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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

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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

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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

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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.

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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

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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

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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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

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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

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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.

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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.

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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

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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.

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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

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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.

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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.

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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

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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.

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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

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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,

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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.

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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

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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.

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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

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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.

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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.

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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

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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

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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

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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.

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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

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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.

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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).

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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

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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.

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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.

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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.

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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

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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.

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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

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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

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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

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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.

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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

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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

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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

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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.

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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.

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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

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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

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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

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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

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Dimensiones

Base: G13

Nota: todas las dimensiones son en milímetros.

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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

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Niveles de iluminación.

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Curva fotométrica

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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.

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Plano de distribución de alumbrado

SUBESTACION

ELECTRICA

No. 1

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73

Diseño y conexión de la luminaria

´

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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

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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

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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

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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)

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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.

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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.

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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.

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ANEXOS

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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

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Anexo II

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¿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.

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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

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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)

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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.

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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.

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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

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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.

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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.

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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.

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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

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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).

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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.

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97

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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

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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

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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