEstablecelametodologaparalaclasificacinderefrigeradores,congeladoresyrefrigeradores-congeladoresdeusodomsticoalimentadosporlared elctricadeacuerdo con su desempeo energtico.Adems,indicaelmtododeensayoylascaractersticasdelaetiquetadeeficiencia energtica. Esta norma tambin establece los requisitos que debe cumplir la etiqueta de eficiencia energtica de los aparatos. NCh3010.Of2006deEficienciaenergtica Lmparasincandescentesdeusodomstico Clasificacin y etiquetadoEstablece una metodologa para la clasificacin de eficiencia energtica de las lmparas incandescentesdeusodomsticoysimilaresalimentadasporlaredelctrica.Laclasificacin se hace de acuerdo con su potencia y flujo luminoso. Tambin establece los requisitosquedebecumplirlaetiquetadeeficienciaenergticadelaslmparasincandescentes y es aplicable a las lmparas incandescentes de filamento de tungsteno para uso domstico y usos similares para iluminacin general.4 http://www.ecoamerica.cl/pdf_notas/70/70_15-16.pdf27 de 131 NCh3020.Of2006deEficienciaenergtica Lmparasfluorescentescompactas, circulares y tubulares de uso domstico - Clasificacin y etiquetadoEstablece una metodologa para la clasificacin de eficiencia energtica de las lmparas fluorescentes compactas, circulares y tubulares deusodomsticoysimilar alimentadas porlaredelctrica.Estaclasificacinsehacedeacuerdoconsupotenciayflujo luminoso.Tambinestablecelosrequisitosquedebecumplirlaetiquetadeeficiencia energticadelaslmparasfluorescentesyesaplicablealaslmparasfluorescentes compactasintegradasonoconbalastoelectromagnticooelectrnico,circularesy tubulares.2.3 CONCEPTOSDELA LUZY ANLISIS COMPARATIVODE EFICIENCIADE AMPOLLETASINCANDESCENTES, FLUORESCENTES YLED2.3.1 Conceptos Generales de la Luz5 LaLuz:seproduceporunaradiacinelectromagnticaqueespercibidaporelojo humano como claridad, esta radiacin posee una longitud de onda (?) que va desde los 380 a los 780 (nm), a este rangovisible se le llama Flujo Lumnico, esto es mostrado en Figura 2.3.1.Figura 2.3.1 Espectro Electromagntico Energa Lumnica(Qv): correspondealflujolumnicoemitido(lm)enunaunidadde tiempo (s), su unidad de medida segn el SI es el lumen segundo y la expresin que la representa se encuentra en la Ecuacin 2.3.1.) ( segundo lm seg Qv =Ecuacin 2.3.1 Energa Lumnica5 http://www.dcmsistemes.com/documentacion.html28 de 131 Lumen (lm):Eselflujolumnicoqueatraviesaenunsegundounnguloslidodeun estereorradin, emitido por una fuente puntual cuya intensidad es de una candela. Candela6 (cd): es la unidad bsica del SI de intensidad luminosa en una direccin dada,deunafuentequeemiteunaradiacinmonocromticadefrecuencia5401012Hz equivalentea555nmenelvaco(f=c/? )ydelacuallaintensidadradiadaenesa direccin es 1/683 Watt por estereorradin. El factor 683 fue definido en 1948 como una sexagsima parte de la luz emitida por un centmetro cuadrado de platino puro en estado slido a la temperatura de su punto de fusin (2046K). La Figura 2.3.2 muestra la curva devisibilidadrelativadelojohumano,dondeseapreciaunhazdeluzverdeparauna longitud de onda (?) de 555 nm.Figura 2.3.2 Curva de Visibilidad Relativa, Eficiencia Lumnica/Longitud de Onda Estereorradin (sr): corresponde a la superficie iluminada de una esfera por un cono de luz propagadodesde el centro de la esfera de radio r, por una fuente de luz. Por lo tanto un estereorradin equivale a un metro cuadrado de superficie iluminada de una esfera de un metro de radio. Esto se puede apreciar en la Figura 2.3.3, donde A representa un sr. Figura 2.3.3 Representacin de ngulo Slido y Estereorradin ngulo Slido (W): corresponde al cono de luz emitido por un fuente concntrica a una esferaderadior(verFigura 2.3.3),suunidaddemedidaesestereorradin(sr)ysu expresin es mostrada en la Ecuacin 2.3.2.6 http://www.cne.cl/destacados/f_politica_energetica.html29 de 1312 ( )SW srR=Ecuacin 2.3.2 ngulo SlidoDonde S corresponde a la superficie de la esfera (4pr2 y r es el radio de la esfera) y R es el radio de la superficie proyectada por el cono de luz.El ngulo slido mximo estar dado por la Ecuacin 2.3.3:224(max) ( )rW srR=Ecuacin 2.3.3 ngulo Slido mximoCuando S=R2 el ngulo slido corresponder a un estereorradin. FlujoLumnico(F ): correspondealacantidaddeenergaluminosaemitidaporuna fuentedeluz,suunidaddemedidaesellumen(lm).Lamximasensibilidaddelojo humanoseencuentraen683lmenesporWattemitidosporunafuentedeluzde longitud de onda de 555 nm, lo que corresponde a la luz verde. Manantial patrn: tambin llamado fuente patrn, corresponde a la radiacin de energa emitidaporuncentimetrocuadradodeplatinopuroenestadoslidocalentadoauna temperatura equivalente a su punto de fusin (2046K), aunque no toda la energa que radiacorrespondeaenergaluminosa,sinoquepartedeestasetransformaencalory radiaciones no visibles. Intensidad Lumnica (Iv): Laintensidadluminosaeslacaractersticafundamentalde una fuente de radiacin, viene dada por el flujo lumnico (F) emitido por unidad de ngulo slidoWenunadireccinespecificada,odichodeotraforma,lapotencialuminosa propiadelafuente,expresadaenWatts,estaseencuentraexpresadoenlaEcuacin2.3.4.( ) I cdW=Ecuacin 2.3.4 Intensidad LumnicaComo el flujo lumnico se mide enlumen, la unidad de medida de laintensidad lumnicaser el lumen por estereorradin, lo cual corresponde a una unidad llamada candela (cd). 30 de 131 Luminancia(Lv): Esladensidadsuperficialdelaintensidadluminosayseexpresa como la relacin entre la intensidad luminosa y la superficie desde la cual se emite, dicho deotraforma,eslamagnitudquedeterminalaimpresindemayoromenorclaridad producidaporunasuperficie,expresadoencandelapormetrocuadrado.Tambines definida como la sensacin luminosa, que por efecto de la luz, se produce en la retina del ojo, esto es representado en la Ecuacin 2.3.5:2I cdLS m = Ecuacin 2.3.5 Luminancia (Lv) Iluminancia(Ev):eslacantidaddeflujo lumnica(lm)queincidesobreunasuperficie (m2). Esta depende de la distancia del foco al objeto iluminado, esto se puede ver en la Figura 2.3.4. Su unidad de medida en el SI es el lux (1 lux = 1 Lumen/m2).Figura 2.3.4 Nivel de Iluminancia segn Distancia Lux(lx): equivaleaunflujolumnico deunlumen(1lm) queincidey sedistribuyeuniformemente sobre una superficie de un metro cuadrado. Emisin Lumnica (Mv): es la cantidad de flujo lumnico (lm) emitida por una superficie (m2), su unidad de medida segn el SI es el lux. ndice de Reproduccin Cromtica (CRI): Dependiendo del lugarde aplicacin y de la tareavisualarealizar,laluzartificialdebeprocurarunapercepcindecoloradecuada. La capacidad de una fuente de luz de reproducir los colores se mide con el concepto de ndice de reproduccin cromtica (Ra o CRI), su rango va de 0 a 100, el valor mximo lo constituye la luz solar a las 12:00 hrs. del da y sin nubes. Vida til:Horasdeencendidodelalmparacuandoyael50%deunamuestraseha apagado.31 de 131 TemperaturadeColor(K): Parmetrofsicoqueindicalatemperaturadelhazluminoso. Usualmentesetomadereferencia alblanco,elcualentrminosfsicos correspondealasumadetodaslasfrecuenciasdisponibles,indicandosuvalorengrados kelvin (K) (temperatura absoluta 0=-273,15K). La temperatura de color de la luzsolaresde5.000Kaproximadamente,enelcenit(almedioda)yde2.000Kaproximadamentecuandoestenelhorizonte. Estopuedeserobservadoenla Figura2.3.5, la cual muestra la temperatura de color para distintas radiaciones de luz.Figura 2.3.5 Niveles de Temperatura de color7 Potencia:correspondealacantidaddeenergaelctrica consumida por una ampolleta para ejercer su funcin durante un perodo de tiempo establecido, su unidad es el Watt (W). Eficiencia Luminosa: Vincula la magnitud de luz emitida por la lmpara, con el consumo de energa realizado para ello. Corresponde al cuociente entre el flujo luminoso medido y la potencia activa consumida (lm/W).Este parmetro sirve para conocer el desempeo energticodedistintaslmparas,lasqueennuestrocasocorrespondealmparas incandescentes,LFC(lmparafluorescentecompacta)yLED(diodosemisores de luz). En la Ecuacin 2.3.6 se muestra la expresin matemtica que la representa.lmW W = Ecuacin 2.3.6 Eficiencia Lumnica (?) Factor de Potencia: Corresponde a la relacin entre la potencia de trabajo y la potencia total consumida. Tiempo de estabilizacin de flujo lumnico y potencia:Es el tiempo que demora una ampolleta en alcanzar la estabilidad total en iluminacin y potencia.7http://www.gechile.cl/cl/nuestra.html32 de 131Tabla 2.3.1 Resumen Unidades de Fotometra del Sistema Internacional (SI)Magnitud Smbolo Unidad del SI Abrev.Magnitud radiomtrica asociadaNotasEnergalumnica Qv lumen segundolms Energa radianteA veces se usa la denominacin Talbot, ajena al SIFlujoluminoso F lumen (cdsr)lmFlujo radiante o potencia radianteMedida de la potencia luminosa percibidaIntensidadlumnica Iv candela (lm/sr)cd Intensidad radiante Una Unidad bsica del SILuminancia Lvcandela por metro cuadradocd/m2 RadianciaA veces se usa la denominacin Nit, ajena al SIIluminancia Ev lux (lm/m2)lx IrradianciaUsado para medir la incidencia de la luz sobre una superficieEmisinlumnica Mv lux (lm/m2)lx EmitanciaUsado para medir la luz emitida por una superficieEficiencialumnica ? lumen por Wattlm/W Eficienciarazn entre flujo luminoso y la energa consumida2.3.2 AnlisisComparativodeEficienciadeAmpolletasIncandescentes,FluorescentesyLedEs comn a la hora de comprar una lmpara, usar como primer criterio de seleccin el preciodeesta,locualesperfectamenteentendible,elsegundoparmetrocorrespondealapotenciadelalmpara,locualseasociaaunamayoromenorluminosidad.Graciasal etiquetado de eficiencia energtica y a la informacin que poco a poco se ha ido difundiendo en bien de utilizar eficientemente la energa, es posible darse cuenta de que ninguno de los criteriosnombradosanteriormentepermiteelegircorrectamentelaampolleta.Sibienes ciertoelpreciodelequipoesunfactorfundamental,noesconveniente realizar la eleccin solo por el ahorro que se podra conseguir al momento de la compra, sino que es necesario evaluar otros factores tanto o ms importantes como la eficiencia del equipo. Por otro lado, unerrorcomnesatribuiralapotencialatotalresponsabilidaddeiluminarmsomenos, aunquesidependeenpartedeesta,lagranresponsabledeiluminarmsomenosesla eficienciadelalmpara,yaquemientrasmseficientesea,mayorserlacantidaddeluz (lm) generada por cada Watt de potencia consumido. Las lmparasresidencialespuedenconsideradaseficientes cuando poseen un rendimiento mayor a40 lm/W,estoquieredecirqueporcadaWattconsumidolalmparagenerauna luminosidadde40lumens.Porejemplo,siseconsideraunalmpara de 15 Watt con una eficiencia de conversin de 40 lm/W, esta generar un flujo luminoso de 600 lumens. Por otro ladosiconsideramosunalmparamenoseficientecomounaincandescentede50Watt, cuyo rendimiento se encuentra alrededor de 12 lm/W, se obtendr un flujo lumnico de 600 lumens,idnticoalanteriorperoconlasalvedaddequelalmparaeficienteconsume35 Watt menos para realizar el mismo trabajo, lo que equivale a ahorrar un 70% de energa con 33 de 131respecto a la incandescente, adems las eficientes poseen otras ventajas como la vida til, calidad de luz, etc. LmparasIncandescentes8: Estnformadasporunaampollaobulbodevidrio,que contieneungasinerte9(normalmentekriptn)yunfilamentomuyfino(0,043mmde dimetro) y frgil de wolframio (tambin llamadotungsteno) de alta resistencia, el cual al ser excitado por una corriente elctrica se calienta para generar luz. En dicho proceso, el 85% a 90% de la energa elctrica consumida se transforma en calor, y el 10% a 15 %restanteenluz. Son las de mayor consumo elctrico, las ms baratas y las de menor duracin (aprox.1.000 horas), en la Figura 2.3.6 se muestra la estructura de una lmpara incandescente.La cantidad de luz que emite una lmpara incandescente depende fundamentalmente de lapotenciadeesta.Mientrasquelalongituddelfilamento,eltamaoyformadela ampolla o bulbo de cristal dependen directamente de la potencia de la lmpara, ya que la temperaturadelfilamentoesproporcionalalapotencia,eldesprendimientodecalor aumenta, por lo tanto es necesario aumentar la superficie de enfriamiento. En laFigura2.3.7 se muestran distintos tipos de lmparas incandescentes.Figura 2.3.6 Estructura de una Lmpara IncandescenteFigura 2.3.7 Distintos tipos de Lmparas Incandescentes8 www.sernac.cl/estudios/detalle.php?id=1437 - 20k9 http://es.wikipedia.org/wiki/Ampolleta34 de 131 LmparasFluorescentesCompactas(LFC)10: correspondenaunaversinmejoradadelaslmparasdetubosrectosfluorescentes,loscualesutilizanbalastoselectromagnticosoelectrnicosparasuencendido,diferencindosedeellasensu forma y dimensiones. La ventaja de las LFC frente a las lmparas incandescentes es la eficiencia de conversin de la energa. La estructura posee entre uno y tres tubos, de 10 a16mmdedimetro,conectadoselctricamenteenseriepormediodefilamentosy doblados en forma de U invertida, su estructura es mostrada en la Figura 2.3.8, los tubos pueden estar a la vista, o incluirse dentro de una ampolla o bulbo de vidrio, similar al de laslmparasincandescentes,tambinexistenenformadeespiral,segnmuestralaFigura 2.3.9.Esposibleelegirentrelmparasdetemperaturadecolorfrocontono azulado, o clidas semejante a las lmparas incandescentes.Sufuncionamiento11sebasaenunacorrienteelctricaalternaquefluyeatravsdel balastoelectrnico,dondeunpuenterectificadordeondacompletaseencargaderectificarla y convertirla en corriente continua y mejorar, a su vez, el factor de potencia de lalmpara. Luego seconvierteencorrientealternamedianteuncircuitooscilador,compuesto fundamentalmente por transistores quecumplenlafuncindeamplificarla corriente,untransformadoryuncondensadorseencargandesubirlafrecuenciaavalores entre 20 mil y 60 mil Hertz.Figura 2.3.8 Estructura de una Lmpara LFC10www.sernac.cl/estudios/detalle.php?id=1437 - 20k11 www.asifunciona.com35 de 131Figura 2.3.9 Distintos tipos de Lmparas LFCEl objetivo de elevar la frecuencia es evitar o disminuir el parpadeo que provoca el arco elctricoquesecreadentrodelaslmparasfluorescentescuandoseencuentranencendidas. De esa forma se anula el efecto estroboscpico que normalmente se crea en lasantiguaslmparas fluorescentesdetuborectoquefuncionanconbalastoselectromagnticos. En las lmparas fluorescentes antiguas el arco que se origina posee una frecuencia de slo 50 Hertz, la cual corresponde a la frecuencia de la red.UnavezquelosfilamentosdeunalmparaLFCseencienden,elcalorqueproducenionizaelgasinertequecontieneeltuboensuinterior,creandounpuentedeplasma entrelosdosfilamentos.Atravsdeesepuenteseoriginaunflujodeelectrones,que proporcionanlascondicionesnecesariasparaqueelbalastoelectrnicogenereuna chispayseenciendaunarcoelctricoentrelosdosfilamentos.Enestepuntodel proceso los filamentos se apagan y se convierten en dos electrodos que deben mantener el arco elctrico durante todo el tiempo que permanezca encendida la lmpara. Si bien el arcoelctriconoproducedirectamentelaluzenestaslmparas,sumisincorrespondiente es mantener ionizado el gas inerte. De esa forma los iones desprendidos de este gas chocan contra los tomos del vapor de mercurio contenido tambin dentro de tubo, provocando que los electrones de mercurio se exciten y comiencen a emitir fotones deluzultravioletanovisibleparaelojohumano.EstosfotonesdeluzUValsalir despedidoschocancontralasparedesdecristaldeltuborecubiertoconlacapafluorescente, lo cual provoca que los tomos de fluor se exciten y emitan fotones de luz blanca visibles para el ojo humano, haciendo que la lmpara se encienda.Porotrolado,apesardelosbeneficiosentregadosporlaslmparasLFC,estaspresentan una serie de inconvenientes12 descritos a continuacin:12 http://es.wikipedia.org/wiki/Bombilla_de_bajo_consumo36 de 131- Contaminacin: las lmparas LFC contienen mercurio, compuesto muy contaminante que obliga a extremar las precauciones de reciclado, ya que la rotura de estas puede generar complicaciones a la salud y contaminacin del medio ambiente expuesto. Los fabricantes redujeron la cantidad de mercurio en las lmparas, el cual es menor al de un tubo fluorescente normal y mil veces menor al que contiene un termmetro. - Vidatil:LosciclosdeencendidoyapagadodealgunaslmparasLFCafectanla duracindesuvidatil,demaneraquelaslmparassometidasafrecuentesencendidosyapagadospuedendisminuirsuvidatil,esporestoquenoserecomiendautilizarlasensectoresdondeseexponganaconstantesciclos deencendido y apagado. No obstante, hoy en da, son mucho menos vulnerables a estos cambios de estado, habiendo incluso lmparas que prcticamente cubren toda su vida terica en estas condiciones.- Lentitudderespuesta:existenalgunaslmparasquedemoranalrededordeunsegundoenarrancaryquetardanhasta2minutosenalcanzarsumximaluminosidad.Hoyenda,sueleniluminarintensamentedesdeelprimerinstante, aumentandosuluminosidadenformaproporcionalasutemperaturainterna.Enel casodeunarranqueamuybajatemperatura,porejemploeninviernoyenrecinto fro, puede ocurrir que emita menos luz los primeros dos minutos mientras se calienta el gas en su interior.- Zumbido:esfrecuentequeconeltiempoalgunaslmparascomiencenaemitir un zumbido, aunque casi imperceptible. Hoy en da es muy poco frecuente, dado que los balastoselectrnicosreduceneseproblema.Siunalmparaconbalastoelectromagnticozumba,serecomiendasureemplazoloantesposible,porun modelo electrnico, que es mucho ms eficiente y mucho ms confiable.- Parpadeo:Algunaslmparasdebajoconsumopuedenpresentarparpadeos,especialmentelasqueusantransformadorobalastoelectromagnticos,esteparpadeo se debe a que trabajan a una frecuencia de 50 Hertz, la cual es baja para estetipodedispositivos.Encambiolaslmparasconbalastoelectrnico,lasque correspondenal99%delasactuales,trabajanaaltasfrecuencias,porlocualno sufren este problema.37 de 131Hoy, muchos fabricantes en el mercado ofrecen una amplia variedad de lmparas, lo cual permiteconseguirdispositivoscadavezdemejorcalidadyprecio,derribandoasparte delosinconvenientes.Comoentodoordendecosas,siempreexistirndispositivosde mejorcalidadqueotros,esporestoqueunamayorcalidaddelalmparapermitir utilizarlaendistintasaplicaciones,comoporejemploensectoresdeconstantesencendidosyapagados.Enelpeordeloscasos,unaLFCdejadeencender(una incandescenteencambiopuedeexplotarygenerarunaseriededaosypeligros),en este caso la duracin de una LFC supera el costo de adquisicin por ahorro energtico, por lo cual es absolutamente conveniente su uso en estos lugares. AmpolletasLED13: losLED(diodoemisordeluz)enuncomienzosoloeranutilizadoscomosealesvisuales,pararepresentarunestadouotrotipodesealendispositivos electrnicos.Estosedebialabajaintensidadluminosaconlaquecontaban.HoylosLEDhanavanzadodeformaimpresionante,lograndoalcanzarununacategoradeiluminacintotalmentenueva,aportandosentidoysimplicidadanuestrailuminacin diaria.LailuminacinLEDharevolucionadoelmundodelailuminacin,estoporsueficacia, durabilidad,respetoconelmedioambienteycontrolable,permitiendo aplicacionesnovedosas y tradicionales.ComparndolosconampolletasincandescentesyLFC,losLEDposeenmuchasventajas.Alcanzanelevadosnivelesdeeficiencia,nogenerancalor,hanmejoradoenormemente su nivel lumnico, no generan residuos txicos, poseen mayor durabilidad (hasta 100000 horas), bajo consumo energtico, entre otras.DiodoLed(LightEmittingDiode -diodoemisordeluz) 14 : esundispositivosemiconductor que emite luz monocromtica cuando por el circula una corriente elctrica al ser polarizado en forma directa. Elcolor depende del material semiconductor del que estaconstruidoelLed,yaquedeacuerdoalmaterialqueseutiliceserlalongitudde ondadelaluzemitida.Estapuedevariardesdeelultravioleta,pasandoportodoel espectrodeluzvisible,hastaelinfrarrojo,stosltimosrecibenladenominacinde diodosIRED(Infra-RedEmittingDiode).La Figura 2.3.10muestraelsmboloquerepresenta a un diodo Led.13 http://www.lighting.philips.com/es_es/led/information/leds_explain_tool.php?main=es_es&parent=1&id=es_es_led&lang=es14 http://enciclopedia.us.es/index.php/Diodo_LED38 de 131Figura 2.3.10 Smbolo de un Diodo Led- Unin P-N15: el Led, al igual que otros tipos de diodos (rectificador, zener, etc.), basa sufuncionamientoenlaunindematerialessemiconductores deldopadosconimpurezas, generalmente Silicio, existiendo tambin otros materiales como: Germanio (Ge), FosfuroArseniurodeGalio(GaAsP),fosfurodeGalio(GaP),etc.Eldopado consiste en inyectar impurezas al material semiconductor del tipo P (rico en huecos) y N (rico en electrones) provenientes de otro material, de esta forma el material dopado con impurezas tipo P tendr un exceso de huecos (iones positivos), lo cual se puede conseguirinyectandotomosdelgrupoIIIenlaredcristalina,porejemplo:boro, mientrasqueelmaterialtipoNdispondrdeunexcesodeelectrones,provenientes detomosdelgrupoV,comoelfsforoporejemplo.Enamboscasossetienen tambin portadores de signo contrario, aunque en una concentracin varios rdenes demagnitudinferior(portadoresminoritarios).LoscristalesPyN,porseparadorepresentancristaleselctricamenteneutros(cargaelctricaiguala0),yaquepor cadaelectrnexisteunIonpositivoyporcadahuecoexisteunIonnegativo,porlo que no existen distribuciones de carga neta, ni campos elctricos internos. LaFigura2.3.11 muestra la unin de dos cristales dopados, uno con rico en huecos y otro rico en electrones.Figura 2.3.11 Material Dopado con impurezas tipo P y NAl crear dos zonas de diferente concentracin de portadores, comienza el proceso de difusin,elcualconsisteenlacombinacindehuecosyelectronescercanosala unin de uno a otro lado de la barrera. Esto quiere decir que los electrones de la zona N pasan a la zona P y los huecos de la zona P pasan a la zona N. En este proceso elelectrnquepasalauninserecombinaconunhueco, apareciendodeestaformauna carga negativa, ya que antes de que llegara el electrn la carga total era nula. 15 http://www.wikiciencia.org/electronica/semi/diodos/index.php39 de 131Por otro lado al pasar un hueco de la zona P a la zona N, provoca un defecto de carga positiva en la zona P, con lo que tambin aparece una carga negativa. El mismo efecto sucede en la zona N, aunque con signos distintos. En consecuencia, a ambos lados de la unin se crea una zona de carga, que es positiva en la zona N y negativa en la zona P, esto es mostrado en la Figura 2.3.12.Figura 2.3.12 Formacin de la unin P-N- PrincipiodeFuncionamientodelLed16: el diodoentraenfuncionamientoal polarizar directamente la unin P-N (Figura 2.3.13), es decir, que el polo positivo de la fuente se conecte al nodo del diodo y el polo negativo se debe conectar ctodo del diodo, esto genera una corriente elctrica, provocando una recombinacin de huecos y electrones (al paso de la corriente). Esta recombinacin requiere que la energa que posee un electrn libre no ligado se transfiera a otro estado. En todas las uniones P-Nuna parte de esta energa se convierte en calor y otro tanto en fotones. En el Si y el Geelmayorporcentajedelaenergasetransformaencalor,mientrasquelaluz emitidaesinsignificante.Porestaraznseutilizaotrotipodematerialespara fabricarlos, como por ejemplo: Fosfuro Arseniuro de Galio (GaAsP) o fosfuro de Galio (GaP).Figura 2.3.13 Polarizacin directa del diodo16 http://www.dbup.com.ar/info.html40 de 131La corriente de polarizacin normalmente va desde los 10 mA a 20 mA en diodos de color rojo, mientras que para otros colores la intensidad de corriente va desde los 20 mA a 40 mA. Por otro lado el voltaje de alimentacin va de 1,8 V a 2,5 V. Siempre es recomendable proteger los Led contra corrientes inversas, una pequea cantidad de corrienteinversanoafectarmayormenteelfuncionamientodeldiodo,perosihay Peakinesperadosestepuedeserdaadoseriamente.Unaformadeprotegerloes colocando en paralelo al LED pero en sentido opuesto un diodo de silicio comn, este permitir que la corriente inversa existente circule a travs de l.ExistennumerososencapsuladosdisponiblesparalosLED17,loquedepender principalmente de su consumo de energa. Es por esto que pueden ser de baja (con unconsumoalrededorde0.1W),media(entre0.2Wy0.5W)y dealtapotencia (superiora0.5W).GeneralmenteseutilizanlosLEDdebajaymediapotenciapara sealizacin y efectos decorativos, mientras que los de alta potencia pueden aplicarse ensistemasdeiluminacingeneral.EnlaFigura 2.3.14semuestraelencapsulado para los diodos antes mencionados.Enestaseapreciaque elLedvieneprovistodedosterminalesdeconexin,correspondientes alnodoyctododeaproximadamente2a2,5cmdelargoy seccin generalmente de formacuadrada. El terminal del ctodo es mas grande que el del nodo en el interior del Led, esto se debe a queel ctodo esta encargado de sujetaralsustratodesilicio,porloquedeberdisiparelcalorgeneradohaciael exterior ya que el terminal del nodo se conecta al chip por un delgado hilo de oro, el cualprcticamentenoconducecalor.Ademsesteterminalcumplelafuncinde reflejarlaluz,porlocualtieneformaparablicaosuaproximacinsemicircular. Lo anteriorrepresentaunpuntomuycrticoenlafabricacindelLedyaqueunmal enfoquepuedeocasionarunaperdidaconsiderabledeenergaounaproyeccin dispareja.17http://www.luz.philips.com/portalNewsDetail.do?par=9311:5_2:9330:931141 de 131Figura 2.3.14 Encapsulado de un Diodo Led para distintas PotenciasAdems de las caractersticas de luminosidad del Led, es importante tener en cuenta elngulodevisin,elcualesdefinidocomoeldesplazamientoangulardesdela perpendicular, hasta donde el flujo luminoso disminuye a la mitad. La eleccin del Led y de sungulo de visin depender de la aplicacin.Dentrodelos ngulos de visintpicos se encuentran: 4, 6, 8, 16, 24, 30, 45, 60 y hasta 90 grados de visin. Por lo general el ngulo de visin esta determinado por el radio de curvatura del reflectoryen especial por el radio de curvatura del encapsulado. Mientras ms pequeo sea el nguloyelsustrato semiconductorseaelmismo,setendrunflujoluminosoms focalizado,mientrasqueparaunngulomayorsetendrdeunhazdeluzmenos concentrado.Enla Figura 2.3.15sepuedeapreciarelhazluminosoparadistintos tipos de Led y su nivel de luminosidad sobre superficies a distintas distancias del foco. La Tabla 2.3.2muestralascaractersticasgeneralesdelosLed,estoes:color,longitud de onda, ngulo de visin, etc. 42 de 131Tabla 2.3.2 Caractersticas generales para los distintos colores de Led1818 http://www.ledtronics.com/html /ColorChart.htm43 de 131Figura 2.3.15 Superficies Iluminadas usando Led Discretos19La Figura 2.3.16 muestra un plano cartesiano que compara la intensidad relativa (eje y),conlaslongitudesdeondaparadistintoscolores(eje x). Por otro lado laFigura2.3.17 muestra un diagrama de cromaticidad con las coordenadas correspondientes a cada color y sus respectivas longitudes de onda. Figura 2.3.16 Curvas de Intensidad Relativa vs Longitud de onda19 http://www.ledtronics.com/html/Backlighting.htm44 de 131Figura 2.3.17 Diagrama de Cromaticidad20Ahorabien,unaampolletaLedestaformadaporunconjuntodediodosLedinterconectados entre s, de tal forma deconseguir la mayor luminosidad posible, con el menor consumo de energa.20 http://www.ledtronics.com/html/1931ChromaticityDiagram.htm45 de 131 ComparacindeAmpolletasIncandescentes,LFCyLed: Actualmente ChileseencuentraenprocesodeevaluacindeunproyectodeLeyquepermitaregularizarla eficienciaenergticadeartefactoselctricos,elcualesdenominadoEstndaresMnimos de Desempeo Energtico EMDE21. Por el momento el proyecto despachado por el Senado dispone de un reglamento dictado por el Ministerio de Economa en base a un informe desarrollado por la Comisin Nacional de Energa, el cual busca establecer el procedimiento con que se fijarn los estndares que debern cumplir las luminarias y la periodicidaddesurevisinennuestropas.Porelmomentosoloestaenevaluacinla regulacin para luminarias, pero se espera que este sea el primer paso para regular otro tipo de equipos elctricos y electrnicos.Muchospasesyahanimplantadosistemasqueregularizanlaeficienciadeequipos elctricosyelectrnicos,estossondenominadosestndaresmnimosdedesempeo MEPS (Minimum Energy Performance Standards), logrando alcanzar elevados niveles de eficiencia que permiten disminuir el consumo de energa. Su aplicacin suele ser gradual, para minimizar los costos de su implementacin en las empresas.Por lo tanto, debido a que aun no existe una normativa que permita regularizar el uso de este tipo de equipos en nuestro pas, se tomar como referencia los estndares fijados por los pases pertenecientes a la APEC, parte de los cuales son mostrados en laTabla2.3.3.Tabla 2.3.3 MEPS22 pases de APECLmparas IncandescentesPas Descripcin MEPS (lm/W) lmCanad 60 W Normal 11 660Corea 60 W Normal 10,8 - 13 648 -780USA 60 W Normal 11 660Lmparas Fluorescentes Compactas (LFC)Menos de 10 W 42 42010 - 15 W 48 480 CoreaSobre 15 W 58 870JapnLmparas de escritorio que utilizan lmparas fluorescentes de casquillo simple62,5EspecficamentesetomarncomoreferencialosestndaresdeCorea,paralmparas incandescentes de 60 W y LFC superiores a 10 W.21http://sil.senado.cl/cgi -bin/sil_tramitacion.pl?6349,S,,,22http://www.apec-esis.org46 de 131Como se indic dentro de las exclusiones de esta tesis, no se realizarn mediciones de ningntipo,porlocualelestudioserealizarenbaseainformacinentregadapor el fabricante, o bien, obtenido del propio producto disponible en el mercado.En primer lugar se realizar una comparacin entre lmparas incandescentes de 25, 40, 60, 75 y 100 Watt, clsica tipo globo, 220 Volt y base E-27. Luego se mostrarn algunas caractersticas para ampolletas LFC de 15 y 20 Watt, doble tubo tipo U, 220 Volt y base E-27.Paraterminardandoaconocerlascaractersticasprincipalesdelasampolletas LED disponibles en el mercado actualmente, 220 Volt, base E-27.Esta comparacin nobusca realzar a un fabricante por sobre otro, sino ms bien busca conocerlascaractersticasdeeficienciadecadagrupoengeneral,estoes:Incandescente, LFC LED.- Lmpara incandescente de 25 Watt.Paracomenzarconlasampolletasincandescentes,elGrfico 2.3.1 muestra el flujo lumnico y la eficiencia de conversin de la energa para tres fabricantes de lmparas de25Watt,enestasepuedeapreciarquelamximaeficienciaentrelasmuestras apenasalcanzalos10,4lm/W,conunflujolumnicode260lmenelcasodela lmparaPhilips,mientrasquelademenorflujoyeficienciacorrespondealamarca Osram, con 8,8 lm/W y 220 lm, confirmando con esto el bajo nivel de eficiencia que poseen las lmparas de este tipo. En promedio alcanzan una eficiencia de 9,5 lm/W y unflujode237lm.Ademssuvalorcomercialalcanzaunpromediode$354 aproximadamente.Grfico 2.3.1 Flujo y eficiencia para lmparas incandescentes de 25 WFlujo Lumnico y Eficiencia para Lmparas de 25 W200210220230240250260270Osram GE Philips PromedioFabricantelm8,08,59,09,510,010,511,0lm/WLumenes (lm) Eficiencia (lm/W)47 de 131- Lmpara incandescente de 40 Watt.En el caso de la lmpara de 40 Watt, las diferencias se acortan, existiendo un mnimo de415lmparalasdosprimeraslmparasyunmximode420lm,situndoseel promedio en 427 lm. Mientras tanto la eficiencia, a pesar de no percibirse claramente en elGrfico 2.3.2, es muy similar entre las muestras, siendo 10,4 lm/W la eficiencia para las marcas GE y Philips y de 10,5 lm/W para la Osram. El promedio se encuentra en417lmparaelflujoyen10,42lm/Wparalaeficiencia,mientrasquesuvalor comercial promedio es de $364.Grfico 2.3.2 Flujo y eficiencia para lmparas incandescentes de 40 WFlujo Lumnico y Eficiencia para Lmparas de 40 W412414416418420422GE Philips Osram PromedioFabricantelm10,310,410,510,6lm/WLumenes (lm) Eficiencia (lm/W)- Lmpara incandescente de 60 Watt.Enestecasofueronevaluadascuatromuestras,segnsemuestraenelGrfico2.3.3,adicionalmentealasmarcasanterioresseadicionalamarcaEcolight,los resultadossonlossiguientes:elmnimodeeficiencia(10,5lm/W)yflujo(630lm)lo posee la marca Ecolight, la GE y Osram alcanzan 11,8 lm/W de eficiencia y 710 lm de flujo, mientras que la lmpara Philips es la de mayor eficiencia (11,9 lm/W) y flujo (715 lm). El promedio se encuentra en 11,9 lm/W de eficiencia y 691 lm de flujo. Por lt imoel valor comercial promedio esta en $316, siendo la ms barata pero menos eficiente la marca Ecolight. Sibienesciertoestalmparaseencuentradentrodelosestndaresdeeficiencia exigidos por el MEPS, no se puede considerar eficiente, ya que aproximadamente del 85 a 90% de la energa consumida se convierte en calor o luz no visible, mientras que el 10 a 15% restante se utiliza para generar luz.48 de 131Grfico 2.3.3 Flujo y eficiencia para lmparas incandescentes de 60 WFlujo Lumnico y Eficiencia para Lmparas de 60 W580600620640660680700720740Ecolight GE Osram Philips PromedioFabricantel m9,510,010,511,011,512,012,5lm/WLumenes (lm) Eficiencia (lm/W)- Lmpara incandescente de 75 Watt.Para la lmpara de 75 W se mantiene el orden de eficiencia y flujo de la anterior, esto porque la lmpara Ecolight el la menos eficiente (11,9 lm/W) y 890 lm de flujo, la GE y laOsramposeen940lmdeflujoy12,5lm/Wdeeficiencia,mientrasquelaPhilips alcanza los 990 lm de flujo y 13,2 lm/W de eficiencia. El promedio se encuentra en los 940 lm de flujo y 12,53 lm/W de eficiencia (ver Grfico 2.3.4), segn se observa en la Tabla 2.3.4 el costo promedio es de $316.- Lmpara incandescente de 100 Watt.Por ltimo se encuentra la lmpara de 100 W, la cual se muestra en el Grfico 2.3.5,nuevamente la lmpara de menor desempeo corresponde a la Ecolight con un flujo de 1250 lm y 12,5 lm/W de eficiencia, la GE posee un lujo de 1340 lm y eficiencia de 13,4 lm/W, la Philips por su parte tiene un flujo de 1350 lm y 13,5 lm/W de eficiencia, porltimolaOsramalcanza1360lmdeflujolumnicoy13,6lm/Wdeeficiencia. El promediodelasmuestrasseencuentraen1.325lmy13,25lm/Wdeeficiencia.El costo promedio es de $316.Como se observa en los grficos anteriores, los niveles de eficiencia para este tipo de lmparas son muy bajos, lo cual las hace una alternativa poco conveniente, a pesar de su bajo costo inicial, incluso en aquellas aplicaciones corta duracin de encendido.49 de 131Grfico 2.3.4 Flujo y eficiencia para lmparas incandescentes de 75 WFlujo Lumnico y Eficiencia para Lmparas de 75 W8408608809009209409609801000Ecolight GE Osram Philips PromedioFabricantelm11,011,512,012,513,013,5lm/WLumenes (lm) Eficiencia (lm/W)Grfico 2.3.5 Flujo y eficiencia para lmparas incandescentes de 100 WFlujo Lumnico y Eficiencia para Lmparas de 100 W11801200122012401260128013001320134013601380Ecolight GE Philips Osram PromedioFabricantelm11,812,012,212,412,612,813,013,213,413,613,8lm/WLumenes (lm) Eficiencia (lm/W)50 de 131A continuacin la Tabla 2.3.4 muestra un resumen para los distintos tipos de lmparas antes mencionadas.Tabla 2.3.4 Resumen de caractersticas para lmparas incandescentesFabricantePotencia(W)Voltaje(V)Lmenes(lm)Eficiencia(lm/W)Etiqueta T. de Color (K) Base Vida til (Horas) Costo ($)Osram 25 220 220 8,8 E 2.700 E-27 1.000 309GE 25 220 230 9,2 E 2.700 E-27 1.000 285Philips 25 220 260 10,4 E 2.700 E-27 1.000 399Promedio 25 220 237 9,47 2700 1000 331GE 40 220 415 10,4 E 2.700 E-27 1.000 285Philips 40 220 415 10,4 E 2.700 E-27 1.000 399Osram 40 220 420 10,5 E 2.700 E-27 1.000 329Promedio 40 220 417 10,42 2700 1000 338Ecolight 60 220 630 10,5 E 2.700 E-27 1.000 250GE 60 220 710 11,8 E 2.700 E-27 1.000 285Osram 60 220 710 11,8 E 2.700 E-27 1.000 329Philips 60 220 715 11,9 E 2.700 E-27 1.000 399Promedio 60 220 691 11,52 2700 1000 316Ecolight 75 220 890 11,9 E 2.700 E-27 1.000 250GE 75 220 940 12,5 E 2.700 E-27 1.000 285Osram 75 220 940 12,5 E 2.700 E-27 1.000 329Philips 75 220 990 13,2 E 2.700 E-27 1.000 399Promedio 75 220 940 12,53 2700 1000 316Ecolight 100 220 1250 12,5 E 2.700 E-27 1.000 250GE 100 220 1340 13,4 E 2.700 E-27 1.000 285Philips 100 220 1350 13,5 E 2.700 E-27 1.000 399Osram 100 220 1360 13,6 E 2.700 E-27 1.000 329Promedio 100 220 1325 13,25 2700 1000 316Fuente: Datos indicados por fabricante- Lmpara Fluorescente Compacta (LFC) 15 W.EnelGrfico 2.3.6 sepuedenapreciarlascaractersticasdeeficienciayflujo luminosoparadistintosfabricantesdeampolletasLFCde15W.Laslmparasms deficientes corresponden a las Ecolight y Elfa, ambas con un flujo de 470 lm y apenas 31,3 lm/W de eficiencia, mientras que la ms eficiente corresponde a la GE con 62,7 lm/W y 940 lm de flujo. Luego se encuentran la Home Works y Osram, ambas con 750 lm de flujo lumnico y 53,6 y 50 lm/W de eficiencia respectivamente, la Philips posee un flujo de 850 lm y 56,7 lm/W de eficiencia, finalmente se encuentra la Westinghouse con 800 lm y 53,3 lm/W de eficiencia. En promedio el conjunto de muestras alcanza un valor de 719 lm de flujo luminoso y 48,4 lm/W de eficiencia, adems de un costo comercial promedio de $1.452 aproximadamente.51 de 131- Lmpara Fluorescente Compacta (LFC) 20 W.A continuacin se detallan las caractersticas de flujo y eficiencia para ampolletas LFC de 20 W. Al igual que para el caso de las lmparas de 15 W, las marcas Ecolight y Elfacorrespondenalasampolletasmenoseficientes,39lm/Wy780lmdeflujo.La GEposeeunflujoluminosode880lmyunaeficienciade44lm/W,luegolaOsram alcanzalos1.000lmdeemisinluminosay50lm/Wdeeficiencia,laWestinghouse llegaa1.155lmdeflujoy57,8lm/Wdeeficiencia.HomeWorksyPhilipscorresponden a las marcas que mejor aprovechan la energa, ya que poseen un flujode1.170lmy58,5lm/Wdeeficienciadeutilizacindelaenerga.Elconjuntode muestras poseen un promedio de flujo luminoso de 991 lm y 49,5 lm/W de eficiencia energtica. El valor promedio comercial en pesos alcanza los $1.671. ElGrfico 2.3.7muestra los datos antes mencionados.Grfico 2.3.6 Flujo y eficiencia para lmparas LFC de 15 W Flujo Lumnico y Eficiencia para Lmparas de 15 W01002003004005006007008009001000Ecolight Elfa GE Home Works Osram Philips Westinghouse PromedioFabricante(lm)0,010,020,030,040,050,060,070,0(lm/W)Lumenes (lm) Eficiencia (lm/W) Grfico 2.3.7 Flujo y eficiencia para lmparas LFC de 20 WFlujo Lumnico y Eficiencia para Lmparas de 20 W0200400600800100012001400Ecolight Elfa GE Osram Westinghouse Home Works Philips PromedioFabricantelm0,010,020,030,040,050,060,070,0lm/WLumenes (lm) Eficiencia (lm/W) 52 de 131Parafinalizar,nosremontamosalaTabla 2.3.3,enlacualseespecificanlosmnimos valores de flujo y eficiencia energtica permitidos para Corea, los cuales son utilizados como base para comparar las ampolletas disponibles en nuestro pas.ParaelcasodeampolletasLFCde15W,sepuedeobservarsegnlosgrficosquela mayora de las muestras superan el mnimo establecido, correspondiente a un flujo de 480 lmy48lm/W.Lasmarcasqueseencuentransobrelosmnimoscorrespondenalos siguientes:GeneralElectric62,7lm/W(demejordesempeoentrelasmuestras),Philips, Home Works, Westinghouse y Osram, en orden descendente segn eficiencia. Por otro lado las de menor rendimiento corresponden a las marcas Ecolight y Elfa, las cuales no superan elmnimodeeficienciarequerido,apenasalcanzan31,3lm/W.Laeficienciapromediodel conjunto de muestras supera en 0,4 lm/W el mnimo de eficiencia requerido en los MEPS.Acontinuacinsemuestraenla Tabla 2.3.5unresumendelascaractersticasdelas ampolletas LFC antes mencionadas.Tabla 2.3.5 Resumen de Ampolletas LFCMarca TipoPotencia(W)Voltaje(V)Lmenes(lm)Eficiencia(lm/W)EtiquetaT. de Color (K)BaseVidatil(Horas)Costo($)EncendidoEcolight Bitubo 15 220 470 31,3 B 2.700 E-27 3.000 690 InstantneoElfa Tritubo 15 220 470 31,3 B 2.700 E-27 5.000 1.609 InstantneoOsram Tritubo 15 220 750 50,0 A 2.700 E-27 3.000 1.889 ProgresivoWestinghouse Bitubo 15 220 800 53,3 A 3.000 E-27 6.000 1.990 ProgresivoHome Works Bitubo 14 220 750 53,6 A 2.700 E-27 6.000 799 ProgresivoPhilips Bitubo 15 220 850 56,7 A 2.700 E-27 6.000 2.190 InstantneoGE Bitubo 15 220 940 62,7 A 2.700 E-27 4.000 995 ProgresivoPromedio 15 220 719 48,4 2743 E-27 4714$1.452Ecolight Tritubo 20 220 780 39,0 B 2.700 E-27 3.000 850 InstantneoElfa Tritubo 20 220 780 39,0 B 2.700 E-27 3.000 1.290 InstantneoGE Tritubo 20 220 880 44,0 A 4.000 E-27 4.000 1.695 ProgresivoOsram Tritubo 20 220 1000 50,0 A 2.700 E-27 3.000 1.990 ProgresivoWestinghouse Tritubo 20 220 1.155 57,8 A 3.000 E-27 6.000 1.990 ProgresivoHome Works Tritubo 20 220 1.170 58,5 A 2.700 E-27 6.000 1.695 ProgresivoPhilips Tritubo 20 220 1.170 58,5 A 2.700 E-27 6.000 2.190 InstantneoPromedio 20 220 991 49,5 2.929 E-27 4.429$1.671Fuente: Datos indicados por fabricante53 de 131AmpolletasLED: poco a poco se han ido introduciendo en nuestro pas las ampolletas LED,quecomoseexplicoanteriormente,estnformadaspordiodosLEDdealtaluminosidadybajoconsumodeenerga.Lagranbarreraexistentehastaelmomento, correspondeasualtocosto,locualhacelentalarecuperacindela inversinenaplicacionesdomesticasuotra,dondeeltiempodeutilizacingeneralmentenosupera las 3 a 4 horas. Sin embargo en aplicaciones donde se necesite mantener iluminado por largos periodos de tiempo, como supermercados, estacionamientos subterrneos, salas de exposicin, etc., el uso de este tipo de lmparas genera ahorros econmicos a corto plazoyahorrosenergticosinmediatos.Acontinuacinsemuestranalgunasdelas lmparas existentes en el mercado:- Ampolleta LED de 2 WEn este caso las muestras corresponden a la marca Osram, como se puede apreciar enel Grfico 2.3.8.Elflujoyeficienciamnimaesde117lmy58,5lm/Wrespectivamente, mientras que el flujo y eficiencia mxima son de 165 lm y 82,5 lm/W. El promedio se encuentra en 138 lm de flujo y 69 lm/W de eficiencia luminosa. Si bien esciertoposeenunbajoflujoluminoso,sepuedecomprobarquetienenunaalta eficiencia de conversin de energa.Grfico 2.3.8 Flujo y eficiencia para lmparas LED de 2 W Flujo Lumnico y Eficiencia para Lmparas LED de 2 W020406080100120140160180Osram 80059 Osram 80061Osram 80309 PROMEDIOFabricantelm0,010,020,030,040,050,060,070,080,090,0lm/WLumenes (lm) Eficiencia (lm/W)54 de 131- Ampolleta LED de 3 WEn este caso, existen 2 marcas adicionales, las cuales corresponden a los modelos Energy Market y SP50, la primera es distribuida por la empresa del mismo nombre, la cual adems fabrica algunos modelos de ampolletas LED, su flujo es de 150 lm y su eficiencia de 50 lm/W, mientras que la segunda alcanza los 190 lm de flujo luminoso y 63,3lm/WdeeficienciadeconversinyescomercializadaporlaempresaSolener, dedicadaprincipalmentealaventadeequipossolares.Porultimoseencuentran2 modelos de la marca Osram, de idntico flujo y eficiencia luminosa, con 165 lm y 55 lm/W respectivamente, la nica diferencia entre ambas se encuentra en su tonalidad de luz, la Osram 80845 de color blanco fro, mientras que la 80846 es blanco calido. El Grfico 2.3.9 muestra los datos antes mencionados.Grfico 2.3.9 Flujo y eficiencia para lmparas LED de 3 W Flujo Lumnico y Eficiencia para Lmparas LED de 3 W0,050,0100,0150,0200,0EnergyMarketOsram80845Osram80846SP50(Solener)PROMEDIOFabricantel m0,010,020,030,040,050,060,070,0lm/WLumenes (lm) Eficiencia (lm/W)- Ampolleta LED de 5 WEn este caso, encontramos distribuidores que comercializaban modelos de lmparas desimilarescaractersticas,comosepuedeverenlaError!Noseencuentrael origen de la referencia., que aparece ms adelante. Se tom solo una de estas tres lmparas, la cual corresponde a la Energy Market, con un flujo de 250 lm y 50 lm/W deeficiencia,mientrasquelasdosrestantessondelamarcaOsram,ambascon flujos de 370 lm y 74 lm/W de eficiencia. El promedio se encuentra en 298 lm de flujo y 59,6 lm/W de eficiencia, como se aprecia en el Grfico 2.3.10.55 de 131Grfico 2.3.10 Flujo y eficiencia para lmparas LED de 5 W Flujo Lumnico y Eficiencia para Lmparas LED de 5 W0,0100,0200,0300,0400,0Energy Market Osram 80321 Osram 80322 PROMEDIOFabricantelm0,020,040,060,080,0lm/WLumenes (lm) Eficiencia (lm/W)- Ampolleta LED de 10 WDe las cuatro lmparas consideradas, la de menor flujo y eficiencia corresponde a la polybrite R20, distribuida por Led Chile, con un flujo 372 lm y una eficiencia de 37,2 lm/W, luego se encuentran la SB80 y la KSP-80B (casa Keim), ambas con un flujo de 500 lm y 50 lm/W de eficiencia respectivamente. Finalmente la KSP80 de Casa Keim, es la que alcanza mayor flujo luminoso, igual a 750 lm y una eficiencia de 75 lm/W. El promedioestasituadoenlos530,5lmdeflujoluminosoy53,1lm/Wdeeficiencia luminosa. Esto se puede apreciar en el Grfico 2.3.11.Grfico 2.3.11 Flujo y eficiencia para lmparas LED de 2 W Flujo Lumnico y Eficiencia para Lmparas LED de 10 W0,0100,0200,0300,0400,0500,0600,0700,0800,0Polybrite R20(LCh)SB80 KSP-80B (casaKeim)KSP80 (casaKeim)PROMEDIOFabricantel m0,010,020,030,040,050,060,070,080,0lm/WLumenes (lm) Eficiencia (lm/W)56 de 131- Ampolleta LED de 18,6 WFinalmente para la lmpara de 18,6 W, la marca Polybrite, distribuida por Led Chile, dispone de tres modelos como se observa en el Grfico 2.3.12, la Par 38 WW es la de menor flujo y eficiencia, con 440 lm y 23,7 lm/W respectivamente, luego la Par 38 CW posee un flujo de 550 lm y una ef iciencia de 29,6 lm/W, por ltimo la Par 30 alcanza un flujo de 656 lm y 35,3 lm/W de eficiencia. El promedio se encuentra en 479,8 lm de flujo luminoso y 29,5 lm/W de eficiencia de conversin de energa.Grfico 2.3.12 Flujo y eficiencia para lmparas LED de 18,6 W Flujo Lumnico y Eficiencia para Lmparas de LED 18,6 W0,0100,0200,0300,0400,0500,0600,0700,0Polybrite Par 38WW (LCh) Polybrite Par 38CW (LCh) Polybrite Par 30(LCh)PROMEDIOFabricantelm0,05,010,015,020,025,030,035,040,0lm/WLumenes (lm) Eficiencia (lm/W)57 de 131Acontinuacinla Tabla 2.3.6muestraresumenquecontienelosdatosantesmencionados.Tabla 2.3.6 Resumen de Ampolletas LEDMarca/ModeloPotencia(W)Voltaje(V)Lmenes(lm)Eficiencia(lm/W)Color de luz T. de Color (K)V. til (Horas)Osram 800592 220 117,0 58,5 Blanco fro 5500 25000Osram 800612 220 132,0 66,0 Blanco calido 3000 25000Osram 80309 2 220 165,0 82,5 Blanco fro 6500 20000PROMEDIO 2 220 138,0 69,0 - - 23333Energy Market 3 220 150,0 50,0 Blanco Calido 5.000-6.000 50000Osram 80845 3 220 165,0 55,0 Blanco fro 5500 25000Osram 80846 3 220 165,0 55,0 Blanco Calido 3000 25000SP50 (Solener) 3 220 190,0 63,3 - - 50000PROMEDIO3 220 167,5 55,8 - - 37500SP70 (Solener) 5 220 250,0 50,0 Blanco Calido - 50000SKP-70 (Casa keim) 5 220 250,0 50,0 Blanco calido, fro 5.000-7.000 / 3.000-4.000 50000Energy Market 5 220 250,0 50,0 Blanco Calido 5.000-6.000 50000Osram 80321 5 220 370,0 74,0 Blanco fro 6500 15000Osram 803225 220 370,0 74,0 Blanco calido 3000 15000PROMEDIO 5 220 298,0 59,6 - - 32500Polybrite R20 (LCh) 10 220 372,0 37,2 Blanco fro 4.600-5.600 50000SB80 10 220 500,0 50,0 Blanco Calido -KSP-80B (Casa Keim) 10 220 500,0 50,0 Blanco: fro, calido 5.000-7.000 / 3.000-4.000 50000KSP80 (Casa Keim) 10 220 750,0 75,0 Blanco: fro, calido 5.000-7.000 / 3.000-4.000 50000PROMEDIO10 220 530,5 53,1 - - 50000Polybrite Par 38 WW (LCh) 18,6 220 440,0 23,7 incandescente 2.800-3.200 50000Polybrite Par 38 CW (LCh) 18,6 220 550,0 29,6 blanco fluorescente 3.800-4.600 50000Polybrite Par 30 (LCh) 18,6 220 656,0 35,3 blanco fro 4.600-5.600 50000PROMEDIO 18,6 220 479,8 29,5 - - 50000Fuente: Datos indicados por fabricanteParaconcluirconestaetapa,sepuededecirlacantidaddeluzentregadaporlas ampolletas Led consideradas anteriormente es an baja como para alcanzar los niveles deluminosidaddelasIncandescentesoLFC,ademssuscostoslassuperanampliamente. Pero sin embargo, el bajo consumo de energa, larga vida til, emisin nula deUVoIR,nocontaminantesalnocontenermercuriooplomo,etc.,hacendeestas lmparasunagranopcinparareducirelconsumodeenergaylosnivelesdecontaminacin.58 de 131Poco a poco esta tecnologa se ha ido ganando un espacio, muchos son los pases que hanimplementadoestetipodelmparasparailuminacinpblicaysealticadetrnsito,locualhageneradoahorrosconsiderables.EnChileescomnobservarlasen semforos, tableros de informacin en autopistas, etc., pero tambin es posible observar lmparas utilizadas para iluminacin de interiores, pasillos u otro lugar a iluminar, lo que esunpequeogranpasoparareemplazarlasineficientesIncandescentesylasLFC, aunque si son eficientes son muy contaminantes. En el senado23 de nuestro pas se ha planteadolaideadelegislarsobreelreemplazodeampolletasincandescentesporampolletasdeahorro,especficamenteampolletasLED,paralocualsehasolicitado hacer los estudios correspondientes para evaluar la factibilidad de la implementacin, lo cual sumado a las polticas de eficiencia energtica se transforman en un gran avance en materia de ahorro energtico. 23http://www.senado.cl/appsenado/index.php?mo=sesionessala&ac=getDocumento&teseid=10060&legiid=479#Tema8859 de 1313.0 CAPITULO 3: ENERGA SOLARElsolrepresentalamayorfuentedeenergaexistenteennuestroplaneta.Lacantidadde energa emitida y quellega a la tierra en forma de radiacin, equivale a aproximadamente 35 millones24 de veces la energaproducida por todas las centrales de generacin elctrica de Chile.Laenerga25estransmitidapormediodeondaselectromagnticaspresentesenlos rayossolares,lascualessongeneradasenformacontinuayemitidapermanentementeal espacio,estaenergalapodemospercibirenformadeluzycalor.Cercadel70%dela energa solar recibida por la tierra es absorbida por la atmsfera, la tierra y por los ocanos, mientras que el 30% restante es reflejado por la atmsfera de regreso al espacio.Laenergasolarcumpleunrolfundamentalennuestrasvidas,estoporquesinellasera imposible. La energa absorbida por la atmsfera, la tierra y los ocanos permite una serie de procesos naturales, como por ejemplo mantener una temperatura promedio, la evaporacin, quepermitelageneracindeprecipitaciones,movimientodemasasdeaire,fotosntesis, generacin de biomasa, etc.Porotroladolaenergasolaresunafuentedeenergarenovable,inagotable,limpiay sustentableeneltiempo.Productodelasobreexplotacinderecursosnorenovablesylos efectosgeneradosporsuconsumo,sepuedepercibirunacrecienteconcienciasocialyde losgobiernos,desacarprovechodeestetipodeenergas.Estoesposibledeverporla mayorcantidaddesistemasdegeneracinenbaseaenergasrenovablesinstaladosyen proceso de instalacin en nuestro, los cuales son utilizados como sistema auxiliar o principal, dependiendo de la ubicacin y recursos de quien los utilice.Lademandadeenergaelctrica cadavezmayorennuestropasylanecesidadde diversificarlamatrizenergticadeChile,llevalgobiernoadesarrollarunplanque contempla un 15% de generacin de energa en base a ERNC para el ao 2010.Ahorabien,lapotenciadelaradiacin26 dependedelmomentodelda,lascondiciones atmosfricas y la ubicacin. Bajo condiciones optimas se puede asumir un valoraproximado de irradiancia de 1000W/m en la superficie terrestre. Esta radiacin puede llegar a la tierra en forma directa o difusa. 24http://www.explora.cl/otros/energia/e-solar.html25http://www.solener.cl/index.php?option=com_content&view=article&id=50&Itemid=1326http://es.wikipedia.org/wiki/Energia_solar60 de 131 RadiacinDirecta27: esaquellaquellegadirectamentedelSolhastaalgnobjetoo s