curso de eficiencia energética duoc uc alameda (sistemas de

10 – 11 de octubre de 2013

Curso de Eficiencia EnergéticaDuoc UC Alameda

Sistemas de iluminación

Curso Eficiencia Energética – Duoc UC 2013

AGENDA

Conceptos básicos de iluminación

Sistemas de iluminaciónLuminariasAmpolletasEquipos auxiliaresTecnología LED

Alumbrado interiorInstalacionesLegislaciónOportunidades de ahorro

Medidas de Ahorro en Iluminación

AGENDA


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CONCEPTOS BÁSICOS

• Producir luz eléctrica es uno de los procesos menos eficientes en consumo de energía primaria

• Existe un potencia de ahorro energético entre el 50% y el 70%, que puede llegar a más del 80%cuando se combina con tecnologías de control

La iluminación artificial supone el 19% de la electricidad en el mundo


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Distribución espectral de una fuente de luz

• La radiación electromagnética de una fuente de luz puede ser continua o discontinua

• El color de la luz y la reproducción de los diferentes colores variará en función del espectrode cada fuente de luz.

CONCEPTOS BÁSICOS

Radiación discontinuaRadiación continua


Valores de calidad de la luz

Flujo Luminoso (Φ)

Luminancia (L)

Intensidad luminosa (I)

Iluminancia (E)

Medición de la luz

Rendimiento del color ( IRC o Ra)

Temperatura de correlación de color (CCT)

Medidas cuantitativas

CONCEPTOS BÁSICOS CONCEPTOS BÁSICOS

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ILUMINANCIA (lm/m2=lux)

LUMINANCIA (cd/m2)

INTENSIDAD (candela)

POTENCIA (Watios)

FLUJO (lumen)

EFICACIA (lm/W)(cd/W)

CONCEPTOS BÁSICOS CONCEPTOS BÁSICOS

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Valores de calidad de la luz

Flujo Luminoso (Φ)

Luminancia (L)

Intensidad luminosa (I)

Iluminancia (E)

Medición de la luz

Rendimiento del color (IRC o Ra)

Temperatura de correlación de color (CCT)


CONCEPTOS BÁSICOS

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CONCEPTOS BÁSICOS


Capacidad para reproducir los colores correctamente (0-100)

Índice de reproducción cromática (IRC ó Ra)

Deficiente Moderada Buena Excelente

60 80 90 1000

CONCEPTOS BÁSICOS

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CONCEPTOS BÁSICOS


CONCEPTOS BÁSICOS

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CONCEPTOS BÁSICOS

CRI 92CRI 80


Temperatura de color correlacionada (CCT)

¿Qué es?

• No es una temperatura real• Dependiendo de la proporción de los colores constituyentes parecerá más cálida o fría• Cuanto más elevada sea la temperatura de color, más fría será la impresión de la luz blanca

CONCEPTOS BÁSICOS

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CONCEPTOS BÁSICOS


Temperatura de color correlacionada (CCT)

¿Qué es?Rango Efecto Aplicaciones

Luz día (>5000 K)

- Fortalece el azul y debilita el rojo- Tono azulado en blanco y verde

- Artes gráficas- Tratamientos psicológicos

Blanco frío (4000–5000 K)

- Mejora azul- Apariencia pálida

- Oficinas- Hospitales- Fábricas

Blanco neutro(3500-4000 K)

- Favorece reproducción de colores

- Comercio- Supermercados- Exposiciones

Blanco cálido (2700-3000 K)

- Mejora rojo y naranja- Oscurece el azul- Amarillento

- Residencial- Restauración- Hoteles

Extra cálido (2000-2500 K)

-Fortalece rojo y naranja- Ennegrece el azul- Anaranja el blanco

- Pan / carne- Alumbrado exterior- No para iluminación general

CONCEPTOS BÁSICOS

11

CONCEPTOS BÁSICOS

11


Sensación producida por la temperatura de color

CONCEPTOS BÁSICOS

12

CONCEPTOS BÁSICOS

12


AGENDA AGENDA






Ampolleta:• Principal fuente de luz artificial, cuya función básica es generar energía luminosa

mediante la transformación de energía eléctrica

Luminaria:• Aparato que reparte, filtra o transforma la luz emitida por una o varias ampolletas• Protege las ampolletas y evita el deslumbramiento

Equipo auxiliar :• Equipo eléctrico necesario en algunas ampolletas para el encendido o el mantenimiento

de la intensidad luminosa

SISTEMAS DE ILUMINACIÓN

Sistema de control:• Conjunto de mecanismos por medio de los cuales se produce el encendido, apagado y

regulación del flujo luminosos producido por las ampolletas


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Luminaria Óptima

1.- Necesidades de iluminación

• Cantidad• Calidad

Elección de una luminaria

2.- Fotometría• Eficiencia ó LOR (%)• Contaminación (FHS y FHI)

3.- Protección

• Grado IP• Grado IK

4.- Coste• Material• Instalación• Mantenimiento

SISTEMAS DE ILUMINACIÓN SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Luminarias

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Tipos de fuentes de luz (ampolletas)

Ampolletas incandescentes

Ampolletas de descarga

Iluminación de estado sólido

No halógenas

Halógenas a red / a baja tensión

Luz mezclaFluorescentes (mercurio a baja presión)InducciónMercurio alta presiónHalogenuros metálicosSodio a alta / baja presión

LED (Light emitting diode)

OLED

Otras tecnologíasLEP (Light emitting plasma)

ESL (Electron stimulated luminescence)


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SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Ampolletas


Ampolleta Óptima

1.- Necesidades de iluminación

• Cantidad• Calidad

Elección de una fuente de luz

2.- Eficiencia• Lumen / W

3.- Vida útil

• Años

4.- Coste• Material• Instalación• Mantenimiento

SISTEMAS DE ILUMINACIÓN SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Ampolletas

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1. Limitar corriente de la ampolleta2. Crear el pico de arranque 3. Corregir el factor de potencia

Tipos de equipos auxiliares Balasto electromagnético + Cebador

Balasto electrónico

ALUMBRADO INTERIOR

Balasto

Transformador1. Transformar a baja tensión2. Proteger frente a sobrecargas

y cortocircuitos

Driver

Transformador electrónico

1. Transformar a baja tensión2. Proteger frente a sobrecargas

y cortocircuitos

SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Equipos auxiliares

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• El equipo auxiliar también produce un consumo eléctrico que debe ser tenido en cuenta. El consumo se puede obtener por medición o a partir de las especificaciones técnicas del fabricante.

• Es habitual estimar el consumo de equipos auxiliares: Balasto electromagnético: 20%-25% de la potencia nominal de la ampolleta Balasto electrónico: 3%-8% Transformador electromagnético: 8%-12% Transformador electrónico: 3%-5% Driver LED: 5%-15%

• La vida del equipo auxiliar puede ser menor que la de la ampolleta, por lo que debe ser fácilmente accesible

• La estabilidad del equipo auxiliar (tensión, intensidad y factor de potencia) es fundamental para optimizar los valores de flujo, potencia, color y vida útil de las ampolletas

• Si el equipo auxiliar permite la regulación de la ampolleta (dimming) se pueden aprovechar al máximo las prestaciones

Consideraciones sobre los equipos auxiliares

ALUMBRADO INTERIOR

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SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Equipos auxiliares

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• LED: light emitting diode• Producción de luz por electroluminiscencia

• Semáforos• Iluminación ornamental• Carteles• Iluminación Interior• Alumbrado exterior

LED: diodo emisor de luz

SIGNIFICADO

¿QUÉ ES?• Diodo compuesto por varias capas de

material semiconductor que emite luz cuando es polarizado correctamente al ser atravesado por una corriente eléctrica

• El diodo y su circuito eléctrico se encapsulan en una carcasa plástica

APLICACIONES

SISTEMAS DE ILUMINACIÓN SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Tecnología LED

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• La luz producida es de color diferente en función de los materiales utilizados

• LED azul (frío) es el más eficiente (lm/W), blanco-cálido es el menos eficiente

• Generación de luz blanca:- LED Azul + Convertidor amarillo- Combinación de LED rojo, verde y azul

• Binning: selección de los LED de iguales características (color, flujo, voltaje) del mismo lote de producción

• Emiten de forma localizada (ángulo de emisión máximo en torno a 120º)

Luz producida por los LED


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Partes de una luminaria LED

Fuente: Simon Lighting


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La luz producida por un LED no emite en el UV ni en el IR Disipación de calor


• Hay que distinguir la eficacia instantánea (laboratorio, 25ºC) de la real

• La eficacia depende mucho de la temperatura de funcionamiento Debe conocerse a qué temperatura funciona el LED

en cada luminaria concreta

• La eficacia depende de la intensidad de funcionamiento (desde 350 mA hasta 1.5 A) La mayor eficacia se obtiene a intensidades bajas

• La regulación por disminución de la intensidad mejora las prestaciones del LED

Eficacia (lm/W)


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Vida útil Agentes externos que condicionan la vida de un LED

• Hay que distinguir entre la vida de un LED individual y la del sistema completo (LED, óptica, driver, conexiones…)

• La vida útil del sistema está determinada por: mantenimiento del flujo luminoso (70%) probabilidad de fallo catastrófico

• El principal factor de variación es la temperatura, que depende de la mayor o menor disipación térmica de la luminaria ∆T=30º puede suponer una disminución del 75%

• También es importante la estabilidad de salida del dríver


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Comparación con otras fuentes de luz


• La eficacia es similar a la de otras fuentes de luz (halogenuros metálicos, sodio alta presión, fluorescentes…)

SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Tecnología LED

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Comparación con otras fuentes de luz


• Sin embargo, la inexistencia de reflectores y la direccionalidad hacen que las pérdidas sean menores, lo que aumenta su eficiencia en comparación con sistemas convencionales

LOR(%)


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Barreras a la implantación de la tecnología LED

• Inversión inicial superior a los sistemas convencionales, aunque menor coste de mantenimiento y operación

• Falta de estándares, especificaciones internacionales y laboratorios de testeo y certificación

• Financiación y recesión económica

• Escasa experiencia en su utilización y confusión

• Desarrollo de sistemas de control adaptativos

• Competencia con otras tecnologías (inducción)


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Tipo fuente luz Eficacia(lm/W)

Potencia (W) Gestión residuos Equipo

auxiliar CRI Aplicación Vida útil (h)

CCT(K) Regulación

Incandescente 6-16 20-100 No No 100 Interior, exterior 1000 2700 0-100%

Halógeno 16-30 55-300 Halógenos Baja tensión(12V) o no 100 Interior 1000-

3000 2700-3500 0-100%

Halogenuro metálico 75-125 20-24000 Argón, mercurio Necesario 70-95 Proyección,

exterior6000-20000 3800-7000 50-100%

Vapor mercurio 40-75 50-500 Argón, mercurio Necesario 40-60 Exterior,

almacenes 4000 3200-4200 No

Tubo fluorescente 70-120 8-80 Mercurio, neón Necesario 80-99 Interior 15000-

45000 2700-8000 3-100%

Fluorescente compacta 46-80 10-80 Mercurio Necesario o

integrado 80-90 Interior 15000 2700-5000 3-100%

Sodio baja presión

Hasta 200 10-180 Sodio, neón,

argón Necesario 30 Exterior, seguridad

16000-23000

Difícil de describir No

Sodio alta presión 100-150 50-600 Sodio, neón,

argón, mercurio Necesario 25-85 Exterior, túneles 10000-24000 2000-3000 50-100%

Inducción 60-80 55-165 Mercurio Necesario 80-93 Exterior, túneles, difícil acceso

60000-100000 2700-6500 S/modelo

30-100%

LED 80-160 0,2-150Nitruros y arseniuros

metálicos, fósforoNecesario 65-97 Interior, exterior 25000-

80000 2700-8000 0.1-100%

SISTEMAS DE ILUMINACIÓN SISTEMAS DE ILUMINACIÓN: Resumen tipos ampolleta

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AGENDA AGENDA






ALUMBRADO INTERIOR

• Las luminarias pueden clasificarse según varios criterios

Según modelo

Tipos de luminarias

Pantalla Pantalla estanca Regleta Campana

Downlight Proyector Foco Aplique Plafón

ALUMBRADO INTERIOR

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Tipos de ampolletas

ALUMBRADO INTERIOR

Incandescencia Descarga

Incandescentes

INSTALACIONES

LED

Halógenas baja tensión con equipos electromagnéticos o electrónicos

Halógenas red

Fluorescentes tubular o circular con equipo

Fluorescentes compactas con equipo externo o integradas

ALUMBRADO INTERIOR

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Tipos de control

ALUMBRADO INTERIOR

Manual Automático

Interruptor / Pulsador

Magnetotérmico / Diferencial

Reloj

Sensor presencia / luz naturalTemporizador

Sistema de control

INSTALACIONES ALUMBRADO INTERIOR

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El consumo energético de una luminaria es igual a la potencia de ésta por el tiempo de utilización

Consumo energético (Wh) = Potencia (W) × Tiempo (horas)

Para disminuir el consumo energético en iluminación hay dos posibilidades

Reducir la potencia Reducir el tiempo

Potenciasistema (W) = Plámparas + Pbalastos

ALUMBRADO INTERIORMEDIDAS DE AHORRO ALUMBRADO INTERIOR: Oportunidades de ahorro

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Adaptar el nivel de iluminación si éste es excesivo

1.- Reducir la potencia

Reducir la potencia de las luminarias

Sustituir las ampolletas por otras de menor potencia

Reducir el número de ampolletas en la estancia

Sustituir las ampolletas por otras más eficientes

Balastos electrónicos (tubos fluorescentes)


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Automatizar el encendido y apagado de las luces en las zonas de paso

Sistemas de aprovechamiento de la luz natural

Balastos regulables

Dimmers*

Célula fotoeléctrica

Nota: *Los dimmers son dispositivos usados para regular el voltaje de una o varias ampolletas

Detectores de presencia

Interruptores temporizados

2.- Reducir el tiempo


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Ahorro económico (€/año) = Ahorro energético + Ahorro reposición

Ahorro energético (€/año) = Consumo evitado (kWh/año) * Coste energía evitada (€/kWh)

Consumo evitado (kWh/año) = [Potencia (kW) * Uso (h/año) * (1 – %Regulación)]inicial – [Potencia * Tiempo * (1 – %Reg)]final

Ahorro reposición (€/año) = [Coste reposición]inicial - [Coste reposición]final

Coste reposición (€/año) = [Nº reposiciones (ud/periodo) * Coste unitario reposición (€/ud)] / Periodo (años/periodo)

Coste unitario reposición (€/ud) = Coste material (€/ud) + Coste instalación (€/ud)

Nº reposiciones (ud/periodo) = REDONDEAR.MAS [Periodo (año/periodo) / Duración (año/ud)] - 1

Duración (año/ud) = Vida útil (h/ud) / Uso (h/año) Se resta la primera ampolleta ya que el coste se atribuye a la inversión

Inversión (€) = Coste material + Coste instalación

Periodo de retorno simple (año) = Inversión (€) / Ahorro económico (€/año)

Se redondea hacia arriba el número de reposiciones


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Ampolleta actual

Flujo luminoso = 604 lm

Intensidad = 4.400 cd @ 24º

IRC 100 @ 3000K

Potencia = 50 W @ 12V

Vida útil = 4.000 h/ud

Coste material = 3 €/ud

Ampolleta actual

Flujo luminoso = 490 lm

Intensidad = 1.700 cd @ 24º

IRC 80 @ 3000K

Potencia = 10 W @ 12V

Vida útil = 30.000 h/ud

Coste material= 20 €/ud

Datos comunes

Uso = 3.500 h/año

Regulación = 35% (promedio)

Coste energía = 0,16 €/kWh

Periodo = 5 años

Coste instalación = 10 €/ud

CASO PRÁCTICO ALUMBRADO INTERIOR: Oportunidades de ahorro

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AGENDA AGENDA






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• Sustituir ampolletas incandescentes por bajo consumo / LED• Sustituir tubos fluorescentes por fluorescentes de última generación / LED• Sustituir halógenos por halógenos eficientes / LED• Sustituir vapor de mercurio por vapor de sodio• Sustituir balastos electromagnéticos por balastos electrónicos• Instalar detectores de presencia/interruptores temporales• Instalar células fotoeléctricas• Instalar balastos de doble nivel


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Ejemplo en Duoc UC Alameda: Sustitución de ampolletas ineficientes

ALUMBRADO INTERIOR: Oportunidades de ahorro

Descripción de la mejoraAhorro anual Inversión

($ CLP)PRS

(años)

Ahorro ambiental

(kg CO2 /año)(kWh) ($ CLP)

Sustitución de ampolletas fluorescentes por LED 46.342 2.266.608 5.543.272 2,4 18.102

Sustitución de ampolletas de bajo consumo por LED 1.476 72.169 309.560 4,3 577

Sustitución de halógenos por LED 4.903 239.785 581.087 2,4 1.917

SITUACIÓN ACTUALEn la sede Alameda de DUOC UC existen multitud de ampolletas que no son eficientes.

PROPUESTA DE AHORRO

Sustituir equipos existentes por ampolletas eficientes que produzcan ahorro energético.


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Ejemplo en Duoc UC Alameda: Instalación de detectores de presencia

SITUACIÓN ACTUALSe observa que varias estancias de la sede Alameda de DUOC UC tienen la iluminación encendida cuando no hayningún ocupante en su interior.

PROPUESTA DE AHORRO

Ahorro energético (kWh/año) 8.027

Ahorro económico ($ CLP/año) 392.617

Inversión ($ CLP) 1.492.543

PRS (años) 3,8

Ahorro ambiental (kg CO2/año) 3.139

Instalación de detectores de presencia en aseos, tanto en lavabos como en cabinas.

ALUMBRADO INTERIOR: Oportunidades de ahorro


Rafael FernándezCrearaespecialistas en eficiencia y ahorro de energía

[email protected] / [email protected]

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