tesis · vargas falcon diego emmanuel asesores m. en c. david hernÁndez ledesma m. en c. everardo...
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LOPEZ MATEOS” ZACATENCO
“ANTEPROYECTO DEL SISTEMA DE ILUMINACIÓN E INSTALACIÓN ELÉCTRICA DEL CAMPO DE BEISBOL LOS CARDENALES DE
ZUMPANGO”
TESIS
PARA OBTENER EL TITULO DE
INGENIERO ELECTRICISTA
PRESENTAN:
TAPIA MAYA ALFREDO
VARGAS FALCON DIEGO EMMANUEL
ASESORES
M. EN C. DAVID HERNÁNDEZ LEDESMA
M. EN C. EVERARDO LÓPEZ SIERRA
CIUDAD DE MÉXICO; DICIEMBRE 2019
I
ÍNDICE ÍNDICE DE FIGURAS ....................................................................................... III
ÍNDICE DE TABLAS ......................................................................................... IV
GLOSARIO DE TÉRMINOS ............................................................................... V
I. RESUMEN ................................................................................................. VII
II. INTRODUCCIÓN ...................................................................................... VIII
III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................................... IX
IV. JUSTIFICACIÓN ...................................................................................... X
V. OBJETIVOS ................................................................................................ XI
V.1 Objetivo general ....................................................................................... XI
V.2 Objetivos específicos ............................................................................... XI
1 CAPÍTULO I. ................................................................................................ 2
1.1 Luz e Iluminación .................................................................................. 2
1.2 Espectro Electromagnético ................................................................... 3
1.3 Terminología y Unidades Fundamentales ............................................. 4
1.3.1 Flujo luminoso .............................................................................. 4
1.3.2 Intensidad o potencia luminosa .................................................. 5
1.3.3 Luminancia .................................................................................... 6
1.4 Control de la Luz ................................................................................... 6
1.4.1 Reflexión ....................................................................................... 6
1.4.2 Transmisión .................................................................................. 7
1.4.3 Absorción ...................................................................................... 8
1.4.4 Difusión ......................................................................................... 8
1.5 Representaciones Gráficas, Fotometría y Mediciones Fotométricas .... 8
1.5.1 Curvas de distribución luminosa ................................................ 8
1.5.2 Diagrama isolux .......................................................................... 10
1.6 Fuentes Luminosas ............................................................................. 11
II
1.6.1 Lámpara de vapor de mercurio ................................................. 11
1.6.2 Lámpara de vapor de sodio ....................................................... 12
1.6.3 Lámpara de aditivos metálicos .................................................. 13
1.6.4 LED .................................................................................................. 14
1.7 Iluminación en Exteriores .................................................................... 16
1.7.1 Alumbrado por proyección ........................................................ 16
1.8 Instalación Eléctrica ............................................................................ 17
1.8.1 Principales elementos que constituyen una red eléctrica ...... 17
1.8.2 Tipos de instalaciones eléctricas .................................................. 20
2 CAPITULO II .............................................................................................. 24
2.1 Métodos de Alumbrado ....................................................................... 24
2.1.1 Método de lúmen ........................................................................ 25
2.1.2 Método de punto por punto ....................................................... 27
2.1.3 Método de lúmenes medios ....................................................... 27
2.2 Nivel de Iluminación Recomendado .................................................... 29
3 CAPITULO III ............................................................................................. 32
3.1 Plano Arquitectónico ........................................................................... 32
3.2 Cálculos .............................................................................................. 33
3.3 Resultados Empleando el Software Visual Lighting ............................ 57
3.4 Cálculos Eléctricos .............................................................................. 59
4 CAPITULO IV ............................................................................................ 69
CONCLUSIONES ............................................................................................. 72
REFERENCIAS ................................................................................................ 73
ANEXOS .......................................................................................................... 75
III
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1-1 Espectro electromagnético, (Andrés Caberizo, Antón Bozal, & Barrio
Perez, pág. 68) ........................................................................................................... 3
Figura 1-3 Intensidad Luminosa, (ARQHYS ARQUITECTURA , s.f.) ....................... 5
Figura 1-4 Tipos de Reflexión Luminosa, (Vázquez, 1974) ...................................... 7
Figura 1-5 Tipos de Transmisión Luminosa, (Vázquez, 1974) ................................. 7
Figura 1-6 Eje Cartesiano con Coordenadas Polares, (Calculo Vdectorial , s.f.) ..... 9
Figura 1-7 Haz luminoso en 3D, (Rodriguez, s.f.) .................................................... 9
Figura 1-8 Haz luminoso en 2D, (Rodriguez, s.f.) .................................................. 10
Figura 1-9 Diagrama isolux, (luminotécnics, s.f.) .................................................... 11
Figura 1-10 Partes de una lámpara de vapor de mercurio, (luminotécnics, s.f.) .... 12
Figura 1-11 Partes de una lámpara de vapor de sodio, (luminotécnics, s.f.) .......... 13
Figura 1-12 Lámpara de aditivos metálicos, (Lamparas y luminarias , s.f.) ............ 14
Figura 1-13 Composición de una lámpara LED, (Ledesma) .................................. 15
Figura 2-1 Tipos de alumbrado. .............................................................................. 25
Figura 3-1 Dimensiones del campo, (Autoría propia) .............................................. 32
Figura 3-2 Colocación de postes, división del terreno en cuadrantes y nivel de
iluminación en cada cuadrante, (Autoría propia) ...................................................... 33
Figura 3-3 Ángulos obtenidos del primer cuadrante en la gráfica isolux de la
luminaria, (propia, 2019) .......................................................................................... 38
Figura 3-4 Ángulos obtenidos del segundo cuadrante en la gráfica isolux de la
luminaria, (propia, 2019) .......................................................................................... 42
Figura 3-5 Ángulos obtenidos del tercer cuadrante en la gráfica isolux de la
luminaria, (propia, 2019) .......................................................................................... 46
Figura 3-6 Ángulos obtenidos del cuarto cuadrante en la gráfica isolux de la
luminaria, (propia, 2019) .......................................................................................... 49
Figura 3-7 Ángulos obtenidos del quinto cuadrante en la gráfica isolux de la
luminaria, (propia, 2019) .......................................................................................... 53
Figura 3-8 Colocación de las luminarias en cada poste, ubicación del transformador
y tablero y distancias para el cálculo de conductores, (Autoría propia).................... 60
IV
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.1 Comparación de eficiencia y vida útil de algunas lámparas ............. 16
Tabla 1.2 Sección transversal de varios tipos de calibre .................................. 18
Tabla 2.1 Niveles de iluminación recomendados para estadios de beisbol ..... 30
Tabla 3.1 Numero de luminarias por poste y totales ........................................ 57
Tabla 3.2 Cuadro general de cargas ................................................................ 60
Tabla 4.1 Costo por precio unitario de los materiales utilizados ....................... 69
V
GLOSARIO DE TÉRMINOS
Propuesta: Documentación analizada y dedicado al proceso de un proyecto que
explica la construcción, da la argumentación y defiende el concepto científico
estructurado y planteado ante la revisión de su contexto.
Sistema: Conjunto de elementos interconectados e interrelacionados para lograr
un objetivo en común, esto quiere decir que cada elemento del sistema es el
principio de funcionamiento de otro elemento del sistema no habiendo ningún
elemento aislado.
Estadio deportivo: Instalaciones destinadas para la realización de eventos
deportivos de gran magnitud y dimensión los cuales pueden ser de carácter
mundial o nacional. Están diseñados para poder recibir grandes cantidades de
personas y que estas disfruten lo más posible del evento; esto se logra en parte
con una buena iluminación proporcionando los niveles adecuados de luxes
evitando las zonas ciegas y teniendo un panorama más completo del lugar.
Diseño: Traza o delineación de un objeto o figura; al igual que el arte y la
artesanía es una actividad que comienza desde cero y se alimenta de la
creatividad de una o varias personas, pero a diferencia del arte y la artesanía, el
diseño se basa solamente en la fabricación de objetos en masa y seriados
buscando solamente la satisfacción del cliente.
Balastro: Dispositivo electromagnético o electrónico que proporciona los
parámetros necesarios de tensión, corriente, forma de onda y regulación, para el
buen funcionamiento de las lámparas fluorescentes y de alta intensidad de
descarga.
Candela: Unidad de intensidad luminosa igual a un lumen por steradian (Lm/sr).
Se define como la intensidad luminosa en una dirección dada, de una fuente
luminosa que emite una radiación monocromática.
Steradian (Sr): Ángulo sólido que sustenta un área en una esfera igual al
cuadrado del radio de la esfera.
Bulbo: Envolvente externo de una fuente luminosa.
VI
Color: Característica del estímulo luminoso (fuente de luz u objeto) que da lugar
a la sensación visual.
Lumen: Unidad del flujo luminoso, que equivale al flujo emitido en un ángulo
solido unitario por una fuente cuya potencia media esférica es de una candela.
Lux: Unidad de nivel luminoso en el sistema internacional, equivale a un lumen
sobre metro cuadrado.
Ángstrom: Unidad de longitud equivalente a una diezmillonésima de metro. Se
utiliza en medidas atómicas y para las longitudes de onda de la radiación
electromagnética.
Cavidad de cuarto: Es la cavidad formada por el plano de los luminarios y el
plano de trabajo.
Cavidad de piso: Es la cavidad formada por el plano de trabajo y por el piso.
Cavidad de techo: Es la cavidad formada por el techo y el plano de los luminarios.
VII
I. RESUMEN
El presente trabajo de investigación muestra el anteproyecto de cómo se
propone iluminar el campo de béisbol los cardenales de Zumpango, así como la
correcta alimentación a toda la carga de dicho establecimiento deportivo.
El capítulo uno expresa las diferencias entre luz e iluminación para que el
lector comprenda estos dos conceptos que suelen ser confundidos con facilidad,
muestra todas las formas en cómo se manifiesta la luz, los principales conceptos
lumínicos, criterios y magnitudes para dominar con seguridad el correcto diseño
de la iluminación, sin importar que sea interior o exterior.
El capítulo dos aborda algunos métodos de iluminación comúnmente
utilizados que se pueden emplear para la realización de un sistema de
alumbrado, se explica el mejor método para la iluminación de un campo de
béisbol, tomando en cuenta el nivel de iluminación recomendado por la norma
que aplica a los estadios de béisbol dependiendo del tipo de liga que se juega.
El capítulo tres, muestra paso a paso los cálculos para determinar el
número de luminarias necesarias que proporcionen el nivel de iluminación
adecuado, la altura de los postes, el transformador alimentador, conductores,
protecciones y todos los requerimientos para tener una instalación confiable,
segura, continua y flexible. Se realiza una simulación con el número de
luminarias calculadas mediante un software muy utilizado en este tipo de
proyectos.
En el capítulo 4 se realiza un estudio económico del presupuesto a invertir
para llevar a cabo este anteproyecto considerando el tiempo empleado en días,
los estudios realizados al lugar, la cotización de materiales, las propuestas
realizadas no considerada.
VIII
II. INTRODUCCIÓN
Este trabajo de investigación realizó el diseño del sistema de iluminación
e instalación eléctrica para el campo de béisbol “Los cardenales de Zumpango”,
se analizan todos los elementos influyentes para determinar los equipos
necesarios que suministrarán una iluminación que proporcione los
requerimientos adecuados, y la instalación eléctrica de acuerdo a las
características acordadas.
Mediante el método de lúmenes medios se determinó el número de
reflectores necesarios para alcanzar el nivel de iluminación adecuado, esto con
base a niveles recomendados por parte de la IES (Sociedad de Ingenieros en
Iluminación), por sus siglas en ingles.
Igualmente se realiza el diseño de la instalación eléctrica, para tener una
idea de lo que llega a costar un proyecto de este tipo.
En los capítulos, se expresan criterios que pueden ser considerados para
realizar el sistema de iluminación e instalación eléctrica de un establecimiento
deportivo similar.
IX
III. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El desgaste que sufre el cuerpo humano al realizar una actividad deportiva
bajo los rayos que emite el sol y con temperaturas que resultan verdaderamente
sofocantes puede ser realmente grave, de manera que el cuerpo sufre
deshidratación y otros problemas con consecuencias irreversibles.
Iluminar un espacio deportivo en el cual se desarrollan actividades de alto
desempeño físico y donde existen objetos en movimiento a grandes velocidades,
es un gran reto, se corre el riesgo que ocurra un deslumbramiento a causa de la
iluminación artificial, por lo que se requiere que los proyectores se encuentren
correctamente direccionados para que éstos no interfieran en el desempeño del
deportista.
Por naturaleza humana el cuerpo siempre tiende a adaptarse a cambios
y nuevas condiciones, al pasar de luz natural a luz artificial existe un cambio que
nuestro proceso de visión detecta, si existe una diferencia de luminosidad en el
entorno puede causar una reducción de eficiencia visual y la aparición de fatiga
ocular, dolor de cabeza o estrés. Hay eventos deportivos que empiezan con luz
natural y por las condiciones terminan con luz artificial, es aquí cuando todo lo
explicado anteriormente toma sentido.
La mayor parte de la información que el cuerpo humano obtiene del
entorno que nos rodea proviene del proceso de visión, es decir, de los cinco
sentidos con los que cuenta el ser cuerpo humano la vista nos proporciona más
información acerca de lo que nos rodea, por lo cual, la luz es un elemento
esencial para explotar nuestra capacidad de ver, distinguir y observar la forma
de los objetos a nuestro alrededor.
X
IV. JUSTIFICACIÓN
El campo de béisbol Los cardenales de Zumpango (LCZ), no cuenta con
un sistema de iluminación, lo que obliga a los directivos de la liga a programar
los partidos únicamente en horarios matutinos y vespertinos exponiendo a un
gran número de jugadores y espectadores a la exposición solar por largos
periodos de tiempo. La exposición puede causar problemas como, dolor de
cabeza, sensación de fatiga, náuseas, lesiones en la piel, enfermedades
gastrointestinales o golpes de calor.
Se realizará el levantamiento arquitectónico del lugar, para desarrollar el
diseño con el equipo que cumple con las características establecidas en las
normas de iluminación, teniendo en cuenta el ahorro de energía. Ya que se
determinó el número de luminarias se llevará a cabo el plano eléctrico, realizando
el cálculo de conductores, protecciones y del transformador correspondiente.
El sistema de iluminación es importante para realizar actividades en
horarios nocturnos, evitando deslumbramientos y logrando maximizar el confort
visual de las personas, ofreciendo los niveles adecuados de operación y
optimizando los sistemas actuales para este tipo de instalaciones. En particular,
la remodelación de LCZ (Los Cardenales de Zumpango) resulta importante, pues
se requiere aprovechar al máximo el área deportiva.
XI
V. OBJETIVOS
V.1 Objetivo general
Diseñar el sistema de iluminación e instalación eléctrica para el campo de béisbol
Los Cardenales de Zumpango.
V.2 Objetivos específicos
a) Realizar el levantamiento arquitectónico del inmueble para conocer la
situación actual.
b) Diseñar la propuesta del sistema de iluminación con tecnología LED para
realizar el método de lúmenes medios, con proyectores para la creación
del sistema de iluminación.
c) Proponer el anteproyecto de la instalación eléctrica correspondiente para
alimentar las luminarias propuestas.
d) Realizar el estudio económico para determinar la viabilidad del proyecto.
1
CAPÍTULO I
GENERALIDADES DE LUMINOTÉCNIA E
INSTALACIONES ELÉCTRICAS
2
1 CAPÍTULO I.
La luminotecnia es la ciencia que estudia los distintos tipos de producción de luz, así
como sus distintas formas de control y aplicación.
1.1 Luz e Iluminación
Son conceptos completamente distintos que por su similitud fácilmente suelen
ser confundidos y por ende mal interpretados. Para poder entender más el concepto
de cada uno y notar la diferencia entre ellos determinaremos a la luz como la causa y
la iluminación como el efecto que causa la luz sobre las superficies sobre las cuales
incide.
La luz es también, como la electricidad, el calor, etc., una de las
manifestaciones de la energía; puede definirse como la presencia de energía en forma
de ondas electromagnéticas, capaces de estimular el ojo humano y provocar el
proceso de visión. La radiación visible que es capaz de actuar sobre el ojo humano
está comprendida aproximadamente entre las longitudes de onda de 380 y 780
Nanómetros.
1Å(Á𝑛𝑔𝑠𝑡𝑟𝑜𝑚) = 10−10 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 (1)
1𝑛𝑚 (𝑁𝑎𝑛ó𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜) = 10−9 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 ( 1)
“Desde el punto de vista físico, la luz es una forma de energía
radiante electromagnética que se propaga en el espacio con un
movimiento ondulatorio transversal producido en un campo eléctrico y
magnético a la velocidad de 300000 km/s." (Castellanos, Luminotecnia
y sus aplicaciones, 1979, pág. 4).
La luz puede presentarse de manera natural o artificial, la iluminación natural
es aquella que proviene del sol en la cual el hombre no tiene control de calidad,
dirección e intensidad, eso depende de las condiciones climatológicas, hoy en día
existen muchas maneras de aprovechar la luz natural para reducir el consumo de la
luz artificial, eso sin mencionar que la luz natural no contamina y puede
complementarse con luces artificiales; la luz artificial ocurre cuando la luz proviene de
3
un elemento creado por el hombre para iluminar. A diferencia de la luz natural, con la
luz artificial si se pueden controlar elementos como intensidad, dirección y calidad,
esto ahora es más fácil porque las luminarias son creadas para fines y espacios
específicos.
1.2 Espectro Electromagnético
El campo electromagnético es la forma como se propagan las ondas en el
espacio, ordenadas por su magnitud de onda, estos campos viajan en línea recta y
se propagan en el vacío mientras experimentan reflexiones, difracciones y
atenuaciones haciendo que cambien de ruta.
Entre las partes del espectro electromagnético se encuentran el espectro
visible y el espectro radioeléctrico (donde se encuentran todos los servicios de
telecomunicaciones) si nuestros ojos fueran capaces de captar estas regiones del
espectro podríamos ver el rayo del control remoto que viaja hacia el televisor. La figura
1.1 muestra la forma ordenada del espectro electromagnético y la pequeña parte
denominada “visible” es donde se encuentran las ondas que emiten los colores y que
el ojo humano es capaz de detectar.
Figura 1-1 Espectro electromagnético, (Andrés Caberizo, Antón Bozal, & Barrio Perez, pág. 68)
4
1.3 Terminología y Unidades Fundamentales
Son denominadas las magnitudes de la luminotecnia los cuales nos permiten
saber la eficiencia de una fuente luminosa tomando en cuenta la cantidad de luz que
se emite en todas las direcciones del espacio, así como el rendimiento energético
de una fuente luminosa y la intensidad luminosa reflejada en una superficie, entre
varios aspectos más.
1.3.1 Flujo luminoso
Está comprobado que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
La energía eléctrica se puede convertir en energía mecánica, energía calorífica,
energía luminosa y en varias otras formas de energía. Como primera trasformación la
energía eléctrica se convierte en energía calorífica, posteriormente una parte de esta
energía calorífica se convierte en energía radiante y una pequeña parte de esta
energía radiante se transforma en el flujo luminoso que es la parte de la energía
radiante total emitida, que afecta el sentido de la vista. Esto quiere decir que la mayor
parte de la energía radiante no es flujo luminoso, tomando como ejemplo la lámpara
incandescente, solo el 10% de energía radiante es flujo luminoso. Por lo tanto, a la
cantidad de luz que fluye en determinado tiempo, se le conoce como flujo luminoso y
es medida en lúmenes.
“En todos los manantiales luminosos o lámparas, se obtiene
energía luminosa por transformación de otra clase de energía; por
ejemplo, la luz de una bujía es consecuencia de la energía química
obtenida al arder el material que compone la bujía; y la luz de una
lámpara eléctrica de incandescencia es consecuencia de la energía
eléctrica de la lámpara. Pero en uno u otro caso, no toda la energía
primitiva se transforma en energía luminosa; ciñéndonos al caso de la
lámpara de incandescencia para fijar mejor las ideas, parte de la energía
eléctrica que se transforma directamente en energía calorífica (la
lámpara se calienta), otra parte se convierte en energía radiante y una
pequeña parte de esta energía radiante está comprendida,
precisamente, entre las longitudes de onda que provocan la sensación
5
de luz, es decir, que se trata de energía luminosa. Llamaremos potencia
radiante o flujo radiante a la energía radiante emitida por un manantial
luminoso en la unidad de tiempo; y flujo luminoso a la parte del flujo
radiante que produce sensación luminosa en el ojo humano”. (Vázquez,
1974, pág. 38).
1.3.2 Intensidad o potencia luminosa
La intensidad luminosa es la relación que existe entre la fuente que emite la luz
y el área a iluminar, esto es, entre más cerca se encuentre el área que se pretende
iluminar de la fuente de luz la intensidad luminosa será más grande pero el área que
se ilumina es muy pequeña. Por lo contrario, entre más lejos se encuentre la fuente
de la zona a iluminar, su intensidad luminosa será más pequeña pero el área que
alcanza a iluminar es mucho más grande. Esto depende de los luxes que se desean
y del lugar que se está iluminando.
Figura 1-2 Intensidad Luminosa, (ARQHYS ARQUITECTURA , s.f.)
La figura 1.2 ejemplifica como a mayor distancia es mayor el área iluminada,
pero mucho menor en nivel de iluminación, es decir los luxes.
6
1.3.3 Luminancia
Es comúnmente llamada “brillantes” y básicamente es todo lo que vemos ya
sea de manera muy tenue u oscura a muy brillante. Para que el ojo humano pueda
ser capaz de captar un objeto este tiene que tener un grado de brillantes, si estos
brillantes son demasiado tenues se distinguiera de una manera borrosa, por lo que
se necesita un grado de brillantes adecuado para distinguir un objeto con claridad.
“La luminancia es el concepto luminotécnico que corresponde a
la sensación subjetiva, es decir, la sensación que tenemos cada uno de
nosotros, de claridad de un manantial de luz o de un objeto iluminado.
Tanto el flujo luminoso, como la intensidad luminosa y la iluminación no
producen en nuestro ojo sensación inmediata de claridad; la luz no se
hace visible hasta que no se tropieza con un cuerpo, que la refleja o la
absorbe. Y por lo tanto la mayor o menor claridad con que vemos
distintos cuerpos depende de su luminancia, aunque todos estén
igualmente iluminados. Cunando la intensidad está en candelas, y el
área proyectada está en metros, la unidad de luminancia es: candelas
por metro cuadrado (cd/m2)”. (Vázquez, 1974, pág. 44).
1.4 Control de la Luz
1.4.1 Reflexión
Es el fenómeno que se produce al momento que la luz incide (choca) sobre
una superficie cambiando de dirección, es decir, cuando una luz rebota al chocar con
una superficie, se dice que esta es reflejada. La reflexión puede ser de varios tipos
(espectacular, difusa, difusa dirigida y difusa espectacular) como se muestra en la
figura 1.3, esto depende de las características de la superficie, si es lisa o rugosa, así
como del ángulo y el color con el que chocan los rayos luminosos. La luz blanca es la
que mejor se refleja en comparación con la luz coloreada.
7
Reflexión espectacular: cuando una luz incide sobre una superficie y es reflejada
con el mismo ángulo de incidencia, por lo tanto, el ángulo de reflexión es igual al
ángulo de incidencia.
Reflexión difusa: esto se da cuando una luz incide sobre una superficie y esta es
reflejada en diferentes direcciones.
Reflexión semi dirigida: este efecto sucede cuando la superficie sobre la cual
incide el rayo luminoso es brillante y rugoso, lo cual genera varios reflejos, pero
todos en un solo sentido.
Reflexión difusa espectacular: es la combinación de reflexión difusa y
espectacular, normalmente se da cuando la superficie donde incidió el rayo es
opaca.
Figura 1-3 Tipos de Reflexión Luminosa, (Vázquez, 1974)
1.4.2 Transmisión
Al momento que los rayos luminosos traspasan cuerpos trasparentes o
traslucidos se dice que estos rayos han sido trasmitidos, la densidad del material
juega un papel importante en este fenómeno ya que de esto depende el grado de
difusión de los rayos una vez que ha sido trasmitido. Al igual que en la reflexión la
transmisión también tiene diferentes tipos como: transmisión dirigida, transmisión
difusa, transmisión difusa semidirigida y transmisión mixta, esto se aprecia en la figura
1.4.
Figura 1-4 Tipos de Transmisión Luminosa, (Vázquez, 1974)
8
1.4.3 Absorción
Este fenómeno se da al momento que un haz de luz choca sobre un cuerpo;
se encuentra íntimamente ligado con el de la reflexión ya que todo el flujo luminoso
que choca sobre una superficie no es reflejado, gran parte se queda absorbida y esto
depende del color de la superficie. Una luz blanca incidiendo sobre una superficie
blanca refleja el 100% del flujo luminoso, por lo contrario, si es una superficie negra
absorbe casi por completo todo el flujo luminoso.
1.4.4 Difusión
La difusión depende de la rugosidad de la superficie. Al momento de ser
reflejado o transmitido un flujo luminoso este se dirige en varias direcciones, pero
cada una de estas direcciones con la misma intensidad luminosa.
1.5 Representaciones Gráficas, Fotometría y Mediciones Fotométricas
1.5.1 Curvas de distribución luminosa
También llamada curva fotométrica, es la representación gráfica del
comportamiento de la luz, cada lámpara y luminaria tiene su curva de distribución
luminosa que es lo que la diferencia de otras lámparas o luminarias. La curva de
distribución luminosa nos indica la dirección e intensidad a la que se distribuye la luz
en torno al centro de la fuente luminosa y nos muestra la intensidad de la fuente en
todas direcciones del espacio.
Una característica de las curvas de distribución luminosa es que normalmente
se representan en coordenadas polares. En la figura 1.5 se muestra un ejemplo de
un eje cartesiano con sus ángulos correspondientes en forma radian, en este plano
se pude dibujar la curva de distribución obteniendo los ángulos correspondientes de
la luminaria.
9
Figura 1-5 Eje Cartesiano con Coordenadas Polares, (Calculo Vdectorial , s.f.)
La intensidad luminosa en todas direcciones del espacio de una lámpara o
luminaria se determina mediante aparatos especializados de alta precisión a la hora
de tomar lecturas desde distintos ángulos alrededor de la luminaria. La intensidad
luminosa representada en 3 dimensiones es similar a lo que muestra la figura 1.6.
Figura 1-6 Haz luminoso en 3D, (Rodriguez, s.f.)
La curva de distribución luminosa la proporciona el fabricante y, como dato
importante, cuando la curva es simétrica solamente se proporciona la mitad de la
curva, como lo muestra la figura 1.7.
10
Figura 1-7 Haz luminoso en 2D, (Rodriguez, s.f.)
1.5.2 Diagrama isolux
Representa la intensidad luminosa, pero en el plano horizontal, mediante líneas
que unen puntos y generando un área dentro de la cual se encuentra el mismo nivel
de iluminación. Estas líneas muestran valores en luxes sobre el plano horizontal
estando a una altura de montaje definida. Son de gran utilidad en el estudio de la
uniformidad de la iluminación y en la determinación del nivel de iluminación en algún
punto específico del suelo.
“El diagrama isolux es otra forma de graficar la intensidad de
iluminación, pero en un plano horizontal (es suelo) dicho de otra forma,
el diagrama isolux es un conjunto de curvas que se unen formando
puntos del plano de trabajo que reciben la misma iluminación, se utiliza
principalmente para la representación de la intensidad de iluminación de
luminarios del tipo alumbrado público e indistintamente para cualquier
tipo de instalación de alumbrado. La altura de montaje, la distancia entre
el luminario y el plano de trabajo, da lugar a un diagrama isolux distinto,
ver figura 1.8”. (Velasco, 1994, pág. 34).
11
Figura 1-8 Diagrama isolux, (luminotécnics, s.f.)
1.6 Fuentes Luminosas
La iluminación es un elemento primordial cuando se desea tener un ambiente
de confort adecuado para desarrollar de la mejor manera las actividades y lograr
hacerlas menos agotadoras, esto se realiza mediante iluminación artificial o natural
emitida por fuentes luminosas o también conocido como manantiales luminosos.
Una fuente luminosa es un aparato capaz de trasmitir radiaciones que sean
visibles para el ojo humano. La fuente luminosa más importante es el sol.
Actualmente existen muchas lámparas o luminarias con las cuales podemos
iluminar artificialmente, de las cuales solo se hará mención las más comunes para
alumbrado en exteriores.
1.6.1 Lámpara de vapor de mercurio
Entra dentro de la clasificación de las lámparas de Alta Intensidad de Descarga
(HID), las lámparas HID producen un haz de luz generando un arco eléctrico en un
ambiente gaseoso (figura 1.9). La lámpara de vapor de mercurio fue la primera
lámpara HID desarrollada, aunque al principio contaban con la desventaja de
proporcionar un rendimiento de color bajo, esto se solucionó por medio de la
aplicación de una película de fósforo en la pared interna del bulbo, pero, esto no
soluciono por completo el problema ya que con el transcurso del tiempo la salida de
12
luz disminuía. Su encendido no es inmediato, su tiempo de arranque es de 4 a 7
minutos lo cual depende de la temperatura ambiente.
Su principio de funcionamiento básicamente consiste en la creación de un arco
eléctrico en un medio gaseoso, esto produce la ionización del gas que se encuentra
dentro del tubo de cuarzo, poco a poco el mercurio ira elevando su temperatura,
aumentando la presión en el interior del tubo y la tensión entre los bornes, en poco
tiempo el mercurio estará completamente en estado gaseoso lo que generará que
empiece a cambiar el color de la fuente y el flujo luminoso cambie. Cuando se llega
al equilibrio la intensidad es regulada por el balastro.
“Principalmente se utilizaron para sustituir, en ciertos casos, a las
lámparas incandescentes de elevada potencia por la mayor cantidad de
flujo luminoso que emiten y su mayor eficiencia luminosa, así como un
tiempo de vida mayor; tiene la restricción de la posición de montaje, que
varía con la potencia, por lo que es conveniente consultar el catálogo del
fabricante para su instalación. Tienen una vida media de 5000 horas”.
(Harper, Manual practico del alumbrado , 2003, pág. 56).
Figura 1-9 Partes de una lámpara de vapor de mercurio, (luminotécnics, s.f.)
1.6.2 Lámpara de vapor de sodio
Son bastantes similares en cuanto a funcionamiento y forma de la lámpara de
vapor de mercurio. Son capaces de producir un flujo luminoso muy elevado ya que
13
las radiaciones que generan se concentran en la zona del espectro visible donde la
percepción visual es máxima, esto nos genera una ventaja y una desventaja. Como
ventaja se tiene que son muy útiles para aprovechar al máximo la agudeza visual pero
su desventaja radica en tener una baja reproducción cromática. La reproducción
cromática es fundamental en lugares donde se requiere una alta fidelidad en la
representación de los colores de manera que sean capases de atraer nuestra
atención.
Su principio de funcionamiento se basa en provocar una descarga entre los
electrodos los cuales se encuentran en un ambiente gaseoso (gas neón) figura 1.10
partes de la lampara de vapor de sodio. Conforme aumenta la temperatura el sodio
empieza a vaporizarse, la lámpara empieza a ponerse color amarillo hasta llegar a su
punto máximo proporcionando el máximo flujo luminoso. Este tipo de lámparas
requieren un balastro o un transformador por separado como equipo auxiliar.
Figura 1-10 Partes de una lámpara de vapor de sodio, (luminotécnics, s.f.)
1.6.3 Lámpara de aditivos metálicos
Son similares en construcción a las lámparas de vapor de mercurio, figura 1.11,
con la adición de otros elementos metálicos en el tubo de descarga lo que genera un
incremento en la eficacia de 60 a 100 lúmenes por watt y una gran mejora en el
incremento de color, es por eso que esta fuente es la adecuada para áreas
comerciales y deportivas. El control de la luz en una lámpara de aditivos metálicos es
14
preciso, esto es ya que, en la lámpara, la luz emana del pequeño tubo de descarga,
en comparación con la de vapor de mercurio que lo hace por medio de la parte externa
del foco de la lámpara.
Una gran desventaja es su tiempo de vida útil, ya que es relativamente
pequeño considerado con el de otras luminarias estamos hablando de 7,500 a 20,000
horas. Su tiempo de arranque es de 5 a 7 minutos. Sin embargo, el reinicio, después
que una interrupción de energía le allá cortado la alimentación a la lámpara, es muy
largo estamos hablando de hasta 12 minutos, esto depe1nde del tiempo que requiera
la lámpara para enfriarse. Su temperatura de color esta entre los 3000 y 5000 °K.
Figura 1-11 Lámpara de aditivos metálicos, (Lamparas y luminarias , s.f.)
1.6.4 LED
Un LED es un diodo emisor de luz. Un diodo es en dispositivo semiconductor
que actúa esencialmente como un interruptor unidireccional para la corriente, es decir,
solo permite que la corriente fluya en una sola dirección. Los LED funcionan con
corriente directa por lo que es necesario contar con una fuente especial para que
puedan ser alimentados, también, dependiendo de la combinación de los elementos
químicos presentes en los materiales que componen al LED pueden producir un
amplio rango de longitudes de onda dentro del espectro cromático, dando como
resultado diferentes colores, desde el infrarrojo, pasando por todo el abanico del
espectro visible (rojos, amarillos, verdes, azules), hasta ultravioleta, por lo que son
muy versátiles en cuanto a su uso en aplicaciones.
15
Existen diversos tipos de LED, cada uno de estos es ocupado para áreas
específicas de manera que cumplen con los requisitos para crear el ambiente
adecuado, proporcionan los niveles de luxes ideales, protegen los equipos y al
personal, etc.
El principio de funcionamiento del LED es el siguiente, la unión P-N es decir la
unión de dos elementos, uno con carga positiva y el otro con carga negativa forman
un diodo figura 1.12. Al momento de hacer pasar una corriente eléctrica a través de
ese diodo las cargas positivas y negativas son forzadas a moverse en sentido
contrario de tal modo que cuando un electrón (carga negativa) se acerca a un protón
(carga positiva) se combinan, pero con la particularidad que el protón dispone de
menor energía que el electrón y para poder combinarse el electrón debe perder
energía. La energía perdida por el electrón se libera en forma de luz, la cantidad de
energía liberada determina el color de la luz emitida.
Figura 1-12 Composición de una lámpara LED, (Ledesma)
Las principales ventajas de los LED son: bajo consumo energético, poco calor
generado, fáciles de programar y controlar, rápida respuesta; encendido y apagado
instantáneo, baja deprecación luminosa y operando en condiciones normales tiene
una larga duración (entre 50 000 y 100 000 horas de vida).
Las principales desventajas son problemas con altas temperaturas, necesidad
de fuentes de alimentación estabilizadas y precio elevado.
16
Tabla 1.1 Comparación de eficiencia y vida útil de algunas lámparas
Tipo de Lámpara Eficiencia
(lm/W)
Utilizable
(lm/W)
Vida útil
(hrs)
Incandescente 17 10 – 17 3,000
Halógeno 20 12 – 20 10,000
Fluorescente 60 40 – 50 20,000
Presión de Sodio 95 -100 55 – 65 24,000
LED Potencia 99 65 – 75 ˃50,000
1.7 Iluminación en Exteriores
Llamaremos iluminación exterior a toda aquella que se encuentra a la
intemperie, es decir, al aire libre sin nada que la cubra como techos o paredes. Por
tanto, comprenderá, el alumbrado público, el alumbrado de estaciones y patios, el
alumbrado de campos y estadios deportivos, etc.
El cálculo de iluminación en exterior se lleva a cabo por un método llamado
“punto por punto” que estudiaremos más adelante en este trabajo de investigación.
Este método solo puede ser utilizado cuando no existe la iluminación adicional
producida por la reflexión, ya que las reflexiones que se producen sobre las
superficies que se han de iluminar son tan pequeñas que pueden considerarse nulas.
1.7.1 Alumbrado por proyección
El Comité Internacional de Iluminación define al alumbrado por proyección
como: “La iluminación de un área o de un objeto por medio de proyectores con el
objeto de aumentar fuertemente su iluminación en relación con los alrededores”.
El alumbrado por proyección puede ser ocupado de distintas maneras y en
diferentes lugares, es decir, tiene distintas aplicaciones dentro de la cual destaca la
iluminación deportiva (campos de futbol, beisbol, canchas de tenis, canchas de
basquetbol, etc.) en el cual se deben considerar factores importes como evitar
17
sombras y deslumbramientos a los deportistas o al público, así como exigencias de
iluminación vertical.
En el cálculo de la iluminación es muy importante considerar no solo tomar en
cuenta el nivel de iluminación mínimo requerido, es muy importante tomar en cuenta
que no se presente en las personas la fatiga que ocurre al estar expuestos largos
periodos de tiempo a la luz artificial. En la iluminación deportiva esto es muy
importante ya que radica de gran manera en cómo el espectador percibe el evento, si
empieza a sentir fatiga el evento será tedioso para el espectador y por lo contrario no
lo disfrutaría. Lo mismo ocurre con los deportistas ya que no jugarían con su mayor
esfuerzo.
1.8 Instalación Eléctrica
Conjunto de elementos (tubería cónduit, cajas de conexión, registros,
conductores eléctricos, accesorios de control y protección, etc.) interconectados e
interrelacionados entre sí para cumplir con un objetivo en común el cual es conducir
y transformar la energía eléctrica de manera segura y eficiente logrando que llegue a
sus receptores finales como maquinas, electrodomésticos, luminarias, montacargas,
elevadores, motores y equipos eléctricos en general para su utilización final.
Una instalación eléctrica tiene que cumplir con ciertas normas que establecen
las especificaciones y lineamientos de carácter técnico a fin que ofrezca las
condiciones adecuadas en cuanto a seguridad contra accidentes e incendios. Con la
misma importancia esta debe ser eficiente y económica, así como accesible y de fácil
mantenimiento.
1.8.1 Principales elementos que constituyen una red eléctrica
Según sean las necesidades que se requieren, las instalaciones eléctricas
pueden ser visibles, ocultas, parcialmente ocultas y aprueba de expolición, sea cual
sea el tipo de instalación los principales elementos con los que cuenta son:
18
Conductores eléctricos
Una instalación eléctrica requiere contar con conductores hechos de un
material que presente baja resistencia óhmica, es decir, que cuente con una buena
conductividad y que al mismo tiempo sea económico, es por ello que siempre son
utilizados conductores fabricados de cobre u aluminio ya que son los que mayor
cumplen con las características deseadas. El oro y la plata con considerados los
materiales con mejor conductividad que existen, pero no son viables desde el aspecto
económico.
“Normalmente son fabricados de sección circular y su diámetro
depende de la cantidad de corriente que va a circular por él. Este
diámetro esta denominado como calibre y esta seccionado por dos
categorías, AWG (American Wire Gage) y Circular Mil; en el rango que
abarca AWG los calibres están ordenados de forma descendente, es
decir, el número más grande es el de diámetro más pequeño (4/0, 3/0,
2/0, 1/0, 1, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20). Para conductores mayores
a 4/0 cambia la denominación de AWG a Circular Mil en el cual se hace
una designación que está en función de su área en pulgadas”. (Harper,
Manual de Intalaciones Eléctricas Residenciales e Industriales, 2006).
Tabla 1.2 Sección transversal de varios tipos de calibre
Calibre
(A.W.G. K.C.M.)
Sección Diámetro
C.M. MM2 PULGS. MM2
20
18
16
14
12
10
8
6
4
3
2
1022 0.576
1624 0.8232
2583 1.3090
4107 2.0810
6330 3.3090
10380 5.2610
16510 8.3670
26250 13.3030
41740 21.1480
52630 26.6700
66370 33.6320
0.03196 0.812
0.04030 1.024
0.05082 1.291
0.06408 1.628
0.08081 2.053
0.1019 2.585
0.1285 3.264
0.1620 4.115
0.2043 5.189
0.2294 5.827
0.2576 6.543
19
1
0
00
000
0000
250
300
350
400
500
600
700
750
800
900
1000
1250
1500
1750
2000
83370 42.4060
105500 53.4770
133100 67.4190
167800 85.0320
211600 107.2250
126.644
151.999
177.354
202.709
253.354
303.999
354.708
405.160
379.837
455.805
506.450
633.063
759.677
886.286
1012.90
0.2893 7.348
0.3249 8.252
0.3648 9.266
0.4096 10.403
0.4600 11.684
0.575 14.605
0.630 16.002
0.681 17.297
0.728 18.491
0.814 20.675
0.893 22.682
0.964 24.685
1.031 26.187
0.098 25.349
1.093 27.762
1.152 29.260
1.289 32.741
1.412 35.865
1.526 38.760
1.631 41.427
Los conductores utilizados en las instalaciones eléctricas se encuentran
aislados con un elemento el cual es fabricado de termoplástico, existen diferentes
tipos y con características que los diferencian entre si entre los cuales están: Tipo
TW, THW, Vinanel 900, Vinanel Nylon, Vulcanel E.P. y Vulcanel XLP.
Tubería y canalizaciones
Aquí se abarca todos los elementos que sirven para guiar, apoyar o de alguna
forma cargar a los conductores eléctricos y dividir los diferentes circuitos para
interconectaros con otros. Uno de los objetivos de la tubería es proteger al conductor
contra elementos que no le favorecen y que lo pueden dañar provocando que no
ejecute su función correctamente como puede ser corrosión, oxido, explosivos, etc.
20
Las tuberías de uso más común son: Tubería flexible de PVC, tubo conduit
flexible de acero, tubo conduit de acero esmaltado, tubo conduit de acero galvanizado,
ducto cuadrado, tubo conduit de asbesto y tubería de albañal.
Accesorios de control y protección
La parte de control y protección es una de las más importantes de toda
instalación eléctrica, ya que es aquí donde se brinda la seguridad y confiablidad a los
usuarios y de esta forma se previenen accidentes. Las protecciones varían
dependiendo el elemento que se va a proteger ya que algunas operan más rápido
que otros, en una instalación eléctrica residencial existen dos tipos de protecciones,
de cuchillas y termomagnéticos.
El interruptor de cuchillas opera al existir una corriente elevada, es decir, un
corto circuito los fusibles no soportan dicha corriente y se funden evitando que
continúe el paso de la corriente, el termo magnético entra en función cuando la
temperatura provocada el en conductor es demasiada elevada, esto pasa cuando se
conectan varios equipos eléctricos al mismo contacto.
1.8.2 Tipos de instalaciones eléctricas
El tipo de instalación eléctrica depende de varios factores, el tipo de trabajo
que se realizara en esa área es uno de los más importantes, ya que si es un ambiente
con bastante humedad o de fácil explosión la instalación debe contar con distintas
características y lineamientos que la hagan confiable, el tipo de construcción y las
condiciones ambientales son otros factores de gran influencia. Los tipos de
instalaciones eléctricas que se pueden realizar son:
Totalmente visibles
Como su nombre hace mención, en este tipo de instalaciones se encuentra a
la vista de las personas todos los elementos que la componen. La desventaja de este
tipo de instalaciones es que se encuentran sometidas a daños mecánicos y se
encuentran completamente sin protección al medio ambiente, su ventaja está en ser
21
una instalación de muy fácil mantenimiento ya que se pueden detectar fallas con
mucha más facilidad que en otro tipo de instalaciones.
Visibles entubadas
Son instalaciones eléctricas que se realizan de esta forma por el tipo de
estructura que se tiene, lo cual evita ahogarlas y esconderlas por completo. Este tipo
de instalaciones igual se encuentran sometidas a daños mecánicos, aunque ya no
directamente al conductor, pero si a la tubería, su ventaja es que de la misma manera
se pueden detectar fallas más fácilmente y su manteniendo es de forma sencilla.
Temporales
Son instalaciones que se realizan para poder hacer uso de la energía eléctrica
en cierto lugar, son de un periodo corto de tiempo tales como conciertos, eventos
sociales en alguna explanada o parque, ferias, etc.
Provisionales
Son aquellas que se realizan una vez que ya estaba hecha la instalación, pero
a diferencia de las temporales estas se realizan en instalaciones definitivas en
operación, ya que se necesita hacer reparaciones o eliminar fallas.
Parcialmente ocultas
No toda la instalación se encuentra oculta, un aparte está a la vista de las
personas y esto se debe en parte que el entubado esta por pisos y muros y la restante
por armaduras, es fácil encontrar este tipo de instalación en fábricas, edificios de más
de dos pisos o centros comerciales.
Ocultas
22
Se encuentran totalmente ocultas solo saliendo a la vista los receptáculos y los
apagadores. Este tipo de instalaciones son así porque pueden agorase y esconderse
dentro del concreto lo que le da una mejor vista y más elegancia a la construcción. La
ventaja que tiene es la parte lujosa con la que cuenta y la desventaja es que por
obvias razones su mantenimiento preventivo y correctivo es mucho más difícil por lo
cual tanto su instalación con el mantenimiento es mucho más cara que otras.
Aprueba de explosión
Estas son hechas en lugares donde es muy fácil que exista una explosión, ya
que esto puede ocurrir en cualquier momento la instalación debe estar prepara y debe
ser capaz de soportar temperaturas bastante elevadas, una vez que el fuego entra en
contacto con las canalizaciones de los conductores, si el aislante del conductor se
derrite lo que puede causar cortos circuitos y generar más daños de los que ya están
presentes. Esto se puede llevar a cabo en gasolineras, algunas fábricas y
laboratorios.
23
CAPITULO II MÉTODOS Y NIVEL DE ILUMINACIÓN
24
2 CAPITULO II
“Los espacios interiores de una instalación son considerados
como espacios carentes de luz, y como tal para proporcionar una
iluminación se hace necesaria la presencia de fuentes de luz artificiales,
lámparas y elementos de soporte y distribución adecuada.
La determinación de los niveles de iluminación adecuados para
una instalación es un trabajo complejo, ya que se deben considerar
valores óptimos para cada tarea y entorno y se evalúan mediante una
valoración subjetiva de cada usuario y es claro que el usuario estándar
no existe, y por lo tanto la iluminación de una misma instalación puede
producir diferentes impresiones a diferentes usuarios en términos de
comodidad y rendimiento visual” (López, 2016).
2.1 Métodos de Alumbrado
“Los métodos de alumbrado hacen referencia a la distribución de
la luz en las zonas iluminadas, dichos métodos se clasifican según el
grado de uniformidad en: alumbrado general, alumbrado general
localizado y alumbrado localizado.
Alumbrado general: Este método proporciona una iluminación
uniforme sobre toda el área iluminada. Es un método de iluminación muy
extendido y se usa habitualmente en oficinas, centros de enseñanza,
fábricas, etc. Se consigue distribuyendo las luminarias de forma regular
por todo el techo del local.
Alumbrado general localizado: Proporciona una distribución no
uniforme de la luz de manera que esta se concentra sobre las áreas de
trabajo. El resto del local, formado principalmente por las zonas de paso
se ilumina con una luz más tenue. Se consiguen así importantes ahorros
energéticos puesto que la luz se concentra allá donde hace falta. Claro
que esto presenta algunos inconvenientes respecto al alumbrado
general. En primer lugar, si la diferencia de luminancias entre las zonas
25
de trabajo y las de paso es muy grande se puede producir
deslumbramiento molesto.
Alumbrado localizado: Empleamos el alumbrado localizado
cuando necesitamos una iluminación suplementaria cerca de la tarea
visual para realizar un trabajo concreto.
El ejemplo típico serían las lámparas de escritorio. Recurriremos
a este método siempre que el nivel de iluminación requerido sea superior
a 1000 lux., haya obstáculos que tapen la luz proveniente del alumbrado
general, cuando no sea necesaria permanentemente o para personas
con problemas visuales” (López, 2016).
Figura 2-1 Tipos de alumbrado.
2.1.1 Método de lúmen
Por medio de este método, se puede calcular el flujo total luminoso
que se requiere en locales interiores para proporcionar un nivel de
iluminación promedio. Considera la superficie del local, la altura de
montaje de los luminarios, las reflectancias de paredes, techo y piso, un
coeficiente de utilización de flujo luminoso aprovechable de la fuente
luminosa, sobre el área de trabajo y un factor de mantenimiento por
depreciación de la lámpara y limpieza del local. Estos factores se toman
en consideración en la ecuación del método de lúmen.
𝐹 = (𝐸)(𝐴)
(𝐶. 𝑈. )(𝐹. 𝑀. )
(3)
26
En donde:
F = Flujo total requerido para el nivel de iluminación promedio (lúmenes).
E = Intensidad de iluminación promedio (luxes).
A = Superficie (m2).
C.U. = Coeficiente de utilización.
F.M. = Factor de mantenimiento.
Intensidad de iluminación
La intensidad de iluminación viene dada en tablas que
recomiendan los valores adecuados para las diversas labores. Estos
valores han sido determinados por científicos dedicados a la iluminación,
tomando en cuenta los diferentes esfuerzos a que está sometido el ojo
humano durante su funcionamiento, el rendimiento visual, las
asimilaciones por segundo y hasta las condiciones climatológicas, etc.
Área
La superficie del local a iluminar, se considera en metros
cuadrados si el nivel de iluminación se toma en luxes, o en pies
cuadrados si el nivel se toma en pies- candela.
Factor de mantenimiento
Se considera en función de la depreciación que sufre la emisión
lumínica del luminario, debido a la acumulación de suciedad en el mismo
y a la depreciación de las superficies reflectoras o transmisoras de la luz,
por el envejecimiento sufrido a través del tiempo, así como a la
depreciación que sufre la lámpara o fuente luminosa a través de las
horas de uso.
El factor de mantenimiento, se obtiene del producto de la
depreciación de la lámpara (D) por la depreciación por suciedad del
luminario (d).
El factor de depreciación de la lámpara (D), es en función de la
depreciación sufrida por la lámpara a lo largo de su vida y es obtenida
en el laboratorio del fabricante o en el laboratorio de asociaciones
27
autorizadas, los cuales proporcionan la depreciación en forma de tablas
y a cada lámpara corresponde un valor promedio.
El factor de mantenimiento por suciedad del luminario (d), es
obtenido por pruebas directas en el luminario en diferentes ambientes y
clasificado en forma de tablas o bien en forma de gráficas, es
proporcionada por los fabricantes o por laboratorios independientes.
Coeficiente de utilización
El coeficiente de utilización es la relación entre los lúmenes que
alcanzan el plano de trabajo y los lúmenes totales generados por la
lámpara. Es un factor que tiene en cuenta la eficacia y la distribución del
luminario, su altura de montaje, las dimensiones del local y las
reflectancias de las paredes, techo y piso. El coeficiente de utilización
viene dado en tablas que relacionan cada uno de los aspectos antes
mencionados.
2.1.2 Método de punto por punto
Es un método que permite calcular con exactitud la intensidad de
iluminación sobre puntos determinados, en lugares donde la altura de
montaje es grande y son dudosos los resultados obtenidos con el método
de lúmenes; como fábricas de altos techos, gimnasios y en lugares
donde es muy importante contar con la seguridad de tener precisamente
el nivel de iluminación recomendado.
(Velasco, 1994)
2.1.3 Método de lúmenes medios
Con este método es posible calcular, la intensidad de iluminación producida en
determinados puntos por fuentes luminosas distribuidas y localizadas de antemano,
por lo que para aplicarlo se debe tener ya una distribución de luminarios que sirvan
de base para el cálculo.
28
Este método de punto por punto es utilizado para áreas no cerradas, es decir
al aire libre, para comenzar el cálculo se debe saber primero el nivel de iluminación
requerido en el área a iluminar, esto mediante norma de acuerdo al espacio que se
desea iluminar.
Posteriormente se debe elegir un luminario que sea adecuado para la tarea
que se va a realizar y las condiciones a las que se estará sometiendo después de su
instalación.
Ahora se procede a calcular la altura de instalación de la lámpara, esto
seleccionando la distancia a la cual llegará el centro del haz luminoso de la lámpara,
y mediante trigonometría.
ℎ = 𝑑
tan 𝛿
(4)
Donde:
h = altura de colocación de la lámpara
d = distancia a la cual llegará el haz luminoso
tan 𝛅 = ángulo de colocación de la lámpara
El ángulo (𝛅) mencionado no debe pasar los 60̊, esto debido a que si pasa los
60 grados podría provocar deslumbramiento.
Para poder saber el número de lámparas a utilizar, en el método es necesario
saber el flujo luminoso que se aprovecha de cada una de ellas. Para ello se utiliza la
gráfica isolux proporcionada por el fabricante y en ella se traza una especie de
trapecio, este trapecio se obtiene al considerar los alcances del haz luminoso,
analizando los puntos verticales y horizontales del alcance de la lámpara.
Obteniendo el trapecio sobre la gráfica isolux se puede saber la cantidad de
lúmenes utilizados de cada lámpara, con este dato ya es posible calcular el coeficiente
de utilización, el coeficiente de utilización para este método es el resultado de la
división de los lúmenes utilizados de la lámpara entre los lúmenes del haz luminoso.
29
𝐶. 𝑈. = 𝑙ú𝑚𝑒𝑛𝑒𝑠 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙á𝑚𝑝𝑎𝑟𝑎
𝑙ú𝑚𝑒𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑙 ℎ𝑎𝑧
(5)
Donde:
Los lúmenes utilizados de la lámpara son los que se encuentran dentro del
trapecio dibujado sobre la gráfica isolux de la lámpara.
Lúmenes del haz es dato del fabricante
Para saber el número de lámparas necesarias que se necesitarán para obtener
una iluminación adecuada y uniforme se utiliza la siguiente fórmula.
# 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 = (𝐴)(𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑜)
(𝑙ú𝑚𝑒𝑛𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑙 ℎ𝑎𝑧)(𝐶. 𝑈. )(𝐹. 𝑀. )
(6)
Donde:
A = Área (m2).
C.U. = coeficiente de utilización
F.M. = factor de mantenimiento
Nivel luminoso es el recomendado por norma (luxes)
Lúmenes del haz son proporcionados por el fabricante
2.2 Nivel de Iluminación Recomendado
La realización de las actividades diarias requiere de un perfecto nivel de
iluminación, para que se puedan realizar de una forma satisfactoria.
Cuando se desean realizar actividades en horario nocturno, o no es posible
realizarlas durante el día, se requiere de iluminación artificial, para lo cual se necesita
saber cuál es nivel correcto para evitar accidentes o daños a la visión.
Los niveles de iluminación están regidos bajo normas, de acuerdo a la actividad
a realizar, estos niveles deben evitar el deslumbramiento, para saber el nivel de
iluminación en el estadio de beisbol consultaremos la Sociedad de Ingenieros en
Iluminación (IES) por sus siglas en inglés.
30
Tabla 2.1 Niveles de iluminación recomendados para estadios de beisbol
Tipo de liga Nivel de iluminación (lux)
En el campo Fuera del campo
Liga mayor 1500 1000
Ligas AAA y AA 700 500
Ligas A y B 500 300
Ligas C y D 300 200
Semiprofesional y
municipal 200 150
Liga juvenil 300 200
Recreativo 150 100
Localidades durante el
juego 20
Localidades antes y
después del juego 50
De acuerdo a los niveles de iluminación recomendados y al tipo de juego el
nivel requerido será de 200 lux en el campo de juego y 150 en los jardines.
31
CAPITULO III
ESTUDIO TÉCNICO
32
3 CAPITULO III
En esta etapa del proyecto de investigación se contemplan todos los aspectos
técnicos que permiten proponer los equipos adecuados para brindar las
especificaciones acordadas, todo justificado en base a los cálculos.
3.1 Plano Arquitectónico
A continuación, se muestra un plano arquitectónico del campo de beisbol con
sus medidas de contorno figura 3.1, se indican las líneas del terreno de juego y el
espacio que hay entre el terreno de juego y las limitaciones del campo, se muestra la
parte de las gradas con sus delimitaciones.
Figura 3-1 Dimensiones del campo, (Autoría propia)
33
3.2 Cálculos
Para el cálculo del número de luminarias que se van a utilizar para obtener el
nivel de iluminación adecuado es necesario dividir toda el área a iluminar en áreas
más pequeñas e ir analizando cada una de ellas, (la división del terreno se hará de
acuerdo a criterio propio, por lo que no hay nada establecido como norma). Teniendo
en cuenta el tipo de luminaria propuesta y su forma de curva isolux.
El primer cuadrante que se analizará es donde se encuentra el área entre
bases, esta área es la más importante, por ser la parte donde la pelota se encuentra
con mayor velocidad y es donde por norma se necesita mayor nivel de iluminación,
figura 3.2.
Figura 3-2 Colocación de postes, división del terreno en cuadrantes y nivel de iluminación en cada cuadrante, (Autoría propia)
34
En el primer cuadrante se obtienen medidas iguales, por lo cual el área a
analizar es un cuadrado, aquí se propone poner dos postes, en dos lados diferentes,
esto para tener una iluminación más uniforme.
Cuadrante 1 poste 1 y 2.
El primer paso es colocar un punto central en donde llegará el haz luminoso
central de la luminaria, el haz luminoso con respecto al punto central no debe exceder
de un ángulo mayor a 60 grados para evitar el deslumbramiento de todas las personas
que se encuentren en el estadio.
Con ayuda de la geometría y trigonometría se calcula la altura de los postes,
esto se logra con la distancia al punto central propuesto y el ángulo que se toma como
máximo de 60 grados.
Determinando la altura de los postes.
35
𝑇𝑎𝑛 60° =23
ℎ
ℎ =23
𝑇𝑎𝑛 60°= 13.28 𝑚 → 𝑺𝒆 𝒑𝒓𝒐𝒑𝒐𝒏𝒆 𝒖𝒏 𝒑𝒐𝒔𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝟏𝟓 𝒎
Después de obtener la altura del poste se calculan los ángulos que se forman
entre la luminaria y las distancias ya propuestas antes a donde llegará el haz luminoso
en el plano vertical a la luminaria.
Plano vertical.
36
𝛼 = 𝑇𝑎𝑛−1 (8
15) = 28°
𝛾 = 𝑇𝑎𝑛−1 (23
15) = 56.8° 𝑪𝑼𝑴𝑷𝑳𝑬
𝛽 = 𝛾 − 𝛼 = 56.8 − 28 = 28.8
𝜙 = 𝑇𝑎𝑛−1 (38
15) = 68.45°
𝛩 = 𝜙 − 𝛾 = 68.45 − 56.8° = 11.65
Con los ángulos verticales obtenidos se calcula la hipotenusa de un nuevo
triángulo formado, estos triángulos que se obtienen sirven para calcular ángulos
horizontales a la lampara para ver cuál será la abertura que tendrá a la orillas, estos
ángulos son calculados a la misma distancia que los puntos iniciales, las siguientes
figuras muestran el cálculo de esos ángulos, solo se toma un lado del triángulo debido
a las dimensiones originales del área, ya que por ser un cuadrado y se tomó en cuenta
que la luminaria se coloca justo a la mitad del cuadrado.
Determinando la longitud del haz de luz en cada punto
𝛼′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (15
15) = 45°
37
ℎ = √152 + 82 = 17 𝑚
𝛽′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (15
17) = 39.4°
ℎ = √152 + 232 = 27.46 𝑚
𝛩′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (15
27.46) = 28.64°
ℎ = √152 + 382 = 40.85 𝑚
𝜙′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (15
40.85) = 20.16°
Ángulos graficados en el plano vertical y horizontal. Se deben sumar los
lúmenes que están dentro de la figura formada por los ángulos, para saber cuántos
38
lúmenes hay en cada circulo de la gráfica podemos ver en los anexos el nivel de
lúmenes por cada 10 grados, figura 3.3.
Figura 3-3 Ángulos obtenidos del primer cuadrante en la gráfica isolux de la luminaria, (propia, 2019)
En los círculos que no abarca por completo la figura solo se saca un porcentaje
acercado a lo que está ocupando de esta área, este porcentaje se multiplica por los
lúmenes de esa área y así saber los lúmenes que se ocupan.
68200 + 34925.9 + 8850.3 + 3861.7 + 2904.6 + 1300.2 = 120042.7 𝐿ú𝑚𝑒𝑛𝑒𝑠
Los lúmenes del haz para poder calcular el coeficiente de utilización los
podemos ver en el anexo datos de la luminaria, ahí se proporcionan los lúmenes
totales. Para calcular el coeficiente de utilización se necesitan los lúmenes efectivos,
y para ello se multiplican los lúmenes totales por la eficiencia, la eficiencia también se
encuentra en el anexo datos de la luminaria.
𝐿ú𝑚𝑒𝑛𝑒𝑠 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 = (161549)(. 998) = 161225.9 ≅ 161226 𝑙ú𝑚𝑒𝑛𝑒𝑠 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠
𝐶. 𝑈. = 120042.7
161226= .74
39
# 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 = (300)(38)(38)
(161226)(. 9)(. 74)= 4.034 ≅ 4 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠
Cuadrante 2 poste 3
El procedimiento del cálculo es siempre el mismo, de cierto modo rutinario,
cambiando las medidas dependiendo los cuadrantes.
Determinando la altura de los postes
40
𝑇𝑎𝑛 60° =26
ℎ
ℎ =26
𝑇𝑎𝑛 60°= 15.01 𝑚 → 𝑺𝒆 𝒑𝒓𝒐𝒑𝒐𝒏𝒆 𝒖𝒏 𝒑𝒐𝒔𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝟏𝟓 𝒎
Plano vertical
𝛼 = 𝑇𝑎𝑛−1 (8
15) = 28.07°
𝛾 = 𝑇𝑎𝑛−1 (26
15) = 60.01° 𝑪𝑼𝑴𝑷𝑳𝑬
𝛽 = 𝛾 − 𝛼 = 60.01 − 28.07 = 32
𝜙 = 𝑇𝑎𝑛−1 (55
15) = 74.7°
41
𝛩 = 𝜙 − 𝛾 = 65.55 − 57° = 14.7
Determinando la longitud del haz de luz en cada punto.
𝛼′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (16.5
15) = 47.7°
ℎ = √152 + 82 = 17 𝑚
𝛽′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (16.5
17) = 44°
ℎ = √152 + 262 = 30 𝑚
𝛩′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (16.5
30) = 28.81°
42
ℎ = √152 + 552 = 57 𝑚
𝜙′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (16.5
30) = 16.14°
Figura 3-4 Ángulos obtenidos del segundo cuadrante en la gráfica isolux de la luminaria, (propia, 2019)
68200 + 39291.6 + 9587.8 + 3861.7 + 2541.6 + 1950 = 125432.7 𝑙ú𝑚𝑒𝑛𝑒𝑠
𝐶. 𝑈. = 125432.7
161226= .77
43
# 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 = (200)(33)(55)
(161226)(. 9)(. 77)= 3.24 ≅ 3 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠
Cuadrante 3 poste 4
Determinando la altura de los postes
𝑇𝑎𝑛 60° =26
ℎ
ℎ =26
𝑇𝑎𝑛 60°= 15.01 𝑚 → 𝑺𝒆 𝒑𝒓𝒐𝒑𝒐𝒏𝒆 𝒖𝒏 𝒑𝒐𝒔𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝟏𝟓 𝒎
Plano vertical
44
𝛼 = 𝑇𝑎𝑛−1 (8
15) = 28.07°
𝛾 = 𝑇𝑎𝑛−1 (26
15) = 60.01° 𝑪𝑼𝑴𝑷𝑳𝑬
𝛽 = 𝛾 − 𝛼 = 60.01 − 28.07 = 32
𝜙 = 𝑇𝑎𝑛−1 (53
15) = 74.19°
𝛩 = 𝜙 − 𝛾 = 65.55 − 57° = 14.2
Determinando la longitud del haz de luz en cada punto
𝛼′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (17
15) = 48.5°
45
ℎ = √152 + 82 = 17 𝑚
𝛽′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (17
17) = 45°
ℎ = √152 + 262 = 30 𝑚
𝛩′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (17
30) = 29.5°
ℎ = √152 + 532 = 55 𝑚
𝜙′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (17
55) = 17.17°
46
Figura 3-5 Ángulos obtenidos del tercer cuadrante en la gráfica isolux de la luminaria, (propia, 2019)
68200 + 40164.8 + 8850.3 + 3861.7 + 2759.4 + 1939.9 + 160 = 125935.6 𝑙ú𝑚𝑒𝑛𝑒𝑠
𝐶. 𝑈. = 125935.6
161226= .78
# 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 = (200)(53)(34)
(161226)(. 9)(. 78)= 3.1 ≅ 3 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠
Cuadrante 4 poste 5
47
Determinando la altura de los postes
𝑇𝑎𝑛 60° =22
ℎ
ℎ =22
𝑇𝑎𝑛 60°= 12.7 𝑚 → 𝑆𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑜𝑛𝑒 𝑢𝑛 𝑝𝑜𝑠𝑡𝑒 𝑑𝑒 15 𝑚
Plano vertical
48
𝛼 = 𝑇𝑎𝑛−1 (22
15) = 55.7° 𝑪𝑼𝑴𝑷𝑳𝑬
𝛩 = 𝑇𝑎𝑛−1 (32
15) = 64.8°
𝛽 = 𝛩 − 𝛼 = 64.8 − 55.7 = 9.1
Determinando la longitud del haz de luz en cada punto.
𝛼′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (23.7
15) = 61°
49
ℎ = √152 + 252 = 26.6 𝑚
𝛽′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (23.7
29) = 45.7°
ℎ = √152 + 322 = 35.3 𝑚
𝛩′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (27.3
35.3) = 37.7°
Figura 3-6 Ángulos obtenidos del cuarto cuadrante en la gráfica isolux de la luminaria, (propia, 2019)
50
68000 + 34925.9 + 10325.3 + 5835.4 + 3630.9 + 2586.5 + 1075 + 200 = 126579 𝑙ú𝑚𝑒𝑛𝑒𝑠
𝐶. 𝑈. = 126579
161226= .78
# 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 = (200)(54.7)(34)
(161226)(. 9)(. 78)= 3.28 ≅ 3 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠
Cuadrante 5 poste 6
Determinan do la altura del poste
51
𝑇𝑎𝑛 60° =22
ℎ
ℎ =22
𝑇𝑎𝑛 60°= 12.7 𝑚 → 𝑺𝒆 𝒑𝒓𝒐𝒑𝒐𝒏𝒆 𝒖𝒏 𝒑𝒐𝒔𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝟏𝟓 𝒎
Plano vertical
𝛼 = 𝑇𝑎𝑛−1 (22
15) = 55.7° 𝑪𝑼𝑴𝑷𝑳𝑬
𝛩 = 𝑇𝑎𝑛−1 (33
15) = 65.5°
𝛽 = 𝛩 − 𝛼 = 65.5 − 55.7 = 9.8
52
Determinando la longitud del haz de luz en cada punto
𝛼′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (26.5
15) = 60°
ℎ = √152 + 252 = 26.6 𝑚
𝛽′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (26.5
26.6) = 45°
ℎ = √152 + 332 = 36.2 𝑚
𝛩′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (26.5
36.2) = 36.3°
53
Figura 3-7 Ángulos obtenidos del quinto cuadrante en la gráfica isolux de la luminaria, (propia, 2019)
68200 + 35800 + 11062.9 + 5148.9 + 3630.9 + 2586.5 + 1075 + 200 = 127704.6 𝑙ú𝑚𝑒𝑛𝑒𝑠
𝐶. 𝑈. = 127704.6
161226= .79
# 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 = (200)(53)(33)
(161226)(. 9)(. 79)= 3.05 ≅ 3 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠
Cuadrante 6 poste 7 y poste 8.
54
Determinando la altura del poste.
𝑇𝑎𝑛 60° =25
ℎ
ℎ =25
𝑇𝑎𝑛 60°= 14.43 𝑚 → 𝑺𝒆 𝒑𝒓𝒐𝒑𝒐𝒏𝒆 𝒖𝒏 𝒑𝒐𝒔𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝟏𝟓 𝒎
Plano vertical.
55
𝛼 = 𝑇𝑎𝑛−1 (25
15) = 59.03° 𝑪𝑼𝑴𝑷𝑳𝑬
𝛩 = 𝑇𝑎𝑛−1 (50
15) = 73.3°
𝛽 = 𝛩 − 𝛼 = 73.3 − 59.03 = 14.27
Determinando la longitud del haz de luz en cada punto.
𝛼′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (25
15) = 59°
56
ℎ = √152 + 252 = 29 𝑚
𝛽′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (25
29) = 41°
ℎ = √152 + 502 = 52.2 𝑚
𝛩′ = 𝑇𝑎𝑛−1 (25
52.5) = 26°
57
68200 + 39291.6 + 11801 + 5148.8 + 3267.6 + 1940 + 1074 + 200 = 130923 𝑙ú𝑚𝑒𝑛𝑒𝑠
𝐶. 𝑈. = 130923
161226= .81
# 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 = (200)(50)(50)
(161226)(. 9)(. 81)= 4.25 ≅ 4 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠
Tabla 3.1 Numero de luminarias por poste y totales
Poste Reflectores
1 2
2 2
3 3
4 3
5 3
6 3
7 2
8 2
Total 20
En la tabla 3.1 se muestran los resultados obtenidos del cálculo por cuadrantes para
obtener el número de luminarias necesarias para el nivel de iluminación requerido.
3.3 Resultados Empleando el Software Visual Lighting
Se muestran los resultados obtenidos empleando el Software Visual Lighting, primero
se muestra una tabla con el color y nivel de iluminación en cada cuadrante, se emplea
la luminaria usada en los cálculos, se colocan los mismos números de luminarias
obtenidos en los cálculos.
58
59
3.4 Cálculos Eléctricos
Los cálculos eléctricos se realizan con la finalidad de poder seleccionar
adecuadamente todos los elementos por los cuales circula corriente eléctrica para
poder proporcionar a los operadores del sistema de iluminación y a las personas en
general que hagan uso de esta instalación deportiva un nivel elevado de confiabilidad,
seguridad, continuidad y flexibilidad.
Para este trabajo se realizaron los cálculos de los transformadores
correspondientes, los interruptores termo magnéticos adecuados para el tablero de
distribución, el cálculo de conductor que alimenta a las luminarias y el conductor de
puesta a tierra. Es importante mencionar que dado el número de luminarias se puede
alimentar con un solo trasformador de 30 KVA lo cual es bueno para el criterio
económico, pero es una pésima opción para la confiabilidad y la seguridad del
proyecto porque dadas las dimensiones de del terreno se haría notar micho la caída
de tensión alimentando las luminarias con una tensión no adecuada.
60
Figura 3-8 Colocación de las luminarias en cada poste, ubicación del transformador y tablero y distancias para el cálculo de conductores, (Autoría propia)
Tabla 3.2 Cuadro general de cargas
No. De lum Descripción KW KVA IN
20 1200W 24 30 32.07
𝐼𝑁 = 𝐾𝑤
𝑉𝐿 𝑋 𝑓. 𝑝. 𝑋 √3=
12,000
480 𝑋 0.9 𝑋 √3= 32.07 𝐴
𝐼𝐶𝑂𝑅𝑅𝐸𝐺𝐼𝐷𝐴 = 1.25 𝑋 32.07 = 40.09 𝐴
𝑆 = 𝐼 𝑋 𝑉𝐿 𝑋 𝑓. 𝑝. 𝑋 √3 = 40.09 𝑋 480 𝑋 0.9 𝑋 √3 = 30,000 𝑉𝐴
Los KVA nos indican la capacidad del transformador dependiendo de la carga
que va a alimentar, por lo tanto, el transformador debe ser mínimo de 30 KVA de
capacidad. Pero uno de 30 KVA quedaría muy justo, entonces se deja una tolerancia
y dado que en el futuro exista más carga se propone uno de 45 KVA.
61
Cálculo del interruptor principal termomagnético
𝐼𝐶𝐴𝑅𝐺𝐴 =(20 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑟𝑖𝑎𝑠)(1200𝑊)
(480𝑉)(0,9)(√3)= 32.07 𝐴
Se selecciona un interruptor de 3X45 A debido a los valores comerciales de los
interruptores.
Cálculo de la corriente para los circuitos derivados
Para postes con tres luminarias
𝐼𝐶𝐴𝑅𝐺𝐴 =(3 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑟𝑖𝑎𝑠)(1200𝑊)
(480𝑉)(0,9)(√3)= 4.81 𝐴
Para postes con dos luminarias, este circuito se calcula con la línea que tenga la
mayor carga debido a que es un circuito desbalanceado, por lo tanto:
𝐼𝐶𝐴𝑅𝐺𝐴 =(1200𝑊)
(277𝑉)(0,9)= 4.81 𝐴
Cálculo de la protección termomagnética para los circuitos derivados
𝐼𝑃𝑅𝑂𝑇𝐸𝐶𝐶𝐼𝑂𝑁 = 1.25 𝑋 𝐼𝐶𝐴𝑅𝐺𝐴 = 1.25 𝑋 4.81 = 6.01 𝐴
Se selecciona un termomagnético de 3 X 15 A.
Cálculo de conductores por corriente, conforme a la NOM-001-SEDE-2012
Instalaciones eléctricas (utilización)
Para postes con tres luminarias
𝐼𝐶𝑂𝑁𝐷𝑈𝐶𝑇𝑂𝑅 = (1.25)(4.81) = 6.01 𝐴
Para postes con dos luminarias
𝐼𝐶𝑂𝑁𝐷𝑈𝐶𝑇𝑂𝑅 = (1.25)(4.81) = 6.01 𝐴
62
𝐼𝐶𝑂𝑅𝑅𝐸𝐺𝐼𝐷𝐴 =𝐼𝐶𝑂𝑁𝐷𝑈𝐶𝑇𝑂𝑅
(𝐹. 𝑇)(𝐹. 𝐴)
( 2)
El factor de temperatura se obtiene de la tabla 310-15(b) (2) (a) ya que el lugar
se encuentra ubicada en una zona donde la temperatura ambiente está basada en el
rango de los 30°C.
𝐹. 𝑇 = 1.00 (𝐶𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 𝑑𝑒 60°𝐶)
El factor de ajuste se basa en los conductores portadores de corriente dentro
de una canalización, dependiendo de cuantos sean es el factor de ajuste. En este
caso la canalización tiene de 7 a 9 conductores portadores de corriente, es por eso
que obtenemos:
𝐹. 𝐴 = 0.70
Sustituyendo los valores anteriores obtenemos la ampacidad (corriente
máxima) del conductor. (Para postes con 3 luminarias)
Para postes con tres luminarias
𝐼𝐶𝑂𝑅𝑅𝐸𝐺𝐼𝐷𝐴 =6.01
(1)(.7)= 8.59 𝐴
Para postes con dos luminarias
𝐼𝐶𝑂𝑅𝑅𝐸𝐺𝐼𝐷𝐴 =4
(1)(.5)= 5.71 𝐴
Ese valor y conforme a la tabla 310-15(b) (16) nos dan el calibre del conductor
el cual es de:
14 𝐴𝑊𝐺 𝑠𝑜𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎 ℎ𝑎𝑠𝑡𝑎 15 𝐴
63
Este valor de calibre aplica para ambas corrientes.
Cálculo del conductor por caída de tensión
Con respecto a la corriente de carga obtenida y una caída de tensión propuesta del
2%, se obtiene el tamaño del conductor que cumplirá con esa caída de tensión. El
cálculo se realizará 8 veces, que significa, es para cada circuito derivado.
𝑆 = 2 𝑋 √3 𝑋 𝐿 𝑋 𝐼𝐶𝐴𝑅𝐺𝐴
𝑉𝐿 𝑋 %𝑒
( 3)
Donde:
S = Sección transversal del conductor en [mm2]
L = Longitud del conductor en [m]
ICARGA = Corriente nominal en [A]
VL = Tensión de línea en [V]
%e = Caída de tensión en [%]
De acuerdo a la NOM – 001 – SEDE – 2012, en la tabla 310-15(b)(16) el calibre del
conductor se tomará, de acuerdo al resultado del cálculo de sección transversal
realizado para cada poste.
Poste 1
𝑆 = 2 𝑋 √3 𝑋 22.67 𝑋 4.81
480 𝑋 2= 0.39 𝑚𝑚2 → 𝐶𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 14 𝐴𝑊𝐺
Calibre 14 AWG
Poste 2
𝑆 = 2 𝑋 √3 𝑋 56.68 𝑋 4.81
480 𝑋 2= 0.9837 𝑚𝑚2 → 𝐶𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 14 𝐴𝑊𝐺
Poste 3
64
𝑆 = 2 𝑋 √3 𝑋 24.97 𝑋 4.81
480 𝑋 2= 0.43 𝑚𝑚2 → 𝐶𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 14 𝐴𝑊𝐺
Poste 4
𝑆 = 2 𝑋 √3 𝑋 90.95 𝑋 4.81
480 𝑋 2= 1.57 𝑚𝑚2 → 𝐶𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 14 𝐴𝑊𝐺
Poste 5
𝑆 = 2 𝑋 √3 𝑋 100.85 𝑋 4.81
480 𝑋 2= 1.75 𝑚𝑚2 → 𝐶𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 14 𝐴𝑊𝐺
Para los primeros cinco postes, aunque la sección transversal es más pequeña que
la dada por norma se toma como consideración el calibre 14AWG por fines de que
para iluminación es el mínimo tamaño que debe tener el cable.
Poste 6
𝑆 = 2 𝑋 √3 𝑋 167.05 𝑋 4.81
480 𝑋 2= 2.89 𝑚𝑚2 → 𝐶𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 12 𝐴𝑊𝐺
Poste 7
𝑆 = 2 𝑋 √3 𝑋 153.19 𝑋 4.81
480 𝑋 2= 2.65 𝑚𝑚2 → 𝐶𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 12 𝐴𝑊𝐺
Poste 8
𝑆 = 2 𝑋 √3 𝑋 218.64 𝑋 4.81
480 𝑋 2= 3.79 𝑚𝑚2 → 𝐶𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 10 𝐴𝑊𝐺
Comprobación del cálculo por caída de tensión
%𝑒 = √3 𝑋 𝑍 𝑋 𝐿 𝑋 𝐼𝐶𝐴𝑅𝐺𝐴
10 𝑋 𝑉𝐿
( 4)
donde:
Z = Impedancia del conductor en [Ω/Km]
L = Longitud del conductor en [m]
65
ICARGA = Corriente nominal en [A]
VL = Tensión de línea en [V]
%e = Caída de tensión en [%]
De la tabla 9 de la NOM-001-SEDE-2012, se tiene la resistencia y reactancia para
cada calibre de conductor.
14AWG → R = 10.2 [Ω/Km], X = 0.190 [Ω/Km]
12AWG → R= 6.6 [Ω/Km], X = 0.177 [Ω/Km]
10AWG → R= 3.9 [Ω/Km], X = 0.164 [Ω/Km]
Por lo tanto:
𝑍14𝐴𝑊𝐺 = 𝑅𝑐𝑜𝑠𝜃 + 𝑋 𝑠𝑒𝑛 𝜃 = (10.2 𝑋 0.9) + (0.190 𝑋 0.436) = 9.26 [Ω/𝐾𝑚]
𝑍12𝐴𝑊𝐺 = 𝑅𝑐𝑜𝑠𝜃 + 𝑋 𝑠𝑒𝑛 𝜃 = (6.6 𝑋 0.9) + (0.177 𝑋 0.436) = 6.02 [Ω/𝐾𝑚]
𝑍10𝐴𝑊𝐺 = 𝑅𝑐𝑜𝑠𝜃 + 𝑋 𝑠𝑒𝑛 𝜃 = (3.9 𝑋 0.9) + (0.164 𝑋 0.436) = 3.58 [Ω/𝐾𝑚]
Para poste 1
%𝑒 = √3 𝑋 9.26 𝑋 22.67 𝑋 4.81
10 𝑋 480= 0.36 %
Para poste 2
%𝑒 = √3 𝑋 9.26 𝑋 56.68 𝑋 4.81
10 𝑋 480= 0.91 %
Para poste 3
%𝑒 = √3 𝑋 9.26 𝑋 24.97 𝑋 4.81
10 𝑋 480= 0.40 %
Para poste 4
%𝑒 = √3 𝑋 9.26 𝑋 90.95 𝑋 4.81
10 𝑋 480= 1.46 %
Para poste 5
66
%𝑒 = √3 𝑋 9.26 𝑋 100.85 𝑋 4.81
10 𝑋 480= 1.62 %
Para poste 6
%𝑒 = √3 𝑋 6.02 𝑋 167.05 𝑋 4.81
10 𝑋 480= 1.74 %
Para poste 7
%𝑒 = √3 𝑋 6.02 𝑋 153.19 𝑋 4.81
10 𝑋 480= 1.60 %
Para poste 8
%𝑒 = √3 𝑋 3.58 𝑋 218.64 𝑋 4.81
10 𝑋 480= 1.35 %
Como se observa en todos los casos el porcentaje no excede el 2%, esto indica que
el calibre calculado por caída de tensión es correcto. Pero esperando que llegará a
existir mas carga se propone colocar todo con calibre 10AWG.
Selección de la canalización
Para este tipo de canalización se utilizará tubo de PVC, no se utiliza tubería conduit
por factores que afectarían el tubo como es la corrosión principalmente.
𝐴𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 = 𝑛 𝑋 𝑆
( 5)
donde:
n = número de conductores portadores de corriente
S = sección transversal de los conductores portadores de corriente
Para la canalización se decide meter una que vaya del tablero al poste 1, 2 y 4. Otra
que va del tablero al poste 3, 5 y 7 y una última que ira del tablero a los postes 6 y 8.
67
𝐴𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 = 9 𝑋 5.26 = 47.34 [𝑚𝑚2]
𝐴𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 = 6 𝑋 5.26 = 31.56 [𝑚𝑚2]
Por consideración se tomará una tubería de dos pulgadas para tener una reserva de
espacio disponible, por carga futura.
68
CAPITULO IV
ESTUDIO ECONÓMICO
69
4 CAPITULO IV
Este trabajo de investigación explica la importancia de contar con un sistema
de iluminación conectado a la red en el campo de beisbol LCZ, lo cual consiste en la
colocación de postes distribuidos cuidadosamente por el perímetro del área de juego.
Para la realización de un estudio económico son tomados en cuenta varios
factores que alteran la cantidad a cobrar, como lo son los distintos tipos de
mantenimiento (preventivo, correctivo, programado, etc.), esto es muy importante
tomando en cuenta que todo equipo sin importar sus características si es revisado
con continuidad es posibles detectar futuras fallas para poder evitarlas y así eludir
imprevistos, esto también ayuda al equipo a alargar su vida útil realizando un buen
trabajo por mucho más tiempo.
La tabla (4.1) muestra el desglose y la descripción de los equipos utilizados, en
precios unitarios.
Tabla 4.1 Costo por precio unitario de los materiales utilizados
Descripción
Cantidad
Unidad
Precio
unitario
($)
Total
pesos
($)
1 Professional sport Floodlight 15
Deg 5700K 1200W by BL USA
20 Pza 25,000 500,000
2 Poste de 15m de altura 8 Pza 9,800 78,400
3 Juego de anclas para poste 8 Pza 450 3,600
4 Cruceta para cada poste 8 Pza 1,200 9,600
5 Cimentación para poste de 15m
de altura
8 Pza 16,000 128,000
6 Transformador de 45 KVA
relación de trasformación de 23
KV a 440/220-127 V
1 Pza 38,000 38,000
7 Interruptor termomagnético
de 3X45 A
1 Pza 1,500 1,500
8 Interruptor termomagnético de
3X15 A
8 Pza 950 7,600
70
11 Cable Calibre 10 condumex 3,000 m 13.95 41,850
12 Tubería PVC de 2´´ 500 m 65 32,500
14 Tablero 1 Pz 5,000 5,000
15 Excavación de zanjas con
dimensiones de 15cm de ancho
por 40 de profundidad, con
posterior rellenado y
compactación con tierra.
522 m 65 33,930
16 Renta de maquinaria para
colocación de postes
8 pz 12,000 96,000
17 Pago de trabajadores 4 Uni 20,000 80,000
18 Coples, cintas de aislar,
conectores, etc.
1 Uni 30,000 30,000
19 Otros gastos 1 Uni 50,000 50,000
17 Proyecto de ingeniería 1 Uni 15,000 15,000
Total 1,150,980
Los precios mostrados en la tabla (4.1) muestran un aproximado del costo total
que se invertirá en la compra de todos los equipos para realizar el proyecto y servicios
que se necesiten.
Otro elemento que interfiere en los gastos totales del proyecto es el precio del
anteproyecto, para realizar una cotización de este tipo es importante considerar
elementos como:
El tiempo total en que se llevó acabo el anteproyecto.
El salario promedio de un ingeniero recién egresado (esto depende de la persona,
del tiempo que tenga de egresado, así como de su experiencia laboral).
El porcentaje de impuestos que se le proporciona al gobierno.
Trabajando en un horario de 8 horas diarias por 5 días a la semana el
anteproyecto tendría una duración de un mes (30 días), iniciando desde el
levantamiento arquitectónico y terminando hasta determinar la mejor propuesta. Si se
considera que el salario promedio de un ingeniero electricista recién egresado se
encuentra entre los 15,000 pesos mexicanos el costo del proyecto tendría un costo
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también de 15,000 pesos mexicanos, este es un salario bruto porque aún no se le
resta el porcentaje de que se le paga al gobierno (impuestos) adecuado.
De acuerdo con la ley de impuestos sobre la renta los artículos 90 y 100
redactan que toda persona física residente en México que obtenga ingresos por
alguna prestación de servicios profesionales o por la realización de actividades
empresariales están obligadas al pago de impuestos. De acuerdo con esta ley los
ingresos recibidos tendrán un descuento del 17.92%, si la cantidad total recibida son
15,000 pesos mexicanos (brutos) se pagarían $2,688 de impuestos, teniendo en total
una ganancia de $12,312 (netos).
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CONCLUSIONES
Para poder realizar un sistema de iluminación adecuado fue necesario saber
qué espacio se requería iluminar, si es un espacio interior o exterior y tener en cuenta
el nivel de iluminación recomendado, basándose en la norma que incluye los niveles
de iluminación en espacios deportivos. En la instalación eléctrica la propuesta resulta
ser muy buena debido a la eficiencia de las luminarias y tecnología, ya que solo se
utiliza un transformador para toda el área deportiva, dejando una reserva para futuro
de querer conectar más carga.
Al realizar en levantamiento arquitectónico se estableció el área más
importante delimitando el área de juego ya que es ahí donde se encuentran las
miradas de todos los espectadores, y en general se dividió todo el terreno en
cuadrantes, esto para facilitar el cálculo, en base a eso realizamos varias propuestas
de iluminación determinando el número de luminarias y su correcta ubicación. El
método utilizado fue el de lúmenes medios, resulta bastante eficaz para el cálculo de
grandes extensiones de terreno en donde es necesario utilizar luminarias con gran
cantidad de lúmenes.
Se utilizó tecnología Led, porque este tipo de luminarias tienen una eficiencia
de casi el 100%, esto indica que de toda la potencia que consume, la mayoría es
utilizada para iluminación y no tiene muchas pérdidas por calentamiento. Otra ventaja
de esta tecnología es nivel de lúmenes que tiene y la potencia que consume, en
tecnologías anteriores los lúmenes proporcionados eran menos y con la misma
potencia, esto provocaba que se necesitaran más luminarias para poder llegar al
mismo nivel de iluminación requerido, lo cual nos afectaría para empezar desde los
postes que se necesitaría uno que aguantara más peso, aumentarían los calibres de
los conductores, ya que las tecnologías anteriores no son tan eficientes como la Led.
Para determinar el costo del proyecto se toman en cuenta la mayor parte de
gastos que se generan, desde que un ingeniero se presenta para realizar el
levantamiento arquitectónico, el precio de las luminarias y todo para su colocación,
entre otras cosas. El costo total no es muy elevado y es buen precio para el
crecimiento de la comunidad.
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REFERENCIAS
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ANEXOS
Datos de la luminaria a utilizar