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UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA TESINA Que para obtener el título de: INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA PRESENTA: DAVID GARCÍA SALAZAR DIRECTOR: MTRO. JESÚS ANTONIO CAMARILLO MONTERO XALAPA, VER. SEPTIEMBRE, 2013 “ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE ILUMINACIÓN CONVENCIONAL E ILUMINACIÓN LED UTILIZANDO EL MÉTODO DE LOS LÚMENES ’’

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UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y

ELÉCTRICA

MONOGRAFIA

TESINA

Que para obtener el título de: INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA

PRESENTA: DAVID GARCÍA SALAZAR

DIRECTOR: MTRO. JESÚS ANTONIO CAMARILLO MONTERO

XALAPA, VER. SEPTIEMBRE, 2013

“ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE ILUMINACIÓN CONVENCIONAL E

ILUMINACIÓN LED UTILIZANDO EL MÉTODO DE LOS LÚMENES ’’

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Análisis comparativo entre iluminación convencional e iluminación led utilizando el método de los lúmenes

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Análisis comparativo entre iluminación convencional e iluminación led utilizando el método de los lúmenes

AGRADECIMIENTOS

Doy gracias a Dios por haberme permitido terminar mis estudios profesionales, por

brindarme fortaleza y voluntad, así como por poner en mi camino a todas esas

personas que influyeron en mi formación.

A mis papás por darme absolutamente todo su cariño apoyo, fortaleza confianza

ya que por ellos soy lo que soy.

A toda mi familia, que creyeron en mí y me brindaron su apoyo incondicional, en

especial a mi cuñado Manuel y mi hermana Marilú, a todos ellos muchas gracias.

A mis amigos porque a lo largo de este tiempo han estado a mi lado.

Y un agradecimiento especial a Mtro. Jesús Antonio Camarillo Montero por el gran

apoyo que me ha dado a lo largo de la elaboración de este trabajo y que sin él no

hubiese sido posible terminar.

Y a toda la gente que ha estado a lo largo de esto 23 años que llevo de vida.

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Análisis comparativo entre iluminación convencional e iluminación led utilizando el método de los lúmenes

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................................... - 1 -

CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES DE LA ILUMINACIÓN .................................................................................. - 2 -

1.1 LA LUZ.................................................................................................................................................... - 2 -

1.2 CONCEPTOS BÁSICOS DE LA ILUMINACIÓN. .......................................................................................... - 3 -

1.2.1 Flujo luminoso .............................................................................................................................. - 3 -

1.2.2 Iluminación ................................................................................................................................... - 3 -

1.2.3 Intensidad luminosa ..................................................................................................................... - 4 -

1.2.4 Luminancia o brillantez ................................................................................................................ - 4 -

1.2.5 Eficiencia luminosa ....................................................................................................................... - 4 -

1.3 CONTROL DE LA LUZ. ............................................................................................................................. - 5 -

1.3.1 Reflexión....................................................................................................................................... - 5 -

1.3.2 Refracción .................................................................................................................................... - 7 -

1.3.3 Absorción ..................................................................................................................................... - 8 -

1.3.4 Transmisión .................................................................................................................................. - 8 -

CAPÍTULO 2. ILUMINACIÓN CONVENCIONAL ......................................................................................... - 10 -

2.1 GENERALIDADES .................................................................................................................................- 10 -

2.2 LÁMPARAS INCANDESCENTES. ...........................................................................................................- 11 -

2.3 LÁMPARAS DE DESCARGA EN GAS. .....................................................................................................- 13 -

2.3.1 Lámparas fluorescentes. ............................................................................................................ - 14 -

2.3.2 Lámparas de vapor de mercurio a alta presión. ........................................................................ - 18 -

2.3.3 Lámparas de vapor de sodio. ..................................................................................................... - 22 -

2.4 RENDIMIENTO DE LAS LUMINARIAS. ...................................................................................................- 24 -

2.5 CURVAS FOTOMÉTRICAS. ....................................................................................................................- 26 -

2.6 TIPOS DE ILUMINACIÓN. .....................................................................................................................- 27 -

2.6.1 Iluminación Directa .................................................................................................................... - 27 -

2.6.2 Semi-directa ............................................................................................................................... - 28 -

2.6.3 Mixta .......................................................................................................................................... - 29 -

2.6.4 Semi-indirecta ............................................................................................................................ - 29 -

2.6.5 Indirecta ..................................................................................................................................... - 30 -

CAPÍTULO 3. ILUMINACIÓN LED ............................................................................................................. - 31 -

3.1 EL DIODO .............................................................................................................................................- 31 -

3.2 EL LED ..................................................................................................................................................- 32 -

3.3 CARACTERÍSTICAS DEL LED. .................................................................................................................- 33 -

3.4 LA EVOLUCIÓN DEL LED. ......................................................................................................................- 38 -

3.5 TIPOS DE LÁMPARAS Y LUMINARIOS LED EN LA ACTUALIDAD. ...........................................................- 41 -

3.6 EL FUTURO DE LA ILUMINACIÓN LED. .................................................................................................... 46

CAPÍTULO 4. ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE ILUMINACIÓN CONVENCIONAL E ILUMINACIÓN LED ......... 48

4.2 EL MÉTODO DE LOS LÚMENES ....................................................................................................................... 48

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4.3 CALCULO DE ILUMINACIÓN CON LÁMPARAS CONVENCIONALES ............................................................................. 57

4.5 CALCULO DE ILUMINACIÓN CON LÁMPARAS LED ................................................................................................ 58

4.4 ANÁLISIS DE COSTOS .................................................................................................................................... 59

CONCLUSIONES .......................................................................................................................................... 65

REFERENCIAS ............................................................................................................................................. 66

ANEXOS ..................................................................................................................................................... 67

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García, 2013 Página - 1 -

INTRODUCCIÓN

Hoy en día es necesario tener estrategias públicas y privadas para el uso eficiente

de la energía, todo esto con el objetivo de contribuir al cuidado de los

combustibles fósiles, la preservación del medio ambiente, la reducción del cambio

climático, la protección de la economía de las familias así como el aumento de la

productividad de las empresas, entre muchas más.

En general la forma en que se puede disminuir el consumo energético en cualquier

instalación se encuentra en función de la tecnología empleada o el patrón de uso

de la misma. En la mayoría de los casos, los patrones de uso de la energía en una

instalación se encuentra generalmente bien definidos por lo que es muy difícil

alterarlos y la única solución es cambiar la tecnología que se está usando.

Este trabajo en particular se enfoca al ahorro de energía por concepto de

iluminación, el cual en algunos sectores representa el mayor índice de consumo

ya sea por una mala planeación o simplemente por uso de tecnología obsoleta.

En los siguientes capítulos se analizan dichas tecnología, sus ventajas así como

sus desventajas y se presenta una tecnología alternativa, La Iluminación en

Estado Sólido (SSL, por sus siglas en inglés). En particular Los Diodos Emisores

de Luz (LEDs, Light Emitting Diode) que son la tecnología SSL de mayor

disponibilidad en el mercado.

Así mismo se realiza un análisis comparativo entre una instalación con tubos

fluorescentes y una con tubos LED, haciendo uso del método de los lúmenes y

sus respectivos análisis de costos, los cuales proporcionarán una base para saber

si es viable esta tecnología o no.

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García, 2013 Página - 2 -

CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES DE LA ILUMINACIÓN

Se estima que un 80% de las impresiones sensoriales humanas son de naturaleza

óptica, esto demuestra la importancia de la luz natural y artificial como vinculo de

información para el desarrollo de cualquier actividad.

1.1 LA LUZ

Es la sensación de visión que se produce sobre el ojo humano por ondas

electromagnéticas. Se trata de campos electromagnéticos alternos que

transportan energía a través del espacio y se propagan bajo la forma de

oscilaciones o vibraciones.

Dichas oscilaciones pueden tener diferentes longitudes de onda, cada una de ellas

corresponde a un color en particular. Teniendo como límite de percepción, para el

ojo humano, las longitudes comprendidas entre las 350 mµ y 760mµ.

Estas se pueden producir de varias maneras; calentando hasta la incandescencia

cuerpos solidos o gases, donde se origina pérdida de energía en forma de calor, o

bien se puede obtener también energía luminosa por medio de descargas

eléctricas entre dos placas de material conductor sumergido en gas ionizado o en

un vapor metálico.

A todo objeto que produzca luz de manera natural o artificial, se le conoce como

manantial o fuente luminosa. La iluminación es la más antigua y más difusa de las

aplicaciones de la electricidad. Actualmente, parece difícil concebir la vida sin la

luz eléctrica.

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1.2 CONCEPTOS BÁSICOS DE LA ILUMINACIÓN.

1.2.1 Flujo luminoso

Es la cantidad de luz emitida por una fuente luminosa en la unidad de tiempo

(segundo). La unidad de medida del flujo luminoso es el “Lumen”

Cabe señalar que el flujo luminoso de un manantial de luz no se distribuye

uniformemente en todas direcciones del espacio, sino depende de algunos otros

factores como la cantidad de luz absorbida por el aparato de iluminación, depósito

de polvo u otras sustancias en la lámpara, etc.

1.2.2 Iluminación

Se define como el flujo luminoso por unidad de superficie y se mide en “Lux”, la

ecuación 1 que se muestra a continuación sirve para el cálculo del flujo luminoso.

(1)

Se puede decir también que la iluminación de una superficie es el flujo luminoso

que cubre cada unidad de la misma.

Se dice que la iluminación es el principal dato de proyecto para una instalación de

alumbrado y se puede medir por medio de un instrumento denominado

“luxómetro”.

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1.2.3 Intensidad luminosa

Es una cantidad fotométrica de referencia. La unidad relativa de medición es la

“candela” (cd), cuyo patrón es una superficie de 1.66 mm2 de platino, llevada a la

temperatura de fusión que es de 1769ºC. Es conveniente señalar que esta unidad

de medida está prácticamente en desuso.

También se puede agregar que una fuente luminosa que emite una candela en

todas las direcciones proporciona un flujo luminoso de 12.57 lumen.

1.2.4 Luminancia o brillantez

Es la intensidad luminosa emitida en una dirección determinada por una superficie

luminosa o iluminada (fuente secundaria de luz).

En otros términos, expresa el efecto de la luminosidad que una superficie produce

sobre el ojo humano, ya sea fuente primaria (lámpara o aparato de iluminación) o

secundaria (por ejemplo, el plano de la mesa que refleja la luz), y se mide en

candelas/m2, aun cuando se usa también una unidad 10 000 veces más grande

que es la candela/cm2.

1.2.5 Eficiencia luminosa

Se define como eficiencia de una fuente luminosa a la relación entre el flujo

expresado en lumen, emitido por una fuente luminosa y la potencia absorbida por

una lámpara. Se expresa en:

(2)

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1.3 CONTROL DE LA LUZ.

Una vez obtenida la luz mediante un manantial luminoso, y conociendo sus

parámetros fundamentales se presenta el problema de su control ya que, debido a

su gran luminancia, la mayoría de las fuentes luminosas existentes en la

actualidad no realizan por sí mismo una distribución de flujo luminoso que permita

su aplicación directa, sino que se hace necesaria la utilización de dispositivos que

modifiquen o controlen la luz emitida por dichos manantiales luminosos.

La modificación de las características luminosas de un manantial luminoso, con

vista a una aplicación eficiente emitida puede realizarse aprovechando uno o

varios fenómenos físicos que se describen a continuación:

1.3.1 Reflexión

Cuando una superficie devuelve la luz que incide sobre ella hacia el espacio que la

rodea, se dice que refleja la luz. La reflexión de la luz depende, esencialmente, de

las siguientes circunstancias:

a) Condiciones moleculares de la superficie reflectante. Por ejemplo, una

superficie lisa refleja mejor la luz que una superficie rugosa.

b) Color de los rayos incidentes, la luz blanca se refleja mejor que la luz

coloreada.

c) Angulo de incidencia de los rayos luminosos. La ley fundamental de la

reflexión de la luz dice: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de

reflexión.

Llamando ángulo de incidencia al ángulo formado entre el rayo incidente y

la vertical en el punto de incidencia cuando dicho rayo choca con la

superficie, y ángulo de reflexión al ángulo que forma el rayo luminoso, ya

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reflejado, con la vertical en el punto de incidencia, cuando ese rayo

luminoso se aleja de la superficie.

Figura 1.

Figura ilustrativa de la ley fundamental de la reflexión de la luz Fuente: Luminotecnia enciclopedia ceac de electricidad

Esta ley fundamental es solamente teórica. En la práctica se cumple

solamente cuando la superficie sobre la que incide el rayo luminoso es

absolutamente lisa y brillante como por ejemplo, la de un espejo. En este

caso se habla de reflexión dirigida. Si se coloca una lámpara encendida

sobre un espejo puede observarse en el espejo la imagen de la lámpara.

Cuando la superficie sobre la que incide el rayo luminoso es rugosa y

brillante, a cada rayo incidente le corresponde varios rayos reflejados, que

cumple solo aproximadamente la ley fundamental de la reflexión. En este

caso se trata de reflexión semidirigida. Si se sitúa la lámpara como el caso

anterior, desaparece la imagen de la lámpara, que queda sustituida por una

mancha de luz más brillante que el resto de la superficie.

Figura 2.

Reflexión semidirigida

Ángulo de incidencia

Ángulo de reflexión

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Finalmente cuando la superficie es rugosa y mate, por ejemplo, un trozo de

tela blanca, el rayo incidente se refleja por todas partes por igual y, por lo

tanto, no se cumple la ley fundamental de la reflexión. En este caso se

habla de reflexión difusa.

Figura 3.

Reflexión difusa Fuente: Luminotecnia enciclopedia ceac de electricidad

1.3.2 Refracción

La dirección de los rayos luminosos queda modificada al pasar de un medio a otro

de diferente densidad; este fenómeno físico se llama refracción, y varía

dependiendo del tipo de material por el cual atraviesa la luz.

Figura 4.

Figura ilustrativa de la ley fundamental de la refracción de la luz Fuente: Luminotecnia enciclopedia ceac de electricidad

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1.3.3 Absorción

En el fenómeno de reflexión de la luz, no todo el flujo luminoso que incide sobre

los cuerpos, se refleja; una parte de este flujo luminoso, queda absorbido en

mayor o menor proporción según los materiales componentes de cada cuerpo.

La consecuencia más interesante del fenómeno de absorción es el color de los

cuerpos. Si el cuerpo es de color blanco, quiere decir que al incidir cobre el luz

blanca, la reflejara enteramente, sin haber absorción; por el contrario los cuerpos

negros absorben por completo la luz blanca, si haber reflexión y si es de color gris,

parte de la luz blanca es reflejada y porte absorbida.

1.3.4 Transmisión

Al pasar los rayos luminosos a través de los cuerpos transparentes o traslúcidos,

se dice que estos rayos han sido transmitidos.

La transmisión de la luz puede ser dirigida si el rayo luminoso solo sufre la

variación debido a la refracción normal; se consigue este tipo de transmisión

usando cristales claros (es decir transparentes) y se produce intenso

deslumbramiento debido a la gran luminancia de los rayos incidentes.

Figura 5.

Transmisión dirigida Fuente: Luminotecnia enciclopedia ceac de electricidad

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La transmisión de la luz se le llama difusa cuando el rayo luminoso incidente

queda dispersado al chocar con el material, de manera que quede iluminada

uniformemente toda la superficie del cuerpo que se trate. Se puede obtener una

transmisión difusa utilizando cristales opalinos, mateados, etc…, es decir, cuerpos

traslúcidos. En este caso la luminancia es constante en todas las direcciones del

espacio y el deslumbramiento es mucho menor que en el caso anterior.

Figura 6.

Transmisión difusa Fuente: Luminotecnia enciclopedia ceac de electricidad

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CAPÍTULO 2. ILUMINACIÓN CONVENCIONAL

2.1 GENERALIDADES

Como ya se mencionó, en el capítulo 1, los manantiales luminosos artificiales se

denominan en general lámparas. En la actualidad se disponen de muchos tipos

de lámparas para la producción de iluminación artificial; pero la mayoría de ellos

están basados en dos fenómenos físicos que son: calor y luminiscencia. Por lo

tanto se puede distinguir entre las lámparas basadas en la elevación de la

temperatura de un cuerpo, es decir, en elementos que emiten radiaciones

caloríficas y lámparas basadas en otras propiedades cuya característica común es

que apenas existe la elevación de la temperatura; o sea, en elementos que

permiten radiaciones luminiscentes.

En el primer caso las lámparas emiten radiaciones luminosas debido a la elevada

temperatura del cuerpo. Son las lámparas más antiguas que se conocen; en un

principio se utilizó la madera como combustible y el oxígeno del aire como

comburente; más tarde se utilizaron otros materiales como combustible como la

cera, el aceite, el petróleo, etc… A todas ellas se le llaman lámparas de llama libre

las cuales están completamente en desuso debido a la escasa intensidad

luminosa y a que producen desprendimiento de gases, en su mayoría, tóxicos

para el organismo.

Las lámparas de más interés son aquellas que utilizan los efectos térmicos de la

electricidad estas son las lámparas de arco o lámparas de incandescencia, las

cuales se describirán más adelante.

En segundo caso se presentan aquellas lámparas que emiten radiaciones

luminiscentes; llamando luminiscencia a las radiaciones luminosas que se

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García, 2013 Página - 11 -

obtienen de materiales en los que no se produce, o se produce en muy pequeño

valor, una elevación de temperatura. Por esta razón se le llama también luz fría; la

luz fría puede obtenerse por fluorescencia o por fosforescencia.

Cuando la producción de radiaciones luminosas se mantiene solamente mientras

dura la causa que la produce, la luminiscencia producida se llama fluorescencia y

cuando la emisión de radiaciones luminosas persisten después de cesada la

causa o excitación que las produce, se trata de fosforescencia.

2.2 LÁMPARAS INCANDESCENTES.

El principio de funcionamiento de la lámpara incandescente se basa en que un

filamento (hilo conductor), generalmente de tungsteno, de espira simple o doble

se lleva hasta la incandescencia, es decir, elevar su temperatura hasta que exista

termorradiación producto del paso de la corriente eléctrica. Con el objeto de que

no se queme el filamento, se encierra en una ampolleta o bulbo de vidrio dentro

del cual se hace vacío o se introduce un gas inerte (argón, criptón, etcétera). Se

hace vacío en las lámparas de potencia pequeña, en tanto el uso de gas inerte se

hace en las lámparas de mediana y gran potencia.

Se estima que una lámpara incandescente operando a su voltaje nominal tiene

una vida media de alrededor de 1000 horas, se fabrican en rangos de 25 hasta

1000 watts, su característica principal es su fácil utilización y bajo costo, ya que no

requiere de ningún aparato auxiliar para su encendido u operación.

La eficiencia de las lámparas incandescentes normales es baja en comparación

con otros tipos de lámparas, y aumenta cuando se incrementa la potencia de la

lámpara. Todo esto reflejado en números nos dice que solo el 5% de la energía

consumida por la lámpara es convertida en luz visible y el 95% restante se

manifiesta en forma de calor y rayos no perceptibles para el ojo humano.

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García, 2013 Página - 12 -

Las principales ventajas son: encendido inmediato sin requerir aparatos auxiliares,

ocupa poco espacio, su costo es bajo, no tiene ninguna limitación para la posición

de funcionamiento y tiene una buena reproducción de colores en referencia a la

reproducción de colores que ofrece el sol.

Y las desventajas más notables son: baja eficiencia luminosa, por lo tanto, costo

de operación alto, elevada producción de calor, elevada brillantez con

deslumbramiento relativa. Vida media limitada.

Figura 7.

Constitución física lámpara incandescente Fuente: El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión

Figura 8.

a: Filamento espiralado simple de tungsteno; b: Filamento doble simple de tungsteno. Fuente: El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión

Su uso no es restringido en alguna área de iluminación pero por características

especiales se emplean en alumbrado interior y focalización de objetos.

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2.3 LÁMPARAS DE DESCARGA EN GAS.

El grupo de fuentes luminosas de descarga en gas es muy amplio. Comprende de

las lámparas fluorescentes tubulares, las lámparas de vapor de mercurio o de

sodio, así como los tubos utilizados en anuncios luminosos. El principio de

funcionamiento, el tipo de luz que emite, así como el campo de aplicación, varía

notablemente de tipo a tipo de lámpara. Lo único que tienen en común es el paso

de corriente eléctrica en un gas.

Otros problemas comunes a este tipo de lámparas, son los dispositivos requeridos

para su encendido y estabilización de la descarga, el bajo factor de potencia y la

necesidad de eliminar el efecto estroboscópico.

El funcionamiento de una lámpara de descarga se basa en el fenómeno de la

luminiscencia, por el cual se producen radiaciones luminosas con un escaso

aumento de la temperatura, por lo que se las llama lámparas frías.

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.

Los usos más comunes para estas lámparas quedan establecidos de la siguiente

forma:

Lámparas de vapor de mercurio de baja presión (fluorescentes): alumbrado

de interiores e iluminación en general.

Lámparas de vapor de mercurio de alta presión: alumbrado deportivo,

monumental e iluminación en general.

Lámparas de vapor de sodio de baja presión: alumbrado en túneles.

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Lámpara de vapor de sodio de alta presión: alumbrado interior industrial e

iluminación en general.

2.3.1 Lámparas fluorescentes.

Este tipo son lámparas de descarga eléctrica en atmósfera de vapor de mercurio a

baja presión y un gas inerte. La descarga se produce en un recipiente tubular

sobre cuya pared se ha depositado una fina capa de sustancias minerales

fluorescentes. En las extremidades del tubo se sitúan los electrodos.

La producción de luz nos es muy compleja. Al aplicar una tensión adecuada entre

los electrodos o cátodos de la lámpara, se produce una descarga eléctrica entre

ellos esto hace que el mercurio, que se encuentra a baja presión, se excite y

produzca radiaciones ultravioleta. Estas radiaciones ultravioleta a su vez excitan

las materias fluorescentes depositadas en la pared del tubo haciendo que emitan

radiaciones de mayor longitud que las ondas incidentes; o dicho de otra forma,

emitirán radiaciones visibles. El color de la luz dependerá de la o las sustancias

fluorescentes utilizadas.

Figura 9.

Constitución de una lámpara fluorescente Fuente: El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión

Las lámparas fluorescentes se clasifican en dos grandes grupos: Lámparas de

cátodo caliente y lámparas de cátodo frío.

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Las primeras son en general a igualdad de potencia eléctrica más cortas y de

mayor diámetro y tienen una eficiencia más alta. Las lámparas de cátodo frío son

más largas y delgadas y pueden adoptar una gran variedad de formas, y tienen

también una duración mayor que las lámparas de cátodo caliente. Sirven sobre

todo para aplicaciones especiales, como por ejemplo, letreros luminosos.

Figura 10.

Forma de lámpara de cátodo caliente Fuente: El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión

Figura 11.

Forma de lámpara de cátodo frio Fuente: El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión

Las más usadas de este tipo de lámparas, es la de cátodo caliente, ya sea para

uso comercial u oficinas.

Las lámparas fluorescentes se diferencian de las incandescentes que aparte de

requerir de un portalámparas necesitan de más aparatos o dispositivos auxiliares

en su circuito de alimentación.

Para el funcionamiento de todos los tipos de lámparas fluorescentes, es necesario

un elemento auxiliar denominado “balastro” que es un dispositivo

electromagnético, electrónico o hibrido que por medio de inductancias,

capacitancias, resistencias, y/o elementos electrónicos (transistores, tiristores,

etc.), solos o en combinación, limitan la corriente de la lámpara y cuando es

necesario la tensión y corriente de encendido. Todas las lámpara de este tipo

requiere de un balastro que absorbe una potencia variable que depende del tipo

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García, 2013 Página - 16 -

de lámpara y de la tensión y que representa del 15 al 40% de la potencia total

dependiendo de qué clase de balastro se esté usando y obteniendo menores

pérdidas con el uso de balastros electrónicos.

Otro punto importante es que el balastro tiene un factor de potencia específico y

se puede agrupar de la siguiente manera:

Balastro con alto factor de potencia

Es un balastro cuyo factor de potencia es igual o mayor al 90%.

Balastro con factor de potencia corregido

Es un balastro cuyo factor de potencia es igual o mayor al 85% y menor al

90%

Balastro de bajo factor de potencia (factor de potencia normal)

Es un balastro cuyo factor de potencia es menor al 85%.

En los mejores caso un buen balastro es aquel que se encuentra en los grupos de

balastro con alto factor de potencia o con factor de potencia corregido y tratando

de evitar el balastro de bajo factor de potencia ya que esto repercute directamente

en la corriente demandada por el aparato y se ve reflejado en el aumento del

consumo de energía de este.

Existen algunas lámparas fluorescentes que encienden con algunos segundos de

retardo (encendido con arrancador) y otras que encienden instantáneamente.

Aquellas que usan arrancador son las más comunes cuando se trata de

soluciones más económicas (menores pérdidas y menor costo de alimentación) y

el retardo de encendido, en la mayoría de los caso, no produce malestar.

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García, 2013 Página - 17 -

Figura 12.

Circuito de lámpara de encendido con arrancador Fuente: El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión

Las lámparas de encendido instantáneo son de dos tipos:

Con precalentamiento de los electrodos. Estas lámparas tienen un

dispositivo externo denominado “arrancador-rápido” (que absorbe una

potencia mayor que la de las lámparas con arrancador). El flujo luminoso de

estas lámparas es igual al de las lámparas con arrancador en el inicio, pero

la eficiencia es menor a causa de las pérdidas mayores en el alimentador.

Figura 13.

Circuito de lámpara con precalentamiento de electrodos y encendido instantáneo Fuente: El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión

Sin precalentamiento de los electrodos. Con reactores especiales (que

absorben una potencia aún mayor que aquellas lámparas de arranque

rápido). El flujo luminoso es igual al de los casos anteriores, pero la

eficiencia es más baja a causa de las mayores pérdidas en los

alimentadores.

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García, 2013 Página - 18 -

Figura 14.

Circuito de lámpara de encendido instantáneo sin precalentamiento de electrodos

Las lámparas fluorescentes tienen algunas ventajas, como por ejemplo una buena

eficiencia luminosa (de 4 a 6 veces lo que tienen las lámparas incandescentes) por

lo que es menor el costo de operación de la misma. Tienen también una baja

luminancia, con lo que se reduce sensiblemente el problema de deslumbramiento.

No tienen ninguna restricción en cuanto a la posición de operación. Presentan la

desventaja de que requieren elementos auxiliares para el encendido, requieren

mayor espacio para su instalación, por lo que a igualdad de potencia con una

lámpara incandescente puede ser de 10 a 15 veces mayor.

2.3.2 Lámparas de vapor de mercurio a alta presión.

Este tipo de lámpara pertenece a la clase de lámparas luminiscentes, es decir,

utilizan directamente la luminiscencia producida por la descarga eléctrica en el

seno de gases y vapores metálicos. Dentro de este grupo algunas lámparas son

de cátodo frío o sea que aprovechan los efectos de la descarga luminiscente; otras

son de cátodo caliente, y utilizan los efectos de la descarga por arco.

Propiamente en las lámparas de vapor de mercurio, se utiliza la luminiscencia

producida por el efecto de la descarga eléctrica en una atmósfera mezclada de

vapor de mercurio y de un gas inerte (generalmente argón). Las propiedades

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García, 2013 Página - 19 -

eléctricas y luminosas del vapor de mercurio dependen en gran parte de la

intensidad de corriente y de la presión contenida en el interior de la lámpara.

Este tipo de lámparas constan de un tubo de cristal de cuarzo cuyo diámetro está

comprendido entre 8 y 40 mm y cuya longitud oscila entre los 3 y 20 cm, según las

potencias. Los dos electrodos principales para corriente alterna, están constituidos

por pequeñas masas de tungsteno, con cavidades rellenas de un producto emisor

de electrones.

En las inmediaciones de cada electrodo principal se sitúa un electrodo auxiliar o

electrodo de encendido, constituido por un metal de alto punto de fusión y

conectado eléctricamente al electrodo principal opuesto por medio de una

resistencia de unos 10 000 Ω aproximadamente.

El tubo de cuarzo está montado en el interior de una ampolla generalmente ovoide

de 5 a 20 cm de diámetro, según la potencia en cuyo interior se sitúan las

resistencias conectadas a los electrodos auxiliares.

En el tubo interior de cuarzo existe un gas noble, generalmente argón a una

presión de unos 10 mm de columna de mercurio y una cantidad de mercurio

exactamente dosificada según sea la potencia.

El espacio comprendido entre el tubo de cuarzo y la ampolla exterior está relleno

de un gas neutro a presión suficientemente elevada pero inferior a la atmosférica

para evitar la formación de arco entre las partes metálicas internas de la ampolla.

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García, 2013 Página - 20 -

Figura 15.

Constitución de lámpara de vapor de mercurio Fuente: El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión

El funcionamiento de la lámpara se describe a continuación:

En base a la figura 16. Se establece la alimentación, en este caso 220 C.A., la

lámpara no se enciende inmediatamente ya que la resistencia de arranque es

menor a la del gas que se encuentra dentro del tubo; en consecuencia la corriente

fluye por el electrodo auxiliar estableciendo una descarga con el electrodo

principal comenzando así la ionización del gas y el calentamiento del mercurio.

Una vez que la resistencia del gas dentro del tubo es menor a la resistencia de

arranque, se establece la descarga entre los electrodos principales y quedando

desactivado el electrodo auxiliar.

Cabe señalar que en el encendido la corriente es 1.5 a 2 veces la corriente

nominal y es necesario controlar la descarga con un balastro. Al mismo tiempo en

que se produce la estabilización de la lámpara el flujo luminoso y cambio de color

es notable.

El tiempo de puesta en régimen varía de 2 a 4 minutos según el modelo de la

lámpara, su potencia, las características del balastro, etc.

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García, 2013 Página - 21 -

Figura 16.

Conexión de lámpara de vapor de mercurio de alta presión. Fuente: El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión

Las principales ventajas son que tienen una buena eficiencia luminosa, ocupan

poco espacio, cuentan con una larga vida media, no tiene limitación en cuanto a

posición de uso, exceptuando algunos casos.

Las desventajas presentes son la utilización de aparatos auxiliares para su

encendido, El encendido no es inmediato, así como su reencendido. Su costo es

relativamente elevado y por último su color es en general una luz azulada.

Para poder corregir el problema de la escases de color rojo en este tipo de

lámparas se hace uso de distinto métodos que dan origen a otros dos grupos

dentro de las lámparas de vapor de mercurio.

a) Lámparas de vapor de mercurio con bulbo fluorescente. En estas lámparas

el bulbo se encuentra revestido con una capa de material fluorescente y se

permite aprovechar los rayos uv que emite el tubo de cuarzo y con esto se puede

obtener un espectro luminoso compuesto principalmente de radiaciones de color

rosa con gran longitud de onda.

b) Lámparas de vapor de mercurio de luz mixta. Estas lámparas proporcionan

una luz mixta mercurial-incandescente. Al tubo normal de descarga se le agrega

un filamento metálico (conectado en serie), que asume doble función de

proporcionar radiaciones luminosas de color rosa (típicas de las lámparas

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García, 2013 Página - 22 -

incandescentes) y de servir como resistencia estabilizadora de la descarga. Por tal

motivo, no se requiere de elementos auxiliares de alimentación.

2.3.3 Lámparas de vapor de sodio.

Este tipo de lámpara también pertenece a las lámparas de descarga en gas y se

encuentran de 2 tipos:

Lámpara de vapor de sodio de alta presión. La luz de estas lámparas da un color

que los fabricantes como “blanco dorado”, pero tienden un poco al amarillo fuerte.

Con relación a las lámparas de vapor de mercurio, las cuales se analizan

frecuentemente como alternativa para la solución de un problema de iluminación,

se puede decir que la de vapor de sodio a alta presión tiene una eficiencia mucho

mayor y, de hecho, son aplicables a soluciones de iluminación en áreas

industriales en donde la tonalidad de colores no es muy importante.

Su encendido requiere, en lugar de un arrancador normal usado para las lámparas

fluorescentes o de vapor de mercurio, de un encendedor un poco normal. Algunas

lámparas se construyen con el encendedor incorporado que permitan la rápida

sustitución por las lámparas de mercurio que tienen las mismas características. El

encendido requiere de un tiempo similar a las lámparas de vapor de mercurio,

pero pueden operar sin problemas a temperaturas bajas.

El reencendido en caliente es mucho más rápido, requiriendo alrededor de 1 a 2

minutos de las pequeñas a las grandes potencias. El tipo de bulbo tubular con dos

patas de conexión, se puede reencender en forma instantánea. La duración o

tiempo de vida es del orden de 6,000 horas. El costo de estas lámparas es

superior a igualdad de características a la correspondiente de vapor de mercurio,

pero ofrece ventajas en número de encendido y duración.

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García, 2013 Página - 23 -

Lámparas de sodio a baja presión. Estas lámparas se presentan normalmente en

forma de bulbo tubular de vidrio que contienen en su interior el tubo de descarga doblado en forma de U. Su color es casi amarillo, ya que se encuentra dentro de la

gama de colores monocromáticos. La eficiencia de estas lámparas es muy alta y

se puede considerar como una de las mayores entre todas las fuentes luminosas

artificiales y alcanza valoras entre 130 y 180 lumen/watt.

La utilización típica de estas lámparas, se encuentra en la iluminación de áreas

externas en donde la tonalidad de los colores no es muy importante y en donde las

luces monocromáticas presentan la ventaja de menos dispersión en caso de

niebla.

El encendido de estas lámparas es lento, ya que requiere de aproximadamente

unos 10 minutos para alcanzar el 80% del flujo luminoso y otros 5 minutos para

llegar al 100%. El reencendido, después de que se apaga en forma momentánea,

es rápido. Para la alimentación de estas lámparas, se requiere:

Para potencias más pequeñas (18 watts), un reactor con un capacitor intercalado

de unos 5 µF.

Para potencias de mayor a los 18 hasta los 180 watts, de un transformador

elevador de flujo disperso, así como un capacitor para la corrección de factor de

potencia, que por lo general es de mayor capacidad que los de otros tipos de

lámparas a igualdad de potencia. La duración económica es de orden de 6 000

hrs.

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García, 2013 Página - 24 -

Figura 17

Lámpara de sodio de alta presión Fuente: El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión

Figura 18.

Diagrama de lámpara de baja presión Fuente: El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión

2.4 RENDIMIENTO DE LAS LUMINARIAS.

Como ya se mencionó en el capítulo anterior las fuentes luminosas existentes en

la actualidad no realizan por sí mismo una distribución de flujo luminoso que

permita su aplicación directa, sino que se hace necesaria la utilización de

dispositivos que modifiquen o controlen la luz emitida por dichos manantiales

luminosos.

Dichos dispositivos se les conoce como luminarias y estos tienen la función, según

sea el caso, de dirigir, filtrar, o trasformar la luz emitida por las fuentes luminosas y

además de comprender todos los elementos necesarios para fijar y proteger

mecánicamente las lámparas y para recibir un circuito de alimentación.

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García, 2013 Página - 25 -

Los aparatos que sirven para modificar la dirección de la luz, son denominados

reflectores. Se construyen de formas distintas, según se requiera obtener un haz

de luz paralelo (reflectores parabólicos) o concéntricos.

Para atenuar los efectos deslumbrantes de las fuentes luminosas, se usa los

llamados difusores que pueden ser de vidrio opalino o esmerilado o bien de

plástico.

Las luminarias que presentan características mixtas que permiten obtener

simultáneamente los aspectos fotométricos, estéticos, eléctricos y mecánicos, que

condicionan su uso en función del ambiente por iluminar.

El rendimiento de una luminaria: el rendimiento de los aparatos de iluminación (ƞ),

se define como la relación entre el flujo luminoso que sale del aparato (ΦA) y el

flujo luminoso emitido por la lámpara (ΦE).

(3)

Dicho rendimiento depende de los materiales con los cuales se construye los

aparatos de iluminación, particularmente su característica de reflexión, depende

también de la forma que tengan y de la forma para proteger y montar la fuente

luminosa.

Otros factores que condicionan en forma notable el rendimiento de las luminarias

es el estado de conservación de las características iniciales, ya que la falta de

mantenimiento, por ejemplo limpieza, hace decaer sensiblemente el nivel de

iluminación

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García, 2013 Página - 26 -

2.5 CURVAS FOTOMÉTRICAS.

La curva fotométrica es el resultado de tomar medidas de intensidad luminosa en

diversos ángulos alrededor de una luminaria y/o fuente luminosa y transcribirlas

en forma gráfica, generalmente en coordenadas polares. La distancia de cualquier

punto de la curva al centro indica la intensidad luminosa de la fuente en esa

dirección (a mayor distancia mayor intensidad).

Cada lámpara está caracterizada por una distribución del flujo luminoso que

produce, la distribución de este es tal que la intensidad luminosa es máxima entre

los 30 y 60 grados con respecto al eje de la lámpara en donde la iluminación es

mínima (parte superior) o máxima (parte inferior).

Figura 19.

Distribución del flujo luminoso de una lámpara incandescente. Fuente: El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión

Las luminarias se caracterizan de acuerdo a su curva fotométrica. Por simplicidad,

estas curvas se limitan solo a dos dimensiones.

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García, 2013 Página - 27 -

Figura 20.

Ejemplo del diagrama polar de un aparato de iluminación. Fuente: El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión

La lectura de la curva de distribución luminosa permitirá optar por la luminaria más

adecuada y lograr un proyecto más económico. Una luminaria de distribución

“ancha” y buen rendimiento permitirá un gran distanciamiento entre las mismas sin

sacrificar la uniformidad de la iluminación.

2.6 TIPOS DE ILUMINACIÓN.

Los tipos de iluminación se pueden clasificar de acuerdo a la distribución del flujo

luminoso.

2.6.1 Iluminación Directa

En este tipo de iluminación el flujo luminoso es directo hacia abajo, las luminarias

de este tipo tienen, por lo general, un rendimiento elevado del orden del 90-100%.

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García, 2013 Página - 28 -

Figura 21.

Ejemplo de Iluminación directa. Fuente: El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión

Es apta para lugares de trabajo donde se necesita de abundante luz enfocada

aunque puede generar sombras muy marcadas. Por ejemplo una lámpara colgante

que ilumina una mesa de trabajo o comedor.

2.6.2 Semi-directa

El flujo luminoso es directo en gran parte, hacia abajo entre el 60 y 90% y hacia

arriba entre el 10 y 40%.

Figura 22.

Ejemplo de iluminación semi-directa. Fuente: El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión

Se logra usando un difusor entre la lámpara y el lugar alumbrado, atenuando así la

incidencia de la luz. Y su uso es general en lugares en donde no se requiere

elevados niveles de iluminación.

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García, 2013 Página - 29 -

2.6.3 Mixta

El flujo luminoso está distribuido uniformemente, hacia abajo entre el 40-50% y

hacia arriba entre el 50-60%.

Figura 23.

Ejemplo de iluminación mixta. Fuente: El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión

Es usada en iluminación general en donde no se requiere radiación luminosa

enfocada y se logra generalmente sin necesidad de usar alguna luminaria y solo

colocando la lámpara directa.

2.6.4 Semi-indirecta

El flujo luminoso prevalece hacia la parte superior corresponde entre el 60-90%

del flujo total.

Figura 24.

Ejemplo de iluminación semi-indirecta. Fuente: El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión

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García, 2013 Página - 30 -

Se hace uso de este tipo de iluminación para lograr efectos decorativos dejando

un poco de lado lo funcional.

2.6.5 Indirecta

El rendimiento es bajo y la visión poco nítida por falta del efecto de sombra, la

iluminación hacia arriba es del 90-100%.

Figura 25.

Ejemplo de iluminación indirecta. Fuente: El ABC del alumbrado y las instalaciones eléctricas en baja tensión

Es una luz directa hacia el techo, donde el ambiente es iluminado por la refracción

de la luz en la superficie clara, creando un ambiente calmo y sin sombras

demasiado marcadas.

Así como las clasificaciones anteriores existen otras tantas en base al tipo de

aparato, la posición, etc.

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García, 2013 Página - 31 -

CAPÍTULO 3. ILUMINACIÓN LED

La realidad del cambio climático hace que el uso de la energía a escala global se

encuentre bajo intenso debate. La iluminación es uno de los usos más básicos de

la energía en la humanidad. Hoy, la iluminación se traduce en un 19% del

consumo de la electricidad mundial (IEA, International Energy Agency, 2012). La

baja eficiencia (aprox. 5%) de las viejas tecnologías y el despilfarro en iluminación

hacen evidente la necesidad de introducir mejoras en este sector.

La Iluminación en Estado Sólido (SSL, por sus siglas en inglés) emerge como una

tecnología alternativa en iluminación con una amplia variedad de aplicaciones. Los

Diodos Emisores de Luz (LEDs, Light Emitting Diode, por sus siglas en inglés) son

la tecnología SSL de mayor disponibilidad en el mercado, ofrece una gran

variedad de ventajas sobre las otras tecnologías de iluminación, desde la

eficiencia, solidez y longevidad hasta la capacidad de generar de manera directa

una gran cantidad de colores.

3.1 EL DIODO

Los diodos son componentes electrónicos de dos terminales (ánodo y cátodo) que

permiten (o no) el paso de la corriente en una sola dirección, según cómo se les

coloque la tensión en sus bornes. Llamándole polarización a la forma en que se

alimentan dichos componente.

Figura 26.

Símbolo del diodo

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García, 2013 Página - 32 -

Si se coloca una tensión mayor en el ánodo que en el cátodo, el diodo se

encuentra en polarización directa. Un diodo en estas condiciones permite el paso

de la corriente. Es decir, es equivalente a una válvula abierta.

Si se coloca una tensión mayor en el cátodo que en el ánodo, el diodo se

encuentra en polarización inversa. Un diodo en estas condiciones no permite el

paso de corriente.

Figura 27.

Formas de polarizar un diodo

En el caso ideal la tensión que cae sobre un diodo en polarización directa en cero

volts. Pero en la realidad, para un diodo de silicio por ejemplo, es de 0,7V.

3.2 EL LED

Un LED es un diodo que emite luz policromática, es decir, con diferentes

longitudes de onda, cuando se polariza en directa y es atravesado por corriente

continua la cual da lugar al fenómeno de la electroluminiscencia. El color depende

del material semiconductor empleado en la construcción del diodo, pudiendo variar

desde el ultravioleta, pasando por el espectro de luz visible, hasta el infrarrojo,

recibiendo éstos últimos la denominación de IRED (Infra-Red Emitting Diode).

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García, 2013 Página - 33 -

Figura 28.

Símbolo del led

La electroluminiscencia en un LED se produce cuando se establece un flujo de

electrones en la unión del ánodo y el cátodo. Cuando un electrón pasa de un lado

al otro, cae en un nivel de energía inferior, liberando la energía sobrante en forma

de un fotón, es decir, luz visible.

3.3 CARACTERÍSTICAS DEL LED.

En general los LEDs se alimentan mediante una fuente de corriente continua

diseñada para dar y controlar la precisión de la citada corriente. A demás los LEDs

tienen que trabajar con una tensión de salida muy estable que es la de conducción

de la unión entre ánodo y cátodo del diodo para mantener tanta potencia como la

intensidad de ellos, garantizando así, su vida y un funcionamiento correcto.

Para poder conectar directamente los luminarios LED a la red eléctrica que nos

proporciona la compañía de electricidad y obtener la estabilidad en la alimentación

de los LEDs es necesario un componente llamado driver. Los componentes que

constituyen la mayoría de los drivers son los siguientes:

Trasformador.

En primer lugar este elemento adapta los niveles de tensión y proporciona

aislamiento físico con la red de la compañía de electricidad.

Rectificador de onda completa, generalmente puente de diodos.

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García, 2013 Página - 34 -

Este componente transforma la corriente alterna que sale del secundario

del transformador y lo convierte en corriente directa pulsante, esto lo hace

con un arreglo de 4 diodos.

Circuito de filtrado.

A este elemento ingresa la corriente directa pulsante que viene del

rectificador de onda y a la salida ya sale como corriente directa lineal, es

decir sin variaciones. El más básico es la conexión en paralelo de un

capacitor con la carga, algo aún más complejo es el arreglo inductor-

capacitor (filtro LC)

Regulador integrado de tensión.

Este último componente tiene la función de regular la salida del driver y

eliminar cualquier pico de tensión provocada por situaciones internas o

externas al luminario LED.

Figura 29.

Componentes básicos de driver de alimentación.

La conexión de esto elemento con el suministro de energía es posible mediante

una resistencia en serie llamada Resistencia limitadora de corriente la cual, como

su nombre lo indica, limita la corriente que pasa por el LED para su correcto

funcionamiento, esta resistencia se puede calcular con la siguiente ecuación:

[Ω] (4)

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García, 2013 Página - 35 -

Figura 30.

Circuito de alimentación del LED Fuente: www.apuntesdeelectronica.com/componentes/todo-sobre-led.htm

Cuando es necesaria la conexión de varios LEDs a una sola fuente, el caso de las

lámparas LED, se hace uso de la conexión serie-paralelo de los elementos,

asegurando así la independencia de cada circuito y evitando el fallo total de la

lámpara, esto se puede observar en la figura 31.

Figura 31.

Circuito de alimentación serie-paralelo

El cálculo de las resistencias de los circuitos en serie es de manera similar al caso

de la figura 30, aquí la corriente que circula por los 3 LEDs es la misma, con lo

cual basta conectar sólo una resistencia limitadora de corriente, sin importar la

cantidad de LEDs que se tengan y el cálculo del valor de la resistencia se hace

con la siguiente ecuación:

[Ω] (5)

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García, 2013 Página - 36 -

Es necesario señalar que los LEDs que se usan en la conexión en serie tienen que

cumplir con las mismas características de operación ya que de lo contrario esto

puede ocasionar daños o incluso la destrucción del circuito. Las recomendaciones

realizadas por las empresas fabricadoras de lámparas de este tipo es que si se

llegase a dañar un LED del conjunto deberá cambiarse la serie completa.

Otra recomendación importante es que para colocar diodos en paralelo hay que

tener en cuenta que cada uno de ellos debe estar acompañado de su respectiva

resistencia. Ya que por más que los diodos sean del mismo fabricante, y se

suponga tengan las mismas características, esto en la realidad no es tan así. Lo

que provocará que ambos quieran imponer su tensión en directa, y alguno de los

dos termine dañándose.

Figura 32.

Correcta conexión en paralelo Fuente: www.apuntesdeelectronica.com/componentes/todo-sobre-led.htm

Es importante mencionar que el voltaje de funcionamiento (Vdiodo) así como la

corriente máxima (Imax) a la cual trabaja correctamente los diodos emisores de luz

obedecen estrictamente a la construcción del mismo así como las especificaciones

de su fabricante.

Con respecto a la vida útil de los LEDs se establece un periodo entre las 50,000 y

70,000 horas cumpliendo con los requerimientos necesarios para el correcto

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García, 2013 Página - 37 -

funcionamiento. En base a las normas establecidas por la Comisión Nacional para

el Uso Eficiente de la Energía (CONUEE).

En general los LEDs ofrecen muchas ventajas a la iluminación tradicional. La

importancia de dichas ventajas dependerá de su aplicación específica, pero

incluyen:

Ventajas en general:

Larga duración (50.000 horas).

Bajo costo de mantenimiento.

Más eficiencia que las lámparas incandescentes y las halógenas.

Encendido instantáneo.

Emisión directa de luces de colores sin necesidad de filtros.

Gama completa de colores.

Control dinámico del color y puntos blancos ajustables

Ventajas de diseño:

Libertad total de diseño con luces invisibles.

Colores intensos, saturados.

Luz direccionada para sistemas más eficaces.

Iluminación fuerte, a prueba de vibraciones.

Ventajas medioambientales:

Sin mercurio

Sin irradiaciones de infrarrojos o ultravioletas en la luz visible

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García, 2013 Página - 38 -

Desventajas:

Alto costo de adquisición.

Uso de un driver para su alimentación.

Por si solo bajo ángulo de apertura de la luz lo cual hace que se tenga que

utilizar en conjunto.

Degradación luminosa si se avería un solo led en el conjunto.

El diodo LEDs depende en gran parte por la temperatura ambiental.

3.4 LA EVOLUCIÓN DEL LED.

El primer LED comercialmente utilizable fue desarrollado en el año 1962,

combinando Galio, Arsénico y Fósforo (GaAsP) con lo cual se consiguió un LED

rojo con una frecuencia de emisión de unos 650 nm con una intensidad

relativamente baja el cual solo era utilizado para señales visuales y representar un

estado u otro tipo de señal en dispositivos electrónicos. Esto se debió a la baja

intensidad luminosa con la que contaban.

Figura 33.

Fotografía del LED indicador visual.

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García, 2013 Página - 39 -

El siguiente desarrollo se dio ya entrada la década del 70, se introdujo nuevos

colores al espectro. Distinta proporción de materiales produjo distintos colores. Así

se consiguieron colores verde y rojo utilizando GaP y ámbar, naranja y rojo de

630nm (el cual es muy visible) utilizando GaAsP. También se desarrollaron LEDs

infrarrojos, los cuales se hicieron rápidamente populares en los controles remotos

de los televisores y otros artefactos del hogar.

Figura 34.

Fotografía del LED infrarrojo

A final de los 90 se cerró el circulo sobre los colores del arco iris, cuando gracias a

las tareas de investigación del Shuji Nakamura, investigador de Nichia, una

pequeña empresa fabricante de LEDs de origen japonés, se llegó al desarrollo del

led azul, este led siempre había sido difícil de conseguir debido a su elevada

energía de funcionamiento y relativamente baja sensibilidad del ojo a esa

frecuencia (del orden de los 460 nm).

Figura 34.

LED Azul.

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García, 2013 Página - 40 -

Fuente: www.infoleds.wordpress.com

Dado que el azul es un color primario, junto con el verde y el rojo, tenemos hoy en

día la posibilidad de formar el blanco con la combinación de los tres y toda la

gama de colores del espectro de luz visible.

Figura 35.

LED blanco. Fuente: www.infoleds.wordpress.com

Figura 36.

Gama de colores en los LED. Fuente: www.infoleds.wordpress.com

A finales de los 90 y principio del 2000 ya se contaba toda la gama de colores del

espectro visible en encapsulados LED en presentación de alto brillo (Superflux).

Pero aún era necesario aumentar la potencia de estos para así conseguir un

máximo flujo luminoso, la única limitante era la temperatura ya que al aumentar la

potencia en los diodos que hasta ahora se tenían, también aumentaba la

temperatura sin poderla disipar.

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García, 2013 Página - 41 -

Es por lo anterior que se desarrollaron los LEDs de alta potencia con una mejor disipación térmica los cuales son más completos e incluyen diversas alternativas

de ópticas de control del flujo luminoso y se fabrican en potencias mayores a 1 W;

este tipo de LEDs se utilizan principalmente en aplicaciones arquitectónicas de

iluminación en exteriores, iluminación para calle e iluminaciones en lugares donde

se demanda un elevado flujo luminoso por parte de la fuente luminosa.

Con respecto a los LEDs de alta potencia no existe una forma estandarizada en su

construcción física y cada una de las empresas que los fabrican realizan cada vez

mejores diseños para una eficiencia cada vez mayor.

Figura 37.

LED de alta potencia con base para disipador de calor Fuente: www. infoleds.wordpress.com

3.5 TIPOS DE LÁMPARAS Y LUMINARIOS LED EN LA ACTUALIDAD.

Hoy en día se cuenta con una gran variedad de luminarios y lámparas que utilizan

la tecnología LED. Resaltando entre estos los que suplen a las tecnologías

actuales ya que no es necesario la reinstalación total y solo se necesita hacer el

cambio de las fuente luminosas. En otros casos si es necesario el cambio total del

luminario por aquellos en los que se puedan usar los LEDs.

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García, 2013 Página - 42 -

Como ejemplo a continuación se presentan algunas de las lámparas disponibles

en el mercado, bajo el nombre de algunas compañías y sus especificaciones. En

este caso la compañía importadora de VERDE ALTERNO con su catálogo 2012.

www.verdealterno.com.mx

Para sustituir focos de halógeno del tipo MR16

MR16-3-CW Sustituye Foco de halógeno 25W 3 LEDs x1W Potencia: 3.8 W Flujo luminoso: 285 lm Voltaje de entrada: 12 Vcd / Vca Temperatura del color: 5500-6500°K Ángulo de apertura: 30°/60° Vida: > 30,000 Horas. Tipo de Base: MR-16

VA MR16 PRO 5W D Remplaza 50W Halógeno MR16 Voltaje de entrada: 12 V AC Consumo: 5 Watts Temperatura de color: 3000º K Angulo: 45º o 120º LED: 1 LED de 5 Watt Nichia LED Flujo Luminoso: 350 lm Vida útil: > 50,000 Horas Tipo de Base: MR-16

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García, 2013 Página 43

Para sustituir focos de halógeno e incandescentes

R20 Sustituye Halógeno de 60 W Consumo: 6 W. Intensidad luminosa: 35 lm. Voltaje de entrada: 110 V CA Ángulo de apertura: 120 Grados

PAR20 SPOT 9 W LED: 7×1 Watt CREE LED with Technology Sustituye Halógeno de 60W Consumo: 9 Watts Voltaje de entrada: 120V AC Flujo Luminoso: 450 lm Temperatura de color: 2800º K Angulo: 90º Tiempo de vida: > 50,000 Horas Conector: E26/27

VA EVO LUX Sustituye foco incandescente de 100W LED de Marca: CREE® Consumo: 13 Watts Max Voltaje de entrada: 90~277 V AC Flujo Luminoso: 1075 lm Temperatura de color: 3000º K Ángulo: 180º Rango de temperatura de operación:-4°~113° Vida: > 50,000 Horas

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García, 2013 Página 44

B-5-C Sustituye al foco incandescente 60 W 66 LEDs Consumo: 5 W Temperatura del color: 5500-6500 °K Flujo luminoso: 396 lm Voltaje de alimentación: 90-250 Vca Angulo de apertura: 360° Vida útil: > 30,000 horas

Para sustituir incandescentes o fluorescentes

Z lux 2 VA Z LUX 2 PRO Sustituye fluorescente de 45 W Consumo: 7 Watts Voltaje de entrada: 90~277 V AC Flujo Luminoso: 450 lm Temperatura de Color: 3000º K Ángulo de apertura: 180º Rango de Temperatura de Operación: -22°~176° Tiempo de Vida: > 50,000 Horas

VA PL 4 W Sustituye foco fluorescente de 13 W Consumo: 4 Watts Cantidad de LED: 30 LED Voltaje de entrada: 110~220 V AC Flujo Luminoso: 220 lm Temperatura de Color: 6000ºK Angulo de luz: 120º Tiempo de Vida: > 50,000 Horas Tipo de Base: PL Type 5,7,9,13 with G23

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VA PL 6W PRO Sustituye foco fluorescente de 23 W Consumo: 6 Watts Cantidad de LEDs: 18 Voltaje de Entrada: 110~240 V AC Flujo Luminoso: 425 lm Temperatura de Color: 3000º K Angulo de luz: 120 grados Vida útil: > 50,000 Horas Bases disponibles: PL Type con G24

VA T8: 8, 15, 24 Watts Sustituye tubo de 16W, 39W, 72W Flujo luminoso: (8w) 800lm, (15w) 1500lm, (24W) 2400lm. Temperatura de color: 3000ºK Vida útil: > 50,000 Horas

Voltaje de alimentación: 110-285 V CA Temperatura de Operación: -20~40ºC Construcción: Plástico de alta resistencia y disipador de calor de aluminio Tipo de Base: Bi Pin T8, T10, T12 Compatible

Para sustituir sodio de alta presión:

VA SUPER MOGUL 28W Equivalentes a 100W de Vapor de Sodio Alta Presión Consumo: 28 W Voltaje de entrada 100 - 240 Vac Factor de potencia: .98 Eficiencia energética 88% Flujo en lm Inicial: 2250 LM, constantes 1800 lm Eficiencia 65 Lm / W Temperatura de Color 5500k a 6100 K Angulo de apertura: 120 grados Tiempo de vida del LED 30,000 horas Base E39

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ONILED 2036 Equivalentes a 150W de Vapor de Sodio Alta Presión Consumo Eléctrico Total: 43 W Voltaje de Operación 90 a 264 V AC, Corriente a 110V: 0.35 A, Corriente a 220 V: 0.20 A Factor de Potencia: 0.90 Cantidad de LEDs 18, Color de luz: 5000K- 8000 K

GROW LED 300 W Equivalentes a 2000 W de aditivo metálico Cantidad de LEDs 288 LEDs de 1 W Consumo: 300 Watts Voltaje de alimentación: 85-260V Dimensiones: 480x315x60mm Potencia lumínica: 9800 lm Vida útil: >50,000 Área de iluminación: 50 m2

GROW LED 600 W Equivalentes a 4,000W de aditivo metálico Cantidad de LEDs: 576 LEDs de 1 W Consumo: 600 Watts Voltaje de alimentación: 85-260 Vca Dimensiones 480x315x60mm Potencia lumínica: 18000 lm Vida útil: 50,000 Área de iluminación 80m2

3.6 EL FUTURO DE LA ILUMINACIÓN LED.

Hoy en día se sigue mejorando el rendimiento de los LEDs, haciéndolos más

potentes y disminuyendo la producción de calor en los mismo. Pero nuevas

investigaciones apuntan hacia el desarrollo del diodo orgánico emisor de

luminosidad, conocido como OLED (Organic Light-emitting Diode). Estos

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García, 2013 Página 47

productos consisten en delgadas láminas orgánicas superpuestas entre dos

conductores eléctricos y se manifiestan como “paneles de luz” en lugar de fuente

puntual de luz (como los LEDs). Los OLEDs podrían incluso ser transparentes, lo

que les permitiría cubrir tragaluces, esto permitiría que entre la luz del sol durante

el día y producir luz durante la noche. La tecnología podría eventualmente proveer

de fuentes de luz blanca aptas para iluminación general.

Figura 38.

Estructura básica de un OLED Fuente: www.monografias.com/trabajos-pdf4/tecnologia-led-ensayo/tecnologia-led-ensayo.pdf

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García, 2013 Página 48

CAPÍTULO 4. ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE

ILUMINACIÓN CONVENCIONAL E ILUMINACIÓN LED

En este capítulo se expondrá el método de los lúmenes para establecer el número

de luminarias necesario en un determinado local que precise una iluminación

uniforme. Se debe conocer antes cuáles son las dimensiones del local, así como

el tipo de lámpara y luminaria que se utiliza, de manera que no sólo se pueda

calcular su número sino también evaluar si ofrecen el nivel de iluminancia

adecuado o no.

El método de los lúmenes, también denominado Sistema General o Método del

Factor de utilización, es una forma muy práctica y sencilla de calcular el nivel

medio de la iluminancia en una instalación de alumbrado general. Proporciona una

iluminancia media con un error de ± 5 % y nos da una idea muy aproximada de las

necesidades de iluminación.

4.2 El Método de los lúmenes

Este método se presenta de manera secuencial a continuación:

1.- Determinar el trabajo que se desarrolla en el local. Sirve para determinar la cantidad y calidad de luz que se necesita y la elección se

realiza con el listado de las tablas contenidas en el anexo A. El nivel de utilización

recomendado por IESNA se modifica en función de lo siguiente:

100% Nivel de iluminación para lugares comerciales.

60% Nivel de iluminación para lugares particulares.

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García, 2013 Página 49

2.- Determinar el tipo de fuente luminosa. Es decir el tipo de lámpara adecuada en base a las condiciones del lugar.

3.- Determinar las condiciones ambientales del área a iluminar. Ayuda a determinar la cantidad de contaminación (polvo, suciedad, etc.)

4.- Área física y operación del lugar. Incluye dimensiones del lugar, horas diarias de trabajo, etc.

5.- Selección del luminario. Es necesario conocer la altura del montaje, el tipo de lámpara, factor de

depreciación ya sea colgante o empotrado, mantenimiento, aspecto y tamaño.

6.- Determinación de los factores de mantenimiento de luz para el área. (F.M.)

Los factores de pérdida de luz se pueden dividir en recuperables (depreciación de

la producción lumínica de la lámpara, depreciación debido al polvo, lámparas fuera

de servicio) y las no recuperables (temperatura ambiental, voltaje de alimentación,

características del balastro). Tomando en cuenta estos valores de pérdida se

obtiene un factor de pérdida neta multiplicando a cada uno de ellos.

Para determinar el factor de mantenimiento se hará uso de la tabla 1:

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García, 2013 Página 50

Tabla 1. Cálculo de factor de mantenimiento

FACTORES DE PÉRDIDA TIPO DE LÁMPARA

DESCARGA INCANDESCENTE

BALASTRO 0.95 1

CAÍDA DE TENSIÓN (-0.2%) 0.98 0.96

RECUBRIMIENTO DE LA LÁMPARA

0.98 1

TEMPERATURA DE LA LÁMPARA

1 1

# DE LÁMPARAS APAGADAS

% total de lámparas encendidas

% total de lámparas encendidas

DEGRADACIÓN LUMINOSA POR SUCIEDAD

Tabla Anexo C Tabla Anexo C

DEGRADACIÓN LUMINOSA POR HORAS DE ENCENDIDO

Generalmente 0.87 Generalmente 0.84

TOTAL

Fuente: IESNA, 2008

7.- Cálculo de las relaciones de cavidad del local Su ecuación es la siguiente:

(6)

Dónde: Hc: altura de cavidad del local. L1: largo del local. L2: ancho del local.

8.- Determinación de las reflectancias. Si no se tienen las reflectancias correspondientes a las cavidades del techo y

pared, se utilizan las tablas de reflectancias que maneja la IESNA y que se

muestran en la tabla 2, para determinar el coeficiente de utilización (C.U.) Tabla 2. Tablas de reflectancia

ZONA COLOR CLARO COLOR PASTEL

COLOR OBSCURO

TECHO 80% 50% 30% PARED 50% 30% 10%

Fuente: IESNA, 2008

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García, 2013 Página 51

Es necesario indicar si los luminarios están empotrados en el techo o si existe un

espacio vacío con respecto a este, de manera que si existiera la cavidad se tendrá

que hacer un pequeño cálculo y con tablas de relaciones de reflectancias

efectivas de cavidad contenidas en el Anexo D, poder observar si la reflectancias

del techo es afectada o no.

(

)

(7)

Dónde:

Hc: altura de cavidad.

L1: largo del local.

L2: ancho del local.

9.- Determinar el coeficiente de utilización (C.U.) El coeficiente de utilización se encuentra en los datos técnicos proporcionaos por

el fabricante del luminario que se va a utilizar o si no se tienen se usan las tablas

de la IESNA contenidas en el Anexo B para seleccionar el valor apropiado del C.U.

además se debe conocer previamente las reflectancias efectivas del techo y

pared. Así mismo la separación máxima entre luminarios

10.- Cálculo de lúmenes totales

Con los datos encontrados en los pasos anteriores se aplica la ecuación número

8:

(8)

Dónde:

L.T.: Lúmenes totales

N.I.: Nivel de iluminación. (Luxes)

A.: Área del local. (m2)

C.U.: Coeficiente de utilización.

F.M.: Factor de mantenimiento.

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García, 2013 Página 52

11.- Cálculo de número de lámparas requeridas

Con los datos obtenidos en los pasos anteriores se aplica la ecuación 9 con el fin

de obtener el número de lámparas requeridas:

(9)

Dónde: N.L.: Número de lámparas. L.T.: Lúmenes totales. L.L.: Lúmenes proporcionados por la lámpara

12.- Sembrado de lámparas

Una vez calculado el número mínimo de luminarias que se necesitan se tiene que

proceder a distribuirlas sobre el local, es decir, se tendrá que averiguar la distancia

a la que se debe instalar para iluminar uniformemente.

En los locales de planta rectangular, se reparten de forma uniforme en filas

paralelas a los ejes de simetría del local según las siguientes ecuaciones:

=√(

) (10)

Dónde: Nancho: Número de filas de luminarias a lo ancho del local. Ntotal: Número de luminarias totales requeridas. L1: largo del local. L2: ancho del local.

(

) (11)

Nlargo: Número de columnas de luminarias a lo largo del local. Nancho: Número de filas de luminarias a lo ancho del local. L1: largo del local. L2: ancho del local.

Para que quede más claro el uso de este método a continuación se presenta el

siguiente ejemplo:

Se necesita iluminar una bodega de dimensiones 20 m de ancho por 50 m de

largo por 10 m de alto. La condición del dueño del establecimiento es utilizar

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García, 2013 Página 53

luminarias tipo down light con dos lámparas fluorescentes T8 colgadas a 2m del

techo.

Los acabados de dicha bodega son paredes de yeso blanco y techo de placas de

lámina color claro. Con un ambiente de suciedad media, mantenimiento cada 12

meses y un uso de la iluminación diario de 10 horas continúas.

Al tratarse de una bodega la cual solo tiene ese propósito y con demanda menor a

25 KW cuenta con un contrato eléctrico situado en la tarifa 2 de baja tensión con

facturación bimestral.

Con referencia a los niveles de iluminación recomendados por la IESNA el

mínimo de luxes para el trabajo de la bodega son 100 luxes de uso particular.

Siguiendo el método de los lúmenes:

1.-Determinar el trabajo que se desarrolla en el local.

Almacén activo con embalaje basto en uso particular

2.-Determinar el tipo de fuente luminosa.

Tubo fluorescente o LED T8.

3.-Determinar las condiciones ambientales del área a iluminar.

Condiciones de suciedad media con mantenimiento cada 12 meses.

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García, 2013 Página 54

4.-Área física y operación del lugar.

Dimensiones: 20m ancho; 50m largo; 10m alto.

Horas de trabajo: 10 hrs diarias.

5 días a la semana.

5.-Selección del luminario.

Luminario #22 tablas Anexo B

Altura de montaje: 8m

6.-Determinación de los factores de mantenimiento de luz para el área.

Tabla 3. Cálculo de factor de mantenimiento para bodega

FACTORES DE PÉRDIDA TIPO DE LÁMPARA

DESCARGA

BALASTRO 0.95

CAÍDA DE TENSIÓN (-0.2%) 0.98

RECUBRIMIENTO DE LA

LÁMPARA 0.98

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García, 2013 Página 55

TEMPERATURA DE LA

LÁMPARA 1

# DE LÁMPARAS

APAGADAS 1

DEGRADACIÓN LUMINOSA

POR SUCIEDAD 0.9

DEGRADACIÓN LUMINOSA

POR HORAS DE ENCENDIDO 0.87

TOTAL 0.71

7.-Cálculo de las relaciones de cavidad del local

8.-Determinación de las reflectancias.

Techo claro: 80% Pared clara: 50%

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García, 2013 Página 56

Pero como existe una cavidad de 2 metros por que los luminarios están colgando

se tiene que calcular la relación de cavidad de techo y rectificar los valores de

reflectancias con las tablas del Anexo D

(

)

En base a las tablas se tiene que realizar una corrección con la reflectancia del

techo quedando estas de la siguiente forma:

Techo claro: 70% Pared clara: 50%

9.-Determinar el coeficiente de utilización (C.U.)

En base a las tablas de datos del luminario y con las reflectancias obtenidas en el

paso anterior se obtuvieron los siguientes resultados en el coeficiente de

utilización y separación máxima:

10.-Cálculo de lúmenes totales

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García, 2013 Página 57

A partir del paso 10 los cálculos obedecen estrictamente a los datos del tipo de

lámpara a usar por lo que a continuación se presenta el cálculo con lámparas

convencionales y LED por separado.

4.3 Cálculo de iluminación con lámparas convencionales

Utilizando lámparas fluorescentes T8 que marca el catálogo Phillips 2012 en la

figura 39:

Figura 39.

Lámpara fluorescente T8 universal 32W. Fuente: catálogo Phillips 2012

11.-Cálculo de número de lámparas requeridas

Si se necesitan 2 lámparas por luminaria son necesarias 26 luminarias y sus

respectivos balastros.

12.-Sembrado de lámparas

Para poder cumplir la condición de la repartición uniforme y separación máxima es

necesario, en este caso, aumentar una luminaria más quedando un total de 27

luminarias con balastros y 54 lámparas. No es conveniente reducir el número de

luminarias ya que no se cumplirían los requisitos mínimos en cuanto a nivel de

iluminación. El sembrado se ejemplifica en la figura 40.

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García, 2013 Página 58

=√( )

(

)

Figura 40.

Sembrado de luminarias fluorescentes y distancias entre ellas.

4.5 Cálculo de iluminación con lámparas led

Utilizando lámparas LED T8 de la marca másluz.mx de su catálogo 2013 de las

siguientes características:

Figura 41.

Lámpara LED T8 Slim 18W. Fuente: www.masluz.mx/t8islim.com

11.-Cálculo de número de lámparas requeridas

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Análisis comparativo entre iluminación convencional e iluminación led utilizando el método de los lúmenes

García, 2013 Página 59

Si se necesitan 2 lámparas por luminaria son necesarias 28 luminarias.

12.-Sembrado de lámparas

=√( )

(

)

Figura 42.

Sembrado de luminarias LED y distancias entre ellas.

4.4 Análisis de costos

A continuación se analizarán los costos de cada una de las dos instalaciones y

dependiendo de los resultados se justificará o no el uso de la tecnología LED en

sustitución de la iluminación convencional con lámparas fluorescentes. La

información que se presenta a continuación es para realizar dicho análisis y fue

extraída de los catálogos de las tiendas que se mencionan, así como la tarifa que

presenta Comisión Federal de Electricidad para el mes de agosto de 2013

aclarando que esta se toma solo de manera ilustrativa sin prever fututos

incrementos o decrementos.

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García, 2013 Página 60

Cabe resaltar que el costo de las luminarias no se toma en cuenta ya que la

diferencia entre las cantidades utilizadas en ambas instalaciones solo difiere en

una unidad y este no representará un monto considerable.

Alumbrado con lámparas fluorescentes T8 y elementos auxiliares de catálogo

Tienda THE HOME DEPOT ilustrados en las figuras 43 y 44.

Figura 43.

Precio vigente de lámpara fluorescente T8-32W tienda THE HOME DEPOT. Fuente: catálogo 2013 THE HOME DEPOT

Figura 44.

Precio vigente de balastro T8 2x32W tienda THE HOME DEPOT. Fuente: catálogo 2013 THE HOME DEPOT

Alumbrado con lámparas LEDs T8 Tienda Másluz.mx en su catálogo 2013

ilustrados en la figura 45.

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Análisis comparativo entre iluminación convencional e iluminación led utilizando el método de los lúmenes

García, 2013 Página 61

Figura 45.

Precio vigente de lámpara LED T8 tienda MásLuz.mx

Fuente: catálogo 2013 máslux.mx

Facturación CFE Tarifa 2 para el 2013

Figura 46.

Tarifa 2 vigente julio 2013 Fuente: www.cfe.gob.mx

La tabla 4 muestra el cálculo del costo que tendrá inicialmente cada instalación

basado en los precios mostrados anteriormente y el número de unidades usadas.

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García, 2013 Página 62

Tabla 4. Cálculo del consto inicial Costos de inversión

Fluorescente LED

Costo por tubo

$75.00 $325.00

Unidades 54 56

Total

$4,050.00 $18,200.00

Balastros

$239.00 $0.00

Unidades 27 0

Total

$6,453.00 $0.00

Inversión Total

$10,503.00 $18,200.00

La tabla 5 muestra el cálculo de consumo bimestral para ambos tipos de

iluminación teniendo en cuenta que la bodega a iluminar trabaja 10 horas diarias 5

días a la semana.

Tabla 5. Consumo bimestral Costos de operación de luminarias

Fluorescentes LED

Consumo de lámparas (W/h)

32 18

No. De lámparas por luminaria 2 2

Consumo total de lámparas (W/h)

64 36

Pérdidas en elementos auxiliares

Balastro electrónico 6.25%

Driver 1.5%

Pérdidas en elementos auxiliares (W/h)

4 0.54

Consumo total del

luminario(W/h) 68 36.54

No. De luminarias 27 28

Consumo total por iluminación (KW/h)

1.836 1.023

Consumo por facturación

bimestral (KW/h) 367.2 204.6

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García, 2013 Página 63

La tabla 6 ilustra el desglose de costo de operación por concepto de iluminación a

lo largo de la facturación bimestral en base a las cuotas aplicables por parte de

CFE en el mes de Agosto de 2013. Tabla 6. Consumo bimestral

Desglose de costo de operación

Tarifa 2 baja tensión Fluorescente LED

Rango(KWH) $/KWH Consumo (KWH) Total Consumo (KWH) Total

1 a 50 2.208 50 110.40 50 110.40

51 a 100 2.667 50 133.35 50 133.35

adicionales 2.936 268 786.85 105 308.28

Cargo fijo 51.91 51.91

Facturación bimestral

$ 1082.51

$ 603.94

Como se puede apreciar en la tabla 4, la inversión en iluminación LED es más

elevada que la inversión en iluminación fluorescente, para ser exacto $7,697.00

más. La tabla 6 arrojó un costo de operación mayor en el uso de lámparas

fluorescente el cual es de $ 478.57 bimestral, en comparación al uso de tecnología

LED.

Suponiendo que las tarifas se mantuvieran constantes es posible calcular el

tiempo en el cual, con el ahorro por costo de operación de la iluminación LED, es

posible igualar las inversiones iniciales. Esto se calcula dividiendo el excedente de

la inversión inicial entre el excedente por costo de operación.

Se puede entender que a partir de 16 bimestres, es decir, 2 años y 8 meses de

uso, en condiciones antes especificadas, nuestras instalaciones igualan sus

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García, 2013 Página 64

costos de inversión esto debido al bajo consumo de energía de la tecnología LED,

y el ahorro que se presentará en las horas siguientes ya será propiamente un

ahorro directo al bolsillo del propietario. Todo esto sin tomar en cuenta que la vida

de las lámparas fluorescente es menos de la mitad de la vida útil de las lámparas

LED esto quiere decir que antes que pase la mitad de la vida de una LED su

similar Fluorescente tendrá que ser remplazada provocando así una inversión

extra.

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García, 2013 Página 65

CONCLUSIONES

En base a lo expuesto en los capítulos anteriores, se puede llegar a la conclusión

de que hoy en día el empleo de la tecnología LED es una de las opciones más

viables y eficiente en el uso de la energía para fines de iluminación. Ya que a

pesar de que es 42.29% más elevada la inversión inicial, en comparación con una

instalación fluorescente tradicional; en el costo de operación se tiene un ahorro de

55.79% en cada facturación bimestral.

Cabe resaltar que la tecnología led tiene un gran número de ventajas comparadas

con sus desventajas y una de las más interesantes y por la que se realizó este

trabajo es el bajo consumo de energía que se tiene al momento de operar y

consecuencia de ello se ve reflejado un ahorro significativo en el costo de

operación, como se mencionó en el párrafo anterior, obteniendo con esto una

recuperación en poco tiempo del gasto mayor que representa instalar equipos LED

en comparación a que se haga con tubos fluorescentes, por ejemplo. Y

posteriormente seguir ahorrando a lo largo de la vida útil de la lámpara LED sin

gastos extras.

En mi opinión los constante programas por parte del gobierno y otras

organizaciones que tienen el fin de ahorrar energía y la producción en masa de

esta tecnología llevará a que en un futuro bastante cercano se abaraten los

precios de los equipos LED al grado de tener el mismo precio que el de equipos

de iluminación convencional, provocado la sustitución de estos.

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García, 2013 Página 66

REFERENCIAS

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Fau de casa, E., Martín, J., Sanchez Soriano, J., & Antón Escobar, T. (23 de 04 de 2007). Uso de los LED en iluminación. Consultado el 10 de 06 de 2013, de wordpress.com: http://infoleds.wordpress.com (En línea)

Harper Enríquez, G. (2001). El ABC del alumbrado y las instalaciones Eléctricas en baja tensión. México: Limusa.

Morales, A. (04 de 10 de 2006). Todo sobre LEDs. Consultado el 19 de 05 de 2013, de Curso básico de electónica ON-LINE: http://www.apuntesdeelectronica.com/componentes/todo-sobre-led.htm (En línea)

Ramírez Vázquez, J., Buigas Sans, C., & Ampudia Caballero, G. (1993). Luminotecnia. Barcelona: CEAC.

The Iluminating Engineering Society of North America,. (2000). The IESNA Lighting Handbook. New York.