modulo iluminación

1

MODULO Nº 3 UNIDAD Nº 1ILUMINACIÓNILUMINACIÓN

2


La luz es una manifestación de la energía, transmitida por medio de ondas o radiaciones electromagnéticas que se desplazan en el espacio a una velocidad aproximada de 300.000 km/s y que son capaces de producir sensaciones visuales.

Esta radiación percibida por el ojo humano es tan solo una pequeña zona del espectro electromagnético comprendida aproximadamente entre 3 800 y 7 600 Å de longitud de onda.

NATURALEZA DE LA LUZ

3


RadiaciónCósmica

RadiaciónRoentgen(Rayos X)

RadiaciónUltravioleta (UV)

RadiaciónInfrarroja (IR)

Radiaciónde radio

Radiaciónvisible (luz)

Radiaciónγ

Ondacorta

Ondaultracorta

(FM)

Microondasradar TV

Frecuencia(Hz)

Longitudde onda λ

1020 1018 1016 1014 1012 1010 108 106

1 pm 1 nm 1 mμ 1 mm 1 cm 1 dm 1 m

ESPECTRO ELECTROMAGNETICO

Comprendido entre 3.800 y 7.600Ǻ

NATURALEZA DE LA LUZ

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Las radiaciones electromagnéticas pueden definirse y distinguirse de las demás por una de las tres características que se definen a continuación

Naturaleza de la luz

FrecuenciaPeriodoLongitud de onda

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Es el número de ciclos completos efectuados por una radiación durante un segundo. Se expresa en ciclos por segundo y se representa por medio de la letra f.


Frecuencia f1 segundo

Frecuencia

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Es el tiempo que tarda una radiación en recorrer un ciclo. Se expresa en segundos y se representa por la letra T


Tiempo en segundos T

Periodo

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Se define corno el camino recorrido por una radiación durante un período.

Longitud de onda


Longitud de onda

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MODULO Nº 3 UNIDAD Nº 1ILUMINACIÓNILUMINACIÓNPercepción de la luz. El ojo humano

El órgano encargado de transformar la luz en impulsos nerviosos capaces de generar sensaciones es el ojo

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MAGNITUDES

Y

UNIDADES FOTOMETRICAS

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MODULO Nº 3 UNIDAD Nº 1ILUMINACIÓNILUMINACIÓNMAGNITUDES

Flujo LuminosoIntensidad LuminosaNivel de iluminaciónLuminancia

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El flujo de una fuente luminosa es la cantidad total de luz emitida o radiada en un segundo en todas las direcciones. Se representa por la letra griega Φ (fi mayúscula). Su unidad es el lumen (lm).

FLUJO LUMINOSO

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El flujo luminoso es sólo una parte de la energía radiante que emite un foco luminoso, puesto que la energía total se reparte entre la potencia perdida por calentamiento, el flujo radiante no luminoso y el flujo luminoso

FLUJO LUMINOSO

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La intensidad luminosa de una fuente corresponde a la cantidad de luz emitida en un segundo y en una determinada dirección.

INTENSIDAD LUMINOSA

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Esta magnitud sólo se concibe, pues, referida a una determinada dirección y considerándola contenida en un ángulo sólido.

INTENSIDAD LUMINOSA

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donde:I = intensidad luminosa en la dirección considerada,Φ = flujo luminoso contenido en el ángulo sólido,ω = valor del ángulo sólido.

La intensidad luminosa se designa con la letra I y su unidad es la candela (cd) que se puede definir como 1/60 de la intensidad luminosa por cm2 del cuerpo negro a la temperatura de solidificación del platino (2 042 ºK).

Expresando la intensidad de iluminación por medio de una fórmula

)(cacandelaI

INTENSIDAD LUMINOSA

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Se denomina nivel de iluminación o iluminancia el flujo luminoso incidente por unidad de superficie y se simboliza por la letra E.

Su unidad es el lux.

Expresándolo por medio de una fórmula, será

Nivel de iluminación

SE

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El nivel de iluminación sobre una superficie situada perpendicularmente a la dirección de la radiación es directamente proporcional a la intensidad luminosa del foco e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que la separa del mismo.

Expresándolo por medio de una fórmula, será

2d

IE

donde:

E = nivel de iluminación

I = intensidad luminosa

d2= distancia al cuadrado


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Una fuente de luz con intensidad luminosa de 36 candelas determina, sobre un punto situado a 1 m de distancia, un nivel de iluminación de

Pero si el punto está situado a 2m, sólo obtendremos

)lx(lux361

36

d

IE

22

)lx(lux94

36

2

36

d

IE

22

o sea una cuarta parte.El nivel de iluminación se puede medir con un aparato llamado luxómetro, formado por una célula fotoeléctrica, del tipo fotopila, que transforma la luz que incide sobre ella en energía eléctrica.


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El nivel de iluminación se puede medir con un aparato llamado luxómetro, formado por una célula fotoeléctrica, del tipo fotopila, que transforma la luz que incide sobre ella en energía eléctrica.

Diferentes tipos de Luxómetros


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Es la magnitud que mide el brillo de los objetos iluminados o de las fuentes de luz, tal como son observados por el ojo. Se define como la intensidad luminosa por unidad de superficie aparente de una fuente de luz primaria (que emite luz) o secundaria (que refleja luz).

La unidad oficial de luminancia es el NIT, y es la candela por metro cuadrado

NITm

candelas

S

IL

2

Luminancia

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MODULO Nº 3 UNIDAD Nº 1ILUMINACIÓNILUMINACIÓNRENDIMIENTO LUMINOSO

Se denomina rendimiento luminoso de un foco el cociente que resulta de dividir el flujo que emite dicho foco y la potencia eléctrica absorbida.Como el flujo se mide en lúmenes (lm) y la potencia eléctrica en vatios (W) el rendimiento se expresará en lúmenes por vatio (lm/W).

W

consumidaPotencia

osominluFlujoientodimnRe

Rendimiento LuminosoSímbolo η

Unidad: Lm / W

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MODULO Nº 3 UNIDAD Nº 1ILUMINACIÓNILUMINACIÓNNIVEL DE ILUMINACIÓN DE LOCALES

Tareas y clases de localIluminancia media en servicio (lux)

Mínimo Recomendado Óptimo

Zonas generales de edificios

Zonas de circulación, pasillos 50 100 150

Escaleras, escaleras móviles, roperos, lavabos, almacenes y archivos 100 150 200

Centros docentes

Aulas, laboratorios 300 400 500

Bibliotecas, salas de estudio 300 500 750

Oficinas

Oficinas normales, mecanografiado, salas de proceso de datos, salas de conferencias

450 500 750

Grandes oficinas, salas de delineación, CAD/CAM/CAE 500 750 1000

Comercios

Comercio tradicional 300 500 750

Grandes superficies, supermercados, salones de muestras 500 750 1000

Industria (en general)

Trabajos con requerimientos visuales limitados 200 300 500

Trabajos con requerimientos visuales normales 500 750 1000

Trabajos con requerimientos visuales especiales 1000 1500 2000

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MODULO Nº 3 UNIDAD Nº 1ILUMINACIÓNILUMINACIÓNLÁMPARAS INCANDESCENTES

Estas lámparas consisten en un filamento que, al paso de la corriente eléctrica, alcanza gran temperatura poniéndose al rojo blanco (incandescente) y emitiendo radiaciones luminosas.

La temperatura media que alcanza el filamento es del orden de 2000 ºC.

En la actualidad, técnicamente son muy ineficientes ya que el 90% de la electricidad que utilizan la transforman en calor.

Las partes de que se compone una lámpara incandescente (bombilla) son:

Lámpara incandescente antigua, con filamento de carbono

Bombilla actual

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1. Envoltura - ampolla de vidrio - bulbo2. Gas inerte3. Filamento de wolframio4. Alambre de contacto (va al pie)5. Alambre de contacto (va a la base)6. Alambres de soporte7. Soporte de vidrio8. Base de contacto9. Casquillo metálico (culote)10.Pie de contacto eléctrico11.Aislamiento

LÁMPARAS INCANDESCENTES

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Las ampollas son, por lo general, de vidrio blando soplado, aunque en determinados casos se utilizan vidrios especiales e incluso cuarzo.

Tiene por objeto, junto con el casquillo, aislar el filamento del medio ambiente, al tiempo que permite la evacuación del calor producido por el filamento.

Las formas y tamaños de las ampollas dependen de las potencias y aplicaciones

1º Envoltura - ampolla de vidrio - bulbo

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2º Gas inerte

Inicialmente el interior de la ampolla estaba al vacío. Pero actualmente está rellena de algún gas noble (normalmente kriptón) que evitan la combustión del filamento.

3º Filamento

Es un elemento conductor de resistencia media que, al paso de la corriente eléctrica, se pone incandescente emitiendo luz.En la actualidad el elemento de uso exclusivo para filamentos es el tungsteno o wolfranio, cuya temperatura de fusión es de 3 400 ºC aproximadamente.La vida media de estas lámparas es de unas 1 000 horas.

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4º Alambre de contacto (va al pie)5º Alambre de contacto (va a la base)6º Alambres de soporte7º Soporte de vidrio8º Base de contacto9º Casquillo

Es un elemento cuya misión fundamental consiste en conectar la lámpara a la red de alimentación. Hay una gran variedad de formas y dimensiones de casquillos.

En la mayor parte de las lámparas incandescentes los casquillos son roscados, utilizándose la rosca E14 para lámparas de vela y esfericas de poca potencia 25 y 40 W, E 27 para lámparas de potencia inferior a 300 W, y la rosca E‑40 o Goliath en lámparas de potencia superior.

10º Pie de contacto eléctrico11º Aislamiento

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MODULO Nº 3 UNIDAD Nº 1ILUMINACIÓNILUMINACIÓNLÁMPARAS DE DESCARGA

Radiación de un electrón alvolver a su capa

Las lámparas de descarga se fundan en el fenómeno de la luminiscencia

Luminiscencia

Cuando un electrón, con la suficiente velocidad, choca contra un átomo, es capaz de excitar ese átomo, haciendo pasar alguno de sus electrones a un nivel superior Los electrones elevados de nivel (que han ganado energía) en el átomo excitado retornan rápidamente a su posición inicial, devolviendo la energía que adquirieron en forma de radiaciones. Las radiaciones de los electrones pertenecientes a los átomos de algunos gases son visibles.

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LUMINISCENCIA POR DESCARGA ELÉCTRICA EN UN GAS

Los electrones libres existentes en el recinto son acelerados hacia el electrodo positivo. En su camino chocan con átomos del gas y producen el efecto descrito como luminiscencia

Átomode gas

Electrónlibre

Catodo

Electrodo

Tubocerrado

+-

Luminiscencia

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En principio, la fluorescencia es una propiedad que poseen determinadas sustancias, en virtud de la cual transforman las radiaciones que inciden sobre ellas en otras radiaciones de mayor longitud de onda

LÁMPARAS FLUORESCENTES

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A. Patillas o pines de contacto.

B. Electrodos.

C. Filamento de tungsteno.

D. Mercurio (Hg) líquido.<

E. Átomos de gas argón (Ar).

F. Capa o recubrimiento fluorescente de fósforo (P).

G. Tubo de descarga. de cristal. Partes de un tubo fluorescente

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LÁMPARAS FLUORESCENTES Casquillos de conexión y electrodos

Las lámparas fluorescentes lineales disponen de dos casquillos de conexión, situados uno a cada extremo del tubo y provistos de sendos pares de patillas, que están unidas eléctricamente con los electrodos.Los electrodos son de hilo de tungsteno arrollados

Gas de rellenoEl interior de los tubos fluorescentes está ocupado por una cierta cantidad de argón a baja presión y una pequeña cantidad de mercurio. Al ser el argón muy ionizable, la primera descarga tiene lugar a través de él, generando una cierta cantidad de calor que permite vaporizar las gotitas de mercurio.

Polvos fluorescentesSon los que transforman en luz visible las radiaciones ultravioleta producidas en la descarga. Son, por lo tanto, el elemento más importante de estas fuentes de luz, ya que aproximadamente un 90 % de la luz emitida por los tubos se debe a su acción.

Entre los fósforos más utilizados, pueden citarse el halofosfato de calcio activado con antimonio, el silicato de calcio activado con plomo y el arseniato de magnesio activado con manganeso.

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Su forma es cilíndrica; los diámetros normales son de 16, 26 y 38 mm y las longitudes más comunes son de 600, 1.200 y 1.500 mm, que corresponden a los tubos estándar de 18-20, 36-40 y 58-65 W respectivamente.

En la pared interna del tubo se encuentra depositada la capa de polvos fluorescentes.

Potencia y tamaños

Tubo de 38 mm Ø Tubo de 26 mm Ø Tubo de 16 mm Ø

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Tubos fluorescentes compactosBalastros electrónicos

Reactancia o Balastro Inductivo

Cebador

Componentes de un equipo fluorescente

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Balastro o Reactancia InductivaEs un elemento indispensable para el encendido de tubos fluorescentes. Está

formada por un arrollamiento de hilo de cobre esmaltado, sobre un núcleo magnético (de hierro).

La finalidad dé este elemento es:Suministrar, para el arranque del arco en el tubo, una tensión superior a la de

línea.Limitar la intensidad de corriente del arco a un valor adecuado para el tubo.

Símbolo eléctrico del balastro o reactancia

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CebadorEs el elemento auxiliar que sirve para el encendido o cebado de los tubos fluorescentes.

Este elemento se compone de dos láminas, una de ellas bimetálica, situadas en el interior de una pequeña ampolla de vidrio llena de gas helio a baja presión, y un condensador, todo ello encerrado en un cilindro protector.

Una vez la lámpara está en funcionamiento, la diferencia de potencial existente entre las dos láminas del cebador es insuficiente para hacerlo funcionar de nuevo.

Símbolo del cebador


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Otra característica que tienen es el no necesitar cebador ,por realizar el encendido electrónicamente.

Balastro Electrónico

Al igual al balastro inductivo es el elemento indispensable para hacer que un tubo fluorescente funcione, ya que realiza la misma función.

El rendimiento que ofrece un balastro electrónico viene siendo en torno al 98%, mientras que uno inductivo es del 45%, que con el factor corregido llega al 85%.

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Esquema de dos tubos de 18W en serie

Instalaciones de tubos fluorescentes

Instalación de un tubo

39



Esquema funcional de un equipo fluorescente

Instalaciones de tubos fluorescentes

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LÁMPARAS DE MERCURIO DE ALTA PRESIÓN

Tubo de descarga y soporte

Eletrodos (tungsteno, con cavidades rellenas con torio, óxido de bario, etc.)

Ampolla exterior

Revestimientos de la ampolla

Gases de relleno

Tubo de descarga: gas inerte + mercurio

Ampolla exterior: gas inerte (Argón)

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R=10000

ohm

Balasto

Condensadoror

Electrodos principales

Se produce una descarga entre el electrodo principal y el auxiliar, la cual ioniza el gas en el tubo e inicia la descarga principal. El Hg sólido se volatiliza hasta alcanzar la presión de trabajo (1000-10000 mm Hg)


LÁMPARAS DE DESCARGA

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Rendimiento: 40 a 55 lm/w

Vida útil: 15000 hs

Reencendido: no instantáneo

Estabilización: balasto

Posición de funcionamiento

Lámparas de mezcla o de luz mixta:

– no necesitan balasto

– tienen menor rendimiento (20-25 lm/W)


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En el tubo de descarga (de material cerámico resistente a muy altas temperatura) hay sodio, mercurio y un gas noble (ej. xenón)Emite en los amarillos y rojosProduce muy poco UV y por lo tanto los revestimientos externos son solo polvos blancos para disminuir el brillo del tubo.

LÁMPARAS DE DESCARGALÁMPARAS DE SODIO DE ALTA PRESIÓN

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LÁMPARAS DE SODIO DE ALTA PRESIÓN

Alumbrado público y vialAlumbrado industrialAlumbrado de fachadas y monumentos

Poca tolerancia a la variación de la tensiónUtilizan balasto, ignitor (tensiones de encendido > 1800 V) y condensadorEstabilización: 5 a 7 minutosReencendido: 15 minutosRendimiento: 100 a 120 lm/wVida útil: 12000 a 16000 hsLa posición de funcionamiento es horizontal y admiten muy poca inclinación

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Semiparalelo o dependiente

Serie

Paralelo

LÁMPARAS DE DESCARGALÁMPARAS DE SODIO DE ALTA PRESIÓN

Esquemas de funcionamiento

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LÁMPARAS DE HALOGENUROS METÁLICOS

Mayor rendimiento (80 lm/w)Mejor reproducción cromáticaSimilar vida útilEste tipo de lámparas reproduce el color de los objetos iluminados mejor que lo hacen las de vapor de mercurio.Problemas: Más susceptibles a las variaciones de tensión de red Posición de funcionamiento limitada Reencendido más lento

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Esquemas de funcionamiento

LÁMPARAS DE HALOGENUROS METÁLICOS

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MODULO Nº 3 UNIDAD Nº 1ILUMINACIÓNILUMINACIÓNCOMPARATIVA DE RENDIMIENTOS

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MODULO Nº 3 UNIDAD Nº 1ILUMINACIÓNILUMINACIÓNDIODOS LED

LED son las siglas en inglés para “Diodo Emisor de Luz” así que está claro por su nombre que es un dispositivo electrónico que emite luz

Qué es un LED?Un diodo es el dispositivo semiconductor más simple que hay

¿Cómo funcionan?

Algunos materiales, al ser sometidos a una corriente eléctrica, emiten luz.

Esta luz es producida mediante el efecto fotoeléctrico

Lente

Sem

icon

duct

or

Conductores

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La luz producida mediante el efecto fotoeléctrico tiene una frecuencia determinada (es decir, es de un sólo color), que depende del tipo de material

COLORES

Compuesto ColorLongitu. de

onda

Arseniuro de galio (GaAs) Infrarrojo 940nm

Arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs) Rojo e infrarrojo 890nm

Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP)Rojo, naranja y amarillo

630nm

Fosfuro de galio (GaP) Verde 555nm

Nitruro de galio (GaN) Verde 525nm

Seleniuro de zinc (ZnSe) Azul

Nitruro de galio e indio (InGaN) Azul 450nm

Carburo de silicio (SiC) Azul 480nm

Diamante (C) Ultravioleta

Silicio (Si) En desarrollo

Compuestos empleados en la construcción de LED.

Los LED de luz blanca, en realidad son diodos azules con un recubrimiento de fósforo que produce luz amarilla

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Producen más lúmenes por vatio que las bombillas incandescentes, esto es especialmente útil en dispositivos operados a baterías.

Los LED puede producir luz de un color específico, sin la necesidad de utilizar filtros adicionales lo que ahorra peso y los hace mas eficientes.

Cuando se utilizan en aplicaciones donde se requiere disminuir su potencia, los LED no cambian el tono de su color, a diferencia de las luces incandescentes que se tornan amarillas.

Los LED no se ven afectados por ciclos rápidos de encendido y apagado, a diferencia de las luces fluorescentes o de HID (High Intensity Discharge) que requieren un largo tiempo relativamente, para volver a encenderse.

Siendo dispositivos de estado sólido, son muy resistentes a impactos.

Tienen extremadamente larga vida útil, algunos fabricantes estiman su duración en 50,000 horas, las lámparas incandescentes tienen alrededor de 1000 o 2000 horas de vida útil.

Ventajas de los diodos LED

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Desventajas de los LEDSu desempeño esta estrechamente ligado a la temperatura

corriendo el riesgo de sobrecalentarse y arruinarse.

Su costo inicial es mayor que el de otros medios de iluminación como luz fluorescente o incandescente.

Necesitan ser operados con la corriente correcta lo cual implica el uso de resistencias o fuentes de voltaje reguladas.

Existe una creciente preocupación que los LEDs azules y blancos hoy en día son capaces de superar los limites de seguridad de los llamados “peligros de la luz azul” según los estándares ANSI/IESNA RP-27.1-05 para lámparas.

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EL FUTURO

Este tipo de diodos LED todavía son caros. Las lámparas de 3W, que pueden sustituir a una bombilla de 40W, cuestan alrededor de 35 €. El ahorro en el consumo y la duración no son suficientes motivos para que los consumidores se lancen a por ellas.

Lámpara de LED con programador de color

Para elaborar bombillas hechas con LED no se emplea mercurio, al contrario de lo que sucede con las bombillas fluorescentes.

Lámpara PAR 38 de 12W

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modulo iluminación

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