estudio de uso racional de la energía en sistemas de ... · pdf fileestudio de uso...
TRANSCRIPT
1
Estudio de uso racional de la energía en sistemas de iluminación
con nuevas tecnologías en Manufacturas Kaltex, S. A. de C. V.
Proyecto profesional que para obtener el Título de:
Ingeniero en Mantenimiento Industrial
Presenta:
Jaime Márquez Ramírez
MAYO DE 2011
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TULA TEPEJI
Organismo Público Descentralizado del Gobierno del Estado de Hidalgo
2
Estudio de uso racional de la energía en sistemas de iluminación
con nuevas tecnologías en Manufacturas Kaltex, S. A. de C. V.
Proyecto profesional que para obtener el Título de:
Ingeniero en Mantenimiento Industrial
Presenta:
Jaime Márquez Ramírez
Asesor Académico
Ing. Eduardo Hernández Tovar
Asesor Industrial
Ing. Juan Sergio Magaña Juárez
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TULA TEPEJI
Organismo Público Descentralizado del Gobierno del Estado de Hidalgo
3
AGRADECIMIENTO
En primer lugar doy gracias a Dios Jehová, por haberme dado la fuerza y
valor para terminar mis estudios.
A mi esposa Angélica Benítez e hijos Noemí, Abigail y Bryan.
Gracias por compartir y dedicar gran parte de su tiempo conmigo y por
darme aliento para la ardua tarea de caminar hacia la perspectiva de un
nuevo día; de verdad serán inolvidables.
A mis padres Teresa y Vicente, hermanas y hermano.
Agradezco la confianza y el apoyo porque contribuyeron positivamente para
llevar a cabo esta difícil jornada.
Mi cuñado David León.
Que siempre me prestó su apoyo y atención para todos los trabajos que me
correspondía.
Compañero Víctor.
Que participó y contribuyó realmente en mi desarrollo profesional durante
mi carrera.
A mis asesores.
Ing. Eduardo Hernández Tovar
Ing. Juan Sergio Magaña Juárez
Por su comprensión y por la gran calidad humana que me han demostrado
con una actitud de respeto.
Por el gran apoyo que me han brindado para poder realizar y llevar a cabo
este proyecto, por las experiencias y conocimiento que me han compartido.
4
Índice
Pág.
Resumen 7
Summary 8
Introducción 9
ANTECEDENTES
10
Planteamiento del problema 10
Objetivo general 11
Objetivos específicos 11
Justificación 12
CAPÍTULO I MARCO TEÓRICO
13
1.1 Principios básicos de iluminación 14
1.1.1 Flujo luminoso 14
1.1.2 Intensidad luminosa 15
1.1.3 Iluminancia 15
1.1.4 Luminancia 16
1.1.5 Exitancia 17
1.1.6 Sistema métrico 17
1.2 Características de la lámpara 17
1.2.1 Lámparas incandescentes 18
1.2.1.1 Características de una lámpara incandescente 20
1.2.1.2 Características cromáticas 20
1.2.1.3 Características de duración 21
1.2.1.4 Partes de una lámpara 23
5
1.2.1.5 Tipos de lámpara 24
1.2.2 Lámparas de descarga 26
1.2.2.1 Elementos auxiliares 28
1.2.2.2 Características cromáticas 30
1.2.2.3 Características de duración de las lámparas 31
1.2.2.4 Factores externos que influyen en el funcionamiento de las
lámparas 32
1.2.2.5 Partes de una lámpara de descarga 33
1.2.2.6 Clase de lámparas de descarga 33
1.2.2.7 Lámparas de vapor de mercurio 34
1.2.2.8 Lámparas de vapor de sodio 42
1.2.3 LEDs 46
1.3 Luminarias 48
1.3.1 Clasificación 49
1.4 Fotometría 50
1.4.1 Curva de distribución candlepower 51
1.4.2 Coeficiente de utilización 52
1.4.3 Tabla isofootcandle o isolux 53
CAPÍTULO II SITUACIÓN ACTUAL DEL PLANTEAMIENTO
DEL PROBLEMA
55
2.1 Estudio del sistema de iluminación situación actual y nueva
propuesta. 56
2.1.1 Niveles de Iluminación requeridos de acuerdo con la NORMA 57
CAPÍTULO III PROPUESTA DE SOLUCIÓN AL
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
58
3.1 Niveles de iluminación con el sistema actual con la propuesta de la
lámparas tipo LED, en el departamento de Trociles 59
3.1.1 Diseño de la instalación actual con las luminarias tipo zopilote de 61
6
2x75
3.1.2 Consumo de energía eléctrica de las luminarias de 2x75 watts 63
3.1.3 Evaluación de las lámparas FLUORESCENTES contra las
lámparas tipo LEDs. 64
3.2 Propuesta de solución al problema con lámparas tipo LED 65
3.3 Elaboración del proyecto con lámparas tipo LED 71
CAPÍTULO IV ESTUDIO DE COSTO Y BENEFICIO
77
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 79
ANEXOS 81
GLOSARIO 87
BIBLIOGRAFÍA 97
ÍNDICE DE MATERIAL GRÁFICO 100
7
Resumen
El presente proyecto tiene como objetivo buscar la aplicación de nuevas
tecnologías de iluminación así como proporcionar información de gran utilidad
para todas aquellas personas que se desempeñen en el área de sistemas de
iluminación y principalmente enfocado a técnicos e ingenieros que diseñan,
calculan y desarrollan proyectos de sistemas de iluminación industrial. Se presenta
la teoría de los conceptos básicos de este fenómeno físico, nuevas tecnologías,
fichas técnicas, aplicaciones y beneficios.
En este proyecto se analizaron y evaluaron diferentes tecnologías de iluminación
para determinar sus características, ventajas y desventajas, entre las tecnologías
revisadas fueron las de; lámparas fluorescentes y lámparas tipo LEDs.
Se desarrollaron diferentes pruebas en campo donde se evaluaron su intensidad
lumínica, consumo eléctrico, apariencia visual, desempeño y forma de instalación.
Se realizó el análisis de costo beneficio para determinar su retorno de inversión,
independientemente de otros beneficios que se tienen con la implementación de
esta nueva tecnología, los estudios realizados arrojan que se pueden lograr
ahorros importantes con retornos de inversión atractivos para la industria y
favoreciendo al medio ambiente.
Para cualquier implementación de una tecnología nueva es importante considerar
que se deben realizar todos los análisis y evaluaciones necesarias para tener
todos los elementos que permitan tomar una decisión adecuada que garantice el
éxito del proyecto.
8
Summary
The present project has as objective to look for the application of new technologies
of illumination as well as to provide information of great utility for all those people
that act in the area of systems of illumination and mainly focused technicians and
engineers that design, they calculate and they develop projects of systems of
industrial illumination. It is presented the theory of the basic concepts of this
phenomenon physical, new technologies, technical records, applications and
benefits.
In this project they were analyzed and they evaluated different technologies of
illumination to determine their characteristics, advantages and disadvantages,
among the revised technologies they were those of; fluorescent lamps and lamps
type LEDs.
Different tests were developed in field where they were evaluated their light
intensity, consummate electric, visual appearance, carry out and installation form.
One carries out the analysis of cost benefit to determine their investment return,
independently of other benefits that are had with the implementation of this new
technology, the carried out studies throw that important savings can be achieved
with attractive investment returns for the industry and favoring to the environment.
For any implementation of a new technology it is important to consider that they
should be carried out all the analyses and necessary evaluations to have all the
elements that allow making an appropriate decision that guarantees the success of
the project.
9
Introducción
Es importante destacar que debido al rápido crecimiento de la industria, la
explosión demográfica y el alto índice de contaminación ambiental, aunado a los
serios problemas de contaminación que tienen los equipos de iluminación
fluorescentes que se utilizan hoy en día en las plantas industriales, es necesario
buscar nuevas alternativas con tecnologías que sean más eficientes, su vida de
uso útil sea mayor y que sean favorables al medio ambiente.
En el desarrollo de los proyectos se debe cumplir con las Normas Oficiales
Mexicanas, para el caso de la iluminación sería la (NOM-025-STPS-2008,
Condiciones de iluminación en los centros de trabajo) a fin de contribuir en la
prevención de los riesgos de trabajo debido a efectos de una iluminación
deficiente o excesiva en la realización de las tareas de los trabajos y otras que
apliquen según sea el caso especifique.
Hay valores de niveles de iluminación normalizados para cada tipo de tarea visual
o área de trabajo, que garantizarán la comodidad visual, agradable, rendimiento
visual y el óptimo desempeño del personal operativo en cada actividad realizada.
El alcance de este estudio es específico para un área donde la tarea visual del
puesto de trabajo es distinción moderada de detalles: ensamble simple trabajo
medio en banco y máquina, inspección simple, empaque y trabajos de oficina
para aéreas de trabajo como: talleres área de empaque y ensamble, aulas y
oficinas con un nivel mínimo de iluminación de 300 luxes, de acuerdo al anexo I
referente a niveles de iluminación de dicha norma.
Hoy en día existen nuevas tecnologías con mayor eficiencia lumínica, mayor vida
uso útil y que son más favorables al medio ambiente.
10
Antecedentes
Planteamiento del Problema.
La empresa Manufacturas Kaltex, tiene que buscar una mejora continua. Con la
aplicación de las nuevas tecnologías, con el objetivo de reducir costos y cuidar el
medio ambiente.
Existen muchas áreas de oportunidad donde se pueden usar las nuevas
tecnologías de iluminación con un potencial de ahorro energético importante.
La Planta tiene más de 25 años, durante los cuales no se ha modificado el sistema
de iluminación, contando con luminarias obsoletos, por lo que es necesario
realizar un proyecto integral que considere todos los factores que afecten el
cambio de las luminarias.
11
Objetivo general.
Desarrollar el proyecto integral para el cambio de la tecnología de iluminación con
las lámparas fluorescentes en diferentes departamentos de Manufacturas Kaltex,
cumpliendo con las Normas Oficiales Mexicanas vigentes en sistemas de
iluminación y a su vez dar confort para personal que trabaja en la Planta de
producción y favorecer al medioambiente.
Objetivos específicos.
Determinar el estado actual del departamento y las condiciones del
sistema de iluminación.
Elaborar el proyecto de iluminación del área correspondiente con las
nuevas tecnologías que cumpla con los niveles de iluminación
requeridos por el área y las normatividad vigente.
Análisis y evaluación de las lámparas con las nuevas tecnologías.
Realizar el cálculo del número de lámparas de acuerdo con el nivel de
iluminación requerido y las características de las mismas.
Hacer un análisis comparativo de ventajas y desventajas de las
lámparas fluorescentes contra las nuevas tecnologías seleccionadas.
Determinar la factibilidad técnico – económico del proyecto.
Análisis del Costo –beneficio y el retorno de la inversión.
12
Justificación.
Actualmente hay instalaciones en las plantas, que tienen más de 30
años y requieren de un proyecto de modernización en sus instalaciones
de alumbrado.
Es necesario promover tecnologías que favorezcan al medio ambiente,
en razón de los graves problemas de contaminación y calentamiento
global que generan las lámparas como son las fluorescentes con alto
contenido de mercurio y baja eficiencia.
Debido al nivel de competencia en el mercado es necesario promover
proyectos que permitan reducir costos con la aplicación de tecnologías
más eficientes.
Con las nuevas tecnologías se puede tener ahorros de energía hasta de
un 50% en los sistemas de iluminación.
13
Capítulo I.
MARCO TEÓRICO
Antes de iniciar con el contenido de marco teórico, se presenta un panorama
general de la empresa.
Manufacturas Kaltex S.A de C.V. es una empresa textil 100 % Mexicana, está
ubicada en la Ant. Carret. Méx.-Qro. Km. 11, Santiago Tlautla, Municipio de Tepeji
del Río, integrada verticalmente, por empresas que producen:
Fibra sintética Hilo Telas Prendas de vestir Productos textiles para el hogar
Nuestros resultados nos ubican como:
Líderes indiscutibles en el mercado nacional Grandes exportadores con la más amplia aceptación en los mercados
internacionales (Estados Unidos, Canadá, Europa, Centro y Sudamérica).
Hoy, en Grupo Kaltex estamos orgullosamente preparados para superar los retos
del mercado Mundial.
14
1.1 Principios básicos de iluminación
La iluminación en lo que respecta al área industrial debe tener presente un gran
número de luminarias ya que deben abarcar espacios muy grandes y extensos,
también deben poseer características distintas a luminarias convencionales o
residenciales como poseer mayor potencia, brillo, incandescencia y aceptar los
cambios bruscos de niveles de tensión. Estos tipos de luminarias se crearon con el
fin de facilitar los procesos producidos de distinto trabajos industriales, además de
relacionar la cantidad de luz utilizada con respecto a las labores realizadas. Para
esto es necesario analizar la tarea visual a desarrollar y determinar la cantidad y
tipo de iluminación que proporcione el máximo rendimiento visual y cumpla con las
exigencias de seguridad y comodidad como también seleccionar el equipo de
alumbrado que proporcione la luz requerida de la manera satisfactoria.
La comprensión de algunos de los términos fundamentales en la tecnología de la
iluminación es básica para la práctica del buen diseño. Con este propósito, a
continuación se revisan los términos y conceptos más importantes.
1.1.1 Flujo Luminoso
El flujo luminoso es la del paso de la luz medido en lúmenes. Es una medida del
total de luz emitida por una fuente y es usada comúnmente para la medición de la
salida de lámpara total.
15
1.1.2 Intensidad Luminosa
La candela es la unidad de intensidad (I) y es análoga a la presión en el sistema
hidráulico. A veces es llamada y describe la cantidad de luz (lúmenes) en una
unidad de ángulo sólido. Esta unidad de ángulo sólido se llama steradian. Se
observará en la Figura 1 que mientras la luz se aleja de la fuente, el ángulo sólido
cubre un área más y más grande; pero el ángulo permanece así como la cantidad
de luz que contiene. Por lo tanto, la intensidad en una dirección dada es constante
independientemente de la distancia.
Figura 1.1. Intensidad luminosa
1.1.3 Iluminancia (E)
La iluminancia es la cantidad de luz que incide en la unidad de área y es medida
en Footcandles (pies candela) o luxes. Es definida por la intensidad (I) en
candelas, dirigida hacia un punto P, dividida por el cuadrado de la distancia (D) de
la fuente (luminario) a la superficie a iluminar.
A medida que el área cubierta por un ángulo sólido dado se hace más grande con
la distancia desde la fuente, el flujo de luz permanece igual. La densidad de
iluminación de la luz en la superficie disminuye, tanto, como el inverso de la
distancia al cuadrado. Esta fórmula es válida sólo si la superficie receptora es
16
perpendicular a la dirección de la fuente. Si la luz incide en otro ángulo, la fórmula
se transforma en:
Donde:
E = Iluminación en pies candela (fc) o luxes
I =Intensidad en candela (cd) hacia el punto P
D = distancia en pies o metros
Ø= ángulo de incidencia
1.1.4 Luminancia (L)
La luminancia, frecuentemente llamada “brillantez”, es el nombre dado a lo que
vemos. “La brillantez” es una sensación subjetiva que varía de muy tenue u
obscuro a muy brillante. De una forma objetiva, se refiere a ella como luminancia,
definida como la intensidad en una dirección dada dividida por un área proyectada
tal como la ve un observador. Se refiere a la luminancia de una de dos maneras,
ya sea relacionada a un luminario o a una superficie.
La luminancia directa o brillantez de luminario a varios ángulos de visión es un
factor mayor en la evaluación de confort visual de una instalación que use esos
luminarios. En general, es deseable minimizar la brillantez de luminarios con
montaje de techo en los ángulos verticales altos, 60°-90°. Cuando la intensidad
está en candelas, y el área proyectada está en metros, la unidad de luminancia es
candelas por metro cuadrado (cd/m²).
Figura 1.2 Iluminancia
17
1.1.5 Exitancia (M)
Por lo general, se desea calcular la cantidad de luz reflejada en las superficies del
cuarto; muchas son difusas por naturaleza y como resultado el término correcto a
usar es Exitancia (M), donde:
Exitancia = iluminancia x factor de reflexión
M = E x p
Donde E = Iluminancia en pies candela
p = es el factor de reflexión de la superficie expresado como la fracción de luz
reflejada sobre la luz incidente
M = es la exitancia resultante en pies candela
1.1.6 Sistema Métrico
A medida que los Estados Unidos de América (USA). Tienda al sistema métrico
para concordar con el área científica y el resto del mundo, la ingeniería de
iluminación se convertirá al Sistema Internacional de Unidades (SI). Sólo los
términos que involucren longitud o área, iluminancia y luminancia, son afectados.
La Iluminancia (E) se establece en lux en el Sistema Métrico.
1 fc= 10.76 luxes. Luminancia (L) se establece en nits en el Sistema
Métrico.
1.2 Características de la lámpara
Una de las primeras decisiones en el diseño de un buen sistema de iluminación es
la elección de una fuente de luz. Hay disponible un número de fuentes de luz,
cada una con su combinación única de características operativas. Una de las
pocas características de lámpara que el diseñador de iluminación debe considerar
18
cuando escoge una fuente de luz, deben incluir la eficacia, o lúmenes por vatio
(watt) (W); color; vida de la lámpara; y depreciación de lumen de la lámpara, o el
porcentaje de salida que una lámpara pierde durante su vida.
A pesar de que hay cientos de lámparas en el mercado hoy en día, estas pueden
ser clasificadas por construcción y características operativas: incandescente,
fluorescente y alta intensidad de descarga (HID). Las lámparas HID pueden ser
agrupadas en cuatro clases principales: sodio de alta presión, aditivos metálicos,
mercurio, sodio de baja presión. También incluye las características de las
lámparas de LED´s.
1.2.1 Lámparas incandescentes
Las lámparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la
energía eléctrica. Desde que fueran inventadas, la tecnología ha cambiado mucho
produciéndose sustanciosos avances en la cantidad de luz producida, el consumo
y la duración de las lámparas. Su principio de funcionamiento es simple, se pasa
una corriente eléctrica por un filamento hasta que este alcanza una temperatura
tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano.
La incandescencia. Todos los cuerpos calientes emiten energía en forma de
radiación electromagnética. Mientras más alta sea su temperatura mayor será la
energía emitida y la porción del espectro electromagnético ocupado por las
radiaciones emitidas. Si el cuerpo pasa la temperatura de incandescencia una
buena parte de estas radiaciones caerán en la zona visible del espectro y
obtendremos luz.
19
Figura 1.3 Espectro electromagnético
La incandescencia se puede obtener de dos maneras. La primera es por
combustión de alguna sustancia, ya sea sólida como una antorcha de madera,
líquida como en una lámpara de aceite o gaseosa como en las lámparas de gas.
La segunda es pasando una corriente eléctrica a través de un hilo conductor muy
delgado como ocurre en las bombillas corrientes. Tanto de una forma como de
otra, obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moléculas de aire o por
radiaciones infrarrojas).
En general los rendimientos de este tipo de lámparas son bajos debido a que la
mayor parte de la energía consumida se convierte en calor.
Figura 1.4 Rendimiento de una lámpara incandescente
La producción de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional, y es
que la luz emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o
dicho de otra manera, su espectro de emisiones es continuo. De esta manera se
garantiza una buena reproducción de los colores de los objetos iluminados.
20
1.2.1.1 Características de una lámpara incandescente
Entre los parámetros que sirven para definir una lámpara tenemos las
características fotométricas: la intensidad luminosa, el flujo luminoso y el
rendimiento o eficiencia. Además de estas, existen otros que nos informan sobre
la calidad de la reproducción de los colores y los parámetros de duración de las
lámparas.
1.2.1.2 Características cromáticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las
características cromáticas de las fuentes de luz. Por poner un ejemplo, no se ve
igual una calle de noche a la luz de las farolas iluminadas por lámparas de luz
blanca que con lámparas de luz amarilla.
A la hora de describir las cualidades cromáticas de las fuentes de luz hemos de
considerar dos aspectos. El primero trata sobre el color que presenta la fuente. Y
el segundo describe cómo son reproducidos los colores de los objetos iluminados
por esta. Para evaluarlos se utilizan dos parámetros: la temperatura de color y el
rendimiento de color que se mide con el Índice de rendimiento de color (IRC).
La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa. Su valor
coincide con la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color
similar a la de la fuente considerada. Esto se debe a que sus espectros
electromagnéticos respectivos tienen una distribución espectral similar. Conviene
aclarar que los conceptos temperatura de color y temperatura de filamento son
diferentes y no tienen porque coincidir sus valores.
El rendimiento en color, por contra, hace referencia a cómo se ven los colores
de los objetos iluminados. Nuestra experiencia nos indica que los objetos
iluminados por un fluorescente no se ven del mismo tono que aquellos iluminados
por bombillas. En el primer caso destacan más los tonos azules mientras que en el
segundo lo hacen los rojos. Esto se debe a que la luz emitida por cada una de
21
estas lámparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromáticas de color
azul o rojo.
Figura 1.5 Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
Para establecer el rendimiento en color se utiliza el índice de rendimiento de
color (IRC o Ra) que compara la reproducción de una muestra de colores
normalizada iluminada con nuestra fuente con la reproducción de la misma
muestra iluminada con una fuente patrón de referencia.
1.2.1.3 Características de duración
La duración de una lámpara viene determinada básicamente por la temperatura de
trabajo del filamento. Mientras más alta sea esta, mayor será el flujo luminoso pero
también la velocidad de evaporación del material que forma el filamento. Las
partículas evaporadas, cuando entren en contacto con las paredes se depositarán
sobre estas, ennegreciendo la ampolla. De esta manera se verá reducido el flujo
luminoso por ensuciamiento de la ampolla. Pero, además, el filamento se habrá
vuelto más delgado por la evaporación del tungsteno que lo forma y se reducirá,
en consecuencia, la corriente eléctrica que pasa por él, la temperatura de trabajo y
el flujo luminoso. Esto seguirá ocurriendo hasta que finalmente se rompa el
filamento. A este proceso se le conoce como depreciación luminosa.
Para determinar la vida de una lámpara disponemos de diferentes parámetros
según las condiciones de uso definidas.
Fuente de luz blanca. Fuente de luz
monocromática.
22
La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una lámpara se
estropea, trabajando en unas condiciones determinadas.
La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la
mitad de las lámparas de un lote representativo de una instalación, trabajando en
unas condiciones determinadas.
La vida útil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un
conjunto de lámparas de una instalación a mantenerlas. Esto se hace por motivos
económicos y para evitar una disminución excesiva en los niveles de iluminación
en la instalación debido a la depreciación que sufre el flujo luminoso con el tiempo.
Este valor sirve para establecer los periodos de reposición de las lámparas de una
instalación.
La vida media es el tiempo medio que resulta tras el análisis y ensayo de un lote
de lámparas trabajando en unas condiciones determinadas.
La duración de las lámparas incandescentes está normalizada; siendo de unas
1000 horas para las normales, para las halógenas es de 2000 horas para
aplicaciones generales y de 4000 horas para las especiales.
Factores externos que influyen en el funcionamiento de las lámparas
Los factores externos que afectan al funcionamiento de las lámparas son la
temperatura del entorno dónde esté situada la lámpara y las desviaciones en la
tensión nominal en los bornes.
La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el
funcionamiento de las lámparas incandescentes, pero sí se ha de tener en cuenta
para evitar deterioros en los materiales empleados en su fabricación. En las
lámparas normales hay que tener cuidado de que la temperatura de
funcionamiento no exceda de los 200 ºC (Grados centígrados) para el casquillo y
los 370 ºC para el bulbo en el alumbrado general. Esto será de especial atención
si la lámpara está alojada en luminarias con mala ventilación. En el caso de las
lámparas halógenas es necesaria una temperatura de funcionamiento mínima en
23
el bulbo de 260º C para garantizar el ciclo regenerador del wolframio. En este caso
la máxima temperatura admisible en la ampolla es de 520 ºC para ampollas de
vidrio duro y 900 ºC para el cuarzo.
Las variaciones de la tensión se producen cuando aplicamos a la lámpara una
tensión diferente de la tensión nominal para la que ha sido diseñada. Cuando
aumentamos la tensión aplicada se produce un incremento de la potencia
consumida y del flujo emitido por la lámpara pero se reduce la duración de la
lámpara. Análogamente, al reducir la tensión se produce el efecto contrario.
Figura 1.6 Efecto de las variaciones de tensión (%) sobre las características de funcionamiento de las lámparas incandescentes.
1.2.1.4 Partes de una lámpara
Las lámparas incandescentes están formadas por un hilo de wolframio que se
calienta por efecto Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a
emitir luz visible. Para evitar que el filamento se queme en contacto con el aire, se
rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha hecho el vacío o se ha rellenado
con un gas. El conjunto se completa con unos elementos con funciones de soporte
y conducción de la corriente eléctrica y un casquillo normalizado que sirve para
conectar la lámpara a la luminaria.
24
Figura 1.7 Partes de una bombilla
1.2.1.5 Tipos de lámparas
Existen dos tipos de lámparas incandescentes: las que contienen un gas halógeno
en su interior y las que no lo contienen:
Lámparas no halógenas. Entre las lámparas incandescentes no halógenas
podemos distinguir las que se han rellenado con un gas inerte de aquellas en que
se ha hecho el vacío en su interior. La presencia del gas supone un notable
incremento de la eficacia luminosa de la lámpara dificultando la evaporación del
material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del
filamento. Las lámparas incandescentes tienen una duración normalizada de 1000
horas, una potencia entre 25 y 2000 W y unas eficacias entre 7.5 y 11 lm/W para
las lámparas de vacío y entre 10 y 20 para las rellenas de gas inerte. En la
actualidad predomina el uso de las lámparas con gas, reduciéndose el uso de las
de vacío a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con potencias de hasta
40 W.
25
Tabla 1.1 Lámparas no halógenas
Lámparas halógenas de alta y baja tensión. En las lámparas incandescentes
normales, con el paso del tiempo, se produce una disminución significativa del
flujo luminoso. Esto se debe, en parte, al ennegrecimiento de la ampolla por culpa
de la evaporación de partículas de Wolframio (Tungsteno) del filamento y su
posterior condensación sobre la ampolla.
Agregando una pequeña cantidad de un compuesto gaseoso con halógenos
(cloro, bromo o yodo), normalmente se usa el CH2Br2, al gas de relleno se
consigue establecer un ciclo de regeneración del halógeno que evita el
ennegrecimiento. Cuando el tungsteno se evapora se une al bromo formando el
bromuro de wolframio (WBr2). Como las paredes de la ampolla están muy
calientes (más de 260 ºC) no se deposita sobre estas y permanece en estado
gaseoso. Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento, que
está muy caliente, se descompone en Wolframio que se deposita sobre el
filamento y Br que pasa al gas de relleno. Y así, el ciclo vuelve a empezar.
Lámparas con gas
Lámparas de vacío
Temperatura del filamento
2500 ºC 2100 ºC
Eficacia luminosa de la lámpara
10-20 lm/W 7.5-11 lm/W
Duración 1000 horas 1000 horas Pérdidas de calor Convección y
radiación Radiación
26
Figura 1.8 Ciclo del halógeno
El funcionamiento de este tipo de lámparas requiere de temperaturas muy altas
para que pueda realizarse el ciclo del halógeno. Por eso, son más pequeñas y
compactas que las lámparas normales y la ampolla se fabrica con un cristal
especial de cuarzo que impide manipularla con los dedos para evitar su deterioro.
Tienen una eficacia luminosa de 22 lm/W con una amplia gama de potencias de
trabajo (150 a 2000W) según el uso al que estén destinadas. Las lámparas
halógenas se utilizan normalmente en alumbrado por proyección y cada vez más
en iluminación doméstica.
1.2.2 Lámparas de descarga
Las lámparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de
una manera más eficiente y económica que las lámparas incandescentes. Por eso,
su uso está tan extendido hoy en día. La luz emitida se consigue por excitación de
un gas sometido a descargas eléctricas entre dos electrodos. Según el gas
contenido en la lámpara y la presión a la que esté sometido tendremos diferentes
tipos de lámparas, cada una de ellas con sus propias características luminosas.
27
Funcionamiento. En las lámparas de descarga, la luz se consigue estableciendo
una corriente eléctrica entre dos electrodos situados en un tubo lleno con un gas o
vapor ionizado.
Figura 1.9 Funcionamiento de una lámpara de descarga
En el interior del tubo, se producen descargas eléctricas como consecuencia de la
diferencia de potencial entre los electrodos. Estas descargas provocan un flujo de
electrones que atraviesa el gas. Cuando uno de ellos choca con los electrones de
las capas externas de los átomos les transmite energía y pueden suceder dos
cosas.
La primera posibilidad es que la energía transmitida en el choque sea lo
suficientemente elevada para poder arrancar al electrón de su orbital. Este, puede
a su vez, chocar con los electrones de otros átomos repitiendo el proceso. Si este
proceso no se limita, se puede provocar la destrucción de la lámpara por un
exceso de corriente.
La otra posibilidad es que el electrón no reciba suficiente energía para ser
arrancado. En este caso, el electrón pasa a ocupar otro orbital de mayor energía.
Este nuevo estado acostumbra a ser inestable y rápidamente se vuelve a la
situación inicial. Al hacerlo, el electrón libera la energía extra en forma de radiación
electromagnética, principalmente ultravioleta (UV) o visible. Un electrón no puede
tener un estado energético cualquiera, sino que sólo puede ocupar unos pocos
estados que vienen determinados por la estructura atómica del átomo. Como la
longitud de onda de la radiación emitida es proporcional a la diferencia de energía
28
entre el estado inicial y final del electrón y los estados posibles no son infinitos, es
fácil comprender que el espectro de estas lámparas sea discontinuo.
Figura 1.10 Relación entre los estados energéticos de los electrones y las franjas
visibles en el espectro.
La consecuencia de esto es que la luz emitida por la lámpara no es blanca (por
ejemplo en las lámparas de sodio a baja presión es amarillenta). Por lo tanto, la
capacidad de reproducir los colores de estas fuentes de luz es, en general, peor
que en el caso de las lámparas incandescentes que tienen un espectro continuo.
Es posible, recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes, mejorar la
reproducción de los colores y aumentar la eficacia de las lámparas convirtiendo las
nocivas emisiones ultravioletas en luz visible.
1.2.2.1 Elementos auxiliares
Para que las lámparas de descarga funcionen correctamente es necesario, en la
mayoría de los casos, la presencia de unos elementos auxiliares: cebadores y
balastros. Los cebadores o ignitores son dispositivos que suministran un breve
pico de tensión entre los electrodos del tubo, necesario para iniciar la descarga y
vencer así la resistencia inicial del gas a la corriente eléctrica. Tras el encendido,
29
continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y que se
caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal.
Los balastros, por contra, son dispositivos que sirven para limitar la corriente que
atraviesa la lámpara y evitar así un exceso de electrones circulando por el gas que
aumentaría el valor de la corriente hasta producir la destrucción de la lámpara.
Eficacia. Al establecer la eficacia de este tipo de lámparas hay que diferenciar
entre la eficacia de la fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios
para su funcionamiento que depende del fabricante. En las lámparas, las pérdidas
se centran en dos aspectos: las pérdidas por calor y las pérdidas por radiaciones
no visibles (ultravioleta e infrarrojo). El porcentaje de cada tipo dependerá de la
clase de lámpara con que trabajemos.
Figura 1.11 Balance energético de una lámpara de descarga
La eficacia de las lámparas de descarga oscila entre los 19-28 lm/W de las
lámparas de luz de mezcla y los 100-183 lm/W de las de sodio a baja presión.
30
Tabla 1.2 Eficacia de las lámparas
.
1.2.2.2 Características cromáticas
Debido a la forma discontinua del espectro de estas lámparas, la luz emitida es
una mezcla de unas pocas radiaciones monocromáticas; en su mayor parte en la
zona ultravioleta (UV) o visible del espectro. Esto hace que la reproducción del
color no sea muy buena y su rendimiento en color tampoco.
Figura 1.12 Ejemplo de espectro de una lámpara de descarga
Tipo de lámpara Eficacia sin balastro
(lm/W)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presión
40-63
Halogenuros metálicos
75-95
Sodio a baja presión
100-183
Sodio a alta presión 70-130
31
Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con
radiaciones de longitudes de onda distintas a las de la lámpara. La primera opción
es combinar en una misma lámpara dos fuentes de luz con espectros que se
complementen como ocurre en las lámparas de luz de mezcla (incandescencia y
descarga). También podemos aumentar la presión del gas. De esta manera se
consigue aumentar la anchura de las líneas del espectro de manera que formen
bandas anchas y más próximas entre sí. Otra solución es añadir sustancias
sólidas al gas, que al vaporizarse emitan radiaciones monocromáticas
complementarias. Por último, podemos recubrir la pared interna del tubo con una
sustancia fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas en radiaciones
visibles.
1.2.2.3 Características de duración de las lámparas
Hay dos aspectos básicos que afectan a la duración de las lámparas. El primero
es la depreciación del flujo. Este se produce por ennegrecimiento de la superficie
de la superficie del tubo donde se va depositando el material emisor de electrones
que recubre los electrodos. En aquellas lámparas que usan sustancias
fluorescentes otro factor es la pérdida gradual de la eficacia de estas sustancias.
El segundo es el deterioro de los componentes de la lámpara que se debe a la
degradación de los electrodos por agotamiento del material emisor que los
recubre. Otras causas son un cambio gradual de la composición del gas de relleno
y las fugas de gas en lámparas a alta presión.
32
Tabla 1.3 Características de duración de las lámparas
1.2.2.4 Factores externos que influyen en el funcionamiento de las lámparas
Los factores externos que más influyen en el funcionamiento de la lámpara son la
temperatura ambiente y la influencia del número de encendidos.
Las lámparas de descarga son, en general, sensibles a las temperaturas
exteriores. Dependiendo de sus características de construcción (tubo desnudo,
ampolla exterior...) se verán más o menos afectadas en diferente medida. Las
lámparas a alta presión, por ejemplo, son sensibles a las bajas temperaturas en
que tienen problemas de arranque. Por contra, la temperatura de trabajo estará
limitada por las características térmicas de los componentes (200º C para el
casquillo y entre 350º y 520º C para la ampolla según el material y tipo de
lámpara).
La influencia del número de encendidos es muy importante para establecer la
duración de una lámpara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora
de los electrodos depende en gran medida de este factor.
Tipo de lámpara Vida promedio (h)
Fluorescente estándar 12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presión 25000
Halogenuros metálicos 11000
Sodio a baja presión 23000
Sodio a alta presión 23000
33
1.2.2.5 Partes de una lámpara descarga
Las formas de las lámparas de descarga varían según la clase de lámpara con
que tratemos. De todas maneras, todas tienen una serie de elementos en común
como el tubo de descarga, los electrodos, la ampolla exterior o el casquillo.
Figura 1.13 Principales partes de una lámpara de descarga.
1.2.2.6 Clase de lámparas de descarga
Las lámparas de descarga se pueden clasificar según el gas utilizado (vapor de
mercurio o sodio) o la presión a la que este se encuentre (alta o baja presión). Las
propiedades varían mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos
usos u otros.
34
Lámparas de vapor de mercurio:
Baja presión:
Lámparas fluorescentes
Alta presión:
Lámparas de vapor de mercurio a alta presión
Lámparas de luz de mezcla
Lámparas con halogenuros metálicos
Lámparas de vapor de sodio:
Lámparas de vapor de sodio a baja presión
Lámparas de vapor de sodio a alta presión
1.2.2.7 Lámparas de vapor de mercurio
Lámparas fluorescentes
Las lámparas fluorescentes son lámparas de vapor de mercurio a baja presión (0.8
Pa). En estas condiciones, en el espectro de emisión del mercurio predominan las
radiaciones ultravioletas en la banda de 253.7 Longitud de onda (nm). Para que
estas radiaciones sean útiles, se recubren las paredes interiores del tubo con
polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles.
De la composición de estas sustancias dependerán la cantidad y calidad de la luz,
y las cualidades cromáticas de la lámpara. En la actualidad se usan dos tipos de
polvos; los que producen un espectro continuo y los trifósforos que emiten un
espectro de tres bandas con los colores primarios. De la combinación estos tres
colores se obtienen una luz blanca que ofrece un buen rendimiento de color sin
penalizar la eficiencia como ocurre en el caso del espectro continuo.
35
Figura 1.14 Lámpara fluorescente
Las lámparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior. Están
formadas por un tubo de diámetro normalizado, normalmente cilíndrico, cerrado en
cada extremo con un casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos. El
tubo de descarga está relleno con vapor de mercurio a baja presión y una
pequeña cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar el encendido y controlar
la descarga de electrones.
La eficacia de estas lámparas depende de muchos factores: potencia de la
lámpara, tipo y presión del gas de relleno, propiedades de la sustancia
fluorescente que recubre el tubo, temperatura ambiente... Esta última es muy
importante porque determina la presión del gas y en último término el flujo de la
lámpara. La eficacia oscila entre los 38 y 91 lm/W dependiendo de las
características de cada lámpara.
Figura 1.15 Balance energético de una lámpara fluorescente
36
La duración de estas lámparas se sitúa entre 5000 y 7000 horas. Su vida termina
cuando el desgaste sufrido por la sustancia emisora que recubre los electrodos,
hecho que se incrementa con el número de encendidos, impide el encendido al
necesitarse una tensión de ruptura superior a la suministrada por la red. Además
de esto, hemos de considerar la depreciación del flujo provocada por la pérdida de
eficacia de los polvos fluorescentes y el ennegrecimiento de las paredes del tubo
donde se deposita la sustancia emisora.
El rendimiento en color de estas lámparas varía de moderado a excelente según
las sustancias fluorescentes empleadas. Para las lámparas destinadas a usos
habituales que no requieran de gran precisión su valor está entre 80 y 90. De igual
forma la apariencia y la temperatura de color varía según las características
concretas de cada lámpara.
Tabla 1.4 Rendimiento de color de las lámparas
Las lámparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de
elementos auxiliares. Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga
utilizan el balasto y para el encendido existen varias posibilidades que se pueden
resumir en arranque con cebador o sin él. En el primer caso, el cebador se utiliza
para calentar los electrodos antes de someterlos a la tensión de arranque. En el
segundo caso tenemos las lámparas de arranque rápido en las que se calientan
continuamente los electrodos y las de arranque instantáneo en que la ignición se
consigue aplicando una tensión elevada.
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco cálido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco frío 4200
Luz día 6500
37
Más modernamente han aparecido las lámparas fluorescentes compactas que
llevan incorporado el balasto y el cebador. Son lámparas pequeñas con casquillo
de rosca o bayoneta pensadas para sustituir a las lámparas incandescentes con
ahorros de hasta el 70% de energía y unas buenas prestaciones.
Lámparas de vapor de mercurio a alta presión
A medida que aumentamos la presión del vapor de mercurio en el interior del tubo
de descarga, la radiación ultravioleta característica de la lámpara a baja presión
pierde importancia respecto a las emisiones en la zona visible, violeta de 404.7
Longitud de onda (nm), azul 435.8 Longitud de onda (nm), verde 546.1 Longitud
de onda (nm) y amarillo 579 Longitud de onda (nm).
Figura 1.16 Espectro de emisión sin corregir
En estas condiciones la luz emitida, de color azul verdoso, no contiene radiaciones
rojas. Para resolver este problema se acostumbra a añadir sustancias
fluorescentes que emitan en esta zona del espectro. De esta manera se mejoran
las características cromáticas de la lámpara. La temperatura de color se mueve
entre 3500 y 4500 K con índices de rendimiento en color de 40 a 45 normalmente.
La vida útil, teniendo en cuenta la depreciación se establece en unas 8000 horas.
La eficacia oscila entre 40 y 60 lm/W y aumenta con la potencia, aunque para una
38
misma potencia es posible incrementar la eficacia añadiendo un recubrimiento de
polvos fosforescentes que conviertan la luz ultravioleta en visible.
Figura 1.17 Balance energético de una lámpara de mercurio a alta presión
Los modelo más habituales de estas lámparas tienen una tensión de encendido
entre 150 y 180 Volts (V) que permite conectarlas a la red de 220 Volts (V) sin
necesidad de elementos auxiliares. Para encenderlas se recurre a un electrodo
auxiliar próximo a uno de los electrodos principales que ioniza el gas inerte
contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales. A continuación se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos,
caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado, en el que se
produce la vaporización del mercurio y un incremento progresivo de la presión del
vapor y el flujo luminoso hasta alcanzar los valores normales. Si en estos
momentos se apagara la lámpara no sería posible su reencendido hasta que se
enfriara, puesto que la alta presión del mercurio haría necesaria una tensión de
ruptura muy alta.
39
Figura 1.18 Lámpara de mercurio a alta presión
Lámparas de luz de mezcla
Las lámparas de luz de mezcla son una combinación de una lámpara de mercurio
a alta presión con una lámpara incandescente y habitualmente, un recubrimiento
fosforescente. El resultado de esta mezcla es la superposición, al espectro del
mercurio, del espectro continuo característico de la lámpara incandescente y las
radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia.
Figura 1.19 Espectro de emisión de una lámpara de luz de mezcla
40
Su eficacia se sitúa entre 20 y 60 lm/W y es el resultado de la combinación de la
eficacia de una lámpara incandescente con la de una lámpara de descarga. Estas
lámparas ofrecen una buena reproducción del color con un rendimiento en color
de 60 y una temperatura de color de 3600 K.
La duración viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal
causa de fallo. Respecto a la depreciación del flujo hay que considerar dos
causas. Por un lado tenemos el ennegrecimiento de la ampolla por culpa del
wolframio evaporado y por otro la pérdida de eficacia de los polvos fosforescentes.
En general, la vida media se sitúa en torno a las 6000 horas.
Figura 1.20 Lámpara de luz de mezcla
Una particularidad de estas lámparas es que no necesitan balasto ya que el propio
filamento actúa como estabilizador de la corriente. Esto las hace adecuadas para
sustituir las lámparas incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones.
41
Lámparas con halogenuros metálicos
Si añadimos en el tubo de descarga yoduros metálicos (sodio, talio, indio...) se
consigue mejorar considerablemente la capacidad de reproducir el color de la
lámpara de vapor de mercurio. Cada una de estas sustancias aporta nuevas
líneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio, verde el talio y rojo y azul el
indio).
Figura 1.21 Espectro de emisión de una lámpara con halogenuros metálicos
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a
6000 K dependiendo de los yoduros añadidos y un rendimiento del color de entre
65 y 85. La eficiencia de estas lámparas ronda entre los 60 y 96 lm/W y su vida
media es de unas 10000 horas. Tienen un periodo de encendido de unos diez
minutos, que es el tiempo necesario hasta que se estabiliza la descarga. Para su
funcionamiento es necesario un dispositivo especial de encendido, puesto que las
tensiones de arranque son muy elevadas (1500-5000 V).
42
Figura 1.22 Lámpara con halogenuros metálicos
Las excelentes prestaciones cromáticas la hacen adecuada entre otras para la
iluminación de instalaciones deportivas, para retransmisiones de TV, estudios de
cine, proyectores, etc.
1.2.2.8 Lámparas de vapor de sodio
Lámparas de vapor de sodio a baja presión
La descarga eléctrica en un tubo con vapor de sodio a baja presión produce una
radiación monocromática característica formada por dos rayas en el espectro (589
Longitud de onda (nm) y 589.6 Longitud de onda (nm)) muy próximas entre sí.
Figura 1.23 Espectro de una lámpara de vapor de sodio a baja presión
43
La radiación emitida, de color amarillo, está muy próxima al máximo de
sensibilidad del ojo humano (555 nm). Por ello, la eficacia de estas lámparas es
muy elevada (entre 160 y 180 lm/W). Otras ventajas que ofrece es que permite
una gran comodidad y agudeza visual, además de una buena percepción de
contrastes. Por contra, su monocromatismo hace que la reproducción de colores y
el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible distinguir los colores
de los objetos.
Figura 1.24 Balance energético de una lámpara de vapor de sodio a baja presión
La vida media de estas lámparas es muy elevada, de unas 15000 horas y la
depreciación de flujo luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo
que su vida útil es de entre 6000 y 8000 horas. Esto junto a su alta eficiencia y las
ventajas visuales que ofrece la hacen muy adecuada para usos de alumbrado
público, aunque también se utiliza con finalidades decorativas. En cuanto al final
de su vida útil, este se produce por agotamiento de la sustancia emisora de
electrones como ocurre en otras lámparas de descarga. Aunque también se puede
producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior.
44
Figura 1.25 Lámpara de vapor de sodio a baja presión
En estas lámparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las
pérdidas por calor y reducir el tamaño de la lámpara. Está elaborado de materiales
muy resistentes pues el sodio es muy corrosivo y se le practican unas pequeñas
hendiduras para facilitar la concentración del sodio y que se vaporice a la
temperatura menor posible. El tubo está encerrado en una ampolla en la que se ha
practicado el vacío con objeto de aumentar el aislamiento térmico. De esta manera
se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la
pared del tubo (270 ºC).
El tiempo de arranque de una lámpara de este tipo es de unos diez minutos. Es el
tiempo necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de
gases inertes (neón y argón) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a
emitir luz. Físicamente esto se corresponde a pasar de una luz roja (propia del
neón) a la amarilla característica del sodio. Se procede así para reducir la tensión
de encendido.
Lámparas de vapor de sodio a alta presión
Las lámparas de vapor de sodio a alta presión tienen una distribución espectral
que abarca casi todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada
mucho más agradable que la proporcionada por las lámparas de baja presión.
45
Figura 1.26 Espectro de una lámpara de vapor de sodio a alta presión
Las consecuencias de esto es que tienen un rendimiento en color (Tcolor= 2100
K) y capacidad para reproducir los colores mucho mejores que la de las lámparas
a baja presión (IRC = 25, aunque hay modelos de 65 y 80 ). No obstante, esto se
consigue a base de sacrificar eficacia; aunque su valor que ronda los 130 lm/W
sigue siendo un valor alto comparado con los de otros tipos de lámparas.
Figura 1.27 Balance energético de una lámpara de vapor de sodio a alta presión
La vida media de este tipo de lámparas ronda las 20,000 horas y su vida útil entre
8,000 y 12,000 horas. Entre las causas que limitan la duración de la lámpara,
además de mencionar la depreciación del flujo tenemos que hablar del fallo por
fugas en el tubo de descarga y del incremento progresivo de la tensión de
encendido necesaria hasta niveles que impiden su correcto funcionamiento.
46
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas
temperaturas (1000 ºC), la presión y las agresiones químicas producidas por el
sodio que debe soportar el tubo de descarga. En su interior hay una mezcla de
sodio, vapor de mercurio que actúa como amortiguador de la descarga y xenón
que sirve para facilitar el arranque y reducir las pérdidas térmicas. El tubo está
rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vacío. La tensión de encendido
de estas lámparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve.
Este tipo de lámparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminación de
interiores como de exteriores. Algunos ejemplos son en iluminación de naves
industriales, alumbrado público o iluminación decorativa.
Lámparas de vapor de sodio de alta presión
1.2.3 LEDs.
Un led (de la sigla inglesa LED: Light-Emitting Diode: „diodo emisor de luz‟) es un
diodo semiconductor que emite luz. Se usan como indicadores en muchos
dispositivos, y cada vez con mucha más frecuencia, en iluminación.
Figura 1.28 Lámparas de vapor de sodio de alta presión
47
Con un tamaño de pocos milimetros, los LEDs ofrecen decisivas ventajas gracias
a su avanzada tecnología, que los convierte en una alternativa real a las lámparas
convencionales en muchas aplicaciones. Los LEDs son semiconductores
compuestos que convierten la corriente eléctrica directamente en luz, lo cual
permite crear disenos creativos para conseguir soluciones luminosas innovadoras
con la variedad de colores que irradian y su reducido tamaño.
El efecto de producir luz con un diodo semiconductor se observó por primera vez
en 1907, pero como la luz que proporcionaba era muy pequena nadie le dio
ninguna importancia. Se tuvo que esperar hasta 1962 a que Nick Holonyak, en
aquel momento investigador de General Electric redescubriera que los cristales
semiconductores podian emitir luz roja (se consiguio una frecuencia de emision de
unos 650 nm con una intensidad relativamente baja, aproximadamente 10 mcd
a20mA). Los siguientes desarrollos, ya entrada la decada del 70, introdujeron
nuevos colores al espectro, asi se consiguieron colores verde, ambar y naranja.
Tambien se desarrollaron LEDs infrarrojos, los cuales se hicieron rapidamente
populares en los controles remotos de los televisores y otros artefactos del hogar.
Ya a mediados de la década de los 90 se usaron nuevos materiales para producir
los llamados LEDs de potencia o alto brillo (como por ejemplo: AlInGaP, mezcla de
Aluminio, Indio, Galio, Fósforo y tambien InGaN, mezcla de Galio y Nitrógeno) y
asi se pudo conseguir una gran gama de colores del espectro visible cambiando la
proporción de los materiales que lo componen; su vida útil tambien aumentó hasta
alrededor de 100 000 horas.
Los LEDs son una alternativa valida a las fuentes convencionales de luz en
muchas áreas de la iluminacion general y están abiertos tambien a oportunidades
y perspectivas desconocidas hasta ahora. En la actualidad las prestaciones de los
LEDs son amplias, poseen una gama de dispositivos que varian de acuerdo a los
colores que producen, distribuciones angulares, geometrías y potencia
consumidas.
48
1.3 Luminarias
Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexión a la red eléctrica a
las lámparas. Como esto no basta para que cumplan eficientemente su función, es
necesario que cumplan una serie de características ópticas, mecánicas y
eléctricas entre otras.
A nivel de óptica, la luminaria es responsable del control y la distribución de la luz
emitida por la lámpara. Es importante, pues, que en el diseño de su sistema óptico
se cuide la forma y distribución de la luz, el rendimiento del conjunto lámpara-
luminaria y el deslumbramiento que pueda provocar en los usuarios. Otros
requisitos que deben cumplir las luminarias es que sean de fácil instalación y
mantenimiento. Para ello, los materiales empleados en su construcción han de ser
los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y
mantener la temperatura de la lámpara dentro de los límites de funcionamiento.
Todo esto sin perder de vista aspectos no menos importantes como la economía o
la estética.
Figura 1.29 Ejemplo de luminarias
49
1.3.1 Clasificación
Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo más común es
utilizar criterios ópticos, mecánicos o eléctricos.
Clasificación según las características ópticas de la lámpara
Una primera manera de clasificar las luminarias es según el porcentaje del flujo
luminoso emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la
lámpara. Es decir, dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o
al suelo. Según esta clasificación se distinguen seis clases.
Otra clasificación posible es atendiendo al número de planos de simetría que
tenga el sólido fotométrico. Así, podemos tener luminarias con simetría de
revolución que tienen infinitos planos de simetría y por tanto nos basta con uno de
ellos para conocer lo que pasa en el resto de planos (por ejemplo un proyector o
una lámpara tipo globo), con dos planos de simetría (transversal y longitudinal)
Directa
Semi-directa
General difusa
Directa-
indirecta
Semi-directa
Indirecta
Figura 1.30 Clasificación centro de investigacion en energía (CIE) según la
distribución de la luz
50
como los fluorescentes y con un plano de simetría (el longitudinal) como ocurre en
las luminarias de alumbrado diario.
1.4 Fotometría
El término "Fotometría" se usa para definir cualquier información de prueba que
describa las características de la salida de luz de un luminario. El tipo más común
de información fotométrica incluye las curvas de distribución Candlepower
(candelas), criterios de espaciamiento, eficiencia del luminario, curvas
Isofootcandle o isolux, coeficiente de utilización e información de luminancia. El
propósito de la fotometría es describir con exactitud el rendimiento de un luminario
para permitir al diseñador, seleccionar el equipo de iluminación y diseñar una
distribución de luminarios que mejor cubra las necesidades del trabajo.
A continuación se revisan los tipos de información fotométrica más utilizados.
Luminaria con infinitos
planos de simetría
Luminaria con dos planos
de simetría
Luminaria con un plano
de simetría
Figura 1.31 Plano de simetría de las luminarias
51
1.4.1 Curva de distribución Candlepower.
La curva de distribución fotométrica es una de las herramientas más valiosas de
los diseñadores de iluminación. Es un corte "mapa" vertical de intensidad
(candelas), medidas en diferentes ángulos. Es una representación gráfica en
forma polar y por lo tanto muestra la información sólo para un plano. Si la
distribución del flujo emitido por el luminario es simétrica, la curva en un plano es
suficiente para todos los cálculos. Si es asimétrica, tal como la iluminación en
calles y las unidades fluorescentes, se requieren tres o más planos de medición.
En general, los luminarios incandescentes y HID son descritos por un plano
vertical único de fotometría. Los luminarios fluorescentes requieren un mínimo de
tres planos: uno a través del eje longitudinal del luminario, otro en el sentido
transversal y otro en un ángulo de 45°. A mayor separación de la simetría, más
son los planos que se necesitan para lograr cálculos precisos.
52
Figura 1.32 Curva de distribución Candlepower
1.4.2 Coeficiente de utilización (CU) (Figura 1.33)
El coeficiente de utilización se refiere al número de lúmenes que finalmente
alcanzan el plano de trabajo en relación a los lúmenes totales generados por la
lámpara. Los valores de CU son necesarios para calcular los niveles de
iluminancia promedio y son provistos de dos maneras: una tabla de CU o una
curva de utilización. Por lo general, la curva de utilización se provee para
luminarios de uso exterior o unidades con una distribución asimétrica. La Tabla
1.33 se provee para luminarios que se usan principalmente en interiores con curva
53
de distribución simétrica, donde se aplica el método de Lúmen (cavidad zonal). El
uso de la información de CU se discutirá en la sección que cubre los métodos de
cálculo.
Figura 1.33 Coeficiente de utilización
1.4.3 Tabla Isofootcandle o Isolux
Las tablas Isofootcandle se usan frecuentemente para describir el patrón de luz
cuando un luminario produce una distribución no simétrica.
Estas tablas se derivan de la información candlepower y muestran gráficas o
líneas de igual valor en luxes o footcandles en el plano de trabajo, cuando el
luminario está en la altura de montaje designado. El uso de tablas Isolux o
Isofootcandle, para determinar la iluminancia en puntos designados, será discutida
en la sección de cálculos punto por punto.
Criterio de Espaciamiento. El criterio de espaciamiento le da al diseñador,
información referente a qué tan separados deben colocarse los luminarios y
mantener una uniformidad de iluminación aceptable en el plano de trabajo. El
criterio de espaciamiento es conservador en la mayoría de los casos, por ejemplo,
toma en consideración sólo el componente de iluminación directo e ignora el
54
componente de luz indirecto que puede contribuir significativamente a la
uniformidad. Sin embargo, utilizado dentro de sus límites, el criterio de
espaciamiento puede ser útil. Para usarlo, multiplique la altura de montaje neta
(luminario a plano de trabajo) por el número de criterio de espaciamiento. En la
mayoría de los casos, este rango se utiliza con el método de cálculo de cavidad
zonal.
Tabla 1.5 Isofootcandle o Isolux
55
Capítulo II.
SITUACIÓN ACTUAL DEL PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Las instalaciones que se encuentran actualmente en Planta 04, Hilatura, en el
departamento de Trociles, cuenta con un total de 60 máquinas instaladas, con
dimensiones de 41.30 metros (m) de largo, 0.80m de ancho y 2.80 m de altura.
Estas máquinas están organizadas en paralelo con un pasillo central entre ellas
de 1.10 m. En este departamento se desarrolla el proceso de la mecha de algodón
para obtener hilo muy delgado que posteriormente se pasa al departamento de
coneras donde se obtiene el hilo final para venta o consumo interno.
En cada pasillo central que hay entre máquinas se encuentra instalada una hilera
de 14 ó 13 luminarias de 2x75 watts del tipo fluorescente con balastro del tipo
electromagnético y tubos T12, esta área cuenta con una cantidad de 608
luminarias de 2x75 w con un total de 1,216 lámparas fluorescentes T12-75 w y 608
balastros electromagnéticos de 2x75 W, lo que se busca en este estudio es
determinar las condiciones actuales y se realizarán las pruebas con la nueva
tecnología para determinar todos los beneficios que se pueden tener, para
determinar el sistema más eficiente y que cumpla con los requerimientos del
departamento.
En la siguiente Figura 2.1 se muestra el departamento de Trociles de Planta 04 de
Manufacturas Kaltex.
56
Figura 2.1 Departamento de Trociles
2.1 Estudio del sistema de iluminación situación actual y nueva propuesta.
Primero se hizo un análisis de las condiciones actuales del sistema de alumbrado
del departamento de Trociles.
Tabla 2.1 Niveles de iluminación medidos reales (actual) del departamento de Trociles.
ZONA No.
TIPO DE ÁREA ACTIVIDAD LUXES (LAMP.
FLUOR.)
1 PASILLO ENTRE
MAQUINAS
ÁREA DE EMPALME DE HILO/ COLGANTE DE
BOBINA 332/644
2 PASILLO DE TRANSITO
SE TRANSITA CONTINUAMENTE CON CARROS MUDADORES
218
3 MUDADO DE HILO PARTE DONDE SE
MUDAN LOS HILOS Y SE DEPOSITAN CANILLAS
199
4 ZONA LIBRE SE OCUPA PARA
TRANSITAR PERSONAL 209
57
2.1.1 Niveles de Iluminación requeridos de acuerdo con la NORMA
En la Tabla 2.2 se indican cada una de las zonas del departamento y las
actividades que se realizan con el nivel de iluminación requerido, en esta tabla se
determinó el nivel de iluminacion requerido de acuerdo con lo que estipula la
NORMA en funcion de la actividad desarrollada:
* Luxes requeridos por la NORMA 25 –STPS-2008, condiciones de iluminación
en los centros de trabajo, a la altura de trabajo y promedio para la circulación.
Tabla 2.2 Descripción de las áreas de trabajo y sus niveles de iluminación en el departamento de Trociles
ZONA No.
TIPO DE ÁREA ACTIVIDAD LUXES*
1 PASILLO ENTRE
MÁQUINAS ÁREA DE EMPALME DE HILO/
COLGANTE DE BOBINA 300/200
2 PASILLO DE TRANSITO SE TRANSITA
CONTINUAMENTE CON CARROS MUDADORES
50
3 MUDADO DE HILO PARTE DONDE SE MUDAN
LOS HILOS Y SE DEPOSITAN CANILLAS
200
4 ZONA LIBRE SE OCUPA PARA TRANSITAR
PERSONAL 50
TROCIL
TROCIL
TROCIL
TROCIL
58
Capítulo III.
PROPUESTA DE SOLUCIÓN AL PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Estudio de uso racional de la energía en sistemas de iluminación.
Debido al nivel competitivo que se tiene actualmente en el ramo textil, los avances
tecnológicos y la exigencia de reducción de costos en los procesos productivos ,
siendo más eficiente y utilizando nuevas tecnologías, la empresa se ve la
necesidad de revisar las opciones posibles que allá para modernizar el sistema de
iluminación, es por eso que se están evaluando diversas tecnologías para poder
determinar la opción más viable que permita tener ahorros importantes y reducir
los costos de operación así como también contribuir el cuidado del medio
ambiente.
Se desarrollará el proyecto para eficientizar el sistema de iluminación mediante
pruebas, cálculos, mediciones y análisis del sistema de iluminación fluorescente T-
12 con balastro electromagnético actual, contra las lámparas tipo LED´s, en un
departamento de la empresa, para determinar los beneficios que se tienen con la
nueva tecnología, siendo este un proyecto piloto que permitirá tomar la decisión
para la implementación de la nueva tecnología en todas las plantas de la empresa.
El proyecto se desarrollará de acuerdo de las siguientes etapas, que son:
1. Estudio del sistema de iluminación, situación actual y nueva
propuesta.
2. Propuesta de solución al problema con lámparas tipo LED.
3. Elaboración del proyecto con lámparas LEDs
59
3.1 Niveles de iluminación con el Sistema actual y con la propuesta de
lámparas tipo LED, en el departamento de Trociles.
Se realizaron mediciones en las diferentes áreas del departamento con un
Luxómetro, modelo LM80, marca Amprobe, para determinar los niveles reales de
iluminación de ambas tecnologías; sistema actual con lámparas
FLUORESCENTES y nueva propuesta con lámparas tipo LED. En la Tabla 3.1 se
indica los niveles de iluminación promedios reales tomados en planta.
Puntos de Medición. Para el desarrollo de las mediciones se consideraron tres
gabinetes en serie tipo zopilote con 2 lámparas fluorescentes de 75 W, se
realizaron las mediciones en varios puntos de referencia los cuales se midieron a
diferentes alturas, los puntos que se tomaron se indican en la siguiente Figura 3.1.
Tabla 3.1. Niveles de iluminación medidos de las áreas del departamento de Trociles.
ZONA No.
TIPO DE ÁREA ACTIVIDAD LUXES
(LAMP. FLUOR.)
LUXES (LAMP. LEDs)
1 PASILLO ENTRE
MÁQUINAS
ÁREA DE EMPALME DE HILO/ COLGANTE DE
BOBINA 332/644
456/768
2 PASILLO DE TRÁNSITO
SE TRANSITA CONTINUAMENTE CON CARROS MUDADORES
218 239
3 MUDADO DE HILO PARTE DONDE SE
MUDAN LOS HILOS Y SE DEPOSITAN CANILLAS
199 219
4 ZONA LIBRE SE OCUPA PARA
TRANSITAR PERSONAL 209 230
60
Figura 3.1. Puntos de medición de nivel de iluminación.
Figura 3.2. Dimensiones de instalación de la luminaria sobre el pasillo.
1.20 m
Pasillo 110 cm
Centro
NPT
A/T = Área de Trabajo NPT = Nivel de Piso
2 m
Vista frontal
de la máquina
Trocil
Lateral
Altura de la
lámpara 3.40 m
300 Lux
200 Lux
50 Lux
Colgante de
pabilo
Lateral
Empalme de
Hilo
61
Tabla 3.2 Resultados de las mediciones.
Niveles de iluminación medidos en luxes en los puntos marcados para las lámparas
FLUORESCENTES y LED
PUNTO DE MEDICIÓN
LÁMPARA FLUORESCENTE LÁMPARA TIPO LED
2x75watts 2x32watts
ALTURA (METROS) ALTURA (METROS)
N/P 120 m 200 m N/P 120 m 200 m
Lux Lux lux Lux Lux Lux
A 169 349 658 227 433 742
B 172 284 428 211 343 487
C 162 218 222 187 239 243
D 195 353 656 253 437 740
E 178 286 445 217 345 504
F 167 209 207 192 230 228
G 187 302 548 245 386 632
H 177 332 644 239 456 768
I 166 274 416 207 337 479
J 165 212 223 199 232 243
K 182 343 647 244 467 771
L 165 279 432 206 342 495
M 151 199 206 185 219 226
N 177 316 535 239 440 659
3.1.1 Diseño de la instalación actual con las luminarias tipo Zopilote de 2x75
Watts.
Datos de Luminarias. Luminaria tipo zopilote incluye una estructura no reflectante
sin refractor y sin pantalla difusora cuenta con un balastro electromagnético de 2 x
75 Watts, 127 Volts marca LUMICON y 2 lámparas fluorescente de 75 Watts slim
line.
Estructura de la lámpara, la lámpara fluorescente está formada por un tubo de
vidrio fino revestido interiormente con un recubrimiento que contiene fósforo y
otros elementos. El tubo está lleno con un gas inerte, habitualmente argón y una
62
41.30 m
1.91 m
0.80 m
1.10 m
1.44 m
Luminaria 2x75 W
2.44 m 1.98 m
pequeña cantidad de mercurio, todo esto a una presión ligeramente inferior a la
ambiente.
Distribución de las Luminarias. En la siguiente figura se indican todas las
dimensiones de instalación actual de las luminarias en el departamento de
Trociles; largo del pasillo, dimensiones de la luminaria, separaciones entre ellas
así como de las maquinas.
Dimensiones de instalación de la luminaria.
Distancia de gabinete a gabinete de 1.98 m
Altura de piso a gabinete de 3.40 m
Ancho de pasillo entre máquina a máquina de 1.10 m
Dimensiones de la luminarias; 2.44 x 0.3 m.
Figura 3.3 Dimensiones generales de instalación de las luminarias.
63
Figura 3.4 Fotografía del pasillo de máquinas Trocil (Área de trabajo).
3.1.2 Consumo de energía eléctrica de las luminarias de 2x75 watts.
Para determinar el consumo real de las lámparas de 75 watts, se realizaron
diferentes mediciones a varias lámparas con el analizador de redes y con un
multímetro conectado en serie obteniendo los siguientes resultados:
Tabla 3.3 Consumo de energía eléctrica
Conceptos Lámpara fluorescente
de 2X75 Watts Lámpara LED 2x32
Watts
Tensión de alimentación
128.8 Volts (Voltios) 127 Volts (Amperios)
Intensidad de Corriente nominal
1.37 Ampere 0.50 Ampere
Consumo de energía eléctrica Watts (W)
169 W 64 W
Factor de potencia 0.90 0.90
64
3.1.3 Evaluación de las lámparas FLUORESCENTES contra las lámparas
tipo LEDs.
Tabla 3.4 Características generales de las lámparas
Características Tubo FLUORESCENTE 75 w
Tubo LED´s 32W-T8
Vida útil 12,000 horas (1.49 años) 80,000 horas (9.96 años)
Consumo de energía 75 W 32 W
Vida Uso Útil (operando 24 hrs/día)
1.49 9.96
Eficiencia energética 65% 90%
Balastro Necesita No necesita
Resistencia a impactos No, cuerpo de vidrio Si, cuerpo de aluminio y policarbonato.
Daño por calentamiento Alto No
Arrancador necesario Si No
Encendido Un encendido/apagado continuado reduce la vida del fluorescente
Luz instantánea al encender
Radiaciones reciclajes Emite rayos infra rojos y ultra violeta
No emite radiaciones
Contenido de Mercurio Si No
Contenido de Fósforo Si No
Reciclable No Si
65
3.2 Propuesta de solución al problema con lámparas tipo LED.
La propuesta de solución al problema del sistema de iluminación actual con
lámparas FUORESCENTES es la instalación de una nueva tecnología con
lámparas tipo LED – TUBO x TUBO, que consiste en cambiar el tubo
FLUORESCENTE por un tubo de LEDs sin hacer ninguna modificación del diseño
actual de las luminarias, para esta propuesta se está considerando un tubo de
LEDs que cumple con las características necesarias para desarrollar el proyecto.
El tubo propuesto que cumple con los requerimientos requeridos del
proyecto es un tubo T-8, de la Marca NS Desarrollos, modelo NS-696-32K-
T8K, el cual tiene las siguientes especificaciones y características:
Ahorradores de energía, ecológicos y larga vida.
Los tubos de LED NS han sido diseñados para reemplazar directa y fácilmente
tubos fluorescentes convencionales tipo T8 de 59 W y T12 de T75 W, con
diferentes ángulos de apertura, drivers de alta eficiencia para evitar altos niveles
de degradación y una vida de 80,000 horas.
Figura 3.5 Tubos LED
66
Características de la ecología.
Ahorros de electricidad hasta de un 70 %
No emite CO2 al medio ambiente
80,000 horas de vida
Distintos ángulos de dispersión para diferentes aplicaciones
Degradación de luz.
Ángulo del haz disponible: 90 grados o 120 grados.
Figura 3.6 Ángulo del haz
Tiempo de uso (horas) Degradación de lumens (%)
50,000 trabajadas 15
67
Dimensiones
Base: G13
Nota: todas las dimensiones son en milímetros.
68
Parámetros y ficha técnica
Parámetros y ficha técnica
Modelo NS-696-32W-T8
Sustituye a un
fluorescente de : >90 W
Numero de LED’s 696
Voltaje AC 90V-130,AC
200-240V
Frecuencia 60 Hz
Corriente AC 80mA ± 10Ma
Flujo lumínico
3400 Lm
escotópicos
(equivale a 5984 Lm
fotópicos)
Corte de corriente <5mA
Factor de potencia =0.90
Tolerancia de humedad >95%
CRI (Índice de rendimiento
de color) 84 Ra
Consumo (w) 32 W
Temperatura de color 3200°K, 4500°K,
5500°K, 6500°K
Tolerancia de
temperatura -35°C -45°C
Temperatura de
almacenaje -30°C-45°C
Luminancia a 1 metro =650 Lux
Tiempo de vida 80,000 horas
MCD del LED 4500 mcd
Dimensiones 2440 mm Ø 30 mm
69
Niveles de iluminación.
70
Curva fotométrica
71
3.3 Elaboración del Proyecto con lámparas tipo LED.
Plano de distribución de alumbrado
Diseño y conexión de la luminaria
Cronograma del proyecto de instalación
Organigrama
Lista de materiales, equipo y mano de obra.
72
Plano de distribución de alumbrado
SUBESTACION
ELECTRICA
No. 1
73
Diseño y conexión de la luminaria
´
74
Cronograma del proyecto de instalación
Nombre de la empresa
Proyecto
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
P
R
P
R
P
R
P
R
P
R
P
R
P
R
P
R
P
R
P
R
P
R
P
R
13 Avance total del proyecto 0%
NomenclaturaP Programado
R Real
F-DC-79/R2
ABRIL,2011
DIAGRAMA DE GANT PARA EL PLAN DE TRABAJO
Desmontaje de tubo lámpara7 0
Primer mes Segundo mes Quinto mes Sexto mesTercer mes Cuarto mesPda
2 Autorización del proyecto 0
Tiempo en semanas % de
Avance Observaciones
1
3 Compra de materiales y equipos 0
4 Elaborar requisiciones 0
0
5 Pedido de material eléctrico 0
6 entrega de material eléctrico 0
8
12 Conexión de las bases para los tubos LED 0
9 Retiro de balastro de 2x75 W
11 Montaje de lámparas de LED 0
10 Colocación de bases para lámparas LED
Ing. Juan Sergio Magaña Juárez Ing. Eduardo Hernández Tovar
Retiro de base para 2 tubos de 74 W 0
Firma del Asesor Industrial Firma del Asesor Académico
Manufacturas Kaltex, S. A. de C. V.
Modificación de Alumbrado con Nuevas Tecnologías, en el departamento de Trociles Planta. 04
0
Actividades
Tip
os
de
av
an
ce
0
Elaborar proyecto
75
Organigrama
Organigrama para la modificación del alumbrado del área de Trociles Planta 04
Director
Administración de
proyectos
Responsable del proyecto
Área de compras
Área de manufactura
Recursos humanos
Almacén
3 Electricistas 1ra
3 Ayudantes de electricistas
Área de instalaciones
eléctrica
Área de compras
76
Lista de materiales, equipo y mano de obra.
APROBO:
RESPONSABLE:
No. No.REF APLICACIÓN D E S C R I P C I Ó N CANT. UNIDAD MARCA NUMERO NUMERO DE NUMERO DE COSTO POR COSTO
PDA. C.S CATAL. REFACCIÓN REQUISICIÓN UNIDAD TOTAL
1 ILUMINACION LAMPARA LEDs DE DOS PINES DE 32 WATTS. 1216 PZA. NS 1,200.00 1,459,200.00
2 ALUMBRADO BASES PARA LAMPARA DE DOS PINES 2450 MTS. CONDUMEX R9270030717 5.21 12,764.50
3 CONDUCTOR CABLE USO RUDO DE 3X14 CAL. 14 AWG. 2000 MTS. CONDUMEX R9270030326 11.59 23,180.00
4 ALUMBRADO CINTA AISLANTE DE VINIL SCOTCH SUPER 33 40 PZA. 3M R9270010008 27.46 1,098.40
Trabajo requerido por cada Luminaria:
1. Quitar balastros de 2X75watts. SUBTOTAL $ 1,496,242.90
2. Quitar base para lámpara de un polo
3. Instalar bases para lámpara LED. * MANO DE OBRA $ 3 PAREJAS 7 SEMANAS 44,100.00
5. Instalar bases para lámpara de 2 polos en una luminaria.
6. Montar lámpara LED. TOTAL $ 1,540,342.90
REQUERIMIENTOS DE PERSONAL DE CONSTRUCCION:
SE REQUIEREN 3 ELECTRICISTAS CON SU AYUDANTE POR 7 SEMANAS.
EL ELECTRICISTA DEBE SER DE LA CATEGORIA ELECTRICISTA DE 1ra. Y EL AYUDANTE DEBE SER
DE LA CATEGORIA AYUDANTE DE ELECTRICISTA.
REALIZÓ: ____________________________________________
REVISÓ: ____________________________________________
EN PLANTA 04 DEPARTAMENTO DE TROCILES
MATERIAL ELECTRICO
NOTA: PARA EL PRESUPUESTO DE MANO DE OBRA SE ESTIMO UN SALARIO DE $1,200.00 PARA EL ELECTRICISTA Y $900.00 PARA EL
AYUDANTE, DE ACUERDO CON SU CATEGORIA.
FECHA IMP. 17-May-11 KA LTEX TEPEJ I
LISTA DE MA TERIA LES PTA . 04-
CA MBIO DE LA MPA RA SNo. PROYECTO: __
PTA . 04
LISTA DE MATERIALES PARA EL CAMBIO DE LAMPARAS FLUORESCENTES A LAMPARAS LEDs
77
Capítulo IV. ESTUDIO DE COSTO BENEFICIO
8760 Horas
730 Horas
8030 Horas
80000 Horas
9.96
Tubo T12; 75W + 7.5W = 82.5W
No. de Tubos 1,216 1,216
Balastro 608 0
Watts totales 95,760 Watts 38,912 Watts
95.76 KW 38.9 KW
Energía Anual Efectiva 768,953 KWh 312,463 KWh
Costo Unitario Promedio Año Estimado 1.5 $/KWh 1.5 $/KWh
Costo Anual $1,153,429.20 $468,695.04
Diferencia - AHORRO anual $684,734.16
Costo 9.96 años
INVERSION Total p/ 1216 Tubos ROI simple
Caso 1 $1,200.00 USD 154.00 $1,459,200.00 USD 187,264.00 2.13 años
Precio Dólar 13.00 pesos
Corrida de 9 años de ahorro
Variación anual del costo del 10%
1er Año de Ahorro
2do Año de Ahorro
3er Año de Ahorro
4to Año de Ahorro
5to Año de Ahorro
6to Año de Ahorro
7mo Año de Ahorro
8vo Año de Ahorro
9no Año de Ahorro
Consideraciones importantes del anteproyecto de las lámparas con LEDs
1. El proyecto integral es de fundamental importancia
2. Los precios considerados son sin negociar
3. Una vez aprobado el anteproyecto se deberán analizar todas las ofertas posibles
4. Revisar que muchas empresas ofrecen el financiamiento del proyecto
5. Debemos analizar el costo para cambiar los tubos fluorescentes con los LEDs.
Elaboró: Tec. Jaime Márquez Ramírez
Revisó: Ing. Juan Sergio Magaña Juárez/Ing. Eduardo Hernández Tovar
Impresión: Abr-11
$1,334,353.17 $7,830,543.23$1,467,788.48 $9,298,331.72
Ejercicio con lámparas fluorescentes vs Lámparas de LEDs.
$1,002,519.28 $4,180,370.52
$1,102,771.21 $5,283,141.73
$1,213,048.33 $6,496,190.07
$753,207.58 $1,437,941.74
$828,528.33 $2,266,470.07
$911,381.17 $3,177,851.24
Diferencia - AHORRO 9.96 años sin
considerar el valor del dinero en el tiempo$6,821,760.00
Precio tubos de LEDs 32W
Ahorro Anual Ahorro acumulado
$684,734.16
Años totales de vida años efectivos
Tubo lámpara fluorescente Tubo lámpara de LEDs
Tubo con LEDs - 32W
$11,491,200.00 $4,669,440.00
Horas promedio Año
F.C. anual= 91.6%Horas de paro Año
Horas efectivas
Horas totales de las lámparas LEDs
PROYECTO (ROI)
78
RESUMEN.
Inversión Total: $1,540,342.90
Ahorro Anual: $684,734.16
ROI simple (Retorno de inversión): 2.25 Año
Tiempo de realización del Proyecto: 21 semanas
Nota: A partir de la autorización del proyecto.
79
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones
De acuerdo a los análisis realizados y resultados obtenidos se concluye lo
siguiente.
Se detectó que existen pérdidas de flujo luminoso por la mala distribución de las
lámparas así como también las fallas de los dispositivos eléctricos que la
conforman.
Una vez determinada las luminarias que se van ha utilizar se procede a los
cálculos del nivel de iluminación requerido a la zona iluminar.
Se determinó que las luminarias no funcionan eficazmente cuando están cubierta
de polvo ya que pierden luminosidad y como consecuencia poca visibilidad.
Para obtener un buen alumbrado debemos de tomar en cuenta los siguientes
factores como son: el plano de trabajo, el tipo de alumbrado, el nivel de
iluminación, el área determinada a iluminar, los tipos de luminaria, lámparas a
emplear y los colores de la pared y el techo.
Para poder desarrollar los cálculos de alumbrado debemos conocer ampliamente
los conceptos relacionados con el alumbrado y tener como apoyo tablas de datos
y normas que nos sirvan de ayuda para dar solución a las necesidades de
alumbrado.
Cuando se redacta un proyecto de alumbrado para industrias se hace preciso
recabar información sobre la naturaleza de las tareas visuales a desarrollar con el
objeto de determinar que cantidad y que tipo de luz hay que suministrar para
garantizar un óptimo rendimiento visual y la verificación de las condiciones de
seguridad y confort exigidas para cada tipo de actividad.
80
Recomendaciones.
En función de los resultados y conclusiones que se obtuvieron en este estudio se
recomienda lo siguiente:
Hacer realidad la propuesta de instalar el sistema de alumbrado lo antes posible,
para proporcionar adecuadas condiciones visuales para el departamentio de
trociles.
Se recomienda considerar los factores que intervienen en la calidad de la
iluminación los cuales son muchos y complejos, pero el deslumbramiento, las
relaciones de brillo la difusión y el color puede considerarse como lo mas
importante.
Efectuar limpiezas periódicas de las lámparas para así contribuir a la mejor
distribución del flujo luminoso del área que se va a iluminar.
Se recomienda hacer un programa de canalizacion de recurso económico de los
ahorros obtenidos para la compra de las lámparas una vez que fallen despues de
9 años, debido al nivel de inversion requerido.
81
ANEXOS
82
Anexo I
Tabla niveles mínimos de iluminación normalizados en México (NOM-025-STPS 2008)
Tarea visual del puesto de trabajo Área de trabajo
Niveles mínimos de iluminación
(lux)
En exteriores: distinguir el área de tránsito, desplazarse caminando, vigilancia, movimiento de vehículos.
Áreas generales exteriores: patios y estacionamientos.
20
En interiores: distinguir el área de tránsito, desplazarse caminando, vigilancia, movimiento de vehículos.
Áreas generales interiores: almacenes de poco movimiento, pasillos, escaleras, estacionamientos cubiertos, labores en minas subterráneas, iluminación de emergencia.
50
En interiores
Áreas de circulación y pasillos; salas de espera; salas de descanso; cuartos de almacén; plataformas; cuartos de calderas
100
Requerimiento visual simple: inspección visual, recuento de piezas, trabajo en banco y máquina.
Servicios al personal: almacenaje rudo, recepción y despacho, casetas de vigilancia, cuartos de compresores y pailería.
200
Distinción moderada de detalles: ensamble simple, trabajo medio en banco y máquina, inspección simple, empaque y trabajos de oficina.
Talleres: áreas de empaque y
ensamble, aulas y oficinas. 300
Distinción clara de detalles: maquinado y acabados delicados, ensamble e inspección moderadamente difícil, captura y procesamiento de información, manejo de instrumentos y equipo de laboratorio.
Talleres de precisión: salas de
cómputo, áreas de dibujo,
laboratorios. 500
Distinción fina de detalles: maquinado de precisión, ensamble e inspección de trabajos delicados, manejo de instrumentos y equipo de precisión, manejo de piezas pequeñas.
Talleres de alta precisión: de pintura y
acabado de superficies, y laboratorios
de control de calidad. 750
Alta exactitud en la distinción de detalles: ensamble, proceso e inspección de piezas pequeñas y complejas y acabado con pulidos finos.
Proceso: ensamble e inspección de
piezas complejas y acabados con
pulido fino. 1,000
Alto grado de especialización en la distinción de detalles.
Proceso de gran exactitud. Ejecución de tareas visuales:
De bajo contraste y tamaño muy pequeño por periodos prolongados:
Exactas y muy prolongadas. Y
Muy especiales de extremadamente bajo contraste y pequeño tamaño.
2,000
83
Anexo II
84
¿Cuándo entra en vigor la norma?
La nueva legislación energética NOM-028-ENER 2010 fue
publicada en el diario oficial de la federación el 6 de Diciembre
de 2010. Una vez publicada, la industria de la iluminación
contará con un periodo no mayor a 60 días para preparar sus
portafolios, concluir sus procesos de importación y agotar sus
materias primas a través de sus procesos de producción.
Pasados estos 60 días, el mercado, el cual comprende
a fabricantes, importadores, distribuidores, mayoristas y
detallistas, tendrá un plazo no superior a 90 días para
agotar sus existencias. Este periodo permitirá una
sustitución gradual hacia nuevas tecnologías o
sustitutos que cumplan con las eficacias estipuladas en
la nueva legislación.
Publicación Diario
Oficial
Periodo de
preparación de la
Industria
Periodo para agotar
inventarios de las
fuentes prohibidas.
Comercialización solo de
fuentes luminosas que
cumplan con NOM-028-
ENER-2010
6 de diciembre 2010 60 días (7 Dic 2010 al 4
Feb 2011)
90 días (5 Feb al 5
Mayo 2011)
A partir del 6 Mayo 2011
¿Cuáles fueron las tecnologías prohibidas y a partir de cuándo?
2011 2012 2013 2014
Todas las lámparas
fluorescentes lineales
T12 convencionales.
Todas las lámparas de
vapor de mercurio con
una eficiencia inferior a
los 60 lúmenes por watt
Todas las lámparas de
luz mixta con una
eficacia inferior a los 60
lúmenes por watt
consumido.
Las lámparas
incandescentes de
100W o superiores con
una eficacia inferior a
los 15.53 lúmenes por
watt.
Las lámparas
incandescentes de 75W
o superiores con una
eficacia inferior a los
14.86 lúmenes por watt.
Las lámparas incandescentes
de 60W y 40W o superiores
con una eficacia inferior a los
13.09 y 14,00 lúmenes por watt
respectivamente.
Todas las lámparas
Halógenas de Doble
Contacto (Yodo Cuarzo)
con una eficacia inferior
a los 60 lúmenes por
watt consumido.
85
¿Cuáles son las excepciones?
Incandescentes Fluorescentes LED HID
• Luz negra • Anti-insectos • Infrarrojas • Automotrices • Señalización • Minería • Crecimiento de plantas • Acuarios • Antifragmentación • Semaforización • Reflectores • Entretenimiento • Fotoproyección • Uso terapéutico
• Longitud menor a 50 cm • IRC ≥ a 90 • Temperatura de color ≥ a 7000 K • Usos en refrigeración • Ultravioletas • Compacta sin balastro integrado • Circulares • Otras aplicaciones
especiales
• Todos • Inducción (QL) • Sodio de baja presión • Aditivos Metálicos de Cuarzo de doble contacto • Aditivos Metálicos
Cerámicos con tubo
de descarga
protegido
Para uso exclusivo en electrodomésticos en ≤ a 40 W • Hornos • Microondas • Refrigeradores • Ventiladores • Campanas extractoras • Máquinas de coser • Secadoras
Bajo voltaje ≤ a 24 volts • Rosca izquierda • Filamento reforzado • Triple potencia • Colores
Decorativas ≤ a 40 W • Velas • Flamas • Coronas • Globo en cualquier tipo de base
86
87
GLOSARIO.
Altura de la lámpara
Indicada como dimensión C por la CEI. También se denomina "distancia de la
base a la parte superior de la lámpara".
Altura de montaje
Distancia desde la parte inferior del aplique al suelo o el plano de trabajo, en
función del uso previsto.
Balasto
Pieza auxiliar del equipo necesaria para encender y controlar correctamente el
flujo de la corriente a las fuentes de luz por descarga de gas, como las lámparas
fluorescentes y las de descarga de alta intensidad.
Balasto electromagnético
Balasto utilizado con lámparas de descarga formado fundamentalmente por hilos
de cobre enrollados similares a los de un transformador en un núcleo de acero o
hierro.
Balasto electrónico
Nombre abreviado del balasto electrónico de alta frecuencia de una lámpara
fluorescente. Los balastos electrónicos utilizan componentes electrónicos, y
normalmente hacen funcionar las lámparas fluorescentes en frecuencias de 25-35
kHz. Ventajas: mayor eficacia de la lámpara, pérdidas de balasto reducidas y
balastos más pequeños y ligeros con respecto a los balastos electromagnéticos.
Los balastos electrónicos también pueden utilizarse con lámparas HID (acrónimo
inglés para descarga de alta intensidad)
88
Blanco cálido
Indica una temperatura de color cercana a 3000K, que proporciona una luz blanca-
amarillenta.
Blanco frío
Término utilizado para denotar una temperatura de color de unos 4100 K. La
designación "blanco frío" se utiliza específicamente para lámparas T12 y otras
fluorescentes con halofósforos y un IRC de 62
Candela (cd)
Medida de la intensidad luminosa de una fuente en una dirección determinada. El
término se ha mantenido desde los primeros tiempos de la iluminación, cuando
una vela estándar de tamaño y composición específicos se definía como
generadora de una candela en cada dirección. Un trazo de intensidad frente a
dirección se denomina curva de distribución de candela, y normalmente se ofrece
para lámparas reflectantes y luminarias con una lámpara.
Circuito de encendido rápido
Circuito de lámpara-balasto fluorescente que usa calentamiento de cátodos
continuo, mientras se energiza el sistema, para encender la lámpara y mantener
su flujo lumínico de forma eficiente. Los balastos de encendido rápido pueden ser
electromagnéticos, electrónicos o combinados. La regulación de luz de lámparas
fluorescentes a escala completa sólo es posible con sistemas de encendido
rápido.
Circuito de precalentamiento
Tipo de circuito de lámpara-balasto fluorescente utilizado con las primeras
lámparas fluorescentes comerciales. Se utiliza un botón o interruptor para
precalentar los cátodos de la lámpara hasta que alcanzan un estado luminiscente.
Al Puede encenderse la lámpara mediante balastos de autoinducción o reactores.
89
Coeficiente de utilización (CU)
En cálculos de iluminación generales, fracción de los lúmenes iniciales de la
lámpara que alcanzan el plano de trabajo. CU es una función de la eficiencia de
una luminaria, las reflectancias de una superficie y la forma de la sala.
Constant Color
Nombre registrado de GE para gamas de lámparas durante cuya vida útil apenas
cambia el color. Normalmente, se aplica a las lámparas PRECISE MR-16 y CMH
(Haluro metálico cerámico) de GE.
Curva de distribución de la intensidad lumínica
Presentación gráfica de la distribución de la intensidad lumínica de una fuente de
luz, normalmente una lámpara reflectante o luminaria.
Eficacia
Medida de la eficiencia de una fuente de luz para convertir la energía eléctrica en
lúmenes de luz visible. expresada en lúmenes-por-vatio (lpv), esta medida
potencia la zona amarilla del espectro y resta intensidad a las zonas azul y roja, a
las que el ojo es menos sensible.
Eficiencia
La eficiencia de una fuente de luz es simplemente la fracción de la energía
eléctrica convertida en luz, es decir, los vatios de luz visible producidos por cada
vatio de energía eléctrica, independientemente de la longitud de onda en que se
irradia la energía. Por ejemplo, una lámpara incandescente convierte un 7% de la
energía eléctrica en luz, mientras las lámparas de descarga convierten un 25% a
un 40% de la energía en luz.
Eficiencia de luminaria
Proporción de lúmenes totales emitidos por una luminaria y lúmenes emitidos por
la(s) lámpara(s) utilizada(s) en la misma.
90
Espectro electromagnético
Secuencia continua de radiación eléctrica y magnética, que puede caracterizarse
por longitud de onda o frecuencia. La luz visible abarca una parte reducida del
espectro electromagnético en la región, desde unos 380 nanómetros (violeta) a
770 nanómetros (rojo) por longitud de onda.
Encendido instantáneo
Tipo de balasto diseñado para encender las lámparas fluorescentes tan pronto
como se conecta energía. La mayoría de las lámparas fluorescentes T8 funcionan
con balastos de encendido instantáneo electrónico. Las lámparas fluorescentes
extraplanas sólo funcionan con circuitos de encendido instantáneos.
Encendido por impulso
Balasto de descarga de alta intensidad con un activador de alto voltaje para
encender la lámpara.
Escotópica
Visión de la que se encargan exclusivamente los bastones retinianos,
normalmente similar a los niveles de luz natural en el campo en una noche
estrellada y sin luna
Factor de potencia
Medida de la diferencia de fase entre el voltaje y la corriente atraída por un
dispositivo eléctrico, como un balasto o motor. Los factores de potencia pueden
estar entre 0 y 1,0, siendo este último valor el idóneo. El factor de potencia se
expresa en ocasiones como un porcentaje. Las lámparas incandescentes tienen
factores de potencia cercanos a 1,0, puesto que son cargas "resistivas" sencillas.
El factor de potencia de un sistema de lámparas fluorescentes y de descarga de
alta intensidad está determinado por el balasto utilizado. Un factor de potencia
"alto" indica normalmente una clasificación de 0,9 o superior. Las compañías de
91
energía pueden penalizar a los usuarios por utilizar dispositivos con un factor de
potencia bajo.
Fotometría
Medida de la luz y cantidades asociadas.
Fotópica
Visión de la que se encargan los conos de los ojos, normalmente de brillo alto y en
la región foveal o central.
Lámpara Halogen-IR (HIR)
Designación de GE para lámparas halógenas de tungsteno de gran eficiencia. Las
lámparas HIR utilizan tubos de filamentos revestidos con numerosas capas de
materiales que transmiten la luz pero reflejan el calor (infrarrojas) de vuelta al
filamento. De este modo se reduce la energía necesaria para mantener el
filamento caliente.
Iluminación indirecta
Método para iluminar un espacio dirigiendo la luz de luminarias hacia arriba, hacia
el techo. La luz desviada del techo produce una iluminación suave y difusa para en
toda el área.
Iluminación para tareas
Iluminación complementaria para ayudar a realizar una tarea localizada, por
ejemplo, una lámpara de mesa para leer o una lámpara de inspección para
inspeccionar tejidos.
Iluminancia
"Densidad" de la luz (lúmenes/área) que incide en una superficie, es decir, el nivel
de luz de la misma. La iluminancia se mide en bujías-pie o lux.
92
Índice de rendimiento cromático (IRC)
Sistema internacional utilizado para clasificar la capacidad de una lámpara para
reproducir los colores de los objetos. A mayor IRC (basado en una escala de 0 a
100), mayor intensidad de colores en general. Las clasificaciones de IRC de varias
lámparas pueden compararse, pero una comparación numérica sólo es válida si
estas lámparas tienen una temperatura de color similar. Las diferencias de IRC
entre lámparas no suelen ser significativas (visibles al ojo), a menos que sean
superiores a 3-5 puntos.
Intensidad de candela
Término obsoleto para indicar la intensidad lumínica. Actualmente suele
denominarse sencillamente "candelas".
Intensidad de candela (media esférica)
Intensidad lumínica esférica media inicial al voltaje especificado. La intensidad
lumínica esférica media es el método generalmente aceptado de clasificar el flujo
lumínico total de las lámparas en miniatura. Para convertir esta clasificación en
lúmenes, multiplíquela por 12,57 (4 pi).
Interferencia electromagnética
Los balastos electrónicos de alta frecuencia y otros dispositivos electrónicos
pueden generar una pequeña cantidad de ondas de radio, que pueden interferir
con la radio y la TV. Deben cumplirse los requisitos legales vigentes para niveles
de interferencias electromagnéticas para considerarse en conformidad con la FCC.
(FCC es la comisión de comunicaciones federal de EE.UU.)
Kilovatio (kW)
Medida de la potencia eléctrica igual a 1000 vatios.
93
Kilovatio hora (kWh)
Medida estándar de energía eléctrica y unidad habitual de facturación utilizada por
las compañías eléctricas. Una lámpara de 100 vatios utilizada durante 10 horas
consume 1.000 vatios-hora (100 x 10) o un kilovatio-hora.
Lúmenes
Medida del flujo lumínico o la cantidad de luz emitida por una fuente. Por ejemplo,
una vela proporciona unos 12 lúmenes. Una lámpara incandescente blanco suave
de 60 vatios proporciona unos 840 lúmenes.
Lúmenes del haz
Total de lúmenes de la parte del haz incluida en el ángulo de radiación.
Luminaria
Unidad de iluminación completa formada por una o más lámparas y uno o más
balastos, junto con las partes diseñadas para distribuir la luz, colocar y proteger
las lámparas y conectarlas al suministro de energía. A menudo, una luminaria se
denomina aplique.
Luminancia
Medida del "brillo de la superficie" cuando un observador mira en dirección de la
superficie. Se mide en candelas por metro o pie cuadrado, y en el pasado se
denominaba "brillo fotométrico".
Longitud de onda
Distancia entre dos crestas vecinas de una onda en movimiento. La longitud de
onda de la luz está entre 400 y 700 nanómetros.
94
Lux (lx)
Unidad de luminancia o luz que baña una superficie. Un lux equivale a un lumen
por metro cuadrado. Diez lux equivalen a un pie-bujía.
Luz
Energía radiante que puede sentir o ver el ojo humano. La luz visible se mide en
lúmenes.
Mesópica
Es la región entre la visión fotópica y escotópica, y normalmente indica las
condiciones de iluminación externa nocturna
Plano de trabajo
Plano en el que se realiza el trabajo y en el que se especifica y mide la
iluminación; a menos que se indique lo contrario, se asume que es un plano
horizontal situado a 30 pulgadas (unos 75 cm) por encima del suelo (altura de un
tablero de mesa) de área igual a la del suelo.
Polución lumínica
Luz dirigida a áreas en las que no se necesita, que interfiere con algún acto visual.
La polución lumínica dirigida al cielo o reflejada en él crea una "cúpula" de luz
desperdiciada y dificulta la visión de las estrellas en las ciudades.
Proporción escotópica/fotópica (E/F)
Esta medida considera el hecho de que de los dos sensores de luz existentes en
la retina, los bastones son más sensibles a la luz azul (visión escotópica) y los
conos a la amarilla (visión fotópica). La proporción escotópica / fotópica intenta
capturar las fuerzas relativas de ambas respuestas. La proporción E/F se calcula
como el índice de lúmenes escotópicos con respecto a los lúmenes fotópicos de la
fuente de luz en un balasto de referencia ANSI. Las fuentes de luz más fría
95
(lámparas con temperaturas de color más altas) suelen tener valores de
proporción E/F más altos que las fuentes de luz cálida.
Reflectancia
Proporción de luz reflejada desde una superficie y la que incide sobre ella.
Sensibilidad del ojo
Curva que representa la sensibilidad del ojo humano como una función de la
longitud de onda (o el color). El punto máximo de la sensibilidad del ojo humano
está en la región amarilla-verde del espectro. La curva normal se refiere a la visión
fotópica o la respuesta a los conos.
Temperatura de color (Temperatura de color correlacionada - TCC)
Número que indica el grado de "amarillo" o "azul" de una fuente de luz blanca.
Medida en kelvins, la TCC representa la temperatura que debe alcanzar un objeto
incandescente (como un filamento) para imitar el color de la lámpara. Las fuentes
de luz blanca-amarillenta ("cálidas"), como las lámparas incandescentes, tienen
temperaturas de color inferiores, dentro del intervalo 2700K-3000K; las fuentes
lumínicas blancas y blancas azuladas ("frías"), como el blanco frío (4100K) y la luz
diurna natural (6000K), tienen temperaturas de color más altas. A mayor
temperatura de color, más blanca o azul será la luz.
Tipos de lámparas
Lámparas de filamento: incandescente, halógena, Halogen-IR.
Lámparas de descarga: fluorescente, de descarga de alta intensidad
Lámparas de descarga de alta intensidad: mercurio, sodio a alta presión (HPS),
haluro metálico (MH) y haluro metálico cerámico (CMH).
96
Vida útil nominal de la lámpara
Para la mayor parte de tipos de lámparas, la vida útil es el periodo de tiempo
transcurrido entre el primer uso y el momento en que el 50% de las lámparas ha
dejado de funcionar. Es posible definir la vida útil de una lámpara basándose en
consideraciones prácticas sobre la depreciación del lumen y el cambio de color.
97
BIBLIOGRAFÍA
Martínez Domínguez, Fernando (2003). Instalaciones eléctricas de alumbrado e
industriales. Madrid: España.
WESTINGOUSE ELECTRIC CORPORATION (2000). Manual del alumbrado (4to edición). Dossat: Madrid.
Clifford, C. (1948). Manual del montador Electricista. 2da edición tomo I. Barcelona: Reverte, S. A.
Lasar, Irwin (2003). Análisis y diseño de sistemas eléctricos para plantas
industriales. Argentina: LIMUSA.
Rosaler, P.E. (1987). Manual de mantenimiento industrial (1ra edición). México
McGRAW-HILL.
Chapa Carreón, Jorge (1990). Manual de Instalaciones de Alumbrado y
Fotometría. México: LIMUSA.
Fernández Rodas, Eusebio (n.d.). Curso de electricidad e Instalaciones Eléctricas
(4to edición). Alumbrado (112-129).
Guillen, j.(1984). Manual de baja tensión. Berlin: Munich
98
Ramírez Vázquez, José (1974). Protección de sistemas eléctricos contra sobreintensidades. Barcelona: España.
Editorial Reverte. (1960). Vademécum de electricidad. México: Pycsa.
Leach L., James (1988). Procesos y materiales de manufactura para ingenieros. México: Production supervisión: Mry Carnis and Esther S. Koehn.
M. Smiyth, Richard F. (1992). Guía para mediciones electrónicas. Prentice –Hall Hispanoamericana, S. A.: Miembro de la Cámara Nacional de la Industria.
Thomson, F.G. (1988). Instalaciones eléctricas Teoría y Práctica. Compañía Editorial Continental: S. A. CECSA.
Navajas, Sofía. (01.12.2009). Los LED. Aplicaciones y ventajas
http://www.voltimum.es/news/view/27/iluminacion-con-led.html
Garcia Fernández, Javier.(2011). Iluminación de interiores, Depreciación de la
eficiencia luminosa obtenida el 8 de febrero de 2011, de
http://edison.upc.edu/curs/IIum/extras/biblio.html.
J. Ramón (n.d.). Iluminación con LEDs blancos obtenida el 24 de martzo de 2011,
de http://www.uv.es/~rzaragoz/espeleo/PDF/iluminacion.pdf
99
Holophane (2002) P r i n c i p i o s d e I l u m i n a c i ó
nhttp://www.holophane.com.mx/pdf/principios%20de%20iluminacion.pdf
Cinemafutura. (28 de Marzo 2006). Principios de iluminación, de
http://www.cinemafutura.com/curso/iluminacion01.html
LED de Alta Intensidad. (2006). Lamparas de LEDs de Bajo Consumo de Energía,
Iluminación Exterior con Lámparas de LED de Alta Intensidad
http://www.pantallasled.com.mx/productos/iluminacion_exterior/
Cinemafutura. (28 de Marzo 2006). Principios de iluminación,de
http://www.cinemafutura.com/curso/iluminacion01.html
LED de Alta Intensidad. (2006). Lamparas de LEDs de Bajo Consumo de Energía,
Iluminación Exterior con Lámparas de LED de Alta Intensidad
http://www.pantallasled.com.mx/productos/iluminacion_exterior/
100
ÍNDICE DE MATERIAL GRÁFICO
Índice de Figuras
Figura 1.1 Intensidad luminosa 15
Figura 1.2 Iluminancia 16
Figura 1.3 Espectro electromagnético 19
Figura 1.4 Rendimiento de una lámpara incandescente 19
Figura 1.5 Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos 21
Figura 1.6 Efecto de las variaciones de tensión (%) sobre las
características de funcionamiento de las lámparas
fluorescentes 23
Figura 1.7 Partes de una bombilla 24
Figura 1.8 Ciclo de halógeno 26
Figura 1.9 Funcionamiento de una lámpara de descarga 27
Figura 1.10 Relación entre los estados energéticos de los electrones y las
franjas visibles en el espectro 28
Figura 1.11 Balance energético de una lámpara de descarga 29
Figura 1.12 Ejemplo de espectro de una lámpara de descarga 30
Figura 1.13 Principales partes de una lámpara de descarga 33
Figura 1.14 Lámpara fluorescente 35
Figura 1.15 Balance energético de una lámpara fluorescente 35
Figura 1.16 Espectro de emisión sin corregir 37
Figura 1.17 Balance energético de una lámpara de mercurio a alta presión 38
Figura 1.18 Lámpara de mercurio a alta presión 39
Figura 1.19 Espectro de emisión de una lámpara de luz de mezcla 39
Figura 1.20 Lámpara de luz de mezcla 40
101
Figura 1.21 Espectro de emisión de una lámpara con halogenuros
metálicos 41
Figura 1.22 Lámpara con halogenuros metálicos 42
Figura 1.23 Espectro de una lámpara 42
Figura 1.24 Balance energético de una lámpara de vapor de sodio a baja
presión 43
Figura 1.25 Lámpara de vapor de sodio a baja presión 44
Figura 1.26 Espectro de una lámpara de vapor de sodio a alta presión 45
Figura 1.27 Balance energético de una lámpara de vapor de sodio o alta
presión 45
Figura 1.28 Lámpara de vapor de sodio o alta presión 46
Figura 1.29 Ejemplo de luminarias 48
Figura 1.30 Clasificación centro de investigación en energía (CIE) según la
distribución de la luz 49
Figura 1.31 Plano de simetría de las luminarias 50
Figura 1.32 Curva de distribución candlepower 52
Figura 1.33 Coeficiente de utilización 53
Figura 2.1 Departamento de Trociles 56
Figura 3.1 Punto de medición de nivel de iluminación 60
Figura 3.2 Dimensiones de instalación de la luminaria sobre el pasillo 60
Figura 3.3 Dimensiones generales de instalación de las luminarias 62
Figura 3.4 Fotografía del pasillo de máquinas Trocil (área de trabajo) 63
Figura 3.5 Tubos LED 65
Figura 3.6 Ángulo del haz 66
102
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.1 Lámparas no halógenas 25
Tabla 1.2 Eficacia de las lámparas 30
Tabla 1.3 Características de duración de las lámparas 32
Tabla 1.4 Rendimiento de color de las lámparas 36
Tabla 1.5 Isofootcandle o isolux 54
Tabla 2.1 Nivel de iluminación medidos reales del departamento de
Trociles 56
Tabla 2.2 Descripción de las áreas de trabajo y sus niveles de
iluminación en el departamento de Trociles 57
Tabla 3.1 Niveles de iluminación medidos de las áreas del departamento
de Trociles 59
Tabla 3.2 Resultado de las mediciones 61
Tabla 3.3 Consumo de energía eléctrica 63
Tabla 3.4 Características generales de las lámparas 64