sistema de iluminacion LED.pdf

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA

UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LPEZ MATEOS

INGENIERA ELCTRICA

PROPUESTA DE OPTIMIZACIN DEL SISTEMA DE ILUMINACIN

DE LA UNIDAD DE INFORMTICA DE LA ESIME ZACATENCOLA

ISLA IMPLEMENTANDO UN SISTEMA FOTOVOLTAICO

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TTULO DE:

INGENIERO ELECTRICISTA

PRESENTAN:

JONATHAN JESS NAVA FIGUEROA

ASESOR METODOLGICO

M en C. CARLOS TEJADA MARTNEZ

MXICO D. F., MAYO 2013

Resumen

En esta tesis se presenta un anlisis de cmo puede ser optimizado el sistema de

iluminacin actual del sistema de alumbrado de la Unidad de Informtica de la

Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica, zona Zacatenco, conocida

tambin como La Isla. Dicho anlisis se realiz con el objetivo de tener los

niveles de iluminacin establecidos en las normas vigentes, utilizando luminarias

de tecnologa LED.

Para la realizacin de este estudio, se utiliza el programa DIALux, en el cual se

realizara la simulacin de la distribucin del flujo luminoso dentro de las

instalaciones de la Unidad de Informtica, as como el consumo energtico del

sistema de iluminacin, haciendo adems una comparativa entre luminarias de

lmparas fluorescentes y luminarias de tecnologa LED.

Complementario a esto se disea un sistema de generacin fotovoltaico, para

alimentar el sistema de iluminacin de forma autnoma, dentro del cual se realiza

el clculo del nmero de paneles requeridos para alimentar la iluminacin de la

Unidad de Informtica, as como el clculo de los elementos que integran el

sistema fotovoltaico, siendo estos: regulador, banco de bateras e inversor.

ii

INDICE GENERAL

Glosario ............................................................................................................................ vii

Planteamiento del Problema .............................................................................................. ix

Justificacin ....................................................................................................................... xi

Limitaciones ................................................................................................................... xi

Alcances ........................................................................................................................ xi

Objetivos .......................................................................................................................... xii

Objetivo General ............................................................................................................... xii

Objetivos Particulares ....................................................................................................... xii

Hiptesis .......................................................................................................................... xiii

Sistemas de Iluminacin

1.1 Introduccin ............................................................................................................................. 15

1.2 Luz ........................................................................................................................................... 15

1.3 Fuentes de Luz ........................................................................................................................ 16

1.3.1 Luz Natural .................................................................................................................... 17

1.3.2 Luz Artificial ................................................................................................................... 17

1.4 Sistemas de iluminacin .......................................................................................................... 17

1.5 Tipos de Lmparas .................................................................................................................. 18

1.5.1 Lmparas Incandescentes .......................................................................................... 19

1.5.2 Lmparas Fluorescentes ............................................................................................. 19

1.5.3 Lmparas de Vapor de Mercurio ................................................................................ 20

1.5.4 Lmpara de Aditivos Metlicos .................................................................................. 20

1.5.6 Lmparas de Vapor de Sodio ..................................................................................... 21

1.6 Lmparas LED ........................................................................................................................ 23

1.7 Niveles de Iluminacin ............................................................................................................ 24

Generacin fotovoltaica

2.1 Introduccin ............................................................................................................................. 27

2.2 Energa Solar .......................................................................................................................... 27

2.3 Panel Fotovoltaico ................................................................................................................... 28

2.4 Principio de Funcionamiento ................................................................................................... 29

2.5 Factores de Eficiencia ............................................................................................................. 31

iii

Diseo del sistema de iluminacin

3.1 Introduccin ............................................................................................................................. 35

3.2 Normatividad aplicable ........................................................................................... 36

3.2.1. NOM-025-STPS-2008; Condiciones de iluminacin en centros de trabajo. ..... 36

3.2.2 NOM-007-ENER-2004; Eficiencia energtica en sistemas de alumbrado en

edificios no residenciales .......................................................................................... 38

3.3. Distribucin de zonas de iluminacin en la Unidad Computacional de la ESIME

Zacatenco La Isla ...................................................................................................... 39

3.3.1 Seleccin de luminarias para salas de cmputo y oficinas (Zonas 1- 8) ........... 42

3.3.2 Iluminacin de pasillos, almacn bodega y sanitarios (Zonas 9-10) ................. 44

3.4. Herramienta de cmputo para el estudio luminotcnico de la unidad de informtica

La Isla. ....................................................................................................................... 45

3.5. Diagrama de densidad lumnica y cnico de luminarias ........................................ 46

3.6 Clculo de la iluminacin de la unidad de informtica utilizando el programa DIALux.

..................................................................................................................................... 48

3.6.1 Laboratorio de Diseo (Zona 1) ....................................................................... 48

3.6.2 Sala Intermedia (Zona 2) ................................................................................. 50

3.6.3 Jefatura/Laboratorio/Apoyo (UTE) (Zona 3) ..................................................... 52

3.6.4 Server (Zona 4) ................................................................................................ 54

3.6.5 Servicios (Zona 5) ............................................................................................ 56

3.6.6 Pabelln tecnolgico (Zona 6) .................................................................................... 58

3.6.7 Soporte tcnico (Zona 7) ............................................................................................. 60

3.6.8 Secretarial/Espera/Jefatura Unidad (Zona 8) ........................................................... 62

3.6.9 Bodega/Almacn/Sanitarios (Zona 9) ....................................................................... 64

3.6.10 Pasillo (Zona 10) ........................................................................................................ 66

3.7 Distribucin general de luminarias y flujo luminoso ................................................................ 68

3.8 Tablero, circuitos derivados y seleccin de interruptores termomagnticos .......................... 69

3.8.1. Seleccin de termomagntico ................................................................................... 69

3.8.2 Cuadro de cargas ......................................................................................................... 70

3.9 Comparativa energtica .......................................................................................................... 70

Diseo del sistema fotovoltaico

4.1 Introduccin ............................................................................................................................. 73

4.2 Nivel de radiacin solar ........................................................................................................... 74

4.3 Estimacin de uso de la carga del sistema de iluminacin ..................................................... 75

iv

4.4 Dimensionamiento de los componentes ................................................................................. 76

4.4.1 Paneles fotovoltaicos ................................................................................................... 76

4.4.2 Calculo del nmero de paneles fotovoltaicos ........................................................... 77

4.4.3 Topologa de paneles solares .................................................................................... 78

4.4.4 Banco de bateras ........................................................................................................ 79

4.4.5 Reguladores de carga .................................................................................................. 82

4.4.6 Inversor .......................................................................................................................... 83

4.5 Resultados del clculo de elementos del sistema fotovoltaico ............................................... 84

Conclusiones

5.1 Recomendaciones ................................................................................................................... 87

Referencias ..................................................................................................................... 88

ANEXO A ........................................................................................................................ 90

v

INDICE DE FIGURAS

Fig. 1.Espectro electromagntico ..................................................................................... 16

Fig. 2. Grfico de la geometra solar ................................................................................ 17

Fig. 3.Bombilla incandescente ......................................................................................... 19

Fig. 4.Lmpara fluorescente ............................................................................................ 20

Fig. 5.Lmpara de aditivos metlicos ............................................................................... 21

Fig. 6.Lmpara de vapor de sodio a alta presin ............................................................. 22

Fig. 7.Lmpara de vapor de sodio a baja presin ............................................................ 23

Fig. 8.Lmparas LED ....................................................................................................... 24

Fig. 9.Panel y clula fotovoltaicos .................................................................................... 29

Fig. 10.Elementos de un sistema fotovoltaico .................................................................. 30

Fig. 11.Corte transversal de un panel fotovoltaico ........................................................... 32

Fig. 12.Instalaciones de la Unidad de Informtica de la ESIME Zacatenco ...................... 35

Fig. 13.Plano estructural de la Unidad Computacional de la ESIME Zacatenco ............... 39

Fig. 14.Medicin de los niveles actuales de iluminacin .................................................. 40

Fig. 15.Luminario Smartform LED .................................................................................... 43

Fig. 16.Luminario LuxSpace Compact ............................................................................. 44

Fig. 17.Software DIALux versin 4.11 .............................................................................. 45

Fig. 18.Diagrama de densidad lumnica ........................................................................... 46

Fig. 19.Diagrama cnico .................................................................................................. 46

Fig. 20.Diagrama de densidad lumnica ........................................................................... 47

Fig. 21.Diagrama cnico .................................................................................................. 47

Fig. 22.Niveles de intensidad luminosa en Zona 1 ........................................................... 48

Fig. 23.Ubicacin luminarias Zona 1 ................................................................................ 48

Fig. 24.Niveles de intensidad luminosa Zona 2 ................................................................ 50
















Fig. 40.Niveles de intensidad luminosa Zona 10 .............................................................. 66

Fig. 41.Ubicacin luminarias Zona 10 .............................................................................. 66

Fig. 42.Plano general de niveles de iluminacin por zonas de estudio ............................. 68

vi

Fig. 43.Ubicacin geogrfica de La Isla ......................................................................... 73

Fig. 44.Topologa de paneles fotovoltaicos ...................................................................... 79

Fig. 45.Topologa banco de bateras ................................................................................ 82

Fig. 46. Diagrama unifilar ................................................................................................. 85

INDICE DE TABLAS

Tabla 1.Condiciones de iluminacin en centros de trabajo .............................................. 37

Tabla 2.Eficiencia energtica en sistemas de alumbrado en edificios no residenciales .... 38

Tabla 3.Zonas de la Unidad Computacional .................................................................... 41

Tabla 4.Comparativa de luminarias .................................................................................. 43

Tabla 5.Resultados luminotcnicos Zona 1 ...................................................................... 49





Tabla 10.Resultados luminotcnicos Zona 6 .................................................................... 59




Tabla 14.Resultados luminotcnicos Zona 10 .................................................................. 67

Tabla 15.Comparativa energtica .................................................................................... 71

Tabla 16.Niveles de radiacin solar sobre la ubicacin del proyecto ................................ 74

Tabla 17.Calculo del consumo elctrico ........................................................................... 75

vii

Glosario

A-h: Amperes por hora.

Batera: Dispositivo que almacena energa elctrica, por medio de procedimientos

electroqumicos, para devolverla posteriormente.

Clula fotovoltaica: Dispositivo electrnico que transforma la energa luminosa

en energa elctrica.

Eficiencia: Relacin entre energa til y energa invertida

Fluorescencia: Tipo particular de luminiscencia, que caracteriza a las sustancias

que son capaces de absorber energa en forma de radiaciones electromagnticas

y luego emitir parte de esa energa en forma de radiacin electromagntica.

Generacin elctrica: Consiste en transformar alguna clase de energa qumica,

mecnica, trmica o luminosa, entre otras, en energa elctrica.

Iluminacin: Se refiere al conjunto de dispositivos que se instalan para producir

ciertos efectos luminosos, tanto prcticos como decorativos.

Inversor: Dispositivo que convierte corriente directa en alterna

Irradiacin solar: Conjunto de radiaciones electromagnticas emitidas por el Sol.

kWh/da: kilowatts-hora consumidos en un da.

LED: Diodo emisor de luz, se refiere a un componente optoelctrico pasivo.

Lumen: Unidad del Sistema Internacional de Medidas para medir el flujo luminoso.

Luminaria: Dispositivos generadores de luz, responsable del control y la

distribucin de la luz.

Lux: Es la unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades para

la iluminancia o nivel de iluminacin. Equivale a un lumen /m.

viii

Luxmetro: Instrumento de medicin que permite medir simple y rpidamente la

iluminancia real de un ambiente.

Panel fotovoltaico: Conjunto de clulas fotovoltaicas, que producen electricidad a

partir de la luz que incide sobre ellos.

Potencia: Relacin de paso de energa de un flujo por unidad de tiempo; es decir,

la cantidad de energa entregada o absorbida por un elemento en un tiempo

determinado.

Reflexin: Cambio de direccin de una onda magntica, que al estar en contacto

con la superficie de separacin entre dos medios cambia

Topologa: Se refiere al arreglo fsico en el cual los dispositivos se interconectan

entre s.

ix

Planteamiento del Problema

Durante los ltimos aos, el ahorro y la forma de utilizacin de la energa elctrica

se han convertido en un tema de vital importancia para las sociedades del mundo,

ya que debido a diversos factores, han provocado una mayor conciencia sobre el

uso de la energa elctrica.

En Mxico debido a mltiples factores, polticos, econmicos y culturales, no se ha

desarrollado un pleno inters entre sociedad y gobierno por el ahorro de energa y

poco se ha incursionado en el desarrollo de tecnologas de generacin de energa

elctrica alternas, entre ellas la generacin a travs de paneles fotovoltaicos.

Uno de los principales problemas que se tiene, es la mala calidad en las

instalaciones elctricas y en los sistemas de iluminacin, este mismo problema ha

afectado a la Unidad Computacional de la ESIME Zacatenco mejor conocida como

La Isla, adems de la falta de mantenimiento a las instalaciones desde hace

varios aos han ocasionado que estas se deterioren y se vuelvan obsoletas.

Por otra parte, el uso de sistemas fotovoltaicos para generacin de electricidad es

una prctica cada vez ms comn en el mbito internacional. Durante los ltimos

30 aos el desarrollo tecnolgico en este campo ha permitido una reduccin de 95

% en el costo de los mdulos fotovoltaicos comerciales, a la par de un incremento

cercano al 200% en su eficiencia. Un dato que puede servir como referencia para

dimensionar el nivel de penetracin de esta tecnologa en estos ltimos aos son

los ms de 1200 MW de potencia pico instalada a nivel mundial, con un

crecimiento anual del orden de 16 %.

Pero en Mxico, al igual que en muchos otros pases en desarrollo, el uso de los

sistemas fotovoltaicos tiene una penetracin y desarrollo an incipiente.

En busca de fortalecer el uso de energas alternas y como medio de ahorro de

energa elctrica adems de un ahorro econmico, se implementara un sistema de

generacin elctrica fotovoltaico para alimentar el circuito de iluminacin y con eso

reducir el problema del consumo elctrico.

x

El aprovechamiento mximo de la luz natural, junto con la aplicacin de

tecnologas eficientes de alumbrado y sistemas de control de la iluminacin,

permiten reducir el consumo de energa de este sistema entre un 15% y un 50%.

Debido a lo anterior es necesario implementar nuevas formas de generacin

elctrica para el uso cotidiano, en este caso se propone el uso de la energa solar,

as como la implementacin de sistemas de iluminacin de bajo consumo y mayor

eficiencia para la iluminar la Unidad Computacional de la ESIME Zacatenco.

xi

Justificacin

Los sistemas de iluminacin mal diseados y/o deteriorados por el tiempo,

presentan diversas fallas, tanto en sus equipos como en su funcionamiento, es por

eso que de sustituirse un sistema obsoleto o en mal estado y aplicando las nuevas

tecnologas en alumbrado de bajo consumo, se tendr un sistema de iluminacin

eficiente, sumado a estas mejoras, tambin se busca que el sistema sea

alimentado independientemente de la red elctrica, generando su propia

electricidad a partir de la energa solar por medio de un sistema fotovoltaico, del

cual, conociendo las limitaciones que presentan estos tipos de sistemas de

generacin actualmente, se buscara optimizar al mximo el sistema de iluminacin

y que estos tengan una baja demanda de energa para su ptimo funcionamiento y

mediante esto compensar los bajos porcentajes de eficiencia que tienen hasta la

fecha los sistemas de generacin fotovoltaicos.

Limitaciones

Debido al poco desarrollo de la tecnologa de generacin fotovoltaica en nuestro

pas, implementar un sistema de este tipo es relativamente costoso, ya que los

beneficios econmicos se obtendrn al paso del tiempo.

Alcances

Se podr conseguir un significativo ahorro en el uso de energa elctrica y un

beneficio econmico (vindose este reflejado con el paso del tiempo), as como un

mejor sistema de iluminacin, que brinde ms comodidades a los usuarios del

inmueble, sin dejar de lado los beneficios que se aportaran al medio ambiente al

utilizar energa elctrica generada de forma limpia.

xii

Objetivos

Objetivo General

Optimizar el sistema de iluminacin de la Unida de Informtica de la ESIME

Zacatenco, para que este sea de bajo consumo y mayor eficiencia, cumpliendo

con las caractersticas que un sistema de alumbrado para un edificio de este tipo

requiera, siendo a su vez alimentado de forma independiente por un sistema de

generacin de energa elctrica fotovoltaico.

Objetivos Particulares

Rediseo del sistema de iluminacin actual de la Unidad de Informtica La Isla

de la ESIME Zacatenco.

Aplicacin de nuevos equipos de iluminacin para tener una mayor eficiencia en el

alumbrado mediante un bajo consumo de energa.

Implementacin de un sistema fotovoltaico para generar la energa elctrica

necesaria con la cual se alimentara el circuito de iluminacin implementado.

xiii

Hiptesis

Debido a que da con da las nuevas tecnologas en materia de iluminacin

presentan elementos para el alumbrado siendo estos ms eficientes empleando

un bajo consumo energtico, implementar estos en un nuevo sistema de

iluminacin para la Unidad de Informtica La Isla de la ESIME Zacatenco,

brindara un ptimo nivel de iluminacin para realizar de forma adecuada las tareas

que se realizan en esta unidad.

A su vez, al considerar los avances en generacin de electricidad a partir de

energa solar, el implementar un sistema de generacin elctrica a base de

paneles fotovoltaicos permitir alimentar al sistema de iluminacin antes

mencionado para darle independencia de la red elctrica, como lo que se obtendr

un sistema de iluminacin autosustentable, de bajo consumo elctrico y un

alumbrado eficiente.

CAPTULO I

SISTEMAS DE ILUMINACIN

En este captulo se contemplan conceptos relacionados a la luz, los

sistemas de iluminacin y los elementos que integran dichos sistemas.

15

1 Sistemas de Iluminacin

1.1 Introduccin

No es posible concebir el mundo actual sin el uso de la iluminacin artificial.

Durante este captulo nos enfocaremos en conocer los elementos de los sistemas

de iluminacin, as como un poco sobre la luz y las fuentes que producen la

misma, pudiendo ser de dos tipos, naturales o artificiales.

Adems nos centraremos en los tipos de luminarias ms comnmente utilizados

en los sistemas de iluminacin tanto tradicionales, como las nuevas tecnologas.

Finalmente conoceremos las normas que detallan los niveles de iluminacin

requeridos en edificios pblicos para llevar a cabo las diversas actividades que en

estos se realizan.

1.2 Luz

Recibe el nombre de luz la parte de la radiacin electromagntica que puede ser

percibida por el ojo humano, aunque en un concepto ms amplio incluye todo el

campo de la radiacin conocido como espectro electromagntico, mientras que la

expresin luz visible seala especficamente la radiacin en el espectro visible. [1]

16

Fig. 1.Espectro electromagntico

1.3 Fuentes de Luz

Se entiende por fuente de luz a aquellos cuerpos que la generan, ya sea

producida por ellos mismos o por que la reflejan. En nuestro entorno existen

diferentes tipos de luz, las cuales pueden ser naturales o artificiales.

As mismo se tienen las fuentes primarias, las cuales producen la luz por medio de

procesos internos, por ejemplo el sol y son secundarias si estas producen la luz

por reflexin como es el caso de la luna o de cualquier otra superficie que la

refleje.

La primera finalidad de una fuente de luz consiste en producirla y la eficacia con

que una lmpara realiza este cometido se expresa en lmenes emitidos por watts

consumidos, relacin llamada eficiencia luminosa. [2]

17

1.3.1 Luz Natural

La luz natural tambin conocida como luz diurna o de da, es aquella producida

por el sol, se tienen tres tipos de luz natural, las directas, indirectas y difusas.

El sol determina las caractersticas esenciales de la luz natural disponible, el largo

de los das y sus cambios estacionales, as como de los cambios de carcter que

ocurren durante el da. Estas caractersticas de penden de los movimientos de la

tierra, del ngulo de sus ejes y del ngulo de la superficie iluminada respecto al

ngulo de incidencia del rayo de luz. [3]

Fig. 2. Grfico de la geometra solar

1.3.2 Luz Artificial

Es aquella provista por fuentes artificiales que poseen una distribucin espectral

similar a la luz natural, estas fuentes pueden ser muy variadas, ya que van desde

lmparas de gas y aceite, velas y en su mayora son lmparas y luminarios

elctricos. Representa el 19% del consumo de electricidad mundial. [4]

1.4 Sistemas de iluminacin

Con el constante incremento por la conservacin de la energa en los aos

recientes, se ha enfocado la atencin en el consumo de energa y los mtodos

para reducir este.

18

Todas las actividades llevadas a cabo requieren iluminacin: en casa, el

transporte, la oficina, el comercio y la industria.

Un sistema de iluminacin es el conjunto de luminarias destinadas a proporcionar

un aumento de iluminacin en el plano de trabajo para la realizacin de

actividades especficas.

El objetivo de estos sistemas no es simplemente el proporcionar luz, si no permitir

que las personas reconozcan fcil y claramente, sin error lo que ven, sin fatigar la

vista.

Todo esto depender del tipo de luminario utilizado para la iluminacin del

inmueble, entre los parmetros que sirven para definir una lmpara tenemos las

caractersticas fotomtricas: la intensidad luminosa, el flujo luminoso y el

rendimiento o eficiencia.

Adems de estas, existen otros que nos informan sobre la calidad de la

reproduccin de los colores y los parmetros de duracin de las lmparas. [5]

1.5 Tipos de Lmparas

En la actualidad las fuentes de iluminacin ms populares son seis: lmparas

incandescentes, fluorescentes, vapor de mercurio, aditivos metlicos y vapor de

sodio (baja y alta presin). Todas estas lmparas con excepcin de las

incandescentes son lmparas de descarga de gas, lo que significa que la luz es

creada a travs de la excitacin de los gases dentro de la lmpara.

La eficiencia es determinada por la cantidad de luz, medida en lmenes

producidos por cada watt de energa requerida por la lmpara. Los lmenes por

watt (LPW) de varias fuentes de luz pueden variar considerablemente. [6]

Actualmente se estn desarrollando nuevas tecnologas en equipos de

iluminacin, dando como resultado el uso de lmparas LED, lmparas que utilizan

diodos emisores de luz como fuente luminosa.

19

1.5.1 Lmparas Incandescentes

Las lmparas incandescentes es uno de los tipos ms comunes de fuentes de luz,

aun siendo esta la lmpara con la menor eficiencia (lmenes por watt) y el menor

tiempo de vida.

La luz es producida en eta lmpara por el efecto Joule cuando el filamento es

calentado hasta la incandescencia, siendo este una resistencia al flujo de la

corriente elctrica.

El invento de la lmpara incandescente se le atribuye a Thomas Alva Edison.

Fig. 3.Bombilla incandescente

1.5.2 Lmparas Fluorescentes

Las lmparas fluorescentes se estn convirtiendo en el tipo ms comn de fuente

luminosa, es fcil distinguirlas por su diseo tubular, su operacin consiste en un

arco elctrico producido entre dos electrodos, los cuales estn separados

dependiendo la longitud del tubo, la luz ultravioleta producida por el arco activa un

revestimiento de fosforo en el interior de las paredes del tubo, causando que la luz

sea producida.

Las lmparas fluorescentes se caracterizan por estar formadas por un tubo

cilndrico, con casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos.

20

Fig. 4.Lmpara fluorescente

1.5.3 Lmparas de Vapor de Mercurio

Las lmparas de vapor de mercurio producen luz cuando la corriente elctrica

pasa a travs de una pequea cantidad de vapor de mercurio.

La lmpara consiste en dos sobres de cristal, un sobre interno donde el arco es

golpeado y uno por fuera o de proteccin. La lmpara de vapor de mercurio al

igual que la fluorescente requiere un balastro diseado para cada uso especfico.

1.5.4 Lmpara de Aditivos Metlicos

La lmpara de aditivos metlicos es muy similar en su construccin a la lmpara

de vapor de mercurio, la mayor diferencia consiste en que esta lmpara contiene

varios aditivos metlicos adicionalmente al vapor de mercurio. La eficacia de la

lmpara de aditivos metlicos es de 1.5 a 2 veces la de la lmpara de vapor de

mercurio.

El aditivo metlico produce una relativa luz blanca igual o superior a la

actualmente presentada por una lmpara de vapor de mercurio, para su

21

funcionamiento necesario un dispositivo especial de encendido, puesto que las

tensiones de arranque son muy elevadas (1500-5000 V). [6]

Fig. 5.Lmpara de aditivos metlicos

1.5.6 Lmparas de Vapor de Sodio

Alta Presin

La lmpara de alta presin de vapor de sodio, es un tipo de lmpara de descarga

de gas que usa vapor de sodio para producir luz, tiene la mayor eficacia de todas

las lmparas utilizadas normalmente en interiores, esta produce luz cuando la

electricidad pasa a travs del vapor de sodio, la luz producida por este tipo de

lmparas es una luz de color blanco-dorado.

22

Fig. 6.Lmpara de vapor de sodio a alta presin

La lmpara de vapor de sodio a alta presin es una de las ms utilizadas en el

alumbrado pblico ya que proporciona una reproduccin de los colores

considerablemente mejor que la anterior, aunque no tanto como para iluminar algo

que requiera excelente reproduccin cromtica.

Baja Presin

Esta es la lmpara de mayor eficiencia disponible actualmente, prob alrededor de

183 lmenes por watt. La luz en esta lmpara es producida por un tubo arqueado

en forma de U el cual contiene el vapor de sodio, su uso en interiores es

severamente restringido, debido a que produce una monocromtica luz amarilla.

La radiacin emitida, de color amarillo, est muy prxima al mximo de

sensibilidad del ojo humano (555 nm). Por ello, la eficacia de estas lmparas es

muy elevada (entre 160 y 180 lm/W). Otras ventajas que ofrece es que permite

una gran comodidad y agudeza visual, adems de una buena percepcin de

contrastes. Por contra, su monocromatismo hace que la reproduccin de colores y

23

el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible distinguir los colores

de los objetos. [6]

Fig. 7.Lmpara de vapor de sodio a baja presin

1.6 Lmparas LED

Lmparas de bajo consumo LED suponen una alternativa ecolgica de gran

calidad a las bombillas incandescentes.

Un LED (diodo de emisin de luz) es una fuente de luz que encaja perfectamente

en un circuito elctrico. Debido a que los LED se iluminan por el movimiento de los

electrones en un material semiconductor, los LED no se queman, no se calientan y

no utilizan sustancias peligrosas como el mercurio, adems de ser reciclables. [7]

La tecnologa LED aporta la mejor eficiencia disponible para la conversin de

energa elctrica en luminosa. Con una eficiencia energtica media de un 85% se

pueden obtener ms de 80 lmenes por watt.

La emisin de luz que proporcionan los LED es direccional, la luz blanca que

producen los LED, permite la mejor reproduccin cromtica actualmente

disponible. Colores intensos y claramente diferenciados.

24

Actualmente las lmparas de LED se pueden usar para cualquier aplicacin

comercial, desde el alumbrado decorativo hasta el de viales y jardines, presentado

ciertas ventajas, entre las que destacan su considerable ahorro energtico,

arranque instantneo, aguante a los encendidos y apagados continuos y su mayor

vida til.

Fig. 8.Lmparas LED

1.7 Niveles de Iluminacin

La cantidad de luz que ilumina una superficie es medida en lmenes por metro

cuadrado, y cada tarea especfica tiene valores recomendados de iluminacin para

llevarse a cabo y un cuarto en donde se realizan diversas tareas podra tener

varios niveles de iluminacin recomendados.

Establecer los requerimientos de iluminacin en las reas de los centros de

trabajo, para que se cuente con la cantidad de iluminacin requerida para cada

actividad visual, a fin de proveer un ambiente seguro y saludable en la realizacin

de las tareas que desarrollen los trabajadores. [8]

25

La NOM-025-STPS-2008, Condiciones de iluminacin en los centros de trabajo,

indica los niveles de iluminacin que deben incidir en el plano de trabajo, para

cada tipo de tarea visual o rea de trabajo.

Precisar niveles de iluminacin no es crticamente importante, pero igual de

importante que la cantidad de luz, es la calidad de la misma, pocas son las

personas capaces de percibir una diferencia mnima en la iluminacin, pero la

pobre calidad de la iluminacin es muy fcil de aparentar para cualquiera y ms

an si esta afecta su habilidad y confortabilidad para ver una tarea.

Uno de los factores que afectan la calidad de un sistema de iluminacin es el

deslumbramiento, este tiene un gran impacto en la habilidad y comodidad para

realizar alguna actividad.

CAPTULO II

GENERACIN FOTOVOLTAICA

En este captulo se presenta la definicin de la generacin fotovoltaica,

as como los elementos que integran un sistema de generacin solar.

27

2 Generacin fotovoltaica

2.1 Introduccin

El uso de sistemas fotovoltaicos para generacin de electricidad es una prctica

cada vez ms comn en el mbito internacional. Durante los ltimos 30 aos el

desarrollo tecnolgico en este campo ha permitido una reduccin de 95 % en el

costo de los mdulos fotovoltaicos comerciales, a la par de un incremento cercano

al 200% en su eficiencia. [9]

Es por eso que durante este captulo nos adentraremos en esta forma de

generacin de energa elctrica, a partir de la energa solar, ya que en busca de

nuevas fuentes de energa limpia, esta sin duda puede ser una de las opciones

con una mejor perspectiva de desarrollo.

En Mxico, al igual que en muchos otros pases en desarrollo, el uso de los

sistemas fotovoltaicos tiene una penetracin y desarrollo an incipiente.

2.2 Energa Solar

La energa solar es la energa obtenida mediante la captacin de la luz y el calor

emitidos por el Sol.

Desde su surgimiento se clasifico como la solucin perfecta para las necesidades

energticas de todos los pases debido a su universalidad y acceso gratuito ya

que, como se ha mencionado anteriormente, proviene del sol.

Para los usuarios el gasto est en el proceso de instalacin del equipo solar.

Este gasto, con el paso del tiempo, es cada vez menor por lo que no nos resulta

raro ver en la mayora de las casas las placas instaladas. Podemos decir que no

contamina y que su captacin es directa y de fcil mantenimiento.

28

Es una de las llamadas energas renovables, particularmente del grupo no

contaminante, conocido como energa limpia o energa verde, si bien, al final de su

vida til, los paneles fotovoltaicos pueden suponer un residuo contaminante

difcilmente reciclable al da de hoy.

La radiacin solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio del calor

que produce a travs de la absorcin de la radiacin.

La potencia de la radiacin vara segn el momento del da; las condiciones

atmosfricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas

condiciones de radiacin el valor es de aproximadamente 1000 W/m en la

superficie terrestre. A esta potencia se la conoce como irradiacin.

2.3 Panel Fotovoltaico

Tambin conocido como panel solar es un mdulo que aprovecha la energa de la

radiacin solar. El trmino comprende a los colectores solares utilizados para

producir agua caliente (usualmente domstica) y a los paneles fotovoltaicos

utilizados para generar electricidad. [9]

Los paneles fotovoltaicos: estn formados por numerosas celdas que convierten la

luz en electricidad. Las celdas a veces son llamadas clulas fotovoltaicas. Estas

celdas dependen del efecto fotovoltaico por el que la energa luminosa produce

cargas positiva y negativa en dos semiconductores prximos de diferente tipo,

produciendo as un campo elctrico capaz de generar una corriente.

29

Fig. 9.Panel y clula fotovoltaicos

Los paneles fotovoltaicos, adems de producir energa que puede alimentar una

red elctrica terrestre, pueden emplearse en vehculos elctricos y barcos solares.

En 2005 el problema ms importante con los paneles fotovoltaicos era el costo,

que ha estado bajando hasta 3 o 4 dlares por watt. El precio del silicio usado

para la mayor parte de los paneles ahora est tendiendo a subir. Esto ha hecho

que los fabricantes comiencen a utilizar otros materiales y paneles de silicio ms

delgados para bajar los costos de produccin. Debido a economas de escala, los

paneles solares se hacen menos costosos segn se usen y fabriquen ms. A

medida que se aumente la produccin, los precios continuarn bajando en los

prximos aos.

2.4 Principio de Funcionamiento

Los paneles o mdulos fotovoltaicos (llamados comnmente paneles solares,

aunque esta denominacin abarca otros dispositivos) estn formados por un

conjunto de celdas (clulas fotovoltaicas) que producen electricidad a partir de la

luz que incide sobre ellos (electricidad solar). El parmetro estandarizado para

30

clasificar su potencia se denomina potencia pico, y se corresponde con la potencia

mxima que el mdulo puede entregar bajo unas condiciones estandarizadas, que

son:

Radiacin de 1000 W/m

Temperatura de clula de 25 C (no temperatura ambiente).

Las principales componentes de un sistema fotovoltaico conectado a la red son: el

arreglo fotovoltaico, que es el elemento encargado de transformar la luz del sol en

electricidad; y un elemento acondicionador de la potencia producida (un inversor

c.d./c.a.), cuya funcin es adecuar la energa generada por el arreglo a las

caractersticas elctricas de la red para su conexin a sta.

Fig. 10.Elementos de un sistema fotovoltaico

Silicio cristalino y Arseniuro de galio son la eleccin tpica de materiales para

celdas solares. Los cristales de Arseniuro de galio son creados especialmente

para uso fotovoltaico, mientras que los cristales de Silicio estn disponibles en

lingotes estndar ms baratos producidos principalmente para el consumo de la

31

industria microelectrnica. El Silicio poli cristalino tiene una menor eficacia de

conversin, pero tambin menor coste. [10]

Funcionan por medio del Efecto Fotoelctrico (tambin conocido como efecto

fotovoltaico) a travs del cual la luz solar se convierte en electricidad sin usar

ningn proceso intermedio. Los dispositivos donde se lleva a cabo la

transformacin de luz solar en electricidad se llaman Generadores Fotovoltaicos y

a la unidad mnima en la que se realiza dicho efecto Celdas Solares, que al

conectarse en serie y/o paralelo se forman los paneles fotovoltaicos.[11]

Los paneles fotovoltaicos se dividen en:

Cristalinas

Monocristalinas: Se componen de secciones de un nico cristal de silicio (Si)

(reconocibles por su forma circular u octogonal, donde los 4 lados cortos, si se

puede apreciar en la imagen, se aprecia que son curvos, debido a que es una

clula circular recortada).

Policristalinas: Cuando estn formadas por pequeas partculas cristalizadas.

Amorfas: Cuando el silicio no se ha cristalizado. Su efectividad es mayor cuanto

mayores son los cristales, pero tambin su peso, grosor y coste. El rendimiento de

las primeras puede alcanzar el 20% mientras que el de las ltimas puede no llegar

al 10%, sin embargo su coste y peso es muy inferior.

2.5 Factores de Eficiencia

La eficiencia es el parmetro por excelencia en la tecnologa y uno de los ms

importantes en la generacin fotovoltaica. Sin embargo hay mucha confusin al

respecto en este punto, por la mala interpretacin de este parmetro.

32

Muchas veces en la eleccin de mdulos, simplemente se compara el valor de la

eficiencia, sin tener en cuenta el resto de parmetros de la instalacin. Por

ejemplo, sobre dos placas de 180 W, se prefiere una placa de 16% de eficiencia a

otra del 14%, aunque las dos placas vayan a producir lo mismo, 180 W. [12]

Sin embargo, la eficiencia debe ser entendida como la cantidad de potencia en

watts que da la placa, por m2 de superficie, esto es, un ndice de densidad

energtica.

Sin embargo cuando no hay problemas de terreno el parmetro de la eficiencia no

tiene sentido, pudiendo elegirse una placa de eficiencia inferior con el ahorro

econmico correspondiente.

Fig. 11.Corte transversal de un panel fotovoltaico

Las caractersticas elctricas de los paneles solares, incluyen numerosos

parmetros, por citar algunos, incluye el tipo de clula y nmero, as como su

interconexin. Caja de conexiones, tipo y grado IP de proteccin, la potencia

nominal, mxima y mnima garantizada, el voltaje de circuito abierto, intensidad de

cortocircuito, corriente y tensin mxima de potencia y tensin mxima del sistema

interconectado. Tambin el fusible, diodos bypass, cableado de conexin y

33

longitud, los conectores y tipo, eficiencia del panel, la tolerancia de la potencia

mxima y los coeficientes de temperatura.

La medida ms interesante es la eficiencia del panel, o qu porcentaje de energa

de la luz que incide en el panel se convierte en electricidad. La eficiencia de la

clula solar no es igual a la eficiencia del panel. La eficiencia del panel es

generalmente de 1 a 3% inferior a la eficiencia de clulas solares debido a la

reflexin de vidrio, marco de sombra, las temperaturas ms altas, etc. [13]

Una segunda medida del rendimiento es la tolerancia de potencia, que indica el

rango de potencia nominal.

La tercera medida importante es el rendimiento de los coeficientes de temperatura

que muestran cmo los resultados del panel seguirn los cambios de temperatura.

CAPTULO III

SISTEMAS DE ILUMINACIN

En este captulo se realizara el diseo del sistema de iluminacin, se

determinara el nmero de luminarias necesario para los niveles de

iluminacin establecidos, se determinara la potencia total del sistema,

as como una comparativa entre luminarias LED y fluorescentes.

35

3 Diseo del sistema de iluminacin

3.1 Introduccin

A lo largo de este captulo se realizara el diseo y descripcin del nuevo sistema

de iluminacin para la Unidad de Informtica La Isla, utilizando equipos de bajo

consumo, de tecnologa LED, apegndose a la normatividad aplicable, para

obtener los niveles de iluminacin requeridos para la correcta realizacin de las

tareas que se desarrollen dentro del inmueble.

La figura 12 muestra las condiciones poco favorables en las que se encontr el

sistema de alumbrado dentro de las instalaciones de La Isla, entre lo que se

puede observar, destaca el insuficiente nmero de luminarias y el mal estado en

que estas se encuentran.

Fig. 12.Instalaciones de la Unidad de Informtica de la ESIME Zacatenco

Para el desarrollo de este proyecto de iluminacin, se necesit la recopilacin de

una serie de datos, para definir las caractersticas que requera el proyecto.

36

3.2 Normatividad aplicable

3.2.1. NOM-025-STPS-2008; Condiciones de iluminacin en centros de

trabajo.

El nivel de iluminacin es quiz la caracterstica ms importante a considerar al

realizar un proyecto de iluminacin, ya que de esto depender que las tareas

visuales se puedan realizar a plenitud, con eficiencia y sobre todo seguridad, es

que debemos tomar en cuenta las tareas que se desarrollaran en las distintas

zonas del inmueble, el detalle que estas requieren y la velocidad con que deben

ser realizadas, as como el tiempo durante el cual ser realizada dicha tarea, con

el fin de evitar fatiga visual.

Los niveles de Iluminacin que con los que se deber cumplir se encuentran

establecidos en la NOM-025-STPS-2008; Condiciones de iluminacin en centros

de trabajo, emitida por la Secretaria del Trabajo y Previsin Social. [8]

A continuacin se muestra en la tabla 1 los niveles mnimos de iluminacin para

centros de trabajo donde se puede observar que para el caso de salas de computo

se requiere un nivel de 500 lx y para talleres de alta precisin se requiere un nivel

de 750 lx.

37

Tabla 1.Condiciones de iluminacin en centros de trabajo

Tarea Visual del Puesto de Trabajo rea De Trabajo Niveles Mnimos

de Iluminacin (Lux)

En exteriores: distinguir el rea de

trnsito, desplazarse caminando,

vigilancia, movimiento de vehculos.

reas generales exteriores: patios y

estacionamientos. 20

En interiores: distinguir el rea de trnsito,

desplazarse caminando, vigilancia,

movimiento de vehculos.

reas generales interiores: almacenes de

poco movimiento, pasillos, escaleras,

estacionamientos cubiertos, labores en

minas subterrneas, iluminacin de

emergencia.

50

En interiores. reas de circulacin y pasillos; salas de

espera; salas de descanso; cuartos de

almacn; plataformas; cuartos de

calderas

100

Requerimiento visual simple: inspeccin

visual, recuento de piezas, trabajo en

banco y mquina.

reas de servicios al personal:

Almacenaje rudo, recepcin y despacho,

casetas de vigilancia, cuartos de

compresores y pailera. 200

Distincin moderada de detalles: ensamble

simple, trabajo medio en banco y

mquina, inspeccin simple, empaque y

trabajos de oficina.

Talleres: reas de empaque y ensamble,

aulas y oficinas. 300

Distincin clara de detalles: maquinado y

acabados delicados, ensamble e

inspeccin moderadamente difcil, captura

y procesamiento de informacin, manejo

de instrumentos y equipo de laboratorio.

Talleres de precisin: salas de cmputo,

reas de dibujo, laboratorios.

500

Distincin fina de detalles: maquinado de

precisin, ensamble e inspeccin de

trabajos delicados, manejo de

instrumentos y equipo de precisin,

manejo de piezas pequeas.

Talleres de alta precisin: de pintura y

acabado de superficies, y laboratorios de

control de calidad. 750

Alta exactitud en la distincin de detalles:

ensamble, proceso e inspeccin de piezas

pequeas y complejas y acabado con

pulidos finos.

reas de proceso: ensamble e inspeccin

de piezas complejas y acabados con

pulido fino. 1,000

Alto grado de especializacin en la

distincin de detalles.

reas de proceso de gran exactitud.

2,000

38

3.2.2 NOM-007-ENER-2004; Eficiencia energtica en sistemas de alumbrado

en edificios no residenciales

Otra norma que se utiliz en el diseo de este proyecto fue la NOM-007-ENER-

2004, de donde se obtienen los valores de Densidad de Potencia Elctrica para

Alumbrado (DPEA) con los que se debe cumplir en sistemas de alumbrado

interior. [14]

En la tabla 2 se muestran los niveles mximos de Densidad de Potencia Elctrica

para Alumbrado en donde se observa que para el caso de oficinas no debe

exceder los 14 W/m2 y en escuelas no debe ser mayor a 16 W/m2.

Tabla 2.Eficiencia energtica en sistemas de alumbrado en edificios no residenciales

Tipo de edificio DPEA (W/m2)

Oficinas

Oficinas 14

Escuelas y dems centros docentes

Escuelas o instituciones educativas 16

Bibliotecas 16

Establecimientos comerciales

Tiendas de auto servicio, departamentales y de especialidades 20

Hospitales

Hospitales, sanatorios y clnicas 17

Hoteles

Hoteles 18

Moteles 22

39

3.3 Distribucin de zonas de iluminacin en la Unidad

Computacional de la ESIME Zacatenco La Isla

El proyecto consiste en el diseo del sistema de iluminacin de la isla. A

continuacin se presenta el plano arquitectnico de la unidad, donde se muestran

las diferentes zonas en las cuales se encuentra seccionada la Unidad

Computacional, para realizar el estudio luminotcnico y as decidir la ptima

ubicacin de las luminarias dentro de cada zona.

Fig. 13.Plano estructural de la Unidad Computacional de la ESIME Zacatenco

40

A fin de realizar la distribucin de luminarias el inmueble se dividi en 10 zonas y

se consider la NOM-025-STPS-2008 para seleccionar los niveles mnimos de

iluminacin para cada una de las mismas.

Previamente a la realizacin del estudio luminotcnico y como se muestra en la

figura 14 se utiliz un luxmetro para la medicin de los niveles actuales de

iluminacin que se presentan en las diferentes zonas de anlisis de la Unidad

Computacional.

Fig. 14.Medicin de los niveles actuales de iluminacin

Con estas mediciones se pudo comprobar que los niveles de iluminacin que

actualmente presenta la Unidad Computacional de la ESIME Zacatenco se

encuentran por debajo del mnimo establecido en la NOM-025-STPS-2008, en

algunos casos las lecturas son muy inferiores al mnimo requerido.

En la tabla 3 se muestran las dimensiones (largo, ancho y altura) as como el nivel

de iluminacin actual y el nivel mnimo requerido por zona.

41

Tabla 3. Zonas de la Unidad Computacional

Zona Ancho [m] Largo

[m]

Altura

[m]

Nivel de

iluminacin

actual

[lx]

Nivel de

Iluminacin

Mnimo

[lx]

1

Laboratorio de diseo

7.10 10.70 2.60 215 500

2

Sala intermedia

7.10 10.70 2.60 175

500

3

Jefatura/Laboratorio

/Apoyo (UTE)

7.10 10.70 2.60 295

500

4

Server

2.60 6.25 2.60 250 300

5

Servicios

2.60 6.25 2.60 280

300

6

Pabelln tecnolgico

7.00 5.30 2.60 240

500

7

Soporte tcnico

4.40 8.00 2.60 215 750

8

Secretarial/Espera

/Jefatura Unidad

9.90 8.00 2.60 230

500

9

Bodega/Almacn

/Sanitarios

2.65 6.15 2.60 40 50

10

Pasillo

16.20 8.00 2.60 127 100

Como se puede apreciar en la tabla anterior, nicamente el rea de los pasillos, se

encuentra dentro de los niveles de iluminacin establecidos por norma.

42

3.3.1 Seleccin de luminarias para salas de cmputo y oficinas (Zonas 1- 8)

Para la seleccin de las luminarias a instalar en las zonas de; Laboratorio de

diseo, Sala Intermedia, Jefatura/Laboratorio/Apoyo (UTE), Server, Servicios,

Pabelln Tecnolgico, Soporte Tcnico, Secretarial/Espera/Jefatura Unidad se

consideraron tres tipos de lmparas: lmpara tubular fluorescente promedio,

lmpara LUMIX T8 de OSRAM, y lmpara de tecnologa LED, Smartform LED de

PHILIPS.

Para este proyecto se seleccion la luminaria Smartform LED debido a su menor

consumo de energa, eficiencia, equipos ms ligeros, mayor tiempo de vida y tipo

de montaje.

En la tabla 4 se muestra la comparacin entre las tres luminarias consideradas.

Donde se observa que la potencia de la luminaria de tecnologa LED, es menor a

las luminarias fluorescentes considerando que por gabinete se utilizan de 2 a 4

tubos fluorescentes, con lo cual una luminaria formada por 2 tubos T8 Slimline por

lo que tendra una potencia total de 64 W por luminaria.

Por otra parte podemos observar que el tiempo de vida til de las luminarias LED

puede prolongarse hasta por 50000 horas, al ser empleadas al 70% del flujo

luminoso, esto puede lograrse fcilmente aprovechando la luz diurna y utilizando

el sensor de luz ACTILUME, el cual es capaz de regular el flujo luminoso de la

luminaria para prolongar su tiempo de vida.

Adems las luminarias LED estn libres de mercurio, con lo que no se daa el

medio ambiente ni se pone en riesgo a la salud.

43

Tabla 4.Comparativa de luminarias

Smartform LED LUMIX T8 T8 Slimline

Potencia* (W) 47 58 2x32

Flujo luminoso (Lm) 3700 5200 2x2950

Vida til (hrs) 30000** 20000 20000

Balastro No Si Si

Mercurio No Si Si

*Potencia para una sola lmpara, luminarias fluorescentes incluyen de 2 a 4

lmparas.

**Hasta 50000 hrs al 70% del flujo luminoso.

La Smartform LED BBS464 de la marca PHILIPS es una luminaria que por ser de

alta eficiencia, diseada para adaptarse a una amplia variedad de techos, adems

de poseer un novedoso sistema de control de iluminacin, as como un muy

prolongado tiempo de vida se recomienda para este tipo de proyectos de

iluminacin en interiores.

En la figura 15, se puede observar el diseo del mdulo Smartform LED,

dimensiones de 60x60cm e instalacin empotrada.

Fig. 15.Luminario Smartform LED

44

3.3.2 Iluminacin de pasillos, almacn bodega y sanitarios (Zonas 9-10)

Por otra parte para las zonas de trnsito y servicios generales (almacn y

sanitarios) se opta por un tipo de luminario distinto, igualmente basado en

tecnologa LED, de la familia LuxSpace Compact, la BBS490 de PHILIPS, debido

a su eficiencia, posibilitando una eficiente iluminacin general de espacios con un

consumo reducido permitiendo considerables ahorros de energa.

De instalacin empotrable y con un dimetro de 21 cm, como se muestra en la

figura 16, se convierte en la eleccin ptima para iluminar este tipo de zonas.

Fig. 16.Luminario LuxSpace Compact

Los datos tcnicos de ambas luminarias se muestran en el anexo A:

45

3.4. Herramienta de cmputo para el estudio luminotcnico de la

unidad de informtica La Isla.

Para la realizacin del estudio luminotcnico de las distintas zonas en que fue

seccionada la Unidad Computacional de la ESIME Zacatenco, se apoy en el uso

del software computacional DIALux, desarrollado por DIAL GmbH, en su versin

4.11, el cual nos permite realizar los clculos de distribucin de luminarias y

niveles de iluminacin en forma precisa [15].

Fig. 17.Software DIALux versin 4.11

Para el estudio luminotcnico, se le proporcionaron los siguientes datos al paquete

computacional de DIALux:

Dimensiones de las zonas (largo, ancho y altura).

Altura del plano til.

Porciento de reflexin de suelo, techo, paredes, puertas y ventanas.

Modelos de luminarias a utilizar.

Los resultados obtenidos de este anlisis, presentados zona por zona, fueron los

siguientes:

Nivel de intensidades lumnicas.

Valor de eficiencia energtica.

Flujo luminoso total.

Potencia total.

Factor de mantenimiento.

Numero de luminarias utilizadas.

Plano de distribucin de luminarias.

46

3.5. Diagrama de densidad lumnica y cnico de luminarias

Enseguida se presentan los diagramas de densidad lumnica y cnico de ambos

modelos de luminarias utilizadas, en los cuales se puede apreciar el valor de la

intensidad en candelas de las circunferencias concntricas as como los niveles de

intensidad luminosa dependiendo el dimetro cnico.

Luminaria: PHILIPS BBS464 W60L60

Fig. 18.Diagrama de densidad lumnica

Fig. 19.Diagrama cnico

47

Luminaria: PHILIPS BBS490

Fig. 20.Diagrama de densidad lumnica

Fig. 21.Diagrama cnico

48

3.6 Clculo de la iluminacin de la unidad de informtica

utilizando el programa DIALux.

3.6.1 Laboratorio de Diseo (Zona 1)

En la figura 22 se aprecia el nivel de intensidad luminosa alcanzado en todos los

puntos de la zona 1, a su vez en la figura 23 se muestra la distribucin de

luminarias a lo largo de la superficie.

Fig. 22.Niveles de intensidad luminosa en Zona 1

Fig. 23.Ubicacin luminarias Zona 1

49

Los resultados del estudio luminotcnico Flujo luminoso total, potencia total, nivel

de iluminacin, nmero de luminarias utilizadas y valor de eficiencia energtica- se

muestran en la tabla 5.

Tabla 5.Resultados luminotcnicos Zona 1

Flujo luminoso total: 55500 lm Potencia total: 705.0 W Factor mantenimiento: 0.67

Superficie [%] Em [lx] Emin

[lx] Emax [lx] Emin /

Em

Plano til

/

581

298

676

0.513

Suelo

50

554

334

656

0.602

Techo

76

232

78

292

0.337

Paredes (5)

79

312

158

445

/

Lista de piezas - Luminarias

N Pieza Designacin (Factor de correccin)

(Luminaria) [lm] (Lmparas) [lm] P [W

1

15 PHILIPS BBS464 W60L60 1xLED48/840 AC-MLO (1.000)

3700

3700 47.0

Total: 55500 Total: 55500 705.0

Valor de eficiencia energtica: 9.26 W/m = 1.59 W/m/100 lx (Base: 76.16 m)

50

3.6.2 Sala Intermedia (Zona 2)




Fig. 24.Niveles de intensidad luminosa Zona 2


51






Superficie [%] Em [lx] Emin [lx] Emax [lx] Emin / Em

Plano til

/

556

215

696

0.388

Suelo

50

501

207

643

0.414

Techo

76

147

52

213

0.357

Paredes (4)

12

246

93

399

/

Plano til: Altura: 0.750 m Trama: 64 x 64 Puntos



(Luminaria) [lm] (Lmparas) [lm] P [W]

1


3700

3700 47.0

Total: 55500 Total: 55500 705.0


52

3.6.3 Jefatura/Laboratorio/Apoyo (UTE) (Zona 3)






53







Plano til

/

687

331

804

0.481

Suelo

50

653

391

772

0.599

Techo

76

273

105

344

0.385

Paredes (4)

79

366

185

526

/





1


3700

3700 47.0

Total: 55500 Total: 55500 705.0


54

3.6.4 Server (Zona 4)






55







Pano til

/

391

227

533

0.581

Suelo

50

340

237

393

0.696

Techo

76

147

74

171

0.504

Paredes (4)

79

211

98

306

/





1


3700

3700 47.0

Total: 7400 Total: 7400 94.0


56

3.6.5 Servicios (Zona 5)






57







Plano til

/

398

229

538

0.576

Suelo

50

346

237

398

0.685

Techo

76

155

82

181

0.532

Paredes (4)

79

216

123

311

/





1


3700

3700 47.0

Total: 7400 Total: 7400 94.0


58

3.6.6 Pabelln tecnolgico (Zona 6)






59







Plano til

/

530

288

640

0.543

Suelo

50

494

321

600

0.649

Techo

76

218

148

273

0.678

Paredes (4)

79

293

151

419

/





1

6

PHILIPS BBS464 W60L60 1xLED48/840 AC-MLO (1.000)

3700

3700

47.0

Total: 22200 Total: 22200 282.0


60

3.6.7 Soporte tcnico (Zona 7)






61







Plano til

/

815

424

1027

0.520

Suelo

50

757

494

910

0.653

Techo

76

311

112

399

0.361

Paredes (4)

79

449

211

776

/





1

9


3700

3700

47.0

Total: 33300 Total: 33300 423.0


62

3.6.8 Secretarial/Espera/Jefatura Unidad (Zona 8)






63







Plano til

/

390

147

551

0.376

Suelo

50

357

218

428

0.610

Techo

76

120

46

168

0.380

Paredes (8)

79

197

82

524

/





1

6


3700

3700

47.0

Total: 22200 Total: 22200 282.0


64

3.6.9 Bodega/Almacn/Sanitarios (Zona 9)






65





Flujo luminoso total: 7362 lm

Potencia total: 140.0 W

Factor mantenimiento: 0.80


Plano til

/

360

223

502

0.619

Suelo

50

336

224

464

0.666

Techo

76

158

116

189

0.735

Paredes (4)

79

213

118

411

/





1

4

PHILIPS BBS490 1xDLED-3000 PG (1.000)

1840

2045

35.0

Total: 7362 Total: 8180 140.0


66

3.6.10 Pasillo (Zona 10)






67







Plano til

/

150

65

231

0.432

Suelo

50

150

61

224

0.409

Techo

76

69

40

125

0.579

Paredes (10)

79

88

40

362

/





1

7

PHILIPS BBS490 1xDLED-3000 PG (1.000)

1840

2045

35.0

Total: 12883 Total: 14315 245.0


68

3.7 Distribucin general de luminarias y flujo luminoso

En la figura 42 se presenta un plano general de la Unidad Computacional de la

ESIME Zacatenco donde se muestra la distribucin del flujo luminoso, as como

los niveles de iluminacin que se obtuvieron en cada una de las zonas analizadas,

adems de la ubicacin de las luminarias requeridas para obtener los niveles de

intensidad luminosa y valores de eficiencia energtica establecidos por las normas

NOM-025-STPS-2008 y NOM-007-ENER-2004.

Fig. 42.Plano general de niveles de iluminacin por zonas de estudio

69

3.8 Tablero, circuitos derivados y seleccin de interruptores

termomagnticos

Como parte final del estudio se distribuir la carga del sistema en un nmero

determinado de circuitos derivados, as como los interruptores termomagnticos

adecuados para la proteccin de cada uno de estos circuitos, los cuales se

incluirn en un tablero de control.

3.8.1. Seleccin de termomagntico

70 Luminarias de 47 W

11 Luminarias de 35 W

f.p. = 0.9

Para el clculo de la carga total, se multiplica la carga de cada luminaria por el

nmero total de luminarias.

( )( ) ( )( )

Considerando factor de potencia de 0.9

Tratndose de una carga contina se considera un 125% de la carga, acorde con

el artculo 220-3 de la NOM-001-SEDE-2005.

Calculamos la corriente que va a circular por el circuito alimentador

Un interruptor termomagntico de 15 A, puede conducir 15x0.8=12 A

Cantidad mnima de interruptores

Por razones operativas, se decide que existan 3 circuitos derivados.

El tablero de acuerdo con el artculo de la 384-15 NOM-001-SEDE-2005,

contendr 3 circuitos derivados de 15 A.

70

3.8.2 Cuadro de cargas

3.9 Comparativa energtica

Para obtener una comparativa del consumo energtico entre luminarias

fluorescentes y luminarias LED, se repiti el mismo estudio luminotcnico,

siguiendo los mismos principios, pero con la diferencia del uso de tpicas

luminarias de lmparas fluorescentes, buscando obtener los niveles de iluminacin

establecidos por norma para cada una de las distintas zonas y as poder comparar

Cuadro De Carga Total Instalada Para La Iluminacin

Zonas

Luminarias Carga Total

Luminarias

[W]

Carga

Total

Circuito

[W]

Corriente

Carga

Continua

[W]

Interruptor

Termomagntico 47W 35W

Tab

lero

1

C1

Zona 1 15 0 705 1410 8.90 1x 15

Zona2 15 0 705

C2

Zona 3 15 0 705

1175 7.42 1x15 Zona 4 2 0 94

Zona 5 2 0 94

Zona 6 6 0 282

C3

Zona 7 9 0 423

1090 6.88 1x15 Zona 8 6 0 282

Zona 9 0 4 140

Zona 10 0 7 245

71

el ahorro de energa entre luminarias de lmparas fluorescentes y luminarias de

tecnologa LED, se utiliz la lmpara LUMIX T8 de OSRAM, y se los resultados

obtenidos se muestran en la tabla 3.5.

Tabla 15.Comparativa energtica

Carga total instalada por zona [W]

Zona Luminaria LED Luminaria

fluorescente Diferencia

1 705 1216 511

2 705 1520 815

3 705 1216 511

4 94 304 210

5 94 304 210

6 282 684 402

7 423 684 261

8 282 912 630

9 140 240 100

10 245 278 33

Total 3675 7358 3683

Por lo anterior se observa que, se tiene un ahorro de 3683 W utilizando luminarias

LED, el cual se pretende sea mayor utilizando un sensor de presencia capaz,

adems, de reducir la intensidad del flujo luminoso, con lo cual evitar que las

luminarias estn encendidas cuando estn en uso y alargar el tiempo de la vida de

las luminarias hasta 50000 horas.

CAPTULO IV

DISEO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO

En este captulo se realizara el diseo del sistema fotovoltaico,

determinando el nmero de paneles necesarios, as como las

caractersticas que debern tener el resto de los componentes del

sistema de generacin.

73

4 Diseo del sistema fotovoltaico

4.1 Introduccin

Durante este captulo se llevara a cabo el diseo del sistema de generacin

fotovoltaico que alimentara al sistema de iluminacin de la Unidad de Informtica

de la ESIME Zacatenco, diseado en el captulo 3, La Isla se ubica dentro de la

Unidad Profesional Adolfo Lpez Mateos del Instituto Politcnico Nacional, Zona

Zacatenco, la figura 43 permite visualizar la ubicacin geogrfica de la misma.

Se buscara los equipos ptimos de generacin fotovoltaica, para satisfacer la

demanda de los equipos de iluminacin a travs de un sistema autnomo,

independiente de la red elctrica.

Fig. 43.Ubicacin geogrfica de La Isla

74

4.2 Nivel de radiacin solar

Para la estimacin del nivel de irradiacin solar se consideran los datos

proyectados en la tabla 16, en la se puede apreciar que la ubicacin del proyecto,

dentro de la Ciudad de Mxico, recibe una radiacin solar promedio de 5.06

kWh/mda, segn la aplicacin RETScreen International, del Ministerio de

Recursos Naturales de Canad, certificada por la Administracin Nacional de

Aeronutica y del Espacio, NASA, para el ao 2012. [16]

Tabla 16.Niveles de radiacin solar sobre la ubicacin del proyecto

Unidad

Ubicacin de datos

climticos

Ubicacin del

Proyecto

Latitud N 19.4 19.4

Longitud E -99.1 -99.1

Elevacin m 2,235 2,235

Mes Radiacin solar diaria

- horizontal

kWh/m/da

Enero 4.56

Febrero 5.31

Marzo 6.00

Abril 5.86

Mayo 5.61

Junio 5.47

Julio 5.06

Agosto 5.00

Setiembre 4.53

Octubre 4.61

Noviembre 4.47

Diciembre 4.22

Anual 5.06

75

4.3 Estimacin de uso de la carga del sistema de iluminacin

En la tabla 17 se muestran los datos de las cargas que sern alimentadas por este

sistema fotovoltaico, como la potencia total demandada por el sistema, y el

consumo elctrico diario aproximado, considerando el uso de los sensores de las

luminarias y en base a la estimacin de las horas de uso promedio de las

luminarias en cada una de las distintas zonas.

Tabla 17.Calculo del consumo elctrico

Zona Potencia Total [W]

Horas de Uso

Diario

Consumo Promedio Diario

[kWh/da]

1 705 8 5.6

2 705 5 3.5

3 705 8 5.6

4 94 3 0.28

5 94 3 0.28

6 282 8 2.2

7 423 10 4.2

8 282 10 2.8

9 140 2 0.28

10 245 12 2.9

Total 3675

27.64

Con esto consideramos una carga media de 27.64 kWh/da a la cual agregaremos

un 10% de margen de seguridad, con el fin de evitar una sobrecarga del sistema.

(1)

Dnde:

LmdAC : Carga media considerando margen de seguridad

76

Aplicando los factores de correccin, la carga media est dada por:

(2)

Dnde:

: Carga media corregida

: Eficiencia del inversor

: Eficiencia de la batera

: Eficiencia del conductor

: Eficiencia por temperatura

Estos datos son obtenidos de la ficha tcnica de los equipos, proporcionada por

los fabricantes de los mismos.

4.4 Dimensionamiento de los componentes

Dentro de los sistemas fotovoltaicos, generalmente los niveles de tensin en

corriente directa utilizados ms comnmente son 12, 24 o 48 V, para este caso,

considerando que el sistema deber producir una cantidad relativamente grande

de energa se elige trabajar con un nivel de tensin de 48 V. Como principal

ventaja, tenemos, que al aumentar el nivel de tensin disminuye la corriente en los

conductores del sistema fotovoltaico.

4.4.1 Paneles fotovoltaicos

A partir del consumo elctrico real calculado, la cantidad de paneles solares

necesarios para el ptimo funcionamiento del sistema se calcula considerando que

la generacin de energa tendr la capacidad de abastecer la carga conectada a

dicho sistema.

77

Para definir la cantidad de paneles solares previamente se debe seleccionar la

potencia nominal de los mismos, para esto se deben considerar varios factores,

por ejemplo, si se elige un modelo de panel de baja potencia se tendr un precio

menor, pero se requerir un mayor nmero de unidades para satisfacer la carga,

por el contrario un panel de mayor potencia representa un costo mayor, pero a la

vez un menor nmero de unidades requeridas.

Para este proyecto, considerando la superficie que se tiene para la instalacin de

los paneles solares, se opt por un panel de 280 W, con la finalidad de reducir el

nmero de unidades necesarias para satisfacer la carga instalada.

4.4.2 Calculo del nmero de paneles fotovoltaicos

A continuacin se calculara el nmero de paneles de 280 W de potencia

necesarios para abastecer de energa al sistema de iluminacin.

Sabiendo que el nivel de irradiacin solar que se tiene en la Ciudad de Mxico en

promedio es de 5.1 kWh/m/da y se tiene, por la latitud de la ubicacin, una

inclinacin de paneles de 19 entonces:

Promedio: 5.1 kWh/m/da

Geometra de Inclinacin: 19 ~ 20%

Entonces:

(3)

Dnde:

= Irradiacin solar en horas de sol pico

78

Una vez corregido el nivel de irradiacin solar recibida por los paneles, podemos

calcular el nmero total de estos.

(4)

Dnde:

: Potencia pico del modulo

: Irradiacin solar en horas de sol pico

: Factor global de funcionamiento

4.4.3 Topologa de paneles solares

Conociendo el nivel de tensin mximo del panel, de acuerdo con las hojas del

fabricante, para el modelo de panel seleccionado tenemos un nivel de 37.82 V, por

sistema de iluminacion LED.pdf

Documents

Transcript of sistema de iluminacion LED.pdf