electricidad - libro de instalaciones electricas

INSTALACIONESELÉCTRICAS

Depósito Legal : Z-2761-1999-- ISBN 8470632108

ÍNDICE

1. DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA 1.1. SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

1.2. ELECCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE UNA DISTRIBUCIÓN ENDERIVACIÓN

1.3. COMPARACIÓN DE LOS PESOS DE COBRE DE LOS DISTINTOSSISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN

2. ESTABLECIMIENTO Y CÁLCULO DE LASREDES DE DISTRIBUCIÓN 2.1. REDES DE DISTRIBUCIÓN

2.2. ARTERIAS Y CENTROS DE TRANSFORMACIÓN

2.3. IMPOSIBILIDAD DE CALCULAR EXACTAMENTE UNA RED DEDISTRIBUCIÓN

2.4. CÁLCULO DE LA SECCIÓN DE UN DISTRIBUIDOR ABIERTO DEL QUESE DERIVAN DIFERENTES ACOMETIDAS

2.5. CÁLCULO DE LA SECCIÓN DE UN DISTRIBUIDOR CERRADO DEL QUESE DERIVAN DIFERENTES ACOMETIDAS

2.6. CÁLCULO DE LAS SECCIONES DE UN DISTRIBUIDOR ABIERTORAMIFICADO

indice

file:///E|/io/indice.htm (1 of 4) [22/04/2005 01:14:34 a.m.]

3. SISTEMAS DE TARIFACIÓN DE ENERGÍAELÉCTRICA 3.1 AMBITO DE APLICACIÓN

3.2 DEFINICIÓN DE LAS TARIFAS

3.3 CONDICIONES GENERALES DE LA APLICACIÓN DE LAS TARIFAS

3.4 DETERMINACIÓN DE LOS COMPONENTES DE LA FACTURACIÓN

3.5 COMPLEMENTOS TARIFARIOS

3.6 TARIFAS ELÉCTRICAS

4. INTERRUPTORES 4.1. INTERRUPTORES

4.2. CONTACTORES

4.3. INTERRUPTORES AUTOMÁTICOS

4.4. INTERRUPTORES TÉRMICOS

4.5. INTERRUPTORES MAGNÉTICOS

4.6. INTERRUPTORES MAGNETO-TÉRMICOS 4.6.1. APLICACIONES DE LOS MAGNETOTÉRMICOS 4.6.2. CURVAS DE DISPARO

4.7. INTERRUPTORES DIFERENCIALES

4.8. CORTACIRCUITOS FUSIBLES DE BAJA TENSIÓN 4.8.1. INTENSIDAD NOMINAL MÍNIMA ADMISIBLE EN UN FUSIBLE aM.

4.9. CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO EN UN PUNTO DE LA LÍNEA

5. INSTALACIONES INTERIORES DEVIVIENDAS 5.1. GRADO DE ELECTRIFICACIÓN DE VIVIENDAS

5.2. CARGA TOTAL CORRESPONDIENTE A UN EDIFICIO DE VIVIENDAS

5.3. CARGA TOTAL PARA EDIFICIOS COMERCIALES DE OFICINAS O

indice


DESTINADOS A UNA O VARIAS INDUSTRIAS

5.4. SUMINISTRO Y CONSUMO DE POTENCIA REACTIVA

5.5. COMPENSACIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA

5.6. CÁLCULO DEL CONDENSADOR DE CORRECCIÓN DEL FACTOR DEPOTENCIA

5.7. COMPENSACIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA EN UNA INSTALACIÓN

5.8. TOMAS DE TIERRA

5.9. MEDIDA DE TOMAS DE TIERRA. TELURÓMETRO

6. CONCEPTO SPRECHER SOBRE LAPROTECCIÓN DE MOTORES 6.1. PROTECCIÓN DE MOTORES 6.1.1. PROBLEMAS ACTUALES SOBRE LA PROTECCIÓN DE MOTORES

6.2. RELÉS TÉRMICOS BIMETÁLICOS

6.3. INTERRUPTOR AUTOMÁTICO DE MOTOR

6.4. PROTECCIÓN CON SONDAS TÉRMICAS

6.5. PROTECCIÓN ELECTRÓNICA DE MOTORES 6.5.1. RELÉ ELECTRÓNICO DE PROTECCIÓN DE MOTOR CEF1

6.6. CRITERIOS DE ELECCIÓN DE UN SISTEMA DE PROTECCIÓN

7. ELECTRODOMÉSTICOS 7.1. HORNOS MICROONDAS 7.1.1. CONFIGURACIÓN DE UN HORNO MICROONDAS 7.1.2. DESCRIPCIÓN DE UN HORNO MICROONDAS 7.1.3. COMPROBACIÓN DE LA POTENCIA DE UN HORNO MICROONDAS

7.2. LAVADORAS 7.2.1. FUNCIONAMIENTO DE UNA LAVADORA 7.2.2. CIRCUITO ELÉCTRICO DE UNA LAVADORA 7.2.3. PROGRAMADOR 7.3. TERMOS ELÉCTRICOS

7.4. CALEFACCIÓN

indice


7.4.1. COEFICIENTE DE TRANSMISIÓN DEL CALOR K 7.4.2. DETERMINACIÓN DEL COEFIIENTE DE TRANSMISIÓN KG 7.4.3. PÉRDIDAS SUPLEMENTARIAS 7.4.4. PÉRDIDAS TOTALES DE CALOR 7.4.5. CONSUMOS DE LOS DISTINTOS SISTEMAS DE CALEFACCIÓN 7.4.6. GASTOS ANUALES DE CALEFACCIÓN

7.5. AIRE ACONDICIONADO

7.6. CALEFACCIÓN ELÉCTRICA

7.7. ACUMULADORES DE CALOR

7.8. BOMBA DE CALOR

8. LUMINOTECNIA 8.1. LUMINOTECNIA

8.2. LÁMPARAS Y SUS COMPONENTES 8.2.1. LÁMPARAS DE INCANDESCENCIA 8.2.2. LÁMPARAS DE INCANDESCENCIA CON HALOGENUROS 8.2.3. LÁMPARAS FLUORESCENTES 8.2.4. PEQUEÑAS LÁMPARAS FLUORESCENTES 8.2.5. LÁMPARAS DE VAPOR DE MERCURIO 8.2.6. LÁMPARAS DE LUZ MEZCLA 8.2.7. LÁMPARAS DE MERCURIO CON HALOGENUROS 8.2.8. LÁMPARAS DE VAPOR DE SODIO A BAJA PRESIÓN 8.2.9. LÁMPARAS DE VAPOR DE SODIO A ALTA PRESIÓN 8.2.10. REACTANCIAS DE DOS NIVELES DE POTENCIA

9. INSTALACIONES DE ALUMBRADO 9.1. INSTALACIONES DE ALUMBRADO

9.2. ALUMBRADO DE INTERIORES

9.3. REPRESENTACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS LUMINOSAS DE LASLÁMPARAS Y LUMINARIAS

9.4. ALUMBRADO DE EXTERIORES 9.4.1. ALUMBRADO PÚBLICO VIARIO 9.4.2. ALUMBRADO INDUSTRIAL EXTERIOR 9.4.3. ALUMBRADO POR PROYECTORES 9.4.4. ALUMBRADO DEPORTIVO

indice


1.1. SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Se entiende por sistema de distribución de energía eléctrica a la disposición adoptada por losconductores y receptores, para lograr que la energía generada en las centrales pueda ser utilizada en loslugares de consumo.

Fundamentalmente, una distribución puede realizarse de dos maneras: en serie o en derivación.

Distribución serie

La distribución serie o a intensidad constante, consiste en conectar todos los receptores uno acontinuación del otro, de manera que la intensidad que pasa por uno de ellos, lo hace también a través detodos los demás.

Este sistema de distribución tiene la ventaja de utilizar un conductor de sección única, ya que laintensidad es la misma a lo largo de todo el circuito. El principal inconveniente lo tenemos en ladependencia que existe entre los receptores, ya que si uno cualquiera de ellos se interrumpiera, los demásquedarían también fuera de servicio.

Otro inconveniente del sistema de distribución serie, es el de tener que utilizar receptores cuya tensiónde alimentación es variable con la potencia consumida, de manera que los receptores de gran potenciatendrán entre sus extremos tensiones muy elevadas.

Por los motivos expuestos, la distribución serie solamente se utiliza en algunos casos muy concretos,como pueden ser la alimentación de lámparas de incandescencia en tranvías y trolebuses, en plantasanodizadoras y en baños electrolíticos.

Distribución en derivación

Como ya es sabido, la distribución en derivación o a tensión constante, consiste en ir conectando enparalelo los distintos receptores a lo largo de una línea de dos o más conductores.

El principal inconveniente de una distribución en derivación es la enorme dificultad que se encuentraante el deseo de mantener constante la tensión de alimentación, a lo largo del circuito. No obstante, estadistribución es la que se utiliza en la casi totalidad de los casos, minimizando el inconveniente de la caídade tensión, a base de colocar conductores lo más gruesos posible, tanto como lo permita la economía.

1-1

file:///E|/io/Tema1/1-1.htm [22/04/2005 01:14:45 a.m.]

1.2. ELECCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE UNA DISTRIBUCIÓN EN DERIVACIÓN

Las características fundamentales de una distribución en derivación son la tensión y el número deconductores utilizados.

Ya en el Capítulo 2 veíamos la influencia de la tensión en la sección de los conductores: "Lassecciones están en razón inversa del cuadrado de las tensiones", es decir, cuanto mayor sea la tensiónutilizada en la distribución, menor será el peso de conductor empleado.

Naturalmente, en el transporte de energía no existe más limitación de la tensión que la correspondientea la tecnología de los componentes que intervienen, tales como interruptores, aisladores,transformadores, etc., pero en distribución tendremos como límite el de la seguridad de las personas quevan a manejar los receptores eléctricos.

En los inicios de la electricidad, las tensiones de distribución eran muy bajas, 63V y 125V., pero hoyen día, con la utilización de materiales plásticos, magnetotérmicos, diferenciales, tomas de tierra, etc., sepuede llegar a distribuir con tensiones del orden de 220 y 380V., sin riesgo excesivo para las personas.

También en el Capítulo 2 veíamos la comparación entre líneas bifásicas en continua y bifásicas enalterna, así como también, la comparación entre bifásica y trifásica. El resultado fué que la alternatrifásica utilizaba pesos de conductores notablemente menores, por lo que éste era uno de los motivos porlos que el transporte se hacía en trifásica.

Para la distribución también puede hacerse el mismo razonamiento, por lo que fácilmente llegaremos ala conclusión de que las distribuciones actuales se hacen en trifásica y a tensiones que no suelen superarlos 380V.

Dentro de las distribuciones trifásicas, la más interesante es la estrella a cuatro hilos, la cual nospermite disponer de una serie de variantes que tendrán más o menos aplicación según sea el caso.

En la siguiente figura representamos la disposición general de una alimentación a un centro detransformación C.T., para la distribución a tres hilos más neutro. Una línea de media tensión, por logeneral 10 ó 15 kV., alimenta un transformador cuyo primario esta conectado en triángulo, y elsecundario en estrella. Del centro de la estrella se obtiene el neutro, cuarto conductor conectado a tierra.

Así constituido, el sistema de distribución a cuatro hilos, y suponiendo que la tensión entre unacualquiera de las fases y el neutro es de 220V., la tensión compuesta entre las distintas fases será:

En ocasiones también encontraremos, a extinguir, distribuciones a 125/220V.

Veamos seguidamente las variantes que podremos realizar con un sistema de distribución trifásica enestrella, con neutro:

a) Tres derivaciones a 220 V

Obtenidas entre una cualquiera de las fases y el neutro, se verifica para cada una de ellas que:

1-2

file:///E|/io/Tema1/1-2.htm (1 of 3) [22/04/2005 01:15:04 a.m.]

Se utiliza para alimentar, a 220V., receptores o grupos de receptores de pequeña potencia. Estadisposición equivale a una conexión de receptores en estrella, tal y como más adelante indicaremos.

b) Tres derivaciones a 380 V

Se obtienen entre fases de la red, verificándose para cada una de ellas que:

Como en el caso anterior, se utiliza para alimentar, a 380 V, un receptor o grupos de receptores, depequeña potencia.

c) Una derivación en triángulo

Cuando se hace uso de las tres fases y éstas alimentan a un receptor conectado en triángulo, con susfases uniformemente cargadas, se verifica que:

Se utiliza para alimentar receptores trifásicos de gran potencia, conectados en triángulo.

1-2


d) Una derivación en estrella

Cuando se hace uso de las tres fases y del hilo neutro, suponiendo que las tres fases estánuniformemente cargadas, se verifica que:

Esta disposición se utiliza para alimentar receptores trifásicos de gran potencia, conectados en estrella,con o sin neutro.

También se utiliza para conectar grupos de receptores monofásicos en estrella, como es el caso delalumbrado viario. Ahora, la utilidad del hilo neutro es evidente, ya que si por alguna causa se produce undesequilibrio, la intensidad se cierra por el neutro, evitando con ello el correspondiente desequilibrio detensiones. Es por este motivo por el que nunca deben colocarse fusibles en el hilo neutro.

El sistema de distribución a cuatro hilos es el preferido para una red trifásica, sobre todo para los casosde alumbrado o para alumbrado y fuerza motriz. Es aconsejable la utilización de transformadores conconexión Dy o Yz, de manera que cuando la carga esté muy desequilibrada, este desequilibrio tengamenor influencia en el primario del transformador, en la línea y en los generadores.

1-2


1.3. COMPARACIÓN DE LOS PESOS DE COBRE DE LOS DISTINTOS SISTEMAS DEDISTRIBUCIÓN

Resulta de sumo interés la comparación de los pesos de cobre o aluminio que entrarán a la hora derealizar un sistema de distribución, según los tres sistemas tradicionales: monofásico, trifásico entriángulo y trifásico en estrella.

Sea una distribución monofásica que alimenta a tres receptores iguales, por ejemplo tres lámparas, yque tiene una tensión inicial U y una tensión en los receptores U´. Llamando I a la intensidad que circulapor cada lámpara, la intensidad de línea será I1 = 3 I, siendo S1 la sección del hilo conductor, al que lecorresponde una resistencia R1.

Según estos datos, puede deducirse fácilmente la caída de tensión V en la línea:

Sea ahora un sistema trifásico en triángulo que presenta una tensión inicial de línea E=U y una tensiónen los receptores E´=U´, para alimentar a tres lámparas exactamente iguales que las utilizadas en el casoanterior. Llamando I a la intensidad que circula por cada lámpara, la intensidad de línea I2 será la sumavectorial de las intensidades de dos de las lámparas

En este caso, la caída de tensión V, entre fases, resultará ser:

1-3


Cuando la alimentación de las tres lámparas la hagamos en estrella, la tensión inicial de línea deberá

ser de , para que de esta forma al final tengamos una tensión ,correspondiéndole a cada lámpara una tensión U´. En este caso, la intensidad de línea I3 es igual a laintensidad por cada lámpara, es decir, I3 = I, y llamando S3 a la sección de cada uno de los tresconductores, R3 será su resistencia correspondiente.

Ahora, la caída de tensión entre fases será:

y entre fase y neutro:

Con estos datos de partida ya podemos comparar las tres distribuciones anteriores, teniendo presenteque los tres receptores que hemos supuesto como cargas del circuito, pueden ser otro tipo de receptores ogrupo de ellos:

a) Comparación entre monofásica y trifásica en triángulo

Se trata de comparar las secciones de los conductores que intervienen en un sistema monofásico (S1)con respecto a otro idéntico trifásico en triángulo (S2), para una misma caída de tensión, por lo tantoigualando las expresiones (1) y (2), obtenemos:

de donde se deduce que:

S1 = 2 S2

1-3


Es decir, que en un sistema monofásico, la sección que habrá que colocar, para una misma caída detensión, será el doble que la correspondiente a un sistema trifásico en triángulo. Bien es verdad, que unoutiliza dos conductores, mientras que el otro utiliza tres, y siendo los pesos de cobre o aluminio, queentran en cada una de las instalaciones, P1T = K 2 S1 y P2T = K 3 S2:

y por lo tanto:

con lo que se produce un ahorro de un 25% al emplear trifásica en triángulo en lugar de monofásica.

b) Comparación entre trifásica en triángulo y en estrella

Igualando las caídas de tensión, expresiones (2) y (3), obtenemos:

Siendo en este caso, P2T = K 3 S2 y P3T = K 3 S3:

de donde:

con lo que se produce un ahorro del 67% al emplear trifásica en estrella en lugar de trifásica en triángulo.

c) Comparación entre monofásica y trifásica en estrella

Igualando las caídas de tensión, expresiones (1) y (3), obtenemos:

Como sabemos que P1T = K 2 S1 y P3T = K 3 S3:

1-3


y por lo tanto:

con lo que se produce un ahorro de un 75% al emplear trifásica en estrella en lugar de monofásica.

Suponiendo que la distribución trifásica en estrella lleva neutro, como es lo normal, y que a éste se leda una sección mitad que la de un hilo activo, tendremos:

y por lo tanto:

de donde deducimos que:

por lo tanto, el ahorro es en este caso del 71%.

Así pues, no cabe duda de que la distribución trifásica en estrella además de tener las ventajas que yase expusieron, resulta ser el sistema mas económico en lo que a gasto de conductor se refiere. Por estosmotivos, esta distribución es la que más se utiliza, especialmente en los casos de demanda de grandespotencias, utilizando la distribución monofásica únicamente en aquellos casos en los que la potenciademandada sea relativamente pequeña, como por ejemplo en viviendas.

1-3


2.1. REDES DE DISTRIBUCIÓN

Las redes de distribución están formadas por conductores que, procedentes de centros de transformación (C.T.), tienen la finalidadde ir alimentando las distintas acometidas que van encontrando a su paso.

Se denomina acometida a la parte de instalación comprendida entre la red de distribución y la caja general de protección C.G.P.De la caja general de protección se deriva la línea o líneas repartidoras, que van a parar al cuarto o cuartos de contadores, desdedonde parten las derivaciones individuales a cada una de las viviendas o locales, en cuya entrada se halla el interruptor de control depotencia máxima, I.C.P.M.

Todo este conjunto, cuya finalidad no es otra que la de suministrar la potencia eléctrica contratada por cada uno de los abonados,debe reunir ciertos requisitos en lo que a caída de tensión se refiere, ya que ésta deberá estar comprendida dentro de los límitesestablecidos del ± 7%; es decir, que si la tensión nominal contratada es de 220V., los límites de variación máximos admitidos serán:

220 + 7% = 235,4 V y 220 - 7% = 204.6 V

Para poder cumplir esta exigencia, las caídas de tensión máxima admitidas en los distintos tramos de la línea se hallanespecificadas en el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, para su obligado cumplimiento. Así, tendremos que:

* Acometidas derivadas de una red de distribución: 0.5%* Acometidas derivadas directamente de un centro de transformación: 5%* Líneas repartidoras destinadas a contadores instalados en forma individual o concentrados en planta: 1%* Líneas repartidoras destinadas a contadores totalmente concentrados: 0.5%* Derivaciones individuales con contadores instalados en forma individual o concentrados por plantas: 0.5%* Derivaciones individuales con contadores totalmente concentrados: 1%

Una red de distribución alimentada por uno solo de sus extremos tiene el inconveniente de que, si por algún motivo, fallara laalimentación al centro de transformación, el propio centro de transformación, o la red de distribución, todos los abonados del sectorafectado se quedarían sin suministro eléctrico.

Por motivos de seguridad en el suministro, las redes de distribución se hallan interconexionadas unas con otras, formandocomplejas redes que dejan conectados en paralelo todos los centros de transformación. Por otra parte, la interconexión de redes dedistribución favorece el reparto de las intensidades según las cargas de cada momento, aprovechando mejor las secciones de los

2-1


conductores, con la consiguiente disminución de las caídas de tensión.

Esta idea de la formación de mallas cerradas no solamente se aplica a redes de distribución en baja, 220/380V., sino que tambiénse utiliza en media y alta tensión. Así, las subestaciones de trasformación primaria, S.E.T., a 132 ó 220 kV., se hallan unidas entre síformando una red cerrada que contornea la ciudad que pretende alimentar; a su vez, estas subestaciones alimentan a las estacionestransformadoras de distribución, E.T.D., a 45 kV., que también forman una red subterránea cerrada, unidas por las llamadas arteriaso feeders. Finalmente las salidas de estas estaciones transformadoras, a 10 ó 15 kV., alimentan a los centros de transformación, C.T.,de donde salen las redes de distribución a 220/380V.

2-1


Esta compleja red de distribución que se extiende a lo largo y ancho de las ciudades, tiene como principal objetivo conseguir unagran seguridad en el servicio, así como también obtener una mínima variación en la caída de tensión y un gasto mínimo de cobre yaluminio.

2-1


2.2. ARTERIAS Y CENTROS DE TRANSFORMACIÓN

Como ya hemos indicado anteriormente, las arterias o feeders son conductores que unen las estacionestransformadoras de distribución, E.T.D., con los centros de transformación, C.T., los cuales alimentan asu vez a las redes de distribución.

La posibilidad de alimentar por un solo punto una red de distribución queda desechada debido a lanecesidad de mantener las caídas de tensión dentro de ciertos límites. Lo contrario obliga a colocarconductores de mucha mayor sección, con un costo más elevado.

La alimentación mediante un número relativamente grande de centros de transformación se haceimprescindible, teniendo siempre presente que cuanto mayor sea su número, menor será el coste de losconductores de la distribución, pero en cambio, el coste de las arterias y el de los transformadoresaumentará. Por consiguiente, teniendo presente esta idea, en cada caso se hará lo que se estime másconveniente desde el punto de vista económico.

Los centros de transformación se extienden a lo largo de las calles y se hallan situados debajo de lasaceras o en locales reservados para este fin. Las potencias de los transformadores que albergan son muydiversas pero, por lo general, están comprendidas entre 100 y 800 kVA.

Es importante destacar que de acuerdo con el artículo 17 del Reglamento Electrotécnico para BajaTensión, cuando se construya un local, edificio o agrupación de éstos, cuya previsión de cargas excedade 50 kVA., o cuando la demanda de potencia de un nuevo suministro sea superior a esa cifra, lapropiedad del inmueble deberá reservar un local destinado al montaje de la instalación de un centro detransformación. Posteriormente, la Compañía Suministradora decidirá si hace uso o no del localreservado.

2-2

file:///E|/io/tema2/2-2.htm [22/04/2005 01:15:36 a.m.]

2.3. IMPOSIBILIDAD DE CALCULAR EXACTAMENTE UNA RED DE DISTRIBUCIÓN

Esta imposibilidad radica en la dificultad de establecer a priori las condiciones de trabajo de la red, asícomo las variaciones de estas condiciones, ya que en un mismo proyecto de estudio, varían según laépoca, estado económico, industrial, etc..

Para realizar un cálculo exacto de la red, es indispensable conocer un conjunto de datos como:

* Número de acometidas a alimentar.

* Posición exacta de las acometidas.

* Corriente máxima a prever para cada acometida.

* Potencia eléctrica total necesaria para cada una de ellas.

* Coeficientes de utilización.

Lo cual refuerza la idea de la imposibilidad de conocer, antes de construir la red, un conjunto de datosque en su mayoría se conocen después de su construcción.

Suponiendo que conociésemos todos los datos antes citados, y considerando que estas redes suelen serde gran extensión, su cálculo sería larguísimo y enrevesado, por tanto será necesario realizar cálculosaproximados, considerando acometidas uniformemente repartidas o concentradas en puntosdeterminados. Con esto sería suficiente, puesto que haciendo cálculos exactos, llega un momento en quesi cambian las condiciones, (por ejemplo, diferente reparto de corrientes, cambian los resultados,haciendo inútiles dichos cálculos).

Para su estudio, de una manera muy simple, podremos descomponer cualquier distribución en trescasos bien definidos:

1.- Distribución abierta.

2.- Distribución cerrada.

3.- Distribución abierta ramificada.

2-3


2.4. CÁLCULO DE LA SECCIÓN DE UN DISTRIBUIDOR ABIERTO DEL QUE SEDERIVAN DIFERENTES ACOMETIDAS

Supongamos un distribuidor que partiendo de un centro de transformación C, se derivan de él una seriede acometidas y tiene libre el extremo más alejado de C, "Distribuidor abierto".

Llamando l1, l2, l3, ... ln, a las distancias entre cada una de las diferentes acometidas, I1, I2, I3, ... In alas respectivas intensidades, S a la sección del conductor del distribuidor, y V a la caída de tensiónmáxima admitida hasta la acometida mas alejada, In, tendremos que en el caso de un distribuidor bifilaren corriente continua, se verificará que la caída de tensión total V, es igual a la suma de las caídas detensión parciales, V1, V2, V3, ... Vn.

V = V1 + V2 + V3 + ... + Vn

de donde:

Esta fórmula hace referencia a las "distancias cortas l" que hay entre las acometidas I1, I2, I3, ..... In. Sinos referimos a las "distancias largas L", que existen entre el centro de transformación y cada una de lasacometidas, podremos deducir fácilmente que:

2-4

file:///E|/io/tema2/2-4.htm (1 of 5) [22/04/2005 01:16:01 a.m.]

de donde se obtiene,

Cualquiera de estas fórmulas puede ser válida para el cálculo de la sección de un distribuidor,utilizando una u otra en función de la simplicidad que obtengamos al aplicarlas.

Hemos supuesto un conductor de sección constante, lo cual determina una pérdida relativamentegrande en los primeros tramos del conductor, en donde las densidades de corriente son grandes, mientrasque en los últimos tramos las pérdidas son pequeñas, por ser pequeñas las densidades de corriente.

Si empleáramos un distribuidor con diferentes secciones, relacionadas con la magnitud de la intensidadque por ellos circula, obtendríamos unas pérdidas mínimas y una reducción del peso del conductor. Estotiene dos inconvenientes: los empalmes que hay que ir realizando, y la necesidad de disponer de un grannúmero de secciones comerciales.

SECCIONES COMERCIALES mm2

1.5 35 240

2.5 50 300

4 70 400

6 95 500

10 120 630

16 150

25 185

Sólo en aquellos casos en los que la distribución es muy larga, se recomienda dividirla en dos o trestramos de secciones diferentes.

Como los conductores están normalizados comercialmente, fijaremos su sección de acuerdo con elconductor comercial más próximo al hallado, por exceso, comprobando que la densidad de corriente quele corresponde, al principio de la línea, cumple el Reglamento.

2-4


Una vez comprobada la densidad de corriente se calculará la caída de tensión que le corresponde conla sección comercial elegida, y que naturalmente será menor, ya que el conductor lo hemos elegidodentro de las secciones comerciales, por exceso.

Las soluciones planteadas se han resuelto considerando líneas en continua. Veamos seguidamente losdistintos casos que se pueden plantear en alterna, partiendo de la fórmula general que nos da la caída detensión en una línea monofásica de corriente alterna

de la que fácilmente podremos sacar las conclusiones siguientes, extendiendo el supuesto a "n" númerode acometidas:

1) Líneas monofásicas de corriente alterna

a) Para corriente alterna monofásica, la caída de tensión resulta ser:

En la que Xu = ω £u es la reactancia unitaria del conductor en Ω /m.

b) En muchas ocasiones puede prescindirse de la componente reactiva propia de la línea, £u= 0,obteniendo los siguientes resultados:

Cualquiera de las fórmulas expuestas es válida para el cálculo de la sección de un distribuidor,aplicando una u otra según las hipótesis planteadas.

2) Líneas trifásicas

Para el caso de líneas trifásicas, si la caída de tensión la referimos a una fase con respecto al hiloneutro "caída de tensión simple", la sección del distribuidor se calculará con las fórmulas siguientes:

a) Considerando cargas inductivas y un cierto coeficiente de autoinducción de la línea:

b) Considerando cargas inductivas y un coeficiente de autoinducción de la línea despreciable:

2-4


;

Si la caída de tensión la referimos a la tensión compuesta entre fases, estas fórmulas deberán estarmultiplicadas por √3.

En ocasiones estas fórmulas pueden venir expresadas en función de la potencia activa por fase, Pa, decada una de las acometidas; si multiplicamos numerador y denominador por la tensión simple U,tendremos:

Seguidamente veamos algunos ejemplos que nos ayudarán a comprender mejor todo lo dicho:

EJEMPLO 1

Sea una distribución abierta trifásica, tal y como indica la figura, con cuatro acometidas tambiéntrifásicas, que utiliza cobre como conductor, ρ = 0.018 Ω mm2/m, admitiendo una caída de tensión del1,5%. Siendo de 235V. la tensión simple de alimentación y despreciando la autoinducción del cable,determinar la sección del conductor a utilizar en cada una de las fases.

La caída de tensión simple en la línea deberá ser:

Los valores complejos de las intensidades, serán:

I1 = 40 – j 30 ; I2 = 12 – j 16 ; I3 = 27 – j 13 ; I4 = 15 – j 0

2-4


La sección, obtenida de la expresión general, será:

Ahora calculemos la densidad de corriente en el primer tramo, que será el valor modular de la sumavectorial de todas las intensidades, dividida por la sección:

Comparando esta densidad con la que establece el Reglamento para dicho cable, sabremos si es o noadmisible. Si no lo es, habría que aumentar la sección hasta que cumpliera las condiciones delReglamento.

EJEMPLO 2

Supongamos ahora que en el ejemplo anterior utilizamos cables con un coeficiente de autoinducciónkilométrica de 0,000583 H/km., y queremos calcular la caída de tensión máxima en la última acometida.

La fórmula a aplicar es

El coeficiente de autoinducción que hemos utilizado es relativamente grande, corresponde a cablesaéreos separados unos 20 cm. Si utilizamos los típicos cables trenzados que se utilizan normalmente enlas distribuciones a baja tensión, dicho coeficiente es notablemente menor, y por consiguiente suinfluencia en la caída de tensión resultará prácticamente despreciable.

2-4


2.5. CÁLCULO DE LA SECCIÓN DE UN DISTRIBUIDOR CERRADO DEL QUE SEDERIVAN DIFERENTES ACOMETIDAS

Sea un distribuidor que une dos centros de transformación a igual tensión, o simplemente undistribuidor en bucle cerrado. De él se derivan una serie de acometidas, tal y como se muestra en lafigura, de forma que las corrientes parten de los extremos y se dirigen al centro de distribuidor,existiendo una acometida sometida a una tensión mínima y alimentada por sus dos extremos, salvo en elcaso de que la intensidad por uno de ellos sea cero.

En este circuito, es indudable que la suma de las caídas de tensión a lo largo de esta línea, debe de sercero, es decir:

Simplificando esta expresión, tendremos que:

y generalizando la expresión para "n" acometidas:

2-5


Por otra parte, tenemos que

obteniendo finalmente

Naturalmente, estas fórmulas las hemos referido a corrientes continuas, pero fácilmente puedengeneralizarse para corrientes alternas, debiendo utilizar para ello los valores complejos de las respectivasintensidades que intervienen en la distribución.

Conocidos los valores complejos de e , fácilmente podremos determinar el punto donde latensión es mínima, "centro de gravedad de la línea", y que lógicamente recibirá corriente de los dosextremos, salvo en el caso particular en el que la corriente sea nula por uno de ellos.

Para encontrar el punto de tensión mínima, deberemos partir de uno cualquiera de los lados de la línea,restando las corrientes activas que se van derivando de cada acometida hasta encontrar un valornegativo; esto nos indicará que es la acometida anterior la que cumple la condición buscada. Así porejemplo, para el lado X los valores se irán obteniendo de la siguiente manera:

Ix cosϕ x ; Ix cosϕ x – I1 cosϕ 1 ; Ix cosϕ x - I1 cosϕ 1 -I2 cosϕ 2 ............

hasta encontrar el valor que cumple la condición citada.

Conocida la acometida que cumple dichas condiciones, ya podemos calcular la sección y la caida detensión correspondiente, pudiendo descomponer el circuito en dos distribuciones abiertas cuyas caídas detensión y sección son iguales.

EJEMPLO.-

Sea distribución trifásica, cerrada y alimentada por sus dos extremos a 385 V, tal y como indica la

2-5


figura. Suponiendo que el coeficiente de autoinducción de la línea sea nulo, calcular la sección dealuminio del conductor, en el supuesto de que se admita una caída de tensión máxima de 4 V.

Según las intensidades y sus correspondientes factores de potencia , tenemos que

I1 = 9- j 12 ; I2 = 5,25 – j 4,6 ; I3 = 12,8 – j 9,6 ; I4 = 8,4 – j 8,57

Si nos fijamos exclusivamente en las intensidades activas que circulan por X (17,53) y por Y (17,92),deduciremos fácilmente el punto de mínima tensión

Para X 17,53 – 9 = 8,53 ; 8,53 – 5,25 = 3,28 ; 3,28 – 8,4 = - .....

Para Y 17,92 – 8,4 = 9,52 ; 9,52 – 12,8 = - .....

La tercera acometida empezando por la izquierda, y la segunda empezando por la derecha, es la querecibe intensidad de los dos lados, por tanto, este punto es el centro de gravedad eléctrico de la línea, y estambién el punto de menor tensión (Caída de tensión máxima).

Bajo estas condiciones, la línea la podremos representar, de una forma equivalente, como dos líneasabiertas justamente en la acometida de mínima tensión.

2-5


Ahora la sección del conductor ya podemos calcularla mediante la fórmula general, la cual puedeaplicarse indistintamente a cualquiera de los dos circuitos:

S= 5,3 mm2

Como la mayor intensidad aparente circula por el lado X (25,5 A), la densidad de corriente máximapor este conductor, será de:

2-5


2.6. CÁLCULO DE LAS SECCIONES DE UN DISTRIBUIDOR ABIERTO RAMIFICADO

Un caso especial que puede presentarse en el cálculo de una distribución abierta, es cuando una de suspartes se ramifica para alimentar a otras acometidas, tal y como representamos en la figura.

En estos casos no puede aplicarse ningún procedimiento de cálculo generalizado, por lo quedeberemos ir asignando arbitrariamente, aunque de una manera lógica, las caídas de tensión para lasdistintas ramificaciones que existan en el circuito, hasta el total de la caída de tensión máxima admitida.

Así, por ejemplo, en el circuito de la figura cuya caída de tensión máxima se supone igual a V,calcularemos la sección del primer tramo CA, suponiéndole una caída de tensión VCA, naturalmentemenor que V. El tramo AB lo calcularemos con el resto de la caída de tensión máxima admitida,

VAB = V - VCA

Seguidamente pasaremos a calcular el tramo AD, al que le asignaremos una caída de tensión VAD,menor que VAB, ya que es el resto de la caída de tensión que nos queda por asignar. A los otros dostramos que nos quedan, les asignamos la caída de tensión que resta hasta el valor de V.

VDF = VDG = V - VCA - VAD

Así resuelto el problema, tendremos una serie de secciones para cada uno de los tramos especificadosen el circuito, siendo esta una de las innumerables soluciones que pueden dársele al problema.Naturalmente deberemos evitar las incongruencias que en un momento determinado podrían salirnos,como por ejemplo, obtener secciones mayores en tramos más alejados.

Un circuito calculado por este procedimiento, solamente podremos decir que es mejor que otro cuando

2-6


el peso de cobre o de aluminio resulte comparativamente menor.

EJEMPLO

Sea la distribución trifásica abierta ramificada que se indica en la figura, en la que se admite una caídade tensión máxima de 10V., y se utiliza cable de aluminio, despreciando el coeficiente de autoinducción.

Para el primer tramo CA, consideraremos una caída de tensión máxima de 6V, y lo resolveremosmediante las "distancias cortas", por resultar más simple.

Para ello, en primer lugar realicemos todos los productos I cos ϕ , obteniendo que:

Planteando ahora la ecuación de la sección en el primer tramo CA, tendremos:

2-6


y siendo la sección comercial más próxima de 50 mm2, le corresponderá una caída de tensión:

quedando para tramos siguientes 10 - 4,4 = 5,6 V.

El tramo AB se calculará como lo que es, un simple distribuidor abierto que admite una caída detensión máxima de 5,6 V.

Para el tramo AD le supondremos una caída de tensión de, por ejemplo, 3 V. y siendo la suma de todoslos productos I cos ϕ igual a:

tendremos que la sección para el tramo AD, valdrá:

Comercialmente le corresponde una sección de 25 mm2, y por lo tanto, la caída de tensión en el tramoAD, resultará ser de:

Para los dos tramos que nos quedan, DG y DF, disponemos de una caída de tensión de 10 - 4,4 - 2,2 =3,4 V.; los resolveremos como dos distribuciones abiertas sin ramificar.

2-6


3. SISTEMAS DE TARIFACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Todo lo dicho hasta ahora tiene como finalidad la de poder llegar hasta el contador del abonado conuna variación de la tensión dentro de los límites establecidos, y poder suministrarle la potencia necesariapara cubrir sus necesidades.

Con el fin de regular y controlar el suministro de Energía eléctrica a los miles de abonados integradosdentro del territorio nacional, se publicó en su día la Orden del Ministerio de Industria y Energía de 12 deEnero de 1995, por la que se establecen las distintas tarifas para la venta de energía eléctrica que deberánaplicar las empresas acogidas al SIFE. (Sistema Integrado de Facturación de Energía Eléctrica).

Seguidamente exponemos un resumen de la mencionada Orden Ministerial.

3.1 AMBITO DE APLICACIÓN.

3.1.1 Estructura general tarifaria.

Las tarifas de energía eléctrica son de estructura binomia y están basadas, fundamentalmente, en laaplicación de dos términos impositivos:

Término de Facturación de Potencia (TFP)

Término de Facturación de Energía (TFE)

El Término de Facturación de Potencia será el producto de la Potencia Contratada (PC),establecida en la Póliza de Abonado, por el precio del Término de Potencia (TP)

TFP = PC × TP

y el Término de Facturación de Energía (TFE) será el producto de la Energía Consumida (EC)durante el período de facturación considerado por el precio del Término de Energía (TE)

TFE = EC × TE

El valor de estos productos se determinará con una cifra decimal, la cual se redondeará por defecto opor exceso, según que la cifra decimal despreciada sea o no menor que 5.

La suma de los dos términos mencionados, que constituyen la facturación básica, y de los citadoscomplementos, función de la modulación de la carga y de la energía reactiva, constituye, a todos losefectos, el precio máximo de tarifa autorizado por el Ministerio de Industria y Energía.

Cuando proceda, por recargos o descuentos se aplicaran los siguientes complementos:

Complemento por Energía Reactiva

Complemento por Discriminación Horaria

En las cantidades resultantes de la aplicación de las tarifas no están incluidos los impuestos, recargos y

3-1


gravámenes establecidos o que se establezcan sobre el consumo y suministro que sean de cuenta delconsumidor.

3-1


3.2 DEFINICIÓN DE LAS TARIFAS.

Las tarifas de aplicación general a todos los abonados, sin más condiciones que las derivadas de latensión a que se haga su acometida, son:

Baja tensión

Alta tensión

Las tarifas de aplicación serán las siguientes:

3.2.1. Tarifas de baja tensión.

Se podrán aplicar a los suministros efectuados a tensiones no superiores a 1.000 voltios.

Tarifa 1.0.

Se podrá aplicar a cualquier suministro, fase-neutro o bifásico, en baja tensión, con potenciacontratada no superior a 770 W.

En esta tarifa se podrán contratar las potencias siguientes:

Tensión nominal Potencia contratada

127 V 445 W, 635 W

220 V 330W,770W

A esta tarifa no le son de aplicación complementos por energía reactiva y discriminación horaria.

Tarifa 2.0.

Se podrá aplicar a cualquier suministro en baja tensión, con potencia contratada no superior a 15 kW.

No le es de aplicación el complemento por discriminación horaria..

A esta tarifa sólo le es de aplicación el complemento por energía reactiva si se midiera un coseno de ϕinferior a 0,8.

Tarifa 2.N.

Se podrá aplicar a cualquier suministro en baja tensión, con potencia contratada no superior a 15 kW.

A esta tarifa sólo le es de aplicación el complemento por energía reactiva si se midiera un coseno de ϕinferior a 0,8.

Si son de aplicación los períodos horarios de la discriminación horaria TIPO 0, pero no los son elrecargo o descuento que se indica en este apartado, ya que han sido derogados; en su lugar se aplicandirectamente los precios correspondientes, que resultan ser muy similares.

Tarifa 3.0 de utilización normal.

3-2


Se podrá aplicar a cualquier suministro en baja tensión.

A esta tarifa le son de aplicación complementos por energía reactiva y discriminación horaria.

Tarifa 4.0 de larga duración.

Se podrá aplicar a cualquier suministro en baja tensión.

A esta tarifa le son de aplicación complementos por energía reactiva y discriminación horaria.

Tarifa B.0 de alumbrado público.

Se podrá aplicar a los suministros de alumbrado público en baja tensión contratados por laAdministración Central, Autonómica o Local.

Se entiende como alumbrado público el de calles, plazas, parques públicos, vías de comunicación ysemáforos. No se incluye como tal el alumbrado ornamental de fachadas, ni el de fuentes públicas.

Se considera también alumbrado público el instalado en muelles, caminos y carreteras de servicio,tinglados y almacenes, pescaderías y luces de situación, dependencia de las Juntas de Puertos, puertosautonómicos, Comisión Administrativa de Grupos de Puertos y puertos públicos.

A esta tarifa le es de aplicación complemento por energía reactiva pero no por discriminación horaria.

Tarifa R.0 para riegos agrícolas.

Se podrá aplicar a los suministros de energía en baja tensión con destino a riegos agrícolas o forestales,exclusivamente para la elevación y distribución del agua de propio consumo.

A esta tarifa le son de aplicación complementos por energía reactiva y discriminación horaria, exceptoel tipo 5.

3.2.2. Tarifas de alta tensión.

Se aplicarán las tarifas de alta tensión a los suministros realizados a tensiones nominales superiores a1.000 voltios.

Se podrán aplicar a cualquier suministro en alta tensión, en el escalón de tensión que corresponda encada caso.

Sus modalidades, en función de la utilización y de la tensión de servicio, serán:

Nivel de tensiónUtilización

Corta (1.) Media (2.) Larga (3.)

1. Hasta 36 kV., inclusive (.1 ) 1.1 2.1 3.1

2. Mayor de 36 kV. y no superior a 72,5 kV. (.2) 1.1 2.2 3.2

3. Mayor de 72,5 kV. y no superior a 145 kV. (.3) 1.3 2.3 3.3

4. Mayor de 145 kV. (.4) 1.4 2.4 3.4

3-2


A estas tarifas les son de aplicación complementos por energía reactiva y discriminación horaria.

3-2


3.3 CONDICIONES GENERALES DE APLICACIÓN DE LAS TARIFAS.

3.3.1 Plazos de facturación y de lectura.

Las facturaciones serán mensuales o bimestrales, y corresponderán a las lecturas reales o estimadas, ensu caso, de los consumos correspondientes al período que se especifique en la citada factura.

Los plazos de lectura no serán superiores a los tres días anteriores o posteriores a la finalización delmes o bimestre de la última lectura realizada, excepto en los casos de lecturas estimadas de abonadosacogidos a la tarifa 1.0 y 2.0, que se regirán por su normativa específica.

Los maxímetros que sirvan de base para la facturación de potencia se leerán y pondrán a ceromensualmente, excepto los de abonados que determinen la potencia a facturar según el "Modo 5.Estacional", no incluido en este capítulo.

3.3.2. Elección de tarifa.

Todo abonado podrá elegir la tarifa y el sistema de complementos que estime más conveniente a susintereses entre los oficialmente autorizados para el suministro de energía que el mismo desee demandar,siempre que cumpla las condiciones establecidas en la presente Orden.

Como principio general los abonados podrán elegir la potencia a contratar, debiendo ajustarse, en sucaso, a los escalones correspondientes a los de intensidad normalizados para los aparatos de control.

Al abonado que haya cambiado voluntariamente de tarifa podrá negársele pasar a otra mientras nohayan transcurrido, como mínimo, doce meses, excepto si se produjese algún cambio en la estructuratarifaria que le afecte. Estos cambios no implicarán el pago de derecho alguno, por este concepto, a favorde la empresa suministradora. El cambio de modalidad de aplicación de alguno de los complementos detarifa así como la modificación de la potencia contratada se considerará, a estos efectos, como cambio detarifa.

Las empresas suministradoras están obligadas a modificar la potencia contractual para ajustarla a lademanda máxima que deseen los abonados, con la limitación del apartado anterior o, cuando por susespeciales condiciones, precisara autorización de la Dirección General de la Energía.

Por reducciones de potencia, las empresas no podrán cobrar cantidad alguna en concepto de derechosde enganche, acometida, ni ningún otro a favor de la empresa, salvo los gastos que se puedan producirpor la sustitución o corrección de aparatos de medida o control de la potencia, cuando ello fueranecesario.

Los aumentos de potencia contratada se tramitarán como un alta adicional, sin perjuicio de que en losucesivo se haga una sola facturación.

3-3


3.4 DETERMINACIÓN DE LOS COMPONENTES DE LA FACTURACIÓN BÁSICA.

3.4.1 Término de Facturación de la potencia

El Término de Facturación de la Potencia definido como el producto de la Potencia a Facturar porel precio del Término de Potencia, podrá determinarse de varias maneras, tal y como veremosseguidamente.

La empresa suministradora podrá controlar la potencia demandada por el abonado. Este control sepodrá efectuar por medio de maxímetros, limitadores de corriente o interruptores de control de potencia uotros aparatos de corte automático, cuyas características deberán estar aprobadas por el Ministerio deIndustria y Energía, quien fijará el alquiler que las empresas suministradoras pueden cobrar por loscitados aparatos cuando proceda. La elección del equipo de control corresponde al abonado.

Maxímetros.

El abonado que tuviere instalado el equipo adecuado, cualquiera que sea la tensión o la potenciacontratada, tendrá opción a que la determinación de la potencia que ha de servir de base para sufacturación se realice por maxímetro.

En un contador de activa, el número de revoluciones de su disco es proporcional a la energíaconsumida por el abonado. Por tanto, el número de revoluciones de este disco, durante un tiempodeterminado, equivale a la potencia media solicitada en dicho periodo de tiempo.

El aparato que mide esta potencia media se denomina maxímetro y se construye formando parte de uncontador de activa convencional. Unas ruedas dentadas transmiten el movimiento del disco del contador,por medio de un tornillo sinfín fijado a una aguja de arrastre que se desplaza sobre una escala circular,graduada en kW. Dicha aguja de arrastre empuja a una segunda aguja concéntrica, llamada de lectura,que se mueve a libremente en sentido creciente, y que por lo tanto se desplaza siempre hacia valoresmáximos.

La aguja de arrastre se embraga y desembraga automáticamente cada 15 minutos, tiempo que seconoce como "periodo de integración del maxímetro".

3-4


De esta manera, la aguja de arrastre se desplaza hacia valores máximos cada periodo de integración,empujando a la aguja de lectura, y al final de cada período la aguja queda desembragada, volviendo a laposición cero de la escala. Transcurridos unos segundos, la aguja de arrastre es embragada nuevamente,iniciándose un nuevo período de integración.

Es así como la aguja lectora indica el valor máximo alcanzado durante todos los periodos deintegración comprendidos entre dos lecturas. Mensualmente un empleado de la empresa suministradora,anotará el valor máximo registrado, poniendo a cero las agujas lectora y la de arrastre, que quedaránprecintadas hasta el mes siguiente.

El cálculo de la potencia a facturar se realizará atendiendo a los diferentes modos que se describen acontinuación, con las limitaciones impuestas en cada uno de ellos:

Modo 1. Sin maxímetro.

Será aplicable a cualquier suministro en baja o alta tensión, cuando el abonado haya contratado unasola potencia y no tenga instalado aparato maxímetro, salvo para venta a distribuidores en alta tensión.

En estos casos, como ya hemos dicho, el Término de Facturación de la Potencia (TFP), será elproducto de la Potencia Contratada (PC), establecida en la Póliza de Abonado, por el precio delTérmino de Potencia (TP).

TFP = PC × TP

Modo 2. Con un maxímetro.

Será aplicable a cualquier suministro en baja o alta tensión, cuando el abonado haya contratado unasola potencia y tenga instalado un solo maxímetro para la determinación de la potencia base defacturación. En este caso, la potencia contratada establecida en la Póliza de Abonado, no tiene que sernecesariamente la que se aplique como potencia contratada (PC) para determinar el Término deFacturación de la Potencia (TFP).

3-4


La potencia contratada real PC a facturar como "potencia contratada" se calculará de la forma que seestablece a continuación:

a) Si la potencia máxima demandada, registrada por el maxímetro (Pm) en el períodode facturación estuviere dentro de +5 y -15 por 100, respecto a la contratada (PC)establecida en la Póliza de Abono, dicha potencia registrada se tomará como potencia real afacturar

0,85 PC < Pm < 1,05 PC ; PF = Pm

b) Si la potencia máxima demandada registrada por el maxímetro (Pm) en el período defacturación, fuere superior al 105 por 100 de la potencia contratada establecida en la Póliza(PC), la potencia contratada real a facturar en el período considerado, será igual al valorregistrado por el maxímetro, más el doble de la diferencia entre el valor registrado por elmaxímetro y el valor correspondiente al 105 por 100 de la potencia contratada establecidaen la Póliza.

Pm > 1,05 PC ; PF = Pm + 2 ( Pm - 1,05 PC)

c) Si la potencia máxima demandada registrada por el maxímetro en el período afacturar, fuere inferior al 85 por 100 de la potencia contratada establecida en la Póliza, lapotencia contratada real a facturar será igual al 85 por 100 de la potencia indicada en laPóliza

Pm < 0,85 PC ; PF = 0,85 PC

No se tendrá en cuenta la punta máxima registrada durante las veinticuatro horas siguientes a un corteo a una irregularidad importante en la tensión o frecuencia del suministro. Para ello, será condiciónnecesaria su debida justificación, preferentemente mediante aparato registrador.

A estos efectos la orden de reducción de potencia en el sistema de interrumpibilidad no tendrá laconsideración de corte.

Otros Modos.

Existen también otros modos que utilizan dos y tres maxímetros, en este caso no los vamos a tratar yaque son muy poco utilizados. No obstante pueden consultarse en la Orden Ministerial que citábamos alinicio de este capítulo.

3-4


3.5 COMPLEMENTOS TARIFARIOS.

Los complementos tarifarios consistirán en una serie de recargos o descuentos, que se calcularán tal ycomo se especifique en cada caso y deberán figurar por separado en el recibo de energía eléctrica.

3.5.1. Complemento por discriminación horaria.

Equipos de discriminación horaria.

La instalación de contadores de tarifa múltiple es potestativa para los abonados que tengan contratadauna potencia no superior a 50 kW y obligatoria para el resto.

Se faculta a las empresas suministradoras para instalar contadores de tarifa múltiple a los abonados demás de 50 kW de potencia contratada que no lo tuvieran instalado por su cuenta, cargándoles los gastosde instalación y el alquiler correspondiente.

El uso de un equipo de medida de discriminación horaria deberá ser autorizado por la DirecciónGeneral de la Energía previa aportación de los ensayos oportunos sobre seguridad eléctrica y garantía demedida.

Los abonados con discriminación horaria tipo 0 deberán instalar por su cuenta el equipo adecuado paraello. La empresa suministradora queda obligada a alquilar dicho equipo si así lo solicita el abonado.

Condiciones generales.

El complemento de discriminación horaria estará constituido por un recargo o descuento que secalculará de acuerdo con la siguiente fórmula:

CH = Tej Σ Ei Ci /100

en la que:

CH = Recargo o descuento, en pesetas. Ei = Energía consumida en cada uno de los períodos horarios definidos para cada tipo dediscriminación horaria, en kWh. Ci = Coeficiente de recargo o descuento especificado en el punto 3.5.3. Tej = Precio del término de energía de la tarifa general de media utilización correspondiente a latensión de suministro, excepto para la tarifa G-4 que se tomará el término de energía correspondiente aesta tarifa y para baja tensión que se tomará el término de energía correspondiente a la tarifa 3.0, aexcepción de la tarifa 2.N cuyos precios se dan por separado para determinar los recargos ydescuentos.

Se aplicará obligatoriamente a todos los suministros a tarifas 3.0, 4.0 y R.0 de baja tensión y a todoslos de alta tensión.

Los abonados de la tarifa 2.0 tendrán opción a que se les aplique la discriminación horaria Tipo 0denominada «tarifa nocturna». No es de aplicación el complemento por discriminación horaria a losabonados de las tarifas B.0 (Alumbrado público) y 1.0.

3-5


Los cambios de horario de invierno a verano o viceversa coincidirán con la fecha del cambio oficial dehora.

Los abonados, de acuerdo con las empresas suministradoras, podrán solicitar por causas debidamentejustificadas a la Dirección General de la Energía la aplicación de períodos distintos a los establecidos enla presente Orden, siempre que se mantenga la duración y los recargos y descuentos correspondientes alos mismos.

El citado Centro Directivo podrá conceder lo solicitado, siempre que de ello no resulte perjuicio parael Sistema Eléctrico Nacional, considerando el efecto resultante que dicha modificación pudiera producirde aplicarse a los abonados con características similares de consumo.

Se faculta a la Dirección General de la Energía para que pueda modificar con carácter general lashoras consideradas, en concreto, como de punta, llano y valle, teniendo en cuenta las condiciones de cadaZona y en su caso las de ámbito peninsular.

Tipos de discriminación horaria.

Los tipos de discriminación horaria a los que podrán optar los distintos abonados, sin más limitacionesque las que en cada caso se especifican, y siempre que tengan instalados los equipos de medidaadecuados, serán los siguientes:

Tipo 0: «Tarifa nocturna» con contador de doble tarifa, sólo será aplicable a los abonados a la tarifa2.N., en lo referente a la duración de los períodos horarios y no al recargo o descuento, que han sidoderogados.

Tipo 1: Discriminación horaria sin contador de tarifa múltiple. De aplicación a los abonados conpotencia contratada igual o inferior a 50 kW.

Tipo 2: Discriminación horaria con contador de doble tarifa. De uso general.

Tipo 3: Discriminación horaria con contador de triple tarifa, sin discriminación de sábados y festivos.De uso general.

Tipo 4: Discriminación horaria con contador de triple tarifa y discriminación de sábados y festivos. Deuso general.

Tipo 5: Discriminación horaria estacional con contador de quíntuple tarifa. De uso general pero seráincompatible con el complemento por estacionalidad y con tarifas que en su definición estén excluidas deeste tipo de discriminación.

3.5.2 Zonas de aplicación.

Las zonas en que se divide el mercado eléctrico nacional a efectos de aplicación de la discriminaciónhoraria, serán las relacionadas a continuación e incluyen las Comunidades Autónomas que se indican:

Zona 1: Galicia, Asturias, Cantabria, País Vasco, Castilla-León, La Rioja y Navarra.

Zona 2: Aragón y Cataluña.

Zona 3: Madrid, Castilla la Mancha y Extremadura.

3-5


Zona 4: Valencia, Murcia y Andalucía.

Zona 5: Baleares.

Zona 6: Canarias.

Zona 7: Ceuta y Melilla.

3.5.3 Recargos, descuentos y horas de aplicación.

Tipo 0.

Los coeficientes de recargo o descuento aplicables y la duración de cada período serán los que sedetallan a continuación:

Período horario Duración Recargo o descuento(Coeficiente)

Punta y llano 16 horas/día + 3

Valle 8 horas/día -55

Se considerarán como horas valle en todas las Zonas de 23 a 24 h. y de 0 a 7 h. en horario de inviernoy de 0 a 8 h. en horario de verano. En la actualidad el periodo horario y su duración están vigentes, perono lo está el recargo o descuento.

Tipo 1.

Se consideran dentro de este tipo todos los abonados a los que les sea de aplicación el complementopor discriminación horaria y no hayan optado por alguno de los restantes tipos.

Estos abonados tendrán un coeficiente de recargo del 20% sobre la totalidad de la energía consumida.

Tipo 2.

El coeficiente de recargo para este tipo de abonados y la duración de cada período serán los siguientes:


Horas punta 4 horas/día + 40

Horas llano y valle 20 horas/día -

3-5


Se considerarán como horas punta en todas las zonas de 9 a 13 h. en horario de invierno y de 10 a 14h. en horario de verano.

Tipo 3.



Punta 4 horas/día + 70

Llano 12 horas/día -

Valle 8 horas/día - 43

Se consideran horas punta, llano y valle en cada una de las zonas antes definidas, las siguientes:

. Invierno Verano

Punta Llano Valle Punta Llano Valle

Zona 1 18-228-1822-24

0-8 9-138-9

13-240-8

Zona 2 18-228-1822-24

0-8 9-138-9

13-240-8

Zona 3 18-228-1822-24

0-8 10-148-1014-24

0-8

Zona 4 18-228-1822-24

0-8 10-148-1014-24

0-8

Zona 5 18-228-1822-24

0-8 19-230-19-1923-24

1-9

Zona 6 18-228-1822-24

0-8 19-230-19-1923-24

1-9

Zona 7 19-238-1923-24

0-8 20-240-19-20

1-9

Tipo 4


3-5


Período horario DuraciónRecargo odescuento

(Coeficiente)

Punta 6 horas de lunes aviernes

+ 100

Llano 10 horas de lunes aviernes

-

Valle

8 horas de lunes aviernes24 horas en sábados ydomingos

-43

Se considerarán también como horas valle las 24 horas de los días festivos de ámbito nacional coninclusión de aquellos que pueden ser sustituidos a iniciativa de cada Comunidad Autónoma para losabonados que posean el equipo de discriminación horaria adecuado.

Las horas punta, llano y valle en cada una de las zonas antes definidas son las siguientes:

. Invierno Verano


Zona 1 16-228-1622-24

0-8 8-14 14-24 0-8

Zona 2 17-238-1722-24

0-8 9-158-9

15-240-8

Zona 3 16-228-1622-24

0-8 9-158-1015-24

0-8

Zona 4 17-238-1723-24

0-8 10-168-9

16-240-8

Zona 5 16-227-1622-24

0-723-24

17-230-19-1723-24

1-9

Zona 6 16-227-1622-24

0-723.24

17-238-1723-24

0-8

Zona 7 17-238-1723-24

0-8 18-240-19-18

1-9

Tipo 5.

3-5


EL contrato del tipo 5 de discriminación horaria comenzará con el principio de la temporada altaeléctrica definida en el punto 4.4 del presente Título y tendrá una vigencia de doce meses, prorrogablepor períodos iguales, si el abonado no manifiesta su voluntad de rescindirlo por escrito, con unaantelación mínima de cuarenta y cinco días antes de su vencimiento.

Los días del año se clasifican a estos efectos en cuatro categorías. El número de días del añocorrespondientes a cada categoría serán los siguientes:

Categoría Número de días

Pico 70

Alto 80

Medio 80

Bajo Resto

La Dirección General de la Energía fijará para cada año los días concretos asignados a cada categoría,tanto para el sistema integrado peninsular, como para cada uno de los sistemas aislados oextrapeninsulares.


Periodo horario Categoría de losdías

Duración h/día Descuento o recargoCoeficiente

Punta PicoAlto

1004

+300+100

LlanoPicoAlto

Medio

6128

-

Valle

PicoAlto

MedioBajo

Siguiente día-bajo

8*8*16*24*8

-43-43-43-43-50

* Salvo que sean días siguientes a días bajos.

Se considerarán como valle con un coeficiente Ci 50 de descuento las ocho primeras horas valle de losdías siguientes a días bajos, sea cual sea la categoría de los mismos.

Se considerarán horas punta, llano y valle, en cada una de las zonas antes definidas, las siguientes:

. Días pico Días medio


3-5


Zona 1 9-1417-22

8-914-1722-24

0-8 - 9-170-9

17-24

Zona 2 9-1417-22

8-914-1722-24

0-8 - 10-180-1018-24

Zona 3 10-1518-23

8-1015-1823-24

0-8 - 10-180-1018-24

Zona 4 9-1417-22

8-914-1722-24

0-8 - 14-220-1422-24

Zona 5 9-1417-22

8-914-1722-24

0-8 - 16-24 0-16

Zona 6 9-1216-23

8-912-1623-24

0-8 - 16-24 0-16

Zona 7 9-1318-24

8-913-18

0-8 - 16-24 0-16

Se considerarán como horas punta, llano y valle para los días altos, las establecidas para ladiscriminación horaria tipo 3.

3.5.4. Complemento por energía reactiva.

Condiciones Generales.

El complemento por energía reactiva está constituido por un recargo o descuento porcentual y seaplicará sobre la totalidad de la facturación básica, (Suma del importe del Término de Facturación dePotencia mas el Término de Facturación de Energía). Se calculará con una cifra decimal y el redondeo sehará por defecto o por exceso, según que la segunda cifra decimal, despreciada, sea o no menor de cinco.

Están sujetos al complemento por energía reactiva los abonados a cualquier tarifa, excepto a las 1.0 y2.0. No obstante, los abonados a la tarifa 2.0 estarán sujetos a la excepción que se concreta en el apartadosiguiente.

No se podrá aplicar este complemento si no se dispone para la determinación de su cuantía delcontador de energía reactiva permanentemente instalado.

En los períodos de facturación en que no haya habido consumo de energía activa no se aplicarácomplemento por energía reactiva sobre el término de potencia facturado.

3-5


Corrección obligatoria del factor de potencia.

Cuando un abonado tenga su instalación con factor de potencia que sea inferior a 0,55 en tres o másmediciones, la empresa suministradora deberá comunicarlo al Organismo competente de laAdministración Pública, quien podrá establecer al usuario un plazo para la mejora de su factor depotencia, y si no se cumpliera el plazo establecido, resolver la aplicación de recargos pudiendo llegar aordenar la suspensión del suministro en tanto no se mejore la instalación en la medida precisa.

Los suministros acogidos a la tarifa 2.0 deberán disponer de los equipos de corrección del factor depotencia adecuados para conseguir como mínimo un valor medio del mismo de 0,80; en caso contrario, laempresa suministradora podrá instalar, a su costa, el contador correspondiente y efectuar en el futuro lafacturación a este abonado con complemento por energía reactiva en los períodos de lectura real en losque el coseno de ϕ (cosϕ ) medio sea inferior a 0,8.

Corrección de los efectos capacitivos.

Cuando la instalación de un abonado produzca efectos capacitivos que den lugar a perturbacionesapreciables en la red de suministro o de transporte, cualquier afectado por las perturbaciones podráponerlo en conocimiento del Organismo competente, el cual, previo estudio de aquéllas, recabará delabonado su corrección y le fijará un plazo para ello. En caso de no hacerlo así se aplicarán las medidasque procedan, pudiendo llegar -en aplicación de las condiciones de carácter general de la póliza deabono- a ordenar la suspensión de suministro de energía eléctrica en tanto no se modifique la instalación.

Determinación del factor de potencia.

El factor de potencia o coseno de ϕ (cosϕ ) medio de una instalación se determinará a partir de lafórmula siguiente:

en la que:

Wa= Cantidad registrada por el contador de energía activa, expresada en kWh. Wr= Cantidad, registrada por el contador de energía reactiva, expresada en kVArh.

Los valores de esta fórmula se determinarán con dos cifras decimales y el redondeo se hará por defectoo por exceso, según que la tercera cifra decimal despreciada sea o no menor que 5.

Recargos y bonificaciones.

El valor porcentual, Kr a aplicar a la facturación básica se determinará según la fórmula que acontinuación se indica.

3-5


Esta fórmula también podemos ponerla de la siguiente manera:

Cuando la misma dé un resultado negativo se aplicará una bonificación en porcentaje igual al valorabsoluto del mismo. La aplicación de esta fórmula da los resultados siguientes para los valores de cosϕque a continuación se indican. Los valores intermedios deben obtenerse de la misma fórmula y no porinterpolación lineal.

cos Recargo % Descuento %

1,00 - 4,0

0,95 - 2,2

0,9 0,0 0,0

0,85 2,5 -

0,8 5,6 -

0,75 9,2 -

0,70 13,7 -

0,65 19,2 -

0,60 26,2 -

0,55 35,2 -

0,5 47,0 -

No se aplicarán recargos superiores al 47 por 100 ni descuentos superiores al 4 por 100.

3-5


3.6. TARIFAS ELÉCTRICAS

Tanto el término de potencia como el término de energía, para las distintas tarifas, están en constantevariación, no obstante vamos a dar un resumen de las distintas tarifas para baja tensión junto con losvalores corespondientes, para el año 1.999.

TARIFAS TENSIÓNPotencia

Max.a contratar

AplicaciónTÉRMINOPOTENCIA

Pts/kW y mes

TÉRMINOENERGÍAPts/kWh

1.0 Monofas.220 770 W

Todos losusos

45 10,04

2.0 B.T. 15 kW 251 14,24

2.N BT 15 kW 25114,63 P y Ll6,64 V (1)

3.0 B.T. IlimitadaUtilización

normal224 13,10

4.0 B.T.Ilimitada Larga

utilización357 11,97

B.0 B.T. IlimitadaAlumbrado

público0 11,47

R.0 B.T. IlimitadaRiegos

agrícolas57 12,18

(1)Para la tarifa 2.N, los recargos y descuentos que se tomaban según el Tipo 0, han sido anulados, y en su lugar se aplicandirectamente los precios a la energía consumida en cada uno de los períodos horarios, que se indican en la tabla.

ALQUILER DE CONTADORES

SIMPLE TARIFA DISCRIMINACIÓNHORARIA

MonofásicoActiva

1.0 95MonofásicoDobleTarifa

212

Resto 103Trifásico Doble

Tarifa424

Trifásico Activa 291Trifásico Triple

Tarifa532

Monofásico Reactiva 137 Contactor 29

Trifásico Reactiva 325 Reloj Horario 175

3-6


Todo lo dicho hasta aquí puede quedar suficientemente aclarado con un par de ejemplos.

EJEMPLO 1

Un abonado con suministro en baja y tarifa 2.0 (vivienda), tiene una potencia contratada de 6,6 kW yha tenido un consumo bimestral, medido por contador, de 1.045 kWh. Suponiendo que el contador es desu propiedad y por lo tanto no paga alquiler. ¿De qué importe será la factura que tiene que pagar?

Facturación de Potencia……....6,6 × 2 x 251 = 3.313

Facturación de la Energía……1.045 × 14,24 = 14.888

Por equipo de medida……….............................. -

I.V.A. 16% (18.201)…………..........................2.912

TOTAL...………………….........21.113 ptas.

EJEMPLO 2

Un abonado con suministro en baja y tarifa 3.0, tiene una potencia contratada de 23 kW, no dispone decontadores para discriminación horaria (Tipo 1) y sí tiene contador de activa y de reactiva de supropiedad. El consumo bimensual ha sido de 5.836 kWh de activa y 6.230 de reactiva. ¿De qué importees el recibo que tiene que pagar?

Por no tener contador para la discriminación horaria, tiene un recargo del 20% sobre el término deenergía.

Siendo el factor de potencia medio de la instalación:

le corresponderá un recargo:

Con estos datos ya podemos obtener el importe total:

Facturación de Potencia………….23 × 2 × 224 = 10.304

Facturación de la Energía………..5.836 × 13,10 = 76.438

Suma......………………………….....86.742

20% Discriminación horaria (76.438). .....................15.288

15,8% por reactiva (86.742) .............…….............13.705

3-6


Por equipo de medida……………............................. -

I.V.A. 16% (115.735)…………........…................18.518

TOTAL...……………………….…...134.252 ptas.

3-6


4. INTERRUPTORES

4.1. INTERRUPTORES

Inicialmente definiremos un interruptor como un dispositivo mecánico de conexión y desconexióneléctrica, capaz de establecer, soportar e interrumpir la corriente en las condiciones normales defuncionamiento del circuito donde va asociado.

Para interrumpir la corriente en un receptor monofásico, es suficiente abrir éste en un solo punto, pormedio de un interruptor unipolar, pero procediendo así no lograremos aislar el receptor de la línea, puestoque éste queda al potencial de la fase no cortada.

Para lograr aislar por completo un receptor o una instalación cualquiera, es necesario abrir el circuitopor tantos puntos como conexiones tenga con la línea que lo alimenta. Así, pues, los interruptoresunipolares solamente se utilizarán en pequeños receptores de uso doméstico, debiendo utilizar en losdemás casos interruptores con tantos polos como conductores lo alimentan.

Las condiciones exigidas a un buen interruptor deberán ser inicialmente las siguientes:

1) Que las superficies de las piezas que realizan el contacto eléctrico, sean suficientespara dejar paso a la intensidad nominal prevista en el circuito donde ha de ser colocado, sinprovocar excesivas elevaciones de temperatura.

2) Que el arco de ruptura, que sin duda se formará cuando abramos el circuito, se extingalo más rápidamente posible, de manera que no forme arco permanente, ya que de locontrario se destruirían rápidamente los contactos.

La primera condición se logra dimensionando ampliamente la superficie de las piezas que forman elcontacto eléctrico, procurando que sea lo más perfecta posible y haciendo que exista una cierta presión

4-1


entre dichas piezas. Así, podremos decir que la intensidad nominal que puede circular por los contactosde un interruptor, es directamente proporcional a la superficie de los contactos y a la presión ejercidasobre ellos.

La rápida extinción del arco se logra con gran sencillez cuando la tensión e intensidad nominal delinterruptor son pequeñas. Por el contrario, en interruptores para elevadas tensiones e intensidades, ladificultad en extinguir el arco crece enormemente según estas dos variables.

Cuando un interruptor en servicio está cerrado, existe una cierta presión entre sus contactos que haceque la superficie de contacto sea máxima y por tanto la corriente que por el circula lo hará con unadensidad de corriente mínima (mínima elevación de la temperatura). En la maniobra de apertura, aliniciarse el despegue de los contactos, lo primero que se obtiene es una disminución de presión con elconsiguiente aumento de la densidad de corriente. En el instante de la separación de los contactos, lafinísima capa de aire que los separa es atravesada por la corriente, provocando una rápida elevación detemperatura que da lugar a un resplandor azulado extremadamente brillante de la chispa, a la vez que setiene un elevado campo eléctrico entre los contactos capaz de producir una fuerte emisión de electronesen el contacto que hace el papel de cátodo.

Si la corriente que interrumpen los contactos es débil, la elevación de temperatura de la chispa noalcanzará el valor suficiente como para provocar la fusión y volatilización del metal de los contactos,pero a partir de cierto límite, la temperatura llegará a sobrepasar el punto de fusión y volatilización delmetal, haciendo que la chispa se torne conductora y produzca el "arco", es decir, una llama de colornetamente diferente del de la chispa.

La diferencia entre la chispa y el arco depende, en consecuencia, de la mayor o menor intensidad de lacorriente en el momento en que los contactos se separan.

El arco se manifiesta como una columna gaseosa incandescente según una trayectoriaaproximadamente rectilínea entre los electrodos, cuyo núcleo alcanza temperaturas comprendidas entre6.000 y 10.000 ºC. Al mismo tiempo, y dada la constitución de los arcos eléctricos, podemos decir queson conductores y extremadamente móviles, es decir, que se desplazan fácilmente bajo el efecto decorrientes de aire y campos magnéticos.

Analizando la maniobra de apertura de un interruptor en lo que a tensión e intensidad se refiere,podemos apreciar cómo en el instante antes de iniciarse la apertura, la tensión entre sus extremos esprácticamente nula y la intensidad que por él circula es la que en ese momento demanda el circuito (Ir).Iniciada la apertura y establecido el arco, este se irá alargando a medida que los contactos se separan, yen consecuencia, la intensidad irá disminuyendo hasta anularse. La tensión entre extremos de loscontactos pasa desde un valor prácticamente nulo (contacto cerrado), hasta un valor igual a la tensión delínea (Er) (contacto abierto).

Durante el tiempo tr que dura la apertura del interruptor, existen infinitos pares de valores (er ; ir ) quedeterminan la potencia desarrollada por el arco en cada instante, por lo tanto, el trabajo de rupturadesarrollado por el arco en el tiempo tr, será:

4-1


No conociendo las funciones de variación de er e ir, no podremos conocer el trabajo de ruptura, por loque deberemos obtenerlo de una forma experimental. Así, siendo Er e Ir la tensión e intensidad máximapor el interruptor, el trabajo de ruptura será inferior a Er . Ir . tr, pudiendo admitir que:

K es una constante cuyo valor suele ser aproximadamente igual a 0,1.

Las conclusiones que podemos extraer de esta fórmula son inmediatas, pues si reflexionamos sobre lanecesidad de que el trabajo de ruptura debe ser lo menor posible, ya que de él depende la vida de loscontactos, tendremos que conseguir interruptores cuyos contactos sean capaces de cortar el arco eléctricoen un tiempo lo más pequeño posible, y siendo tr = d/v, deducimos que la velocidad de separación de loscontactos (v) debe ser lo mayor posible y la separación necesaria para cortar el arco (d) lo menor posible.

Sustituyendo:

En la mayor parte de los interruptores, la velocidad de separación de los contactos la dan muellesantagonistas capaces de imprimir a los contactos velocidades de separación relativamente grandes, y porlo tanto, tiempos de corte pequeños, del orden de centésimas de segundos.

Si en lugar de un único par de contactos, disponemos de dos pares de contactos en serie,mecánicamente unidos, tal y como se muestra en la figura, conseguimos duplicar el arco, lo cual equivalea decir que la velocidad de corte se ha duplicado, o lo que es igual, el tiempo y el trabajo de ruptura sehan reducido a la mitad. Esta es la disposición que adoptan la mayor parte de los interruptoresdenominados "contactores".

La separación necesaria para que los contactos puedan cortar el arco, depende del medio donde éste seproduce. El medio es generalmente el aire, sobre todo en interruptores de baja tensión, peroencontraremos casos en los que el medio es el vacío, aceite mineral, exafluoruro de azufre, etc.

Por otra parte, dada la gran facilidad de desplazamiento del arco eléctrico, en algunas ocasionesveremos como ciertos interruptores disponen de dispositivos para alargar artificialmente el arco,

4-1


consiguiendo una longitud del arco mayor que la que correspondería en condiciones normales. Elsoplado de aire a presión o magnético, son los procedimientos más comúnmente utilizados.

4-1


4.2. CONTACTORES

Podemos definir un contactor como un aparato mecánico de conexión y desconexión eléctrica,accionado por cualquier forma de energía, menos manual, capaz de establecer, soportar e interrumpircorrientes en condiciones normales del circuito, incluso las de sobrecarga.

Las energías utilizadas para accionar un contactor pueden ser muy diversas: mecánicas, magnéticas,neumáticas, fluídricas, etc.. Los contactores corrientemente utilizados en la industria son accionadosmediante la energía magnética proporcionada por una bobina, y a ellos nos referimos seguidamente.

Un contactor accionado por energía magnética, consta de un núcleo magnético y de una bobina capazde generar un campo magnético suficientemente grande como para vencer la fuerza de los muellesantagonistas que mantienen separada del núcleo una pieza, también magnética, solidaria al dispositivoencargado de accionar los contactos eléctricos.

Así pues, característica importante de un contactor será la tensión a aplicar a la bobina deaccionamiento, así como su intensidad ó potencia. Según sea el fabricante, dispondremos de una extensagama de tensiones de accionamiento, tanto en continua como en alterna siendo las más comunmenteutilizadas, 24, 48, 220, y 380. La intensidad y potencia de la bobina, naturalmente dependen del tamañodel contador.

El tamaño de un contactor, depende de la intensidad que es capaz de establecer, soportar e interrumpir,así como del número de contactos de que dispone (normalmente cuatro). El tamaño del contactor tambiéndepende de la tensión máxima de trabajo que puede soportar, pero esta suele ser de 660 V. para loscontactores de normal utilización en la industria.

Referente a la intensidad nominal de un contactor, sobre catálogo y según el fabricante, podremos

4-2


observar contactores dentro de una extensa gama, generalmente comprendida entre 5 A y varios cientosde amperios. Esto equivale a decir que los contactores son capaces de controlar potencias dentro de unamplio margen; así, por ejemplo, un contactor para 25 A. conectado en una red bifásica de 380 V. escapaz de controlar receptores de hasta 380× 25=9.500 VA. y si es trifásica 3× 220× 25=16.454 VA.Naturalmente nos referimos a receptores cuya carga sea puramente resistiva (cos ϕ = 1), ya que de locontrario, las condiciones de trabajo de los contactos quedan notablemente modificadas.

Cuando el fabricante establece la corriente característica de un contactor, lo hace para cargaspuramente óhmicas y con ella garantiza un determinado número de maniobras, pero si el cosϕ de la cargaque se alimenta a través del contactor es menor que uno, el contactor ve reducida su vida comoconsecuencia de los efectos destructivos del arco eléctrico, que naturalmente aumentan a medida quedisminuye el cos ϕ .

Por lo general, los contactores que utilicemos referirán sus características a las recomendaciones C. E.I (Comité Electrotécnico Internacional), que establecen los siguientes tipos de cargas:

AC-1 Para cargas resistivas o débilmente inductivas cos ϕ = 0,95.

AC-2 Para cargar inductivas (cos ϕ = 0.65) .Arranque e inversión de marcha de motores de anillosrozantes.

AC-3 Para cargas fuertemente inductivas (cos ϕ = 0.35 a 0.65). Arranque y desconexión de motoresde jaula.

AC-4 Para motores de jaula: Arranque, marcha a impulsos y frenado por inversión.

Por ejemplo, el contactor de 25 A. al que nos referíamos anteriormente, corresponde al modelo AC 3-9de Sprecher, el cual en AC-1 puede controlar una potencia de 16 kW. a 380 V., mientras que en AC-3solamente puede controlar 4 kW. a 380 V.

4-2


Prácticamente, la casi totalidad de las aplicaciones industriales, tales como máquinas-herramientas,equipos para minas, trenes de laminación, puentes-grúas, etc, precisan de la colaboración de gran númerode motores para realizar una determinada operación, siendo conveniente que puedan ser controlados porun único operador situado en un "centro de control", desde donde sea posible observar y supervisar todaslas partes de la instalación. Esta clase de trabajo no se puede realizar con interruptores o cualquier otroelemento de gobierno que precise de un mando manual directo, debido a que el operador no tendríatiempo material de accionar los circuitos que correspondiesen de acuerdo con las secuencias de trabajo.Estos y otros problemas similares pueden quedar solventados con el uso de contactores montados segúnun circuito de marcha-paro que denominaremos "función memoria" y que es base de los automatismoseléctricos.

La función memoria en su forma más simple la hemos representado como aplicación al accionamientode un motor trifásico. Este circuito consta de dos pulsadores, uno de marcha (M) normalmente abierto yotro de paro (P) normalmente cerrado; asímismo, dispone de un contactor con cuatro contactosnormalmente abiertos, tres para el accionamiento del motor y uno para el control de la función memoria.Al pulsar M, la bobina del contactor se excita, el contactor cierra sus contactos y por tanto el contacto Rde retención de la función memoria retiene la alimentación aunque dejemos de pulsar M (motor enmarcha). Si por alguna circunstancia pulsamos P la alimentación de la bobina del contactor quedacortada, el contacto de retención se abre quedando la función memoria en situación de reposo (motorparado).

4-2


4.3. INTERRUPTORES AUTOMÁTICOS

Los interruptores automáticos son aparatos destinados a establecer e interrumpir circuitos eléctricos,con la particularidad de que precisan una fuerza exterior que los conecte pero que se desconectan por símismos, sin deteriorarse, cuando el circuito en que se hallan presenta ciertas anomalías a las que sonsensibles.

Normalmente dichas anomalías son:

- Sobreintensidades.

- Cortocircuito.

- Sobretensiones o bajas tensiones.

- Descargas eléctricas a las personas.

Los automáticos que reaccionan ante estas anomalías se denominan respectivamente: Térmicos,Magnéticos, de máxima o mínima tensión y Diferenciales.

4-3


4.4. INTERRUPTORES TÉRMICOS

Son interruptores automáticos que reaccionan ante sobreintensidades ligeramente superiores a lanominal, asegurando una desconexión en un tiempo lo suficientemente corto para no perjudicar ni a lared ni a los receptores asociados con él.

Para provocar la desconexión, aprovechan la deformación de una lámina bimetálica, que se curva enfunción del calor producido por la corriente al pasar a través de ella.

La curva característica de un disparo térmico es la representada en la figura 2.

4-4


El dispositivo térmico permite trabajar en la zona A pero no llegar a la zona B. La interrupción delcircuito se efectúa siempre cuando las condiciones de trabajo llegan a la zona rayada que marca laseparación entre ambas. Esta zona rayada marca las tolerancias lógicas que tendrá la fabricación de estetipo de aparatos.

Así, pues, en la curva de la figura 2, que citamos a título de ejemplo, circulando una intensidad de 3A.,el interruptor no desconectaría nunca.

Con 10A. iniciaría la desconexión a los 35 seg., y con 30 A. la desconexión se iniciará a los 15 seg.

La forma y límites de la curva característica de un interruptor térmico varía según la técnica empleadaen el sistema de caldeo de la bilámina.

4-4


4.5. INTERRUPTORES MAGNÉTICOS

Son interruptores automáticos que reaccionan ante sobreintensidades de alto valor, cortándolas entiempos lo suficientemente cortos como para no perjudicar ni a la red ni a los aparatos asociados a ella.

Para iniciar la desconexión se sirven del movimiento de un núcleo de hierro dentro de un campomagnético proporcional al valor de la intensidad que circula.

La curva característica de un disparo magnético es la representada en la figura siguiente.

El dispositivo permite trabajar en la zona A pero no en la B. La desconexión se efectúa cuando lascondiciones del circuito llegan a la zona rayada de separación entre ambas.

Así pues, para la curva ejemplo de la figura 3, cualquier intensidad menor de 4,25 A, no provocaría ladesconexión, por más tiempo que estuviera circulando. En cambio, para cualquier intensidad mayor de4,75 A, provocaría la desconexión inmediata.

El límite inferior de la curva (unos 4 milisegundos), viene determinado por el tiempo que transcurredesde el instante de establecimiento de la intensidad, hasta la extinción del arco. Este tiempo marca lainercia mecánica y eléctrica propia de estos aparatos.

4-5


4.6. INTERRUPTORES MAGNETO-TÉRMICOS

Generalmente, los interruptores automáticos combinan varios de los sistemas de protección descritos,en un solo aparato. Los más utilizados son los magneto-térmicos.

Poseen tres sistemas de desconexión: manual, térmico y magnético. Cada uno puede actuarindependientemente de los otros, estando formada su curva de disparo por la superposición de ambascaracterísticas, magnética y térmica.

En el gráfico de la figura 4. puede verse la curva de desconexión de un magneto-térmico, en la que seaprecia una zona A, claramente térmica, una zona B que corresponde a la reacción magnética, y la zonade solape C, en donde el disparo puede ser provocado por el elemento magnético o térmicoindistintamente.

Normalmente, en los gráficos en que se ilustra la curva característica de los magneto-térmicos, seconcede el eje vertical a la escala de tiempos, graduada logarítmicamente, y el eje horizontal a la escalade intensidades, graduada también a escala logarítmica, y en múltiplos de la intensidad nominal. Así, porejemplo, un punto 3 In corresponderá a 30A, si el aparato es de 10A, o bien a 75A, si el aparato es de25A, etc.

Como en casos anteriores, la zona de tolerancia delimita las dos zonas características de "nodesconexión" y de "segura desconexión". Así, para una intensidad 2,5 In podría suceder la desconexiónentre los 15 y los 60 sg, siendo correcto cualquier tiempo intermedio de disparo.

Mecánicamente, podemos decir que estos interruptores disponen de desconexión libre, es decir, quecuando se produce una desconexión, ya sea por sobrecarga o cortocircuito, el aparato desconecta aunquese sujete la manecilla de conexión.

4-6


Para los magneto-térmicos bipolares o tripolares, podemos decir también que cuando una fase esafectada en la desconexión, ésta se efectúa simultáneamente en todos los polos mediante transmisióninterna, independiente de la pieza de unión entre manecillas.

4-6


4.6.1. APLICACIONES DE LOS MAGNETOTÉRMICOS

Si comparamos los fusibles con los magneto-térmicos, veremos cómo estos últimos presentan unamayor seguridad y prestaciones ya que interrumpen circuitos con más rapidez y capacidad de ruptura quelos fusibles normales. Después, a la hora de restablecer el circuito, no se precisa ningún material nipersona experta, basta presionar un botón o mover un resorte que se halla perfectamente aislado y visible.

Por contra, un fusible requiere el gasto de compra de un cartucho nuevo, su colocación en la base,sometida a tensión y una persona lo bastante capacitada para efectuar estas operaciones. Estas molestiasocasionadas por la fusión de un fusible, llevan en muchas ocasiones a colocar cartuchos inadecuados, porpersonas inexpertas, ignorando el peligro que esto puede ocasionar a las personas y aparatos que con élvan asociados.

Cuando se trata de magneto-térmicos tripolares, si una fase sufre perturbaciones, al disparar su poloarrastra a los otros dos y desconecta completamente el sistema. Si este circuito se hubiera protegido sólocon tres fusibles, se fundiría el correspondiente a la fase perjudicada y dejaría a todo el sistema enmarcha con sólo dos fases, con los consiguientes peligros de averías que tal estado acarrea endeterminados circuitos.

4-6


Con todo lo dicho anteriormente no pretendemos descalificar los fusibles, pero sí podemos asegurarque su utilización se vio notablemente reducida después de la aprobación, en 1973, del ReglamentoElectrotécnico de Baja Tensión, el cual regulaba la utilización de estos aparatos. La fabricación masivade los magneto-térmicos hace que su actual precio sea realmente sugestivo, por lo que muchosproyectistas no tienen reparo en colocarlos donde hasta no hace mucho colocaban fusibles.

Naturalmente los fusibles son imprescindibles en cuadros generales de protección y en todos aquelloscasos en que se desee una protección adicional.

Otra aplicación muy interesante de los magnetotérmicos la tenemos en la posibilidad de sudesconexión a distancia, ya que algunos modelos se fabrican con la particularidad de poder acoplarlesuna bobina llamada de emisión (accionada con la aparición de una tensión) o de mínima tensión(accionada cuando la tensión desaparece), encargada de accionar el resorte de desconexión delmagnetotérmico.

4.6.2. CURVAS DE DISPARO

Según sean los límites que posea la curva característica de un magneto-térmico, así será sucomportamiento, debiendo adaptar en cada caso el aparato correspondiente a las peculiaridades delcircuito que se pretenda proteger.

En España está en vigor la norma EN que especifica una serie de curvas características para losmagneto-térmicos, tales como son:

- Curva B. - Curva C. - Curva D.

- Cuva Z - Curva MA - Curva Unesa

A continuación se exponen cada una de las curvas por separado, estudiando para cada una de ellas laforma que presentan y las aplicaciones en las que se utilizan.

CURVA B

Estos magnetotérmicos actuan entre 1,1 y 1,4 veces la intensidad nominal In en la zona térmica y en

su zona magnética entre un 3 In y 5 In, o 3,2 In y 4,8 In, según el tipo de aparato, de acuerdo con lasnormas EN 60.898 y EN 60947.2, respectivamente. Permiten realizar la protección de las personas paralongitudes mayores que con la curva C, siendo indicado para instalaciones de líneas y generadores.

Así, por ejemplo, en un magnetotérmico de intensidad nominal 10A, para una intensidad de 20A., ladesconexión la efectuará el elemento térmico en un tiempo comprendido entre 20 sg. y 200 seg. Para unaintensidad de 50A, la desconexión la efectuará el elemento magnético en un tiempo del orden decomprendo entre 0,01 y 0,009 seg.

4-6


CURVA C

Estos magnetotérmicos actuan entre 1,13 y 1,45 veces la intensidad nominal en su zona térmica y ensu zona magnética entre 5 In y 10 In, o 7 In y 10 In, según el tipo de aparato, de acuerdo con las normasEN 60.898 y EN 60947.2, respectivamente. Se aplican para evitar los disparos intempestivos, en el casode la protección de receptores, que presentan, una vez en servicio, puntas de corriente de ciertaconsideración. Se utilizan en las instalaciones de líneas-receptores.

4-6


CURVA D

Estos magnetotérmicos actuan en la zona térmica con sobrecargas comprendidas entre 1,1 y 1,4 In y

en su zona magnética actúan entre 10 In y 14 In, de acuerdo con las normas EN 60.898 y EN 60947.2.Son adecuados para instalaciones que alimentan receptores con fuertes puntas de arranque.

4-6


CURVA MA

Curva de disparo magnético exclusivamente, con un valor de 12 In, de acuerdo con la norma EN

60947.2. Se utilizan para la protección de motores. Los interruptores automáticos equipados con estacurva no son interruptores magnetotérmicos, ya que carecen de protección térmica.

4-6


CURVA Z

Estos magnéticos actúan entre 2,4 In y 3,6 In, de acuerdo con las normas EN 60.898 y EN 60947.2.

Se utilizan para proteger instalaciones con receptores electrónicos.

4-6


CURVA UNESA(ICP)

El disparo térmico actúa entre 1,13 y 1,45 veces la In, siendo éste común para todas las curvas. Eldisparo magnético actúa entre 3,9 In y 8,9 In. Se emplean como Interruptores de Control de Potencia(ICPM). En uso general equivaldría a los interruptores de curva C. Esta curva no está englobada en lanorma EN, sino en la recomendación UNESA: RU 6101B.

4-6


Todos los magneto-térmicos utilizados como ICPM deberán poder ser identificados por su partefrontal y, además de estar homologados oficialmente y cumplir el Reglamento de VerificacionesEléctricas, llevarán grabadas las siguientes características:

a.- Nombre del Fabricante o Marca comercial.

b.- Tipo del aparato.

c.- Intensidad nominal.

d.- Naturaleza de la corriente y frecuencia.

e.- Tensión nominal 22O/38O V.

4-6


f.- Poder de cortocircuito.

g.- Número de fabricación.

Las intensidades nominales de los magneto-térmicos más corrientemente utilizados son las siguientes:

1,5 - 3 - 3,5 - 5 - 7,5 - 10 - 15 - 20 - 25 - 30 - 35 - 40 - 45 - 50 y 63 A.

Las características de desconexión deberán ser las que a continuación se especifican:

Múltiplos de laIn en A.

Tiempo de"no desconexión"

seg.

Tiempo de"desconexión"

seg.1,13 In 7200 -

1,45 In 10 500

3,5 In 0,2 40

5 In - 0,2

Referente al poder de corte de los magneto-térmicos, las normas exigen un poder de corte superior alos 4500 A., valor superado ampliamente por la mayoría de las casas fabricantes de estos aparatos.

Según la norma VDE-0100 los interruptores automáticos deben protegerse contra sobreintensidadesque rebasen su poder de corte. Por tal motivo en la caja general de protección de una instalación secolocan fusibles del tipo -gl- cuyo poder de corte supera los 50 kA.

4-6


4.7 INTERRUPTORES DIFERENCIALES

Son interruptores automáticos que evitan el paso de corriente de intensidad peligrosa por el cuerpo humano.La peligrosidad de los efectos que se pueden producir depende de la intensidad de la corriente y de su duración,tal como se determina en el gráfico de la figura 1.

En dicho gráfico, si fijamos una intensidad circulante en mA., y un tiempo de duración en ms., se nosdetermina un punto. Si este punto se halla en la zona A, los efectos que se producirán serán inofensivos parapersonas normales. Si se halla en la zona B, ocasionará molestias que pueden ser peligrosas, y si se halla en lazona C podrá resultar mortal, ya que puede ocasionar inconsciencia o fibrilación ventricular.

Por ejemplo, vemos en el gráfico que una intensidad de 310 mA., según actúe durante 40, 80 o 400 ms. estásituada en la zona A, B ó C.

La intensidad circulante por el cuerpo humano viene limitada por una parte, por la resistencia propia delcuerpo (unos 550 ohmios mínimo) y por otra, por la resistencia del contacto con las zonas en tensión. Para elcaso más desfavorable de resistencia del cuerpo y suponiendo un contacto perfecto, la intensidad circulante serámáxima.

4-7


En el supuesto de una tensión de 220V., que es la tensión normalizada en viviendas, la intensidad alcanzaráun valor de 400 mA.

Si trasladamos esta intensidad al gráfico, veremos que para que no se produzcan más efectos que losinofensivos de la zona A, debe ser cortado en un tiempo máximo de 60 msg.

Esta desconexión la garantizan los interruptores diferenciales, ya que su curva característica (señalada con Den la figura 1) delimita debajo de ella un campo de trabajo donde no se desconecta por hallarse en la zona deseguridad A. No obstante, cuando los valores intensidad-tiempo tiendan a crecer, alcanzado las zonas peligrosasB ó C, deben cruzar la banda de desconexión D y en este instante el interruptor se abrirá.

Los diferenciales se basan en una característica de los circuitos bifásicos o trifásicos, en los que la suma delas intensidades debe ser cero cuando no existen fugas. Cuando por algún motivo la suma de intensidades no escero, en la bobina auxiliar aparece una tensión que aplicada a una pequeña bobina, acciona un pivote que a suvez acciona el dispositivo mecánico que abre los contactos principales del circuito. Según sea el valor de laintensidad de desequilibrio que acciona el diferencial, así se definirá su sensibilidad. Normalmente se fabricande dos sensibilidades, 30 y 300 mA.

Referente al dispositivo de disparo automático es del tipo llamado de "libre mecanismo", es decir, que aunreteniendo el correspondiente mando en la posición de circuito cerrado, éste se abre si aparece el defectocorrespondiente.

La intensidad nominal que puede controlar un diferencial, depende de las dimensiones de los contactosprincipales, y se fabrican con intensidades comprendidas entre 25 y 63 A. , siendo el más corriente el de 40A.,por ser el que se suele utilizar en viviendas.

Se fabrican dos modelos de diferenciales, uno de dos polos para suministros bifásicos y otro de cuatro polospara los suministros trifásicos con neutro.

4-7


Según normas VDE-0100, los diferenciales deben de disponer de un botón de prueba mediante el cual seprovoca una fuga igual a la sensibilidad del aparato y por tanto su desconexión inmediata. La finalidad de estepulsador es la de permitir al usuario comprobar periódicamente el correcto funcionamiento del interruptordiferencial.

Para intensidades superiores a los 63A., los diferenciales suelen utilizarse de forma indirecta, es decir, laseñal diferencial obtenida de un toroidal es utilizada para accionar un contacto conmutado, encargado deaccionar la bobina de emisión o la de mínima tensión del magneto-térmico de línea.

Este tipo de diferenciales suele fabricarse según una extensa gama de prestaciones, por lo que resulta difícilgeneralizar.

En la figura vemos un modelo de Circutor que tiene la particularidad de poder regular la sensibilidad y eltiempo de retardo de desconexión del diferencial.

4-7


4-7


4.8. CORTACIRCUITOS FUSIBLES DE BAJA TENSIÓN

Los cortacircuitos fusibles son el medio más antiguo de protección de los circuitos eléctricos y se basan en la fusión por efecto deJoule de un hilo o lámina intercalada en la línea como punto débil.

Los cortacircuitos fusibles o simplemente fusibles son de formas y tamaños muy diferentes según sea la intensidad para la quedeben fundirse, la tensión de los circuitos donde se empleen y el lugar donde se coloquen.

El conductor fusible tiene sección circular cuando la corriente que controla es pequeña, o está formado por láminas si la corrientees grande. En ambos casos el material de que están formados es siempre un metal o aleación de bajo punto de fusión a base de plomo,estaño, zinc, etc.

Fundamentalmente encontraremos dos tipos de fusibles en las instalaciones de baja tensión:

gl (fusible de empleo general)

aM (fusible de acompañamiento de Motor)

Los fusibles de tipo gl se utilizan en la protección de líneas, estando diseñada su curva de fusión "intensidad-tiempo" para unarespuesta lenta en las sobrecargas, y rápida frente a los cortocircuitos.

Los fusibles de tipo aM, especialmente diseñados para la protección de motores, tienen una respuesta extremadamente lenta frentea las sobrecargas, y rápida frente a los cortocircuitos. Las intensidades de hasta diez veces la nominal (10 In) deben ser desconectadaspor los aparatos de protección propios del motor, mientras que las intensidades superiores deberán ser interrumpidas por los fusiblesaM.

La intensidad nominal de un fusible, así como su poder de corte, son las dos características que definen a un fusible.

La intensidad nominal es la intensidad normal de funcionamiento para la cual el fusible ha sido proyectado, y el poder de corte esla intensidad máxima de cortocircuito capaz de poder ser interrumpida por el fusible. Para una misma intensidad nominal, el tamañode un fusible depende del poder de corte para el que ha sido diseñado, normalmente comprendido entre 6.000 y 100.000 A.

4-8


Un gran inconveniente de los fusibles es la imprecisión que tiene su curva característica de fusión frente a otros dispositivos quecumplen el mismo fin, tales como los interruptores automáticos. Esto equivale a decir que la banda de dispersión de los fusibles esmayor que la de los interruptores automáticos, pese a que el fabricante solamente facilita la curva media de los fusibles.

Otro inconveniente de los fusibles es la facilidad que tienen de poder ser usados con una misma disposición de base, hilos oláminas no adecuadas.

Así mismo, la independencia de actuación de los fusibles en una línea trifásica supone un serio problema, ya que con la fusión deuno de ellos se deja a la línea a dos fases, con los inconvenientes pertinentes que ello conlleva.

La selectividad entre fusibles es importante tenerla en cuenta, ya que de ello dependerá el buen funcionamiento de los circuitos.Idéntico problema se nos presentara con la selectividad de los interruptores autmáticos.

Entre la fuente de energía y el lugar de defecto suele haber varios aparatos de protección contra cortocircuitos. Para desconectar lazona afectada, es necesario que los fusibles reaccionen de forma selectiva, es decir, debe desconectar primero el fusible más próximoal lugar de defecto. Si por alguna causa este fusible no responde correctamente, debe actuar el siguiente, y así sucesivamente.

La selectividad entre dos fusibles se determina gráficamente mediante la comparación de ambas características de disparo; paraello, las curvas, a la misma escala, no deben cortarse ni ser tangentes. Esto es cierto en el caso de sobrecargas y pequeñas intensidadesde cortocircuito, pero no lo es en el caso de intensidades muy grandes de cortocircuito, ya que aquí los tiempos de fusión son

4-8


extremadamente cortos y solamente es posible la selectividad en fusibles con una notable diferencia de valor nominal de laintensidad.

Según la norma VDE 0636, los fusibles cuyas intensidades nominales se encuentren en la relación 1:1.6, deben de poderdesconectar de forma selectiva.

La norma CEI 269-2, no es tan exigente, y dice que sólo los fusibles cuyas intensidades nominales estén en la relación 1:2 puedendesconectar de forma selectiva.

4.8.1. INTENSIDAD NOMINAL MÍNIMA ADMISIBLE EN UN FUSIBLE aM

La intensidad nominal mínima del fusible de protección de un motor se determina a partir de la intensidad de arranque y del tiempode arranque del mismo. En un arranque normal un fusible no debe fundir ni envejecer.

En los motores de jaula (arranque directo) la intensidad de arranque es aproximadamente de 4 a 8 veces la intensidad nominal. Eltiempo de arranque depende del par de giro del motor y del momento de inercia de todas las masas a acelerar; este tiempo suele estarcomprendido entre 0,2 y 4 segundos, pudiendo ser mayor en casos especiales de "arranque difícil".

En los motores de anillos rozantes y motores de jaula con arranque estrella-triángulo, la intensidad de arranque suele estarcomprendida entre 1,1 y 2,8 veces la intensidad nominal. El tiempo de arranque en estos casos varía muy ampliamente.

Para tiempos de arranque de hasta 5 segundos, la intensidad nominal del fusible puede ser igual a la intensidad nominal de empleodel motor, pero para valores iguales o superiores es conveniente determinar la intensidad nominal del fusible, teniendo en cuenta lascurvas características intensidad-tiempo de arranque del motor y del relé térmico de protección.

Seguidamente veamos el caso de un motor cuya intensidad de arranque es seis veces el valor nominal y el tiempo es de cincosegundos.

La intensidad nominal mínima del fusible la podemos obtener mediante la intersección de dos líneas, la determinada por el tiempode arranque tA y la correspondiente a 0,85 de la intensidad nominal IA. El punto así determinado nos marca el límite inferior de la

4-8


banda de dispersión del fusible, por lo tanto el fusible elegido deberá pasar por encima de este punto.

Observando la curva característica de la protección térmica F1 y la curva característica del fusible elegido F2, podremos observarcómo la actuación de relé térmico se extiende hasta diez veces la intensidad nominal (intersección de F1 con F2), y a partir de estevalor será el fusible el encargado de proteger el motor.

4-8


4.9. CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO EN UN PUNTO DE LA LÍNEA

Supongamos un cortocircuito producido a la salida de un transformador para baja tensión, es decir, elcortocircuito más desfavorable que puede producirse. Para determinar esta intensidad dispondremos deun método práctico basado en unas gráficas que representan las variaciones de la intensidad decortocircuito en función de la potencia del transformador y de la resistencia de la línea intercalada hastael lugar del cortocircuito.

Basándonos en estas gráficas, el procedimiento a seguir será el siguiente:

1º) Se calcula la resistencia del conductor intercalado desde el transformador hastael cortocircuito.

2º) Al valor de resistencia que resulte deberá sumarsele el valor del hilo neutro,

cuando el cortocircuito sea entre fase y neutro, y multiplicarlo por cuando elcortocircuito sea entre dos fases.

3º) El resultado obtenido se traslada al gráfico de la figura 5, donde en función dela potencia del transformador, se determinará el valor de la intensidad de cortocircuitoen amperios.

Mediante este procedimiento obtenemos la intensidad de cortocircuito en el punto elegido, y con éltendremos el poder de corte mínimo del fusible o interruptor automático que vayamos a colocar. El valorobtenido será en exceso ya que no tenemos en cuenta la reactancia de la línea.

Así, según vemos en la figura, inmediatamente después del transformador tenemos un interruptorautomático, dividiéndose el circuito en dos ramales, con sendas derivaciones a motores y resistencias decalefacción. Hasta llegar a los receptores, existen una serie de protecciones selectivas y en cada uno deestos puntos deberemos calcular la intensidad de cortocircuito para poder dimensionar correctamente

4-9


cada una de las protecciones.

Estas curvas solamente son válidas para transformadores cuya tensión de salida sea de 220/380 V.

EJEMPLO DE CALCULO

Sea una nave industrial alimentada a 220/380 V. mediante un transformador de 400 kVA. Suponiendoque el cable de salida del transformador es de cobre de sección 3,5x200 mm2. y de 23 metros de longitud,calculemos el poder de corte del interruptor automático en ese punto.

La resistencia óhmica del cable utilizado, será:

4-9


Puesto que el cortocircuito se supone entre dos fases, este resultado hay que multiplicarlo por

Las curvas características determinan para una resistencia de la línea de 0,0034 y un transformador de400 kVA., una intensidad de cortocircuito de 12.000 A.

Según esto, elegiremos un interruptor automático con un poder de corte de 12.000 A y si este valor noexiste comercialmente deberemos elegir el inmediatamente mayor que encontremos.

Cualquier cortocircuito que se produzca después será de intensidad menor, ya que la resistenciaintercalada será mayor, debiendo seguir el mismo criterio de cálculo para los sucesivos puntos

4-9


5. INSTALACIONES INTERIORES DE VIVIENDAS

5.1. GRADO DE ELECTRIFICACIÓN DE VIVIENDAS

Según establece el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión en la norma MIBT 010, en lo que serefiere a suministros en baja tensión, la carga por vivienda depende del grado de electrificación quequiera alcanzarse.

A efectos de la previsión de carga por vivienda, se establecen los siguientes grados de electrificación:

ELECTRIFICACIÓN MÍNIMA

Con una previsión de demanda máxima de 3 kW., permite una utilización de cargas fijadas en dichanorma.

El grado de electrificación de las viviendas, será el que desee el propietario de acuerdo con suutilización, pero este vendrá determinado como mínimo por la superficie de la vivienda. Así, para unaelectrificación mínima, se considera como límite de aplicaciones una superficie máxima de 80 m2.

Esquema general:

El número mínimo de circuitos será según MIBT 022:

- Un circuito destinado a puntos fijos de luz y a las tomas de corriente para alumbrado.

- Un circuito para las tomas de corriente de otras aplicaciones.

ELECTRIFICACIÓN MEDIA

Con una previsión de demanda máxima de 5 kW., permite una utilización de cargas fijadas en dichanorma.

Se considera en este caso para límite de aplicaciones una superficie máxima de 150 m2.

Esquema general:

5-1


El número mínimo de circuitos será según M.I.B.T 022.:

- Un circuito para puntos fijos de luz y tomas de corriente para alumbrado.

- Un circuito para lavadora, calentador de agua y secador.

- Uno destinado a cocina.

- Uno para tomas de corriente de otras aplicaciones.

ELECTRIFICACIÓN ELEVADA

La previsión de demanda total es de 8 kW. y permite la utilización de los aparatos correspondientes ala electrificación "Media", la instalación de un sistema de calefacción y de acondicionamiento de aire.

En electrificación elevada se considera para límite de aplicaciones una superficie máxima de lavivienda de 200 m2.

Esquema general:

5-1


El número de circuitos mínimo será según MIBT 022:

- Dos circuitos destinados a puntos fijos de luz y a tomas de corriente para alumbrado.

- Un circuito para lavadoras, calentador de agua y secador.

- Un circuito destinado a cocina.

- Dos para las tomas de corriente de otras aplicaciones.

ELECTRIFICACIÓN ESPECIAL

La previsión de demanda total se determinará en cada caso concreto.

Está destinado a viviendas con gran número de electrodomésticos o bien con potencias elevadas deestos, o bien con sistema de calefacción y de acondicionamiento de aire de gran consumo.

POTENCIAS A CONTRATAR EN BAJA TENSIÓNTARIFA 1.0

ICPM Potencias a contratar en kW.

IntensidadNominal (A)

I+N ó II220V

I + N127V.

1,5 0,330 ---

3,5 0,770 0,445

5-1


5 --- 0,635

POTENCIAS A CONTRATAR EN BAJA TENSIÓNTARIFA 2.0

ICPM Potencias a contratar en kW.

IntensidadNominal (A)

III+N380V

III220V

I + N220V.

II220 V.

1,5 1 0,6 0,33 0,33

3 2 1,2 0,66 0,66

3,5 2,3 1,3 0,77 0,77

5 3,3 1,9 1,1 1,1

7,5 4,9 2,9 1,6 1,6

10 6,6 3,8 2,2 2,2

15 9,9 5,7 3,3 3,3

20 13,2 7,6 4,4 4,4

25 9,5 5,5 5,5

30 11,4 6,6 6,6

35 13,3 7,7 7,7

40 15 8,8 8,8

45 9,9 9,9

50 11 11

63 13,8 13,8

TARIFAS 3.0, 4.0, B.0 y R.0

ICPM Potencias a contratar en kw.

Intensidadnominal (A)

III y III + N380 V

III220 V

I + N220 V

II220 V

1,5 1 0,6 0,33 0,33

3 2 1,2 0,66 0,66

3,5 2,3 1,3 0,77 0,77

5 3,3 1,9 1,1 1,1

5-1


7,5 4,9 2,9 1,6 1,6

10 6,6 3,8 2,2 2,2

15 9,9 5,7 3,3 3,3

20 13,2 7,6 4,4 4,4

25 16,4 9,5 5,5 5,5

30 19,7 11,4 6,6 6,6

35 23 13,3 7,7 7,7

40 26,3 15 8,8 8,8

45 29,6 17,1 9,9 9,9

50 32,9 19 11 11

63 41,5 24 13,8 13,8

80 53 31

100 66 38

125 82 48

160 105 61

200 132 76

250 165 95

320 211 122

400 263 152

500 329 191

630 415 240

700 461 267

800 526 305

1000 658 381

1250 823 476

1600 1053 610

2000 1316 762

5-1


5.2. CARGA TOTAL CORRESPONDIENTE A UN EDIFICIO DE VIVIENDAS

Será la suma total de las cargas correspondientes a:

- Conjunto de servicios generales del edificio.

- Locales comerciales.

- Conjunto de viviendas.

El cálculo por separado se realizará de la siguiente manera:

a) Carga del conjunto de servicios

Será suma de la potencia instalada en:

* Ascensores.

* Montacargas.

* Alumbrado del portal, escalera y todo el servicio eléctrico general del edificio.

b) Carga de los locales comerciales

* Con un mínimo de 3 kW. por abonado.

* Con 100 W / m2.

c) Carga del conjunto de viviendas

Se efectúa multiplicando el número de éstas por la potencia máxima prevista en cada una de ellas, y asu vez por un coeficiente de simultaneidad (ya que no existe coincidencia de demandas máximas).

VALORES DEL COEFICIENTE DE SIMULTANEIDAD

Número

de abonados

Coeficiente de simultaneidad

Electrificaciónmínima y media

Electrificaciónelevada y especial

2 a 4 1 0,8

5 a 15 0,8 0,7

15 a 25 0,6 0,5

mas de 25 0,5 0,4

5-2


5-2


5.3. CARGA TOTAL PARA EDIFICIOS COMERCIALES DE OFICINAS O DESTINADOS AUNA O VARIAS INDUSTRIAS

* Edificios comerciales y de oficinas 100 W/m2 y por planta y con un mínimo porabonado de 5 kW.

* Edificios industriales 125 W/m2 y por planta.

5-3


5.4. SUMINISTRO Y CONSUMO DE POTENCIA REACTIVA

Los receptores empleados tanto en las industrias como en las viviendas son de carácteróhmico-inductivos y a veces fuertemente inductivos (lámparas de descarga, motores, transformadores,etc.). Factor que supone un cos ϕ bajo, lo que conduce a las Compañías Suministradoras a aplicar tarifasespeciales a aquellos abonados cuyas instalaciones tengan un cos ϕ bajo.

Los contratos para suministro a viviendas suelen tener un cos ϕ próximo a la unidad, mientras que casitodos los contratos de uso industrial suelen tener un cos ϕ muy bajo.

Según la legislación actual, todos los abonados exceptuando a aquellos incluidos en las tarifas 1.0 y2.0, están sujetos a una penalización (recargo) o a una bonificación, atendiendo al consumo de energíareactiva.

La compañía tendrá opción a colocar por su cuenta un contador de energía reactiva, como medio parapoder garantizar la mayor exactitud en la aplicación del cos ϕ , cobrando por dicho contador el alquilermensual legalmente autorizado. En caso contrario a la colocación de dicho aparato, se verá obligada adeterminar el factor de potencia en función de los motores, lámparas de descarga y equipos de soldaduraque tenga instalados el abonado.

El abonado podrá instalar por su cuenta el citado contador, obteniéndose en un caso u otro un factor depotencia resultado de las lecturas de los contadores de activa y reactiva.

La penalización o bien la bonificación por el concepto de consumo de energía reactiva, se aplicará a lalectura del contador de activa y su cálculo se realizará por la siguiente fórmula:

Aplicando esta fórmula obtenemos la tabla siguiente:

cos ϕ 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50

Recar. - - 0,00 2,50 5,60 9,20 13,7 19,2 26,6 35,2 47Bonif. -4,00 -2,20 - - - - - - - - -

5-4


5-4


5.5. COMPENSACIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA

La potencia consumida por una instalación trifásica, viene determinada por las siguientes expresiones:

Expresiones de las cuales se puede deducir que la Intensidad aparente (I) en una instalación, aumenta amedida que disminuye el cos ϕ .

Para una misma potencia activa (Wa), solicitada de la Compañía Suministradora, la potencia aparente(Wap) absorbida será tanto mayor cuanto menor sea el factor de potencia de la instalación, con elconsiguiente aumento de la corriente que circula por la línea de suministro. Esto obliga a la Compañía aaumentar la sección de las líneas, resultando económicamente caro; de ahí la conveniencia de limitar elvalor mínimo del cos ϕ , e intentar elevarlo cuanto sea posible, cercano a la unidad sería el ideal defuncionamiento.

El cos ϕ de un receptor es una característica imposible de modificar, por ser propia de este, luego paraque una instalación pueda trabajar en su conjunto con un mejor factor de potencia, habrá que modificarlas condiciones externas de los receptores.

a) Introduciendo cargas óhmicas

Las cargas óhmicas contribuyen a mejorar el cos ϕ , ya que a la Wa del receptor o receptores, de bajo

cos ϕ , se le suma la citada carga obteniéndose según la figura:

5-5


Esta solución no es muy práctica, ya que mejoramos el factor de potencia a costa de aumentar lapotencia activa consumida, aunque sí que nos sirve para aclarar el relativamente alto cos ϕ , que tendráuna instalación con cargas fuertemente resistivas, caso que sucede en aquellas empresas que además demotores, utilizan hornos de secado, caldeo o fusión de materiales, como es el caso de industrias deplásticos, pinturas, etc.

b) Introduciendo cargas capacitivas

Un condensador consume (suministra) una intensidad reactiva de signo contrario a la inductiva, devalor:

Por lo tanto, la potencia reactiva suministrada a la red por un condensador será:

Atendiendo a las expresiones anteriores, los triángulos de intensidades y de potencias quedarán de lassiguiente manera:

5-5


La tg ϕ resultante será:

Como se puede observar, cuando la potencia reactiva del condensador sea igual a la consumida por lainstalación, el cos ϕ resultante será igual a la unidad (Wr = Wrc).

5-5


5.6. CÁLCULO DEL CONDENSADOR DE CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA

A la hora de montar los condensadores en una red trifásica, estos podrán disponerse según unaconexión estrella o triángulo. Así pues, veamos las capacidades que se necesitarán en uno y otro caso,para compensar una misma potencia.

A) CONEXIÓN EN ESTRELLA

Como los condensadores en una conexión en estrella están sometidos a una tensión simple U,obtenemos:

y despejando la capacidad:

B) CONEXIÓN EN TRIÁNGULO

Como los condensadores están conectados a tensión compuesta E por ser una conexión en triángulo,obtenemos:

despejando la capacidad:

5-6


Comparando las dos expresiones, se demuestra que:

luego:

CONCLUSIONES

- Con una disposición de los condensadores en triángulo se demuestra que la capacidad necesaria es latercera parte de la que resultaría en estrella.

- Tan sólo un inconveniente que no es determinante para su colocación, es que al estar conectados entriángulo estos soportan la tensión compuesta E, por tanto el dieléctrico utilizado tendrá que tener mayorvolumen, cuestión que incrementará el precio de dichos condensadores.

Industrialmente los condensadores para la mejora del factor de potencia vienen determinados por lapotencia reactiva y por la tensión de funcionamiento.

5-6


5.7. COMPENSACIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA EN UNA INSTALACIÓN

En la compensación del factor de potencia de una instalación, nos encontraremos fundamentalmentecon dos casos claramente diferenciados:

* Compensación individual por cada receptor o grupo de receptores que funcionansimultáneamente.

* Compensación de la totalidad de la instalación, utilizando reguladores automáticos.

La compensación individual de receptores resulta económicamente aceptable en aquellos casos en losque se disponga de pocos receptores con un factor de utilización relativamente grande. En estos casos,calcularemos la potencia reactiva consumida por cada uno de los receptores y les conectaremos elcondensador o condensadores apropiados para corregir el factor de potencia al valor deseado.

En alumbrados públicos también podremos aplicar esta forma de compensación, ya que por lo generalse trata de un grupo relativamente grande de lámparas que funcionan todas ellas simultáneamente. Noobstante, en este caso podríamos discutir la forma de compensación más conveniente, ya que es posiblehacerla en bloque o lámpara a lámpara.

Según se muestra en la figura, la compensación en bloque se resuelve colocando al principio de lainstalación el grupo de condensadores necesarios para dejar el factor de potencia al valor deseado. Deesta manera la intensidad reactiva circula por la línea hasta llegar a los receptores, debiendodimensionarla para el paso de una intensidad suma vectorial de la activa más la reactiva

Compensando individualmente cada una de las lámparas, la intensidad por la línea queda notablementereducida (solamente la componente activa), con el consiguiente ahorro de sección. Bien es verdad, que elahorro de sección puede que no compense el hecho de que un bloque de condensadores suele costarbastante menos que su equivalente en condensadores sueltos. En ausencia de otro razonamiento, en cadacaso en particular nos inclinaremos por el que resulte más económico.

5-7


La mayor parte de las instalaciones industriales utilizan una extensa gama de receptores con factoresde utilización muy variables, lo cual hace prohibitiva la solución de compensar uno a uno cada receptor.Por tal motivo a partir de cierta complejidad de las instalaciones, es recomendable la utilización dereguladores automáticos, capaces de ir poniendo o quitando una serie de bloques de condensadores quevan compensando dentro de ciertos límites la variación del factor de potencia de la instalación.

La mayor o menor precisión en la regulación del factor de potencia de una instalación, depende de trescondiciones:

* Número de pasos del regulador utilizado.

* Programa de conexión elegido para los pasos.

* Incremento previsto en el cos ϕ de la instalación.

El número de pasos, es decir, el número de bloques de condensadores de que disponemos para irponiendo o quitando en la instalación, viene limitado por el tipo de regulador elegido y suele ser de 6 ó12 pasos. Dentro del número de pasos elegido, la precisión en la regulación también depende delprograma de conexión elegido, el cual puede ser 1.1.1.... ó 1.2.2....

Un programa de conexión definido como 1.1.1.... quiere decir que los bloques de condensadoresutilizados en cada paso son todos iguales y por lo tanto, que el número de maniobras diferentes que sepuedan realizar es igual al de pasos. Así, con seis pasos, las maniobras diferentes que pueden hacerseson:

1 1+1=2 1+1+1 = 3 1+1+1+1= 4 ...1+1+1+1+1+1=6

Un programa de conexión 1.2.2.... quiere decir que los bloques de condensadores utilizados son todosiguales a excepción del primero que tiene potencia mitad. De esta manera se consigue aumentar elnúmero de maniobras diferentes que pueden realizarse, aumentando con ello la precisión en laregulación. Por ejemplo, un regulador de 6 pasos con un programa de conexión 1.2.2... puede realizar 11maniobras diferentes de compensación:

1 ; 2 ; 2 + 1 = 3 ; 2 + 2 = 4 ; 2 + 2 + 1 = 5 ; ... 2 + 2 + 2 + 2 + 2 + 1 = 11

5-7


Así pues, conociendo la potencia total capacitiva que deseamos inyectar en un circuito para mejorar elfactor de potencia, podremos conocer el valor de la potencia de cada bloque si conocemos el número depasos del regulador y el programa de conexión utilizado. Por ejemplo, una potencia capacitiva total ainyectar de 42 kVA, por un regulador de 6 pasos y un programa de conexión 1.1.1... necesita 6 bloquesde condensadores de 7 kVA., pero si el programa de conexión es 1.2.2... necesitará un bloque de 42 / 11= 3,8 kVA y cinco de 2 × 3,8 = 7.6 kVA.

El incremento previsto en el factor de potencia de una instalación, o lo que es equivalente, la relaciónmínima entre la potencia activa y la reactiva a compensar, también influye substancialmente en laprecisión de la regulación del factor de potencia, ya que cuanto mayor sea la potencia capacitiva ainyectar, mayor será la potencia de cada bloque y por tanto menor la precisión en mantener un factor depotencia determinado. Esta idea puede aclararse si nos planteamos el ejemplo de una instalación en lacual la relación mínima de activa/reactiva tenga un valor 10 / 100, y queremos compensar el factor depotencia mediante bloques de potencia 10. Las variaciones del factor de potencia según estosincrementos, serán:

Activa 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

Reactiva 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

cos ϕ 0.10 0.11 0.12 0.14 0.16 0.19 0.24 0.31 0.44 0.70 1

En este ejemplo comprobamos como una compensación mediante saltos de potencia de 10 en 10,provoca variaciones muy pequeñas cuando actúa sobre factores de potencia pequeños, mientras quecuando actúa sobre factores de potencia grandes, la influencia es mucho mayor. Esto nos demuestra quesi queremos tener una alta precisión en la regulación, deberemos iniciar la compensación sobre valores lomas altos posibles, naturalmente si ello es factible, y utilizar reguladores con el mayor número de pasosposible y en programas del tipo 1.2.2...

La aparición de los microprocesadores en los procesos automáticos ha permitido crear reguladorespara el control de la energía reactiva, de características insospechadas, ya que se les puede hacer cumplirun sinfín de condiciones que solamente es posible conseguir mediante este procedimiento.

Puede decirse que en España hay un único fabricante de reguladores, que fabrica unos modelosdeterminados para varias marcas, tales como CIRCUTOR, ASEA, etc. El Modelo Computer 6 con seispasos de salida y el Computer 12 con doce pasos, son los modelos más corrientemente utilizados, puescumplen las necesidades de la mayor parte de las instalaciones.

La alimentación de estos reguladores puede hacerse a 220 ó 380 V y la señal que actúa sobre elregulador se obtiene entre esta tensión y la obtenida a través de un transformador de intensidad derelación X / 5.

El factor de potencia de la instalación es constantemente visualizado mediante dos dígitos y suregulación puede ajustarse dentro de los límites comprendidos entre 0.85 inductivo y 0.95 capacitivo.

5-7


Por lo general el factor de potencia de una instalación se suele compensar hasta alcanzar un valor de0,9, con lo cual la compañía suministradora no penaliza, ni bonifica, al abonado. El motivo por el cual nose suele compensar a valores superiores se debe a que, en proporción, es necesario inyectar más energíareactiva capacitiva para pasar de 0,9 a 1 que la necesaria para alcanzar 0,9, tal y como puede apreciarseen la figura.

Las seis o doce salidas de los reguladores, según los casos, se hacen a través de sendos relés, los cualespueden soportar tensiones de alimentación de hasta 220 V y 7,5 A.

El tiempo de conexión y desconexión entre pasos es seleccionable con el fin de adaptar mejor elregulador a cada una de las distintas aplicaciones. Este tiempo de retardo a la conexión y desconexión Tr,puede variarse mediante las cuatro posiciones que pueden adoptar dos puentes A y B situados en elcircuito electrónico del regulador. Asociado a este tiempo de retardo existe otro tiempo de seguridad Ts,el cual proporciona un retardo entre la desconexión de un bloque de condensadores y su reconexión.

5-7


5-7


A B Tr Ts

si si 4 20

no si 10 50

si no 30 150

no no 60 300

no = No puenteado si = Puenteado

Incluso la frecuencia de alimentación de estos reguladores también puede cambiarse. Cortando unpequeño puente que lleva en su interior, el equipo que viene de fábrica para ser alimentado a 50 Hz,queda listo para ser alimentado a 60Hz.

Estas y otras características más o menos importantes cumplen estos reguladores, realizando así unimportante papel económico en todas aquellas industrias que precisen de sus servicios.

5-7


5.8. TOMAS DE TIERRA

Se define como "Toma de Tierra" a la unión eléctrica de un conductor con la masa terrestre. Esta unión selleva a cabo mediante electrodos enterrados, obteniendo con ello una toma de tierra cuya resistencia de"empalme" depende de varios factores, tales como: superficie de los electrodos enterrados, profundidad deenterramiento, clase de terreno, humedad y temperatura del terreno, etc.

Por otra parte, llamaremos "Puesta a Tierra", a la unión directa de determinadas partes de una instalacióneléctrica, con la toma de tierra, permitiendo el paso a tierra de las corrientes de falta o las descargasatmosféricas.

Según la norma 039 MIBT correspondiente a puestas de tierra, se establecen las tomas de tierra con objetode:

1º) Limitar la tensión que con respecto a tierra puedan presentar las masas metálicas enun momento dado.

2º) Asegurar la actuación de las protecciones.

3º) Eliminar o disminuir el riesgo que supone una avería en el material eléctricoutilizado.

La puesta a tierra como protección va siempre asociada a un dispositivo de corte automático, sensible a laintensidad de defecto, que origina la desconexión del circuito.

Así, la corriente a tierra producida por un defecto franco (resistencia de fuga nula, Rf = 0), debe haceractuar el interruptor automático magnetotérmico en un tiempo lo más reducido posible. Tal y como podemosapreciar en la figura, la intensidad de fuga será igual a:

Si Rt es pequeña, la intensidad de fuga resultará ser grande, provocando el disparo del magnetotérmico(ICP).

5-8


Un ligero defecto de aislamiento provoca una resistencia de fuga relativamente grande, y en consecuenciauna intensidad de fuga pequeña, por lo que el magnetotérmico no podrá actuar. No obstante, la parte exteriordel aparato receptor se encontrará a una tensión, con respecto a tierra, de:

tensión que puede ser peligrosa para la persona que toque la envoltura metálica del receptor en cuestión.

Si en estos casos queremos tener protección, deberemos disponer de un interruptor automático diferencial,capaz de cortar el circuito con la intensidad de fuga que determinemos.

Según el Reglamento de Baja Tensión, una masa cualquiera no debe estar a una tensión eficaz superior,con respecto a tierra, de:

a) 24 V. en locales o emplazamientos húmedos.

b) 50 V. en locales o emplazamientos secos.

Por lo tanto, la sensibilidad de los diferenciales deberá ser, en cada caso, de:

Así, por ejemplo, a los diferenciales de 300 mA. les corresponderá una resistencia de tierra máxima, de:

Estos valores son en teoría, ya que en la práctica para las tomas de tierra se exige que tengan unaresistencia notablemente inferior.

5-8


Los electrodos utilizados para obtener una toma de tierra para aplicaciones de baja tensión, suelen tenerformas muy variadas, aunque los más comúnmente utilizados tienen forma de barra o de placa.

Los tipos de electrodos más comunmente utilizados son:

a) Placas enterradas. Las placas de cobre tendrán un espesor mínimo de 2 mm y las de hierrogalvanizado de 2,5 mm. En ningún caso la superficie útil de la placa será inferior a 0,5 m2. Se colocarán en elterreno en posición vertical y en el caso en que sea necesaria la colocación de varias placas se separarán unos3 metros unas de otras.

Las más utilizadas son las de 0,5 m x 1 m y las de 1 m x 1 m. Para la puesta a tierra de apoyos de líneasaéreas y columnas de alumbrado público, cuando lo necesiten, será suficiente electrodos que tengan enconjunto una superficie de contacto con el terreno de 0.25 m2, con lo que se pueden utilizar de 0,5 m × 0,5 m.

5-8


b) Picas verticales. Las picas verticales podrán estar constituidas por:

- Tubos de acero galvanizado de 25 mm de diámetro exterior, como mínimo,

- Perfiles de acero dulce galvanizado de 60 mm de largo, como mínimo,

- Barras de cobre o de acero de 14 mm de diámetro como mínimo; las barras de acero tienenque estar recubiertas de una capa protectora exterior de cobre de espesor apropiado.

Las longitudes mínimas de estos electrodos no serán inferiores a 2 m. Si son necesarias dos picasconectadas en paralelo con el fin de conseguir una resistencia de tierra admisible, la separación entre ellas esrecomendable que sea igual, por lo menos, a la longitud enterrada de las mismas; si son necesarias variaspicas conectadas en paralelo, la separación entre ellas deberá ser mayor que en el caso anterior.

c) Conductores enterrados horizontalmente. Estos conductores pueden ser:

- Conductores o cables de cobre desnudo de 35 mm2 de sección, como mínimo,

- Pletinas de cobre de, como mínimo, 35 mm2 de sección y 2 mm de espesor,

- Pletinas de acero dulce galvanizado de, como mínimo, 100 mm2 de sección y 3 mm deespesor,

- Cables de acero galvanizado de 95 mm2 de sección, como mínimo. El empleo de cablesformado por alambres menores de 2.5 mm de diámetro está prohibido,

- Alambres de acero, como mínimo, 20 mm2 de sección, cubiertos con una capa de cobre de 6

5-8


mm2 como mínimo.

Con el fin de comprender de una manera más exacta el comportamiento de una buena toma de tierra,veamos seguidamente algunos de los factores que intervienen en el valor definitivo de la resistencia de latoma de tierra y de su estabilidad.

a) Resistividad del terreno

La composición química del terreno y el tamaño de las partículas que lo forman serán dos factoresdecisivos sobre el valor de la resistividad del terreno.

De los datos ofrecidos en la tabla, pueden sacarse ideas y conclusiones muy interesantes. Por ejemplo,puede deducirse que del tamaño de las partículas de que se compone el terreno depende el valor de suresistencia. Así, la arena tiene una resistividad notablemente menor que la grava.

b) Humedad

El estado hidrométrico del terreno influye de forma muy apreciable sobre la resistividad: al aumentar lahumedad disminuye la resistividad y viceversa.

Por tal motivo, y con el fin de obtener valores estables de resistencia de la toma de tierra, se aconsejaprofundizar lo más posible, para obtener terrenos con un grado de humedad lo más constante posible. Enocasiones se puede llegar a alcanzar zonas de agua (nivel freático), en donde la resistencia de la toma detierra tendrá valores bajísimos y muy estables.

c) Temperatura

Las variaciones de temperatura también afectan al valor de la resistencia de la toma de tierra, de maneraque a temperaturas bajo cero, como consecuencia de la congelación del agua que contenga el terreno, loselectrolitos se ven inmovilizados, y la resistencia crece a valores muy grandes.

Este es un motivo más para recomendar que las tomas de tierra deben hacerse lo más profundas posible,donde la temperatura del terreno alcanza valores estables. En profundidades del orden de 10 metros, latemperatura solamente sufre ligeras variaciones a lo largo del año y suele estar comprendida entre 13 y 16ºC.

d) Salinidad del terreno

Como es lógico, al aumentar la salinidad de un terreno, la resistividad disminuye. Por este motivo no esaconsejable regar con exceso los terrenos donde hay una toma de tierra, ya que las sales serán arrastradas porel agua a zonas más profundas, disminuyendo su efecto.

Según el Reglamento de baja tensión, la resistencia de tierra de un electrodo depende de sus dimensiones,de su forma y de la resistividad del terreno en el que se establece. Esta resistividad varía frecuentemente deun punto a otro del terreno, y varía también con la profundidad.

Agregar al terreno carbón vegetal y cock, no perjudica en absoluto la obtención de una buena y establetoma de tierra, no pudiendo decir lo mismo cuando se agregan al terreno otros elementos tales como sales yácidos que indudablemente mejoran la conductividad de los terrenos, pero que por ser altamente corrosivos,al cabo de un tiempo relativamente corto, oxidan y destruyen la placa, con el consiguiente aumento de laresistencia.

Con el fin de obtener una primera aproximación de la resistencia de tierra, los cálculos pueden efectuarseutilizando los valores medios indicados en la Tabla I. La Tabla II da, a título de orientación, unos valores de

5-8


la resistividad para un cierto número de terrenos.

TABLA l

Naturaleza del terreno Valor medio de la resistividad en Ω. m

Terrenos cultivables y fértiles, terraplenescompactos y húmedos

50

Terraplenes cultivables poco fértiles y terraplenes 500Suelos pedregosos desnudos, arenas secaspermeables..

3.000

TABLA lI

Naturaleza del terrenoResistividad en

Ω . mTerrenos pantanosos de algunas unidades a 30Limo 20 a 100Humus 10 a 150Turba húmeda 5 a 100Arcilla plástica 50Margas y arcillas compactas 100 a 200Margas del jurásico 30 a 40Arena arcillosa 50 a 500Arena silícea 200 a 3.000Suelo pedregoso cubierto de césped 300 a 500Suelo pedregoso desnudo 1500 a 3.000Calizas blandas 100 a 300Calizas compactas 1000 a 5000Calizas agrietadas 500 a 1000Pizarras. 50 a 300Rocas de mica y cuarzo 800Granitos y gres procedente de alteración 1.500 a 10.000Granitos y gres muy alterados 100 a 600

Bien entendido que los cálculos efectuados a partir de estos valores no dan más que un valor muyaproximado de la resistencia de tierra del electrodo. La medida de resistencia de tierra de este electrodopuede permitir, aplicando las fórmulas dadas en la Tabla III, estimar el valor medio local de la resistividaddel terreno; el conocimiento de este valor puede ser útil para trabajos posteriores efectuados en unascondiciones análogas.

La tabla III nos muestra las distintas fórmulas para el cálculo de los electrodos típicos utilizados en las

5-8


tomas de tierra.

TABLA III

TIPO DE ELECTRODO RESISTENCIA EN OHMIOS

Placa enterrada profunda -

Placa enterrada superficial -

Pica vertical -

Conductor enterrado horizontalmente -

Malla de tierra -

siendo:

R = resistencia de tierra del electrodo en ohmios.ρ = resistividad del terreno de ohmios.metro.P = perímetro de la placa en metros.L = longitud en metros de la pica o del conductor, y en malla la longitud total de los conductoresenterrados.r = radio en metros de un círculo de la misma superficie que el área cubierta por la malla.

El sistema más económico y por lo tanto el más corrientemente utilizado para realizar una toma de tierra,emplea como electrodos picas de acero cobreado de perfil cilíndrico de unos 15 mm. de diámetro y de 2metros de longitud. Este tipo de electrodos es introducido en el terreno a base de pequeños golpes,consiguiendo de esta manera tan simple, resistencias relativamente bajas.

Existen picas acoplables mediante rosca y manguito que podemos ir uniendo una detrás de la otra, hastaque las mediciones obtenidas den el valor óhmico deseado. Se inicia el proceso clavando la primera pica deextremo roscado, el cual se ha protegido de los golpes con el llamado tornillo-sufridera, pieza que se colocadurante el clavado con objeto de proteger la rosca. Una vez clavada la primera pica, se quita la pieza deprotección de la rosca y mediante un manguito roscado se acopla la segunda pica, a la que a su vez se lecoloca también en su parte superior el tornillo-sufridera, para continuar con el clavado de la segunda pica.Este proceso puede repetirse tantas veces como lo permita el terreno, pudiendo llegar, en terrenos blandos,hasta profundidades de 10 y 15 metros.

Cuando la resistencia obtenida con una sola pica resulta excesivamente grande, puede recurrirse a lacolocación de varias picas en paralelo, debiendo tener en cuenta la separación entre picas para evitar

5-8


influencia entre ellas. Puesto que la resistencia de una sola pica es

la resistencia de "n" número de picas será:

siendo K un coeficiente que se obtiene de la figura adjunta, en la que D/L es la relación que existe entre laseparación entre picas y la longitud de cada pica.

Cuando tengamos que utilizar varias placas enterradas, deberemos tener cuidado de que esten separadas almenos 3m, para evitar influencias. El agregar al terreno carbón vegetal y cock, no perjudica en absoluto laobtención de una buena y estable toma de tierra, no pudiendo decir lo mismo cuando se agregan otroselementos tales como sales y ácidos que indudablemente mejoran la conductividad de los terrenos, pero quepor ser altamente corrosivos, al cabo de un tiempo relativamente corto, oxidan y destruyen la placa, con elconsiguiente aumento de la resistencia.

5-8


5.9. MEDIDAS DE TOMAS DE TIERRA. TELURÓMETRO

Directamente sería imposible medir la resistencia de una toma de tierra, por lo que se hace precisa lautilización de un aparato especial llamado "TELURÓMETRO".

TELURÓMETRO

Este aparato se basa en el método de compensación y funciona con un generador magneto de C.A, quelleva un transformador en serie de relación exacta 1:1, es decir, que la intensidad por el primario essiempre igual a la del secundario.

Según se muestra en la figura, disponiendo de dos pequeños electrodos clavados en el suelo, comotomas de tierra auxiliares (R1, R2), además de la toma de tierra que queremos medir (Rt), ya puedenestablecerse las ecuaciones que resuelven el circuito eléctrico.

Dando vueltas a la manivela de la magneto y ajustando al mismo tiempo el potenciómetro de maneraque por el galvanómetro no pase intensidad, tendremos que esto sucederá cuando las tensiones E = r I2 yE = Rt I1 sean iguales, pero como por otra parte, las intensidades también serán iguales I1 = I2 tendremos:

y por tanto:

Es decir, la resistencia que marque el potenciómetro será igual a la resistencia de la toma de tierra.

La particularidad de este método consiste en que la medición, se hace independientemente de lastomas de tierra auxiliares que se realizan R1 y R2, aunque es aconsejable que R2 no sea muy grande, puesde ella depende la intensidad I1, y esta no conviene que sea muy pequeña.

Estas tres tomas de tierra deberán estar separadas unas de otras unos 10 m. para evitar la influenciaentre ellas.

También es importante resaltar la conveniencia de hacer estas mediciones a frecuencias distintas a laindustrial, para evitar las posibles interferencias con otras corrientes que no pertenezcan al aparato. Por logeneral las frecuencias que utilizan los telurómetros son relativamente altas, del orden de 500 a 1.200 Hz.

El telurómetro descrito corresponde a un modelo clásico de hace años; en la actualidad, basados eneste principio, se construyen modelos que sustituyen la magneto por generador a pilas y la lectura de lasmediciones se realiza, en algunos modelos, sobre un display digital.

5-9


5-9


6. CONCEPTO SPRECHER SOBRE LA PROTECCIÓN DE MOTORES

6.1. PROTECCIÓN DE MOTORES

La explotación óptima de la capacidad de los motores se hace cada día más necesaria por su graninfluencia en el concepto de rentabilidad de las instalaciones. Por otra parte, el mismo concepto exigeque la instalación sólo se pare en aquellos casos absolutamente imprescindibles. Esto requierenecesariamente el empleo de un buen sistema de protección de motores.

Para que un buen motor funcione sin problemas es necesario satisfacer los tres puntos siguientes:

1.- Elección del motor según su utilización.

2.- Montaje correcto, mantenimiento regular y funcionamiento cuidadoso.

3.- Una buena protección que detecte los peligros y, siempre que sea posible, desconecteel motor antes de la avería.

Cuando se produce un defecto en un motor no sólo hay que considerar el coste de la reparación delmismo, ya que muchas veces el coste de la parada de producción llega a ser más elevado que lareparación, como muy bien saben los responsables de producción y mantenimiento. De ahí laimportancia de un buen sistema de protección que sólo actúe cuando haya un verdadero peligro, evitandolas paradas innecesarias.

La experiencia nos demuestra la protección de motores continua siendo un problema, dado el númerode averías que se producen cada año.

En este capítulo se pretende dar información sobre las distintas posibilidades de protección existentesasí como criterios orientativos sobre la elección más adecuada en cada caso.

6.1.1. PROBLEMAS ACTUALES SOBRE LA PROTECCIÓN DE MOTORES

El resultado de un estudio hecho con más de 9.000 casos de defectos de motores en Inglaterra,Finlandia y Estados Unidos, indica que más de la mitad de los defectos producidos en los motores sedeben a sobrecarga térmica, fallo de fase y humedad, aceite, polvo, etc.

Es importante destacar que estos defectos se han producido a pesar de la presencia de un sistema deprotección normal, generalmente relés térmicos bimetálicos. Por otra parte, mientras que sólo el 25% delos casos de defectos corresponde a motores de potencia superior a los 40 kW, el coste de la reparaciónde los mismos supone casi el 80% del total, lo que demuestra claramente que una buena protección estanto más necesaria cuanto mayor es la potencia del motor.

TIPO DE DEFECTO % DEFECTOS % MEDIASobrecarga térmica 46-18 30Fallo de fase 22-5 14

6-1


Humedad, polvo, aceite, etc. 21-15 19Envejecimiento del aislante 10-7 10Defectos del rotor 13-10 13Defectos de cojinetes 3-7 5Diversos 11-5 9Basado en 9.000 casos de defectos. Defectos por año 2,5 - 4 %

Como demuestra la estadística de defectos, el arrollamiento del estator es la parte más vulnerable delmotor desde el punto de vista térmico, siendo los materiales aislantes de los conductores que forman elbobinado los principales responsables. Los aislantes utilizados están previstos para unas temperaturas defuncionamiento bien definidas según la clase de aislamiento; para motores se utilizan generalmente lasclases B y F, que admiten en permanencia unas temperaturas máximas de 120ºC y 140ºCrespectivamente.

Los motores se dimensionan normalmente para una vida teórica del orden de 25.000 horas de servicio(aproximadamente 10 años) con el aislamiento sometido a una temperatura máxima admisible enpermanencia (p.e. 120ºC para clase B). Cuando se sobrepasa esta temperatura, la vida del motor sereduce según una regla generalmente aceptada, llamada regla de Montsinger.

Según esta regla, cuando a un motor se le hace trabajar en permanencia a 10ºC por encima de su

6-1


temperatura límite (p.e. 130ºC para clase B), su vida se reduce aproximadamente a la mitad, de 25.000horas a 10.000 horas, y si se le hace trabajar a 20ºC más, su vida se reduce aproximadamente a la quintaparte, es decir, a unas 4.500 horas.

Esto equivale a decir que cuando se regula un relé térmico de forma incorrecta a una intensidadsuperior a la nominal del motor, es muy probable que éste trabaje por encima de su temperatura límite, loque supone, como hemos visto, una reducción de la vida del mismo.

Seguidamente pasemos a estudiar los sistemas más usuales de protección de motores.

6-1


6.2. RELES TÉRMICOS BIMETÁLICOS

Los relés térmicos bimetálicos constituyen el sistema más simple y conocido de la protección térmicapor control indirecto, es decir, por calentamiento del motor a través de su consumo.

Los bimetales están formados por la soldadura al vacío de dos láminas de materiales de muy diferentecoeficiente de dilatación (generalmente ínvar y ferroniquel). Al pasar la corriente eléctrica, los bimetalesse calientan y se curvan, con un grado de curvatura que depende del valor de la corriente y del tiempo.

En caso de sobrecarga, al cabo de un determinado tiempo definido por su curva característica, losbimetales accionan un mecanismo de disparo y provocan la apertura de un contacto, a través del cual sealimenta la bobina del contactor de maniobra. Este abre y desconecta el motor.

En los relés térmicos diferenciales se dispone de un sistema mecánico diferencial para la proteccióncontra fallos de fase. Si durante la marcha del motor se interrumpe una fase (p.e. L3), el bimetal de estafase se enfría y desplaza hacia la izquierda la regleta superior. Con ello se consigue una carrera adicionalen el extremo de la palanca, de forma que con una menor deformación de los otros dos bimetales seproduce el disparo.

El efecto resultante es un desplazamiento de la curva de disparo según la línea de trazos de la curvacaracterística, de forma que éste se produce con una intensidad inferior a la nominal (generalmente a 0,85de la nominal).

Se trata, pues, de una protección contra fallos de fase muy relativa, ya que el tiempo de disparodepende de la intensidad que esté consumiendo el motor. Si en el momento del fallo de fase estaintensidad fuera inferior al valor ajustado en el relé, éste no dispararía o lo haría en un tiempo muygrande. En cualquier caso se trata de un disparo lento, ya que incluso con la intensidad nominal habríaque esperar un tiempo de aproximadamente 100 segundos.

6-2


Por otra parte, los relés térmicos tienen una curva de disparo fija y está prevista para motores conarranque normal, es decir, con tiempos de arranque del orden de 5 a 10 segundos.

En los casos de arranque difícil (p.e. en centrifugadoras, molinos, grandes ventiladores, etc.), quetienen un mayor tiempo de arranque, la curva de disparo resulta demasiado rápida y el relé térmicodispararía durante el arranque. Para evitar esto hay que recurrir a algún procedimiento especial comopuentear el térmico durante el arranque o alimentarlo a través de transformadores saturables. Estoademás de encarecer considerablemente el arrancador, supone emplear procedimientos sin fundamentofísico porque en realidad lo que se hace es engañar a la protección.

Así pues, el sistema de protección por relés térmicos bimetálicos es generalmente utilizado por ser,con mucho, el más simple y económico, pero no por ello se deben dejar de considerar sus limitaciones,entre las cuales podemos destacar las siguientes:

- Curva de disparo fija, no apta para arranques difíciles.

- Ajuste impreciso de la intensidad del motor.

- Protección lenta o nula contra fallos de fase, dependiendo de la carga del motor.

- Ninguna señalización selectiva de la causa de disparo.

- Imposibilidad de autocontrolar la curva de disparo.

6-2


6-2


6.3. INTERRUPTOR AUTOMÁTICO DE MOTOR

Los interruptores automáticos de motor utilizan el mismo principio de protección que los interruptoresmagnetotérmicos. Son aparatos diseñados para ejercer hasta 4 funciones:

1.- Protección contra sobrecargas.

2.- Protección contra cortocircuitos.

3.- Maniobras normales manuales de cierre y apertura.

4.- Señalización.

Este tipo de interruptores, en combinación con un contactor, constituye una solución excelente para lamaniobra de motores, sin necesidad de fusibles de protección.

En la figura podemos ver dos circuitos diferentes de alimentación de un motor según dosprocedimientos; el primero utiliza los fusibles de protección de líneas, el imprescindible contactor y surelé térmico; el segundo solamente utiliza un interruptor automático de motor y un contactor. Lasdiferencias son notables, así que veamos los inconvenientes y ventajas estudiando la composición delinterruptor automático de motor.

6-3


Como ya hemos dicho, estos interruptores disponen de una protección térmica. Cada uno de los trespolos del interruptor automático dispone de un disparador térmico de sobrecarga consistente en unosbimetales por los cuales circula la intensidad del motor. En caso de una sobrecarga el disparo se produceen un tiempo definido por su curva característica.

La intensidad de disparo térmico es regulable dentro de ciertos límites. Para el modelo KTA3 deSprecher existen 13 modelos con intensidades comprendidas entre 0,1 A hasta 25 A. disponiendo cadauno de ellos de un campo de reglaje determinado.

La protección magnética o disparador magnético de cortocircuito consiste en un electroimán por cuyoarrollamiento circula la corriente del motor y cuando esta alcanza un valor determinado se accionabruscamente un nucleo percutor que libera la retención del mecanismo de disparo, obteniéndose laapertura de contactos en un tiempo inferior a 1 ms. La intensidad de funcionamiento del disparadormagnético es de 11 a 18 veces la intensidad de reglaje, correspondiente a los valores máximo y mínimodel campo de reglaje.

Otra característica interesante en este tipo de aparatos es la limitación de la corriente de cortocircuitopor la propia resistencia interna del interruptor, correspondiente a los bimetales, disparadores magnéticosy contactos. Este efecto disminuye a medida que aumenta la intensidad nominal del aparato.

6-3


Gracias al diseño optimizado de las piezas de los contactos y de las cámaras de extinción, estosaparatos tienen un poder de corte muy elevado. Así, por ejemplo, a 380V. el poder de corte es de 100 kA.para los aparatos de hasta 6,3 A; de 6,3 - 10 A. el poder de corte es de 10 kA, y de 10 - 25 A. el poder decorte es de 6 kA.

Una tecla de conexión START y otra de desconexión STOP o RESET permiten el mando manual delinterruptor, lo cual le faculta para que en ciertos circuitos se pueda prescindir del contactor.

Un botón giratorio, situado a un costado del interruptor, permite seleccionar la función T "TRIP", dedisparo con señalización y bloqueo de la reconexión directa. Esta función tiene la misión de que en elcaso de disparo por sobrecarga o cortocircuito la tecla STOP se desplace a una posición intermedia,aproximadamente a la mitad de su carrera total, indicando con ello el motivo de la desconexión. Paraefectuar la nueva conexión manual es necesario pulsar a fondo la tecla STOP.

Estos interruptores, en su lateral izquierdo, disponen de un alojamiento para la colocación de unbloque de contactos auxiliares. Un contacto normalmente cerrado y otro normalmente abierto puedenservirnos para todas aquellas funciones de señalización que deseemos.

También es posible desconectar a distancia estos interruptores, ya que se dispone, en su lateralderecho, de alojamiento para colocar un bobina de disparo por emisión de tensión, o una bobina dedisparo por mínima tensión.

Con todo lo dicho sobre los interruptores automáticos de motores KTA3-25, es posible llegar a laconclusión de que aunque estos interruptores no supongan el sistema ideal de protección, pueden sustituirventajosamente a los grupos fusibles/relés térmicos utilizados para la protección de motores.

6-3


6-3


6.4. PROTECCIÓN CON SONDAS TÉRMICAS

La protección con sondas térmicas constituye un magnífico sistema de protección contra lassobrecargas térmicas suaves y prolongadas. La sonda es como un termómetro que mide de forma directala temperatura del arrollamiento del motor, acusando también la influencia de otros factores externos,tales como una temperatura ambiente excesiva o una refrigeración insuficiente.

Aunque hay varios tipos de sondas, las más utilizadas son las de coeficiente de temperatura positivo(CTP) o termistancias, las cuales se caracterizan por provocar un aumento brusco de su resistenciacuando la temperatura llega a un valor determinado, llamado "temperatura nominal de funcionamiento"(TNF). Para este valor, la termistancia, conectada a un relé electrónico especial, provoca el disparo delcontactor de maniobra.

Como las sondas miden exclusivamente la temperatura del punto en que hacen contacto, esnecesario colocarlas en los puntos más críticos del arrollamiento del motor; generalmente en el fondo delas ranuras o en las cabezas de bobina del lado de salida del aire. Esto obliga a efectuar su montaje deforma cuidadosa durante la fase de bobinado del motor para asegurar un buen contacto térmico.

Además de los problemas que lleva la colocación de la sonda hay otro factor que condicionadecisivamente este sistema de protección. A pesar de su pequeña masa (como una cabeza de cerilla), lasonda reacciona con un cierto retardo definido por su constante de tiempo térmica, que en la prácticasuele ser del orden de 8 a 10 segundos.

Esta inercia térmica, normalmente olvidada, es un factor muy importante a tener en cuenta sobre todoen casos de sobrecargas bruscas o bloqueo del rotor.

6-4


Así, en la figura representamos la variación de temperatura en función del tiempo, en un motorhipotético M1 sometido a una densidad de corriente de 20 A/mm2, y la correspondiente curva detemperatura de su sensor CTP. Igualmente representamos la de un motor M2 sometido a una densidad de

corriente de 50 A/mm2, y la de su sensor. En ambos motores suponemos que sus aislantes son del tipo B.

Supongamos ahora que el motor M1 se halla trabajando a una temperatura normal de funcionamientoTNF de 110 ºC y sufre una brusca sobrecarga. Como la sonda no reaccionará hasta pasados 10 segundos,esto dará tiempo a que el motor llegue a alcanzar la temperatura de 140ºC, es decir, 140 - 120 = 20 ºC porencima de la temperatura máxima admitida por el aislante clase B.

Si ahora el motor M2 es el que sufre una brusca sobrecarga, y suponemos que también está trabajandoa una temperatura normal de funcionamiento de 110 ºC, la sobrecarga hará que la inercia de 10 segundospermita alcanzar al bobinado los 210 ºC, lo cual produciría serios daños.

Como las sondas térmicas sólo pueden detectar calentamientos con un cierto retardo, no suministranuna protección rápida, como sería de desear, en los casos contra fallos de fase, bloqueo del motor,cortocircuito entre fases, y defectos o derivaciones con respecto a tierra. Tampoco las sondas térmicasprotegen a los conductores de alimentación, por lo que su empleo sólo es aconsejable en combinacióncon otros sistemas de protección.

6-4


6.5. PROTECCIÓN ELECTRÓNICA DE MOTORES

El secreto de una buena protección está en simular lo más exactamente posible el comportamientotérmico del motor, lo que evidentemente no es nada fácil.

Son muchas las causas que afectan al buen funcionamiento de un motor y por lo tanto solamente undispositivo electrónico es capaz de realizar los distintos reglajes y las distintas combinaciones necesariaspara poder cubrir la casi totalidad de las posibles causas de avería que se pueden presentar en un motor.

Seguidamente pasamos a describir dos modelos electrónicos para la protección de motores: el modeloCEF1 y el modelo CET3, ambos de la casa Sprecher.

6.5.1. RELÉ ELECTRÓNICO DE PROTECCIÓN DE MOTOR CEF1

Se trata de un aparato de fijación sobre rail omega en el que todos los elementos de mando yseñalización se han dispuesto en la parte frontal del aparato.

El CEF1 realiza todas las funciones de simulación que le caracterizan mediante la señal extraída detres transformadores de intensidad, incorporados en el propio aparato. De esta forma podemos decir queno hay una conexión directa del relé con el circuito de potencia que alimenta al motor.

El circuito electrónico del relé se alimenta con tensión alterna de 220V., lo cual quiere decir que en lagran mayoría de los casos obtendremos esta tensión entre una cualquiera de las fases de alimentación delmotor y el neutro.

Al igual que la mayoría de los relés electrónicos, la combinación de todas sus características yfunciones se traduce finalmente en dos contactos, uno normalmente cerrado y otro normalmente abierto.Por lo general es el contacto normalmente cerrado el que se utilizará para desactivar la función memoriadel contactor, en caso de detección de avería, y el normalmente abierto para la señalización.

Pasemos seguidamente a describir las distintas funciones que es capaz de realizar el relé CEF1.

Reglaje de la intensidad nominal

La intensidad nominal de empleo del motor In se regla de forma digital con la ayuda de 8conmutadores de contacto deslizante. Para ello hay que desplazar hacia la derecha los conmutadores que,sumados los valores de base de los dos modelos existentes (20 A. para el CEF1-11 y 12 y 160 para elCEF1-22), completen el valor de la intensidad de empleo del motor.

6-5


Esto nos muestra como el campo de reglaje del modelo CEF1-11 y 12 puede hacerse de 20 a 180 A.mientras que el modelo CEF-22 tiene un campo de reglaje de 160 a 400 A. A primera vista parece queeste tipo de relé no cubre la gama de motores pequeños, (menos de 20 A.), pero no es así, ya que la gamacomprendida entre 0,5 y 20 A. puede obtenerse dotando a los transformadores de intensidad de los pasosnecesarios, con los conductores de alimentación del motor, para conseguir la relación de transformacióndeseada.

Protección contra sobrecargas

La curva de variación por sobrecargas puede variarse a voluntad mediante conmutadores deslizantessituados en la parte frontal del aparato. La selección de la curva se hace regulando el tiempo de disparo,para el que la intensidad resulta ser 6 veces la nominal entre 2 y 30 segundos, en escalones de 2segundos.

Disponer de una curva de disparo variable nos permitirá adaptarnos a la forma de arranque del motor,pues si se trata de un arranque rápido (p.e. en una bomba sumergida), elegiremos una curva rápida, y porel contrario si se trata de un arranque difícil (p.e. en centrifugadoras, molinos o grandes ventiladores),elegiremos una curva lenta.

Autocontrol de la curva de disparo

Mediante un pulsador situado en la parte frontal del aparato se puede realizar el Test "6xIn", es decir,pulsando este botón simulamos las condiciones en las que la intensidad por el motor es seis veces lanominal, debiendo efectuarse el disparo en el tiempo prefijado.

6-5


Señalización de sobrecarga

Cuando la intensidad del motor supera el 110% del valor ajustado para la intensidad nominal, existe undiodo luminoso (LED), que se ilumina de forma intermitente. Con ello se puede controlar la duración delarranque o ajustar la intensidad nominal a su justo valor.

Protección contra fallos de fase y asimetría

En el caso de fallo de fase o asimetría de las intensidades superiores al 25%, el relé CEF1 dispara en1,5 segundos durante el arranque y en 3 segundos en marcha normal, independientemente de la carga delmotor. El disparo queda señalizado mediante el LED correspondiente.

Protección térmica mediante sonda CTP

El CEF1 lleva incorporada la circuitería correspondiente al disparo por sondas térmicas. El disparotérmico, la ruptura o el cortocircuito de la sonda son señalizados mediante un LED.

Pulsador reset

Después de un disparo del relé, este debe ser rearmado manualmente mediante un pulsador de "Reset"colocado en la parte frontal del aparato. Cuando el disparo se ha producido por sobrecarga, el rearmetarda un tiempo en poder realizarse con el fin de dar tiempo a que se enfríe el motor.

Señalización del estado de funcionamiento

Un diodo luminoso, LED, de color verde, señala la presencia de alimentación y que el aparato estápreparado para entrar en servicio.

La conexión del relé es muy simple ya que se alimenta como hemos dicho anteriormente a 220V., lostransformadores de intensidad incorporados obtienen la señal de mando del relé, y el contactonormalmente cerrado, 95-96, sirve para controlar la función memoria del contactor. El contacto

6-5


normalmente abierto, 97-98, se utiliza como señalización.

1.- Reglaje de la intensidad nominal.

2.- Selección de la curva de disparo.

3.- Señalización de disparo por sondas CTP.

4.- Señalización de fallo de fase o asimetría.

5.- Señalización de disparo por sobrecarga o de corriente de sobrecarga (intermitente).

6.- Señalización del estado de funcionamiento.

7.- Conexión de la tensión de alimentación.

8.- Bornes de conexión de los contactos.

9.- Botón test para autocontrol de la curva de disparo 6 x I.

10.- Botón de rearme.

11.- Conexión de las sondas térmicas.

6-5


La tensión de alimentación, 220V., del relé y del circuito de mando del motor la podemos obtenerentre una de las fases L1 y el neutro de la red general.

La función memoria tiene como pulsador de mando el contacto 13-14, como pulsador de paro el21-22, siendo el contacto de retención el 13-14, perteneciente al contactor K1M.

6-5


6.6. CRITERIOS DE ELECCIÓN DE UN SISTEMA DE PROTECCIÓN

Establecer unos criterios generales para la elección del sistema de protección más adecuado en cadacaso no resulta fácil, entre otras razones porque la elección depende de la responsabilidad delfuncionamiento del motor en el conjunto de la instalación.

En primer lugar habrá que tener presente las características de los distintos sistemas de protecciónestudiados.

En segundo lugar es necesario considerar el precio de cada sistema de protección en comparación conel coste de un motor nuevo y con el coste de la reparación del mismo. Los precios aproximados se hanindicado para la gama de potencias más usuales, considerando motores de jaula de ardilla, 380/660 V,forma B-3 y protección IP-54.

Así, sobre la figura siguiente podemos ver cómo para un motor de 15 CV. el térmico vale 3.200 pts., elKTA3 5.200 pts., el CEF1-11 21.000 pts., el CET3 75.200, el precio del motor nuevo es de 80.000 pts. yrebobinar el estator cuesta unas 30.000 pts.

Ahora, fácilmente podemos deducir que a partir de 15 CV el coste de la reparación del motor essuperior al precio del relé electrónico CEF1-11, mientras que a partir de 50 CV, el coste de la reparaciónes superior al precio del relé electrónico de protección integral CET3. Es decir, que con una sola vez quese evite el quemado de un motor queda amortizado el coste de la protección y todo ello, sin considerar lapérdida de producción originada por la sustitución del motor averiado.

A la vista de todos los factores considerados (características y precios) aconsejamos utilizar el criteriode elección siguiente:

6-6


* Hasta 15 CV, relés térmicos o mejor aún, interruptores automáticos de motor, KTA3-25 sin fusibles. * A partir de 15 CV, relés electrónicos CEF1. * A partir de 50 CV, relés electrónicos CET3, y si la inversión no es posible, relés CEF1. * A partir de 100 CV, relés electrónicos CET3. * Siempre que sea posible, como complemento es aconsejable instalar también la sonda térmica CTP, yaque como vimos es la mejor forma de proteger el motor contra una temperatura ambiente excesiva o unfallo del sistema de refrigeración.

6-6


6-6


7. ELECTRODOMÉSTICOS

7.1. HORNOS MICROONDAS

Los hornos microondas son hornos que alimentados mediante energía eléctrica producen ondaselectromagnéticas de una determinada frecuencia, llamadas MICROONDAS, siendo su principalfinalidad la de calentar alimentos.

Dentro del espectro de frecuencias, las microondas se sitúan entre la radiofrecuencia y la luz infrarroja,compartiendo las propiedades de ambas radiaciones, por lo que se utilizan tanto en comunicaciones(ondas de radio) como para cocinar (rayos infrarrojos).

La propiedad de las microondas de poder ser moduladas, las hace aptas para ser utilizadas encomunicaciones, pues en determinadas condiciones atmosféricas se propagan mejor que otras ondas demenor frecuencia. A semejanza con las radiaciones luminosas, las microondas pueden ser proyectadas enforma de haces compactos, por lo que su utilización resulta imprescindible en ciertas comunicaciones deradio y TV, así como también en las transmisiones vía satélite.

El radar también funciona a base de microondas. Aprovechando la facilidad de enviarlas en hacesrectilíneos, es posible detectar la posición, velocidad y trayectoria, de objetos muy distantes, tan sólo conanalizar las ondas reflejadas por estos.

Dentro del espectro electromagnético, las microondas son ondas cortas de una longitud comprendidaentre unos pocos milímetros y varios centímetros, lo cual equivale a decir que su frecuencia de oscilaciónestará comprendida entre unos cuantos cientos de megaciclos y unos miles de megaciclos.

7-1


Al igual que sus vecinos, los rayos infrarrojos, las microondas comparten la propiedad de hacer vibrarciertas moléculas de los cuerpos que atraviesan, calentándolos, propiedad que es utilizada en los "hornosmicroondas".

Así pues, si colocamos un alimento dentro de la influencia de un campo electro-magnético de, porejemplo, 2.450 MHZ., las cargas eléctricas de las microondas se tropezarán con las cargas eléctricas delalimento expuesto, y debido a la ley de atracción y repulsión, las del mismo signo se repelerán y las dedistinto se atraerán, dando lugar a un movimiento oscilatorio entre moléculas, que a su vez crea unafricción entre ellas y en consecuencia un calentamiento.

Naturalmente, éste calentamiento está en función del número de oscilaciones y éstas son función de lafrecuencia; en el caso que nos ocupa, por ser la frecuencia 2.450 MHz., los cambios de polaridad y portanto las oscilaciones serán de 4.900 millones por segundo. Si además tenemos en cuenta que hay delorden de 125 cuatrillones de moléculas por mm3 de alimento, no es difícil imaginar los frotamientos queresultan y la rapidez con que se produce el calor.

No todas las moléculas de que se compone un cuerpo sufren el efecto descrito; para que se produzca,las moléculas deben tener una configuración dipolo. Una molécula con una configuración dipolo deberátener una carga positiva a un lado y una carga negativa en el otro, es decir, con dos polos opuestos, comoun imán.

El agua, compuesta por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, forma una molécula conconfiguración dipolo; el átomo de oxígeno forma el núcleo central de la molécula y está cargado deenergía positiva, mientras que los átomos de hidrógeno forman la capa orbital y poseen energía negativa.Las grasas, albúminas e hidratos de carbono también tienen sus moléculas en configuración dipolo.

Molécula de agua

7-1


Puesto que los materiales que nos interesa exponer al horno microondas son los alimentos comestibles,y estos están compuestos fundamentalmente por moléculas de agua (entre un 70 y un 90%), grasas ehidratos de carbono en mayor o menor proporción, se comprende el elevado rendimiento de este tipo dehornos.

Este efecto selectivo de las microondas sobre los materiales que son dipolares, nos demuestra cómo esposible calentar el contenido de un plato y sacarlo con la mano desnuda sin quemarse; lo que se hacalentado es el contenido y no el plato, porque la loza es un material no dipolar.

La acción de las microondas sobre los distintos materiales puede dividirse en tres grupos:

A) Materiales sobre los que las microondas se reflejan según las leyes de la óptica. Estoes lo que sucede con todos los materiales metálicos; su comportamiento frente a las ondas esequivalente a un espejo.

B) Materiales eléctricamente neutros sobre los cuales las microondas pasan sin causarningún efecto. Son transparentes a las microondas y por tanto no se calientan: los plásticos,el vidrio, la cerámica, el papel, etc..

C) Materiales con configuración dipolar que absorben las microondas y en consecuenciase calientan. Estos materiales son principalmente el agua, las grasas, las albúminas y loshidratos de carbono.

Otra cuestión digna de tener presente es la forma de actuación de las microondas frente a los métodosconvencionales. Mientras que en los métodos tradicionales de cocción, el calor va entrando en los

7-1


alimentos desde el exterior al interior por transmisión de calor, las microondas surten efecto directamenteen todo el volumen a calentar, hasta cuatro centímetros de profundidad. El punto de máximocalentamiento se encuentra a un centímetro y medio de la superficie tratada.

7.1.1. CONFIGURACIÓN DE UN HORNO MICROONDAS

Tal y como puede comprobarse en el esquema, un horno a microondas está constituido por una fuentede alimentación, un Magnetrón generador de las microondas, un canal de guía de ondas, un agitador deondas y una cavidad de cocción. Todo este conjunto dispone de una serie de controles y temporizadoresque garantizan el buen funcionamiento del horno.

Fuente de alimentación

La fuente de alimentación consta de un transformador y de un doblador de tensión.

El transformador, con un primario alimentado a 220 V., dispone de dos secundarios, uno quesuministra 3,5 V. para alimentar el filamento del magnetrón, y otro que suministra 2000 V.

Un condensador y un diodo forman el doblador de tensión para de esta forma obtener los 4000 V. quenecesita el magnetrón.

7-1


Magnetrón

El magnetrón esta formado por un cátodo caldeado por un filamento, un ánodo y un imán que rodea elconjunto.

Cuando se aplica tensión (3,5 V.) al filamento, éste calienta al cátodo y emite electrones que se venatraídos por los 4000 V. aplicados al ánodo. Los electrones que en condiciones normales saldrían en línearecta en dirección al ánodo, se ven frenados por el campo magnético y obligados a moverse en un orbitalsituado entre el ánodo y el cátodo.

El paso de los electrones por las proximidades del ánodo, en donde están situadas pequeñas cavidadesresonantes, produce las oscilaciones de alta frecuencia, 2.450 MHZ.

Aunque la intensidad electrónica que es capaz de emitir un cátodo es muy pequeña, como la tensión deánodo es muy grande, la potencia total suministrada es relativamente grande, del orden de 1.000 W. Laenergía del microondas obtenida es radiada por una antena dispuesta en el magnetrón e introducida en unguía-ondas que las dirige a la cavidad del horno.

Cavidad de cocción. Guía-ondas

La cavidad de cocción es simplemente una caja metálica donde se coloca el alimento a cocinar.

7-1


Las microondas son dirigidas desde el magnetrón hasta la cavidad de cocción mediante una canal quelas transporta con escasas pérdidas. Este canal guía-ondas, debe tener unas dimensiones muy precisas,estando directamente ligadas a la frecuencia que transporta.

Al entrar las microondas a la cavidad de cocción, son agitadas por una especie de ventilador que haceque se dirijan en todas las direcciones, rebotando sobre las paredes metálicas hasta que son absorbidaspor el alimento.

Algunos hornos disponen para la colocación de los alimentos, de un soporte o plato giratorio que haceque el alimento aproveche mejor la distribución de las microondas.

Naturalmente las zonas de mayor potencia de microondas se encuentran en el centro del platogiratorio.

Control y temporizadores

Además de los tres microinterruptores que lleva la puerta del horno para asegurar su desconexióncuando la puerta esté abierta, el circuito dispone de dos temporizadores para el control del tiempo defuncionamiento de horno y para el control de la potencia.

Por otra parte, estos hornos disponen de dos protecciones térmicas y una protección contrasobretensiones.

Las protecciones térmicas se hacen a través de dos termostatos de seguridad, uno que controla latemperatura de la cavidad del horno y otro que controla la temperatura del magnetrón.

7-1


Con el fin de evitar que pueda llegar al transformador de alimentación del magnetrón un exceso detensión, se dispone de un relé de sobretensión.

Así, cuando la tensión sobrepase los 220 V., el contacto del relé se abrirá, haciendo pasar la corriente através de una resistencia de 20 Ω. Esto provoca una caída de tensión en la resistencia, con la consiguientedisminución de la tensión.

7.1.2. DESCRIPCIÓN DE UN HORNO MICROONDAS

Un horno microondas consta de los siguientes elementos:

1.- PESTILLOS PUERTA

Utiliza un mecanismo automático de cierre. Cuando se cierra el pestillo queda automáticamenteenclavado.

7-1


2.- VENTANA PUERTA

7-1


Permite ver los alimentos mientras se cocinan. Sin embargo las microondas no pueden pasar a travésde la pantalla metálica que va colocada entre el cristal.

3.- PLATO DE COCCIÓN

Los alimentos se pueden cocinar directamente sobre el plato. Gira durante la cocción y asegura lamáxima absorción de las microondas.

4.- DISPERSOR DE ONDAS

Opera cuando se utiliza el horno y proporciona una mayor agitación de las microondas. Un tape deplástico lo protege de posibles salpicaduras de los alimentos.

5.- SELECTOR VARIABLE DE POTENCIA

El selector de potencia permite la selección de distintas potencias de cocción mediante ciclos deparo-marcha.

6.- RELOJ TEMPORIZADOR

Es un reloj que controla el tiempo de funcionamiento del horno. Puede controlarse entre 1' y 45'.

7.- PILOTO DE FUNCIONAMIENTO

Se ilumina cuando la tecla de puesta en marcha está pulsada, la puerta cerrada y el temporizador enposición de funcionamiento.

8.- TECLA DE PUESTA EN MARCHA

Pulsándola comienza el proceso de cocción; previamente se habrá seleccionado, con el selector, lapotencia y con el temporizador, el tiempo. Si durante la cocción se abre la puerta, la tecla debe volver apulsarse para continuar una vez que la puerta haya sido cerrada.

9.- TECLA APERTURA PUERTA

7-1


Pulsando actúa el mecanismo que abre la puerta y desconecta el paso de corriente a todos losreceptores, excepto a la lámpara de luz interior del horno, siempre que el temporizador esté conectado.

10.- LUZ INTERIOR

Se trata de una lamparita que ilumina el interior del horno. Funciona siempre que el temporizador noesté en posición "0" y no haya ningún termostato de seguridad, bien del horno o del magnetrón, abierto.

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS HORNOS DE 27 LITROS

ESPECIFICACIONES TECNICAS

Tensión de alimentación 220 V. 50 Hz.

Potencia de consumo 1250 W.

Potencia aprovechada en calor 650 W.

Tipo de fusible SOC 250 V. - 10 A.

Filtro antiparasitario

Tensión de entrada del transformador 220 V. 50 Hz

Tensiones de salida del transformador 3,5 V. , 2.000 V.

Entrada del circuito doblador 2.000 V.

Salida del circuito doblador 4.000 V.

Frecuencia producida por el magnetrón 2.450 MHz.

Oscilación de las microondas 4.900 millones/sg.

Temperatura máxima del magnetrón 140 + 5ºC

Capacidad de la cavidad del horno 27 litros

Temperatura máxima en la cavidad del horno 120 + 5ºC

Plato giratorio 320 mm.

Peso 27 kg

DIMENSIONES EXTERIORES CAVIDAD INTERIOR

ANCHO 550 mm. 330 mm.

ALTO 380 mm. 270 mm.

7-1


PROFUNDO 410 mm. 340 mm.

7-1


7.1.3. COMPROBACIÓN DE LA POTENCIA DE UN HORNO MICROONDAS

Tal y como se especifica en los datos técnicos, la potencia consumida por el horno es de 1.250 W.,mientras que la que realmente se obtiene en el plato es de 650 W. Comprobar prácticamente este datoresulta relativamente sencillo si nos planteamos el problema de determinar la cantidad de energía queabsorbe una cierta cantidad de agua expuesta durante un tiempo al efecto de las microondas.

Cuando una potencia eléctrica P actúa durante un tiempo t, produce un número de calorías igual a:

Por otro lado, si un volumen de agua V a una temperatura Tamb se introduce en un horno y al cabo decierto tiempo la temperatura del agua aumenta a un valor T, esto quiere decir que el agua ha recibido unnúmero de calorías igual a:

Como el calor aportado por el horno es igual al recibido por el agua, tendremos que:

de donde:

Así, conociendo la elevación de temperatura que experimenta un determinado volumen de aguadurante un cierto tiempo, podremos determinar la potencia desarrollada por el horno.

Por ejemplo: un litro de agua (1.000 ml.) expuesto durante tres minutos (180 seg) provoca un aumentode temperatura del agua de 28ºC., lo cual nos indica que el horno esta suministrando 633 W.

7-1


7.2. LAVADORAS

Una lavadora equivale, eléctricamente, a un curioso y valioso electrodoméstico cuyo sistema defuncionamiento es digno de tener en cuenta.

La pieza fundamental de toda lavadora es el programador, el cual se encarga de coordinar elfuncionamiento de los distintos elementos de que se compone una lavadora.

Estos elementos son:

1.- Electroválvula.

2.- Grupo motor-bomba.

3.- Detector de nivel.

4.- Resistencia calefactora.

5.- Motor de lavado-centrifugado.

Electroválvula

La electroválvula es un dispositivo mediante el cual se llena de agua la lavadora. La bobina de unelectroimán, alimentada a 220 V., acciona una membrana que deja paso o corta el caudal de agua.

Cuando se aplica tensión a la electroválvula, el paso de agua a la lavadora queda abierto, admitiendoun caudal que depende de la presión del agua de la red de suministro, y que suele ser de 8 litros porminuto, para una presión de red de 2 kg./cm2.

Grupo motor-bomba

Se trata de un pequeño motor, 150 VA. de consumo, acoplado a una pequeña bomba, capaz de sacarun caudal de agua del orden de 22 litros por minuto. El cuerpo de la bomba lleva incorporado un tape queaccede a un filtro de desagüe.

Detector de nivel

La misión del detector de nivel es dejar que la lavadora se llene de agua hasta una altura determinada,aproximadamente 13 cm. Un pequeño tubo introducido en el interior del tambor, acciona por presión auna membrana que actúa sobre un contacto conmutado (un contacto se abre y el otro se cierra).

Esta no es la única misión del detector de nivel, ya que si el nivel de agua sigue subiendo por cualquiermotivo, voluntario o involuntario, al sobrepasar en 12 cm. el nivel anteriormente descrito, 13 + 12 = 25cm., se cierra un nuevo contacto cuya misión, como veremos más adelante, será la de poner en marcha elgrupo motor-bomba. Esto es lo que da lugar a lo que más tarde llamaremos segundo nivel de llenado.

7-2


Resistencia calefactora

La resistencia calefactora tiene como misión calentar el agua a un valor prefijado por un termostato.La potencia consumida por esta resistencia es de 3000 W.

Motor de lavado-centrifugado

Se trata de un motor de doble devanado, uno para la operación de lavado y otro para la decentrifugado.

El devanado para la operación de lavado, confiere al motor una velocidad de 450 rpm y un consumode 300 VA. Mediante un condensador, es posible invertir el sentido de giro del motor, operaciónampliamente repetida en los ciclos de lavado.

El devanado correspondiente al centrifugado imprime al motor una velocidad de 2.800 rpm y tiene unconsumo de 750 VA.

El conjunto del motor se halla térmicamente protegido mediante un bimetal que autodesconecta elmotor cuando por alguna circunstancia se calienta en exceso.

7.2.1. FUNCIONAMIENTO DE UNA LAVADORA

El funcionamiento de una lavadora se centra fundamentalmente en cuatro operaciones: prelavado,lavado, aclarados y centrifugado.

La operación de prelavado, al igual que la de lavado, consiste en una recogida de agua con detergente,un movimiento cíclico del tambor con sucesivas inversiones del sentido de giro, y un calentamientosimultáneo del agua. Transcurrido un cierto tiempo de prelavado o lavado, se procede a un segundollenado, hasta el segundo nivel, seguido de un vaciado.

7-2


Los aclarados consisten en sucesivos llenados, primero a un nivel y luego al llamado segundo nivel,seguidos de movimientos cíclicos con inversiones del sentido de giro. Cada uno de estos ciclos terminacon un vaciado.

El centrifugado tiene por objeto extraer el agua de las prendas lavadas, por lo tanto durante éste tiempose procede también a un vaciado.

7.2.2. CIRCUITO ELÉCTRICO DE UNA LAVADORA

El circuito eléctrico de una lavadora es relativamente sencillo, así como su funcionamiento. Sisuponemos cerrados el interruptor general I.G., el de puerta I.P. y el de línea 22-2, la electroválvula através del contacto 51-52 cierra circuito, y en consecuencia empieza a entrar agua a la lavadora (laelectroválvula se halla en serie con el motor-bomba, pero esto no supone ningún inconveniente, ya que laimpedancia de la electroválvula es mucho mayor que la del grupo motor-bomba).

Cuando el nivel del agua ha alcanzado el valor determinado por el detector de nivel, el contacto 51-52se conmuta y pasa a la posición 51-53, el cual deja a la resistencia de caldeo en posición apta parafuncionar siempre que el contacto 7-27 del programador lo permita, así como el termostato C.T.

Si el contacto del programador 13-21 se cierra, la electroválvula también se acciona, llenando lalavadora hasta nuevo nivel "segundo nivel". Caso de que este nivel fuera sobrepasado, el contacto 51-53pasaría a la posición 51-53-54, con lo que se pondría en marcha la bomba y se vaciaría el exceso denivel.

7-2


7-2


El grupo motor-bomba se acciona también cuando el contacto del programador 13-29 se cierra.

El motor de lavado está en posición cuando los contactos 28-08 y 23-3 están cerrados, siendo elcontacto 13-25 el que determina su puesta en marcha. Los contactos 45-41 y 45-42 conectan a un lado uotro el condensador, con lo que se consigue la inversión del sentido de giro del motor.

Cuando los contactos 28-8 y 23-03 están cerrados, el motor se encuentra en posición de centrifugado,siendo el contacto 24-8 quien determina su puesta en marcha. El pulsador manual E.C. de exclusión decentrifugado sirve para eliminar, si se desea, esta función.

7.2.3. PROGRAMADOR

El programador es el cerebro de toda lavadora. Se trata de un pequeño motor síncrono que vamoviendo una serie de levas según un programa preestablecido, y éstas a su vez van cerrando o abriendouna serie de contactos.

Por lo general, los programadores de lavadoras disponen de 60 impulsos o posiciones, con unostiempos entre impulsos que varían según los tipos, en nuestro caso, 2'-8'-24'. Las levas se van moviendo alo largo de estos 60 impulsos configurando la característica propia de cada programador.

7-2


Así, el contacto 22-2 llamado "línea" supedita el total funcionamiento de la lavadora y por tanto es elque determina los programas que hay en cada ciclo. En este caso el ciclo de 60 impulsos de la lavadoraestá dividido en tres programas, uno de 34 impulsos, otro de 20 y un último de 3.

Siguiendo detenidamente el diagrama de tiempos del programador iremos determinando la función quese realiza en cada impulso.

La lavadora descrita corresponde a un modelo ampliamente comercializado con distintas marcas,Balay, Philips, Zanussi. etc. y un único fabricante, Balay. Naturalmente existen otros modelos massofisticados que incluyen alguna otra función como por ejemplo la regulación de velocidad delcentrifugado, la función Flot, ahorro de agua y energía en casos de poca carga, etc., pero en esencia todoslos modelos son muy similares.

7-2


7.3. TERMOS ELÉCTRICOS

El termo eléctrico es posiblemente el electrodoméstico más utilizado, después de la lavadora.

Se trata de un calderín o depósito de agua al que interiormente se ha colocado una resistencia eléctricade una potencia determinada. De esta manera el agua se calienta a una cierta temperatura durante untiempo que depende de la capacidad del depósito, de la potencia de la resistencia eléctrica, y de latemperatura de entrada del agua.

Suponiendo un depósito sin pérdidas de calor, tendremos que el calor aportado por la resistenciaeléctrica será igual al calor recibido por el agua.

Por ejemplo, un termo de 50 litros de capacidad lleva incorporada una resistencia de 1,5 kW., por tantoel tiempo que tardará en calentar el agua de 15 ºC a 60 ºC, será:

Naturalmente este es un tiempo teórico, ya que el termo, pese a llevar una capa de aislante térmico(poliuretano), tiene unas pérdidas, y por consiguiente el tiempo que tarda es ligeramente mayor.

Algunos fabricantes aprovechan la particularidad de utilizar la combinación de dos resistencias"serie-paralelo", para dar al termo la posibilidad de tener dos potencias y por tanto dos velocidades decalentamiento: mínima "resistencias en serie" y máxima "resistencias en paralelo".

Comercialmente son dos los modelos que se fabrican:

- Modelo lujo.

- Modelo superlujo.

Cada modelo tiene unas características específicas que naturalmente se ven reflejadas en el precio finalde venta al público.

Así, en un termo eléctrico la regulación de la temperatura se realiza por medio de un termostatoencargado de conectar y desconectar las resistencias eléctricas según las necesidades. Este termostato esfijo (70ºC) para el modelo de Lujo y regulables exteriormente entre 30 y 70ºC, en el modelo Superlujo.

Un calentamiento excesivo del agua por fallo del termostato podría ocasionar un serio accidente, por loque todos los modelos están protegidos por un limitador de seguridad que corta la alimentación y deja sintensión al termo en caso de fallo del termostato.

La resistencia calefactora se halla en el interior de un vaina metálica que la protege, por tanto no seencuentra en contacto directo con el agua; esto supone una gran ventaja y seguridad.

7-3


Una pieza especialmente interesante en todo termo eléctrico es la barra de magnesio. Su misión es lade hacer de ánodo sacrificable, es decir, que evita la corrosión del depósito del termo a costa de su propiadestrucción.

La instalación de este tipo de electrodoméstico es muy sencilla y solamente habrá que tener presenteunas cuantas consideraciones fundamentales.

Así, siempre que la presión del agua procedente de la red de alimentación sobrepase la presión de 5kg/cm2 se deberá colocar un reductor de presión en la tubería de entrada al termo.

Con el termo el fabricante deberá suministrar una válvula de seguridad, que se coloca en la entrada delagua fría, y que tiene una triple finalidad:

1) Contrarrestar el aumento de presión en el interior del termo, como consecuencia delaumento de temperatura. Esto se consigue purgando automáticamente el exceso por laboquilla de drenaje.

2) Evitar que el termo pueda vaciarse de forma involuntaria.

3) Vaciar el termo por el desagüe, accionando el grifo de vaciado que lleva dicha válvulade seguridad.

7-3


CARACTERÍSTICAS GENERALES

CAPACIDAD 30 l. 50 l. 75 l. 100 l. 150 l.

POTENCIA/TENSIÓN 0,75 kW (mínima) 1,5 kW (máxima) 220 V.

TIEMPO CALENT.

A 60ºC (∆ t = 45ºC)

1h 3' 1h 45' 2h 38' 3h 30' 5h 16'

DIÁMETROS TUBOS Rosca gas 1/2" Rosca gas 3/4"

PERSONAS 2 4 6

7-3


30 l. 50 l. 75 l. 100 l. 150 l.

A 536 736 675 840 1179

B 598 798 737 902 1241

C 596 796 730 898 1234

D 380 380 489 489 489

E 393 393 516 516 516

F 120 120 175 175 175

G 235 435 280 435 790

H 155 200 250 250 250

I 160 160 230 230 230

J 185 185 440 440 440

También en el tubo de entrada del agua fría, deberá colocarse un llave de paso con el fin de cortar,cuando se desee, la entrada de agua hacia el termo.

Otra cuestión digna de tener presente es la posible formación de pares galvánicos al conectar lastuberías del termo con las de la red general de alimentación. Para evitar este riesgo se utilizarán losmanguitos plásticos que van con el termo y que le dejan aislado del resto.

La instalación eléctrica de un termo no precisa de nada fuera de lo normal, pero sí debe ajustarse alReglamento Electrotécnico para Baja Tensión.

7-3


Así, la instalación eléctrica deberá hacerse a través de un interruptor omnipolar, disyuntor o contactor,debiendo proteger la instalación con fusibles del calibre correspondiente a la intensidad absorbida.

Puesto que toda instalación debe llevar su correspondiente toma de tierra, para facilitar esta conexiónel enchufe del termo va provisto del oportuno contacto, por tanto basta con que la base del enchufe sea laque le corresponde.

Caso de no disponer de la reglamentaria toma de tierra, es recomendable instalar un interruptordiferencial de 30 mA. de sensibilidad.

Cuando el termo haya de colocarse en cuartos de baño, deberán de tenerse en cuenta los volúmenesmarcados por el Reglamento y las recomendaciones que hacen a tal fin.

VOLUMEN DE PROHIBICIÓN: Es el volumen limitado por planos verticales tangentes a losbordes exteriores de la bañera, baño-aseo o ducha, y los horizontales constituidos por el suelo y por unplano situado a 2,25 m. por encima del fondo de aquellos o por encima del suelo, en el caso de que estosaparatos estuviesen empotrados con el mismo.

VOLUMEN DE PROTECCIÓN: Es el comprendido entre los mismos planos horizontales señaladospara el volumen de prohibición y otros verticales situados a 1 metro de los del citado volumen, tal ycomo se indica en la figura.

En el volumen de prohibición no se instalarán interruptores, tomas de corriente ni aparatos deiluminación. Se admiten por encima de este volumen, contactores de mando de sonería accionados porun cordón o cadena de material no hidroscópico.

En el volumen de protección no se instalarán interruptores, pero podrán instalarse tomas de corrientede seguridad.

7-3


El calentador de agua deberá instalarse, a ser posible, fuera del volumen de prohibición, con objeto deevitar las proyecciones de agua al interior del aparato. Sobre el mismo calentador, o en sus proximidades,deberá colocarse un cartel de advertencia que señale la necesidad de cortar la corriente antes de abrir lacaja de conexiones del calentador, así como de no reestablecerla hasta que la caja se encuentrenuevamente cerrada.

La determinación del consumo de agua caliente sanitaria no puede valorarse mediante una fórmulamatemática. Por este motivo el cálculo deberá establecerse sobre la base de datos estadísticos realizadosy que cubren las necesidades en el momento más desfavorable de demanda.

Los datos de referencia utilizados como base para los estudios estadísticos son aplicables para unavivienda:

- Número de habitaciones.

- Número de personas.

- Nivel de confort.

- Número de aparatos sanitarios con consumo.

- Clase o tipo de edificio.

Sea cual fuere el sistema de producción de agua caliente para usos sanitarios, las necesidades han dedeterminarse a partir de:

- Cálculo de necesidad diaria.

- Cálculo de la necesidad máxima horaria (hora punta).

El consumo diario de agua caliente es función de los aparatos instalados y puede valorarse para unavivienda de 3 o 4 personas, de la siguiente manera:

CONSUMO DIARIO DE AGUA CALIENTE

VIVIENDA PARA TRES O CUATRO PERSONAS

APARATO CONSUMO LITROS TEMPERATURA ºC

Fregadero 46 60

Lavabo 18 40

Ducha / Bañera 110 40-45

Bidé 6 40

TOTAL: 180 litros diarios

7-3


A la vista de estos resultados estadísticos, podremos considerar un consumo medio estimado de:

1 persona = 50 litros / día a 45 ºC

Teniendo en cuenta que el consumo total de agua (caliente y fría) está cifrado en 200 litros por personay día, la cifra 50 litros de agua caliente no parece un consumo exagerado.

Queremos dejar bien claro que se trata de un consumo medio y por lo tanto esto quiere decir que unaparte de la población consume más agua caliente, mientras que la otra está por debajo del consumomedio citado.

7-3


7.4. CALEFACCIÓN

La calefacción es el medio por el cual nuestro hogar y nuestro lugar de trabajo alcanzan el agradable bienestar que supera lasinclemencias de las bajas temperaturas. Por fortuna resulta para todos algo habitual y ya imprescindible en nuestra vida.

Por lo tanto, característica típica de una adecuada calefacción, es la temperatura interior de confort (ti) alcanzada, la cual va adepender de las actividades que se realicen en el local o vivienda en cuestión. Así, en un local donde se realicen trabajos conesfuerzos físicos notables se necesitará una temperatura inferior a la de una vivienda donde nos encontremos en situación dedescanso.

Con el fin de dar una idea de las temperaturas interiores de confort, exponemos la siguiente tabla, bien entendido que latemperatura de "confort" depende de muchos factores, tales como la edad, situación física en la que nos encontremos, grado dehumedad ambiente, etc..

TEMPERATURAS INTERIORES RECOMENDADAS

Tipo de local Temperatura ºC

Viviendas 21-25

Locales de espectáculos 20-24

Hospitales 23-26

Residencias de ancianos 23-27

Almacenes y comercios 20-24

Oficinas 22-24

Talleres y fábricas 17-22

La temperatura exterior (te) es un factor que interviene de una manera decisiva en el cálculo de las necesidades caloríficas de unlocal o una vivienda, ya que para unas condiciones determinadas será este valor quien determine la potencia calorífica máximanecesaria.

Naturalmente, la temperatura exterior a aplicar en un determinado cálculo de la potencia calorífica máxima, depende de la situacióngeográfica de donde se halle el local o la vivienda en cuestión. En nuestro caso haremos referencia al mapa de zonificación dado en laNBE CT-79 en el cual España esta dividida en cinco zonas climáticas, que determinan lo que más adelante llamaremos "grados/díaanuales con base 15-15".

Estas zonas climáticas dan idea de las temperaturas mínimas que tienen los distintos puntos de nuestra geografía, de tal manera quepodemos asegurar que las temperaturas mínimas dadas en la tabla corresponden a valores cuya media no es superior a 10 días al añocon temperaturas iguales o inferiores a la indicada.

7-4


Zona Temperaturaexterior

Grados/día anuales.15-15

Zona A 3 ≤ 400

Zona B 1 401 a 800

Zona C -1 801 a 1300

Zona D -4 1300 a 1800

Zona E -6 > 1800

Por supuesto este no es el único criterio utilizado para determinar la temperatura mínima de calculo de una calefacción. Cualquierotro puede resultar también lo suficientemente bueno si está razonablemente justificado.

7.4.1. COEFICIENTE DE TRANSMISIÓN DE CALOR K

Hablar de calefacción sin antes hablar de aislamiento resultaría incongruente, ya que ambos conceptos deben ir íntimamenteligados. Para calcular las necesidades de calor de un local o una vivienda, lo primero que tendremos que examinar es el grado deaislamiento que posee para que de esta manera podamos determinar las pérdidas caloríficas.

Desgraciadamente se piensa poco en el aislamiento, aunque posteriormente al realizar los cálculos de la potencia caloríficanecesaria, nos demos cuenta de su extremada importancia.

Cada uno de los cerramientos de que se compone un local o vivienda tiene unas características específicas respecto al "coeficientede transmisión del calor K" o número de kilocalorías que se pierden por hora, metro cuadrado de superficie expuesta, y por grado

7-4


centígrado de temperatura (kcal / h m2 ºC ). Con el fin de hacernos una idea del valor que en cada caso tiene dicho coeficiente, en lasiguiente figura exponemos los casos más comunes.

7-4


De esta manera, si suponemos una superficie cualquiera de valor S, coeficiente de transmisión K, temperatura exterior te ytemperatura interior ti , las pérdidas de calor que en ella se producen, tendrán un valor:

Q = S K (ti - te )

donde:

Q es el calor perdido en kcal/h. S es la superficie de pérdidas en m2. K es el coeficiente de transmisión en kcal/h m2 ºC. ti y te son las temperaturas interior y exterior en ºC.

7.4.2. DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE TRANSMISIÓN GLOBAL KG.

Según NBE-CT79

Puesto que de lo que se trata es de calentar un recinto en el que la temperatura exterior es inferior a la del interior, y tiene unassuperficies a través de las cuales se va perdiendo el calor, iniciemos el proceso determinando el "coeficiente de transmisión global delcalor KG". A primera vista puede parecer sencillo, pero no lo es, ya que en un edificio existen zonas con pérdidas notablementediferentes, en cuanto al coeficiente K y sobre todo, en cuanto al tratamiento de la temperatura exterior, sobre ciertas superficies.

Según las normas NBE (Normas Básicas de la Edificación), en un edificio se deberán considerar cuatro tipos de superficies depérdidas:

SE Superficies de los cerramientos en contacto con el ambiente exterior

SQ Superficies de cerramientos de techo o cubierta.

SN Superficies de cerramientos de separación con otros edificios o con locales no calefactados.

SS Superficies de cerramientos de separación con el terreno.

La suma de los productos S⋅ K nos darán las pérdidas (kcal/h ºC) en cada una de las distintas superficies de pérdidas que formancada tipo, y dentro de cada tipo, se aplicará un coeficiente de corrección que depende de las condiciones en que se encuentre con

7-4


respecto a la temperatura exterior:

En contacto directo con el exterior

Protegidas del exterior

Muy poco protegidas del exterior

Protegidas del exterior

Naturalmente existe un quinto tipo de superficies que no se consideran, ya que se suponen en contacto con locales o edificioscalefactados, y por lo tanto, las pérdidas por transmisión son nulas.

Ejemplo de vivienda colindante con diversos tipos de cerramientos

7-4


Nota.- Las temperaturas te2 , te3, te4, correspondientes a los casos (2), (3), (4), son estimativas y pueden ser aplicadas según un coeficiente corrector (n),como en el caso de las normas NBE-CT79. También pueden ser aplicadas directamente en las fórmulas de las pérdidas de calor por transmisión, estimandola temperatura a que se encuentran dichos recintos, tal y como se hace en la norma DIN 4701.

Según estos principios, las Normas Básicas de la Edificación CT-79 suministran un impreso para realizar estos cálculos, quemostramos a continuación.

Elemento constructivo Superf. Sm2

Coefic. Kkcal/h m2 ºC

S Kkcal/h ºC

Coefic.Correc. n

n Σ S Kkcal/h ºC

Apartado E Tipo SE KE SE KE 1 n Σ SE KE

Cerramientos encontacto con elambiente exterior

Huecos exterioresverticales, puertas, ventanas

1

Cerramientos verticales oinclinados más de 60º con lahorizontal

Forjados sobre espaciosexteriores

Apartado N Tipo SN KN SN KN 0,5 n Σ SN KN

Cerramientos deseparación con otrosedificios o locales nocalefactados

Cerramientos verticales deseparación con locales nocalefactados, o medianerías.

0,5

Forjados sobre espacioscerrados no calefactados dealtura > 1 m.

Huecos, puertas, ventanas.

Apartado Q Tipo SQ KQ SQ KQ 0,8 n Σ SQ KQ

Cerramientos detecho o cubierta

Huecos, lucernarios,claraboyas.

0,8

Azoteas.

Cubiertas inclinadas menosde 60º con la horizontal.

7-4


Apartado S Tipo SS KS SS KS 0,5 n Σ SSKS

Cerramientos deseparación con elterreno

Soleras..

0,5

Forjados sobre cámara deaire de altura ≤ 1 m.

Muros enterrados osemienterrados

Superficie total de pérdidas St -------- Σ total --------

Con estos cálculos ya podremos valorar el coeficiente de transmisión global medio de un determinado recinto o edificio, siendo:

por lo que el calor perdido, será:

Según DIN 4701

Para calcular el coeficiente global de transmisión KG, según normas DIN, vamos a aprovechar el mismo impreso que el utilizadoen las normas NBE CT-79, pero con algunas modificaciones ya que ahora en lugar de utilizar un coeficiente reductor de pérdidas paralas superficies que no se encuentran directamente expuestas a la temperatura exterior, haremos una valoración estimativa de latemperatura a que se encuentra el recinto colindante, en función de la temperatura exterior, aplicándole luego la fórmula general depérdidas.

A título orientativo damos algunos valores de temperatura estimadas, en función de la temperatura exterior, para los casoscorrespondientes a los Apartados 2 y 4, y para el Apartado 3.

Apartado Recinto consideradoTemperatura exterior considerada ºC

1 Cerramientos en contacto directocon el exterior

te

3 0 -4

2 y 4

Locales no calefactadosSótanos no calefactadosMuros enterrados o semienterradosForjados sobre espacios cerrados 15 13 12

7-4


3 Huecos, lucernarias, claraboyasAzoteas, y áticos sin recubrimiento 8 7 6

A continuación exponemos la tabla que nos servirá para calcular de una forma racional las calorías necesarias, de manera análoga acomo se hizo para NBE CT-79, pero en este caso, interviniendo las temperaturas.

Elemento constructivoSuperf. S

m2Coefic. Kkcal/h m2

ºC

S Kkcal/h ºC

Temp.Int.ºC

Temp.Ext. ºC

Pérd. Trans.kcal/h ºC

Apartado 1 Tipo S1 K1 S1 K1 ti1 te1 Σ S1K1(ti-te1)

Cerramientos encontacto con elambiente exterior

Huecos exterioresverticales, puertas,ventanas

Cerramientosverticales oinclinados más de 60ºcon la horizontal

Forjados sobreespacios exteriores

Apartado 2 Tipo S2 K2 S2 K2 ti2 te2 Σ S2 K2(ti-te2)

Cerramientos deseparación conotros edificios olocales nocalefactados

Cerramientosverticales deseparación conlocales nocalefactados, omedianerías.

Forjados sobreespacios cerrados nocalefactados de altura> 1 m.

Huecos, puertas,ventanas.

Apartado 3 Tipo S3 K3 S3 K3 ti3 te3 Σ S3 K3(ti-te3)

Cerramientos detecho o cubierta

Huecos, lucernarios,claraboyas.

Azoteas.

Cubiertas inclinadasmenos de 60º con lahorizontal.

7-4


Apartado 4 Tipo S4 K4 S4 K4 ti4 te4 Σ S4K4(ti-te4)

Cerramientos deseparación con elterreno

Soleras.

Forjados sobrecámara de aire dealtura ≤ 1 m.

Muros enterrados osemienterrados

Superficie total de pérdidas St ------ Σ Sn Kn (ti-ten) ---------

A la vista de los resultados, podemos deducir que las pérdidas por transmisión son, en este caso:

Q = Σ Sn Kn (ti-ten)

Estas pérdidas, para un coeficiente global medio de transmisión KG y para una superficie total de pérdidas St, será:

Nota.- Obsérvese como el coeficiente global medio de transmisión obtenido, en el caso NBE no depende de la temperatura , mientras que en el caso DIN,sí depende. Esto es completamente lógico ya que en el caso NBE, para simplificar, se utilizan coeficientes de reducción en lugar de los incrementos detemperatura.

7.4.3. PÉRDIDAS SUPLEMENTARIAS

Hasta aquí hemos calculado las pérdidas de calor debido a las distintas superficies, pero no es este el único concepto a tener encuenta en el cálculo de potencia calorífica total necesaria. Seguidamente vamos a ver algunos de los principales conceptos quetambién intervienen con mayor o menor importancia.

Suplemento por orientación.- La orientación del local o vivienda tiene su importancia como consecuencia de la ganancia opérdida de calorías debido a la aportación solar con respecto a una orientación media (E , O) de referencia . Según la Norma DIN4701 el suplemento a aplicar será el indicado en la siguiente tabla:

Orientación SuplementoZO %

SE S SO -5

E O 0

NO N NE +5

Suplemento por arranque y pared fría.

El normal funcionamiento de una instalación de calefacción lleva consigo el funcionamiento a marcha reducida, a ciertas horas deldía, y las lógicas interrupciones marcha-paro del servicio conforme marca el correspondiente termostato de control. Con el fin deconseguir la temperatura de régimen después de una interrupción, es conveniente incrementar en un determinado tanto por ciento el

7-4


valor de la potencia calorífica a aportar.

El suplemento por pared fría tiene como finalidad el compensar la menor temperatura de las paredes directamente expuestas a latemperatura exterior, amortiguando en lo posible el efecto de una temperatura radiante demasiado fría.

La suma de estos dos conceptos, arranque y pared fría, los englobamos en un único suplemento ZAP , suma de los dos suplementoscitados, y cuyo valor suele estar comprendido entre un 7 y un 20%

Pérdidas por ventilación e infiltración.

La ventilación es un concepto muy importante, digno de tener presente en los modernos sistemas de calefacción y refrigeración.Consiste en la renovación del aire viciado por otro limpio y menos contaminado procedente del exterior.

Las pérdidas por ventilación se pueden calcular mediante la fórmula

Qv = 0,307 r V (ti-te )

Donde

Qv son las pérdidas por ventilación en kcal/h

0,307 es el calor específico del aire en kcal/m3 ºC

r es el número de renovaciones hora.

V volumen del espacio considerado en m3.

ti y te temperatura interior y exterior consideradas.

El número de renovaciones/hora depende de la utilidad que se le dé al volumen a calentar, bien sea vivienda, bares, discotecas,fábricas, ect. . La tabla adjunta nos dará una idea del número de renovaciones a aplicar en cada caso.

Tipo de local Renov./hora

Viviendas 0,5 a 1,5

Bares 1,5 a 2,5

Fábricas 2 a 4

Las pérdidas por infiltración corresponden a una ventilación natural no provocada, y se originan como consecuencia de la falta dehermeticidad de las uniones de los diferentes elementos que componen una determinada construcción. Estas pérdidas son muydifíciles de calcular y solamente la experiencia nos podrá dar idea de su valor real.

7.4.4. PÉRDIDAS TOTALES DE CALOR

Las pérdidas totales de calor, iguales a la potencia calorífica necesaria, será la suma de las pérdidas por transmisión, incrementadascon los correspondientes suplementos, más las pérdidas por ventilación e infiltración:

Un dato muy interesante y que más adelante utilizaremos es el correspondiente a las pérdidas globales por unidad de volumen

en la que

Gv son las pérdidas globales por unidad de volumen en kcal/h m3.

Qt es la potencia calorífica necesaria en kcal/h

7-4


V es el volumen de la vivienda o local en m3

En ocasiones también se suele utilizar el valor de las pérdidas por unidad de volumen y grado de temperatura, es decir:

7.4.5. CONSUMOS DE LOS DISTINTOS SISTEMAS DE CALEFACCIÓN.

Para obtener las calorías necesarias al objeto de compensar las pérdidas totales en una instalación, tendremos que utilizar loscombustibles tradicionales, desechando todos aquellos que no resultan prácticos, económicos o excesivamente contaminantes.

En nuestro caso no vamos a polemizar sobre cual es el mejor sistema, pero sí determinaremos los distintos consumos yseguidamente haremos una valoración global de los distintos gastos anuales, utilizando los combustibles más ampliamente utilizados.

Estos combustibles quedan expuestos, junto con sus correspondientes calorías, rendimientos y precios aproximados, en la siguientetabla.

Combustible Poder CaloríficoPc

Rendimientoη

PrecioPts

Electricidad 860 kcal / kWh 1 17

Bomba de calor 2.150 kcal / kWh "1" 17

Gasóleo C 8.400 kcal / l. 0,68 75

Gas ciudad 3.700 kcal / m3 0,71 26

Gas propano 11.400 kcal / kg 0,71 86

Gas butano 10.900 kcal / kg 0,71 84

Para obtener los consumos para cada uno de ellos, aplicaremos la siguiente fórmula:

en la que

C es el consumo del combustible utilizado

Qt la potencia calorífica que necesitamos obtener.

Pc es el poder calorífico del combustible.

η es el rendimiento del sistema utilizado para obtener las calorías.

Comparativamente, para hacernos una idea de lo que cuesta la utilización de cada uno de estos combustibles, lo más intuitivo esvalorar el costo de la obtención de 1.000 kcal útiles para cada uno de los combustibles en estudio.

Así, por ejemplo, para el gasóleo, teniendo en cuenta su rendimiento, las calorías útiles que se pueden obtener por litro, son:

8.400 × 0,68 = 5.512 kcal/l y como cuesta 75 Pts litro

las 1000 kcal costarán

75× 1000 : 5712 = 13,1 Pts

7-4


Repitiendo estos cálculos para el resto de los combustibles, obtendremos:

Combustible Poder Calorífico Precio

Resistencias eléctricas 1.000 19,70 pts

Bomba de calor 1.000 7,90 pts

Gasóleo C 1.000 13,1 pts

Gas ciudad 1.000 9,90 pts

Gas propano 1.000 10,60 pts

Gas butano 1.000 10,80 pts

Según estos cálculos la electricidad aplicada a la bomba de calor es el sistema de calefacción más económico, mientras que laelectricidad convencional (calor por efecto Joule) es el más caro. No obstante esto no puede ser definitivamente excluyente del restode los sistemas, ya que deberemos de tener en cuenta otros factores cuya importancia habrá que valorar en cada caso particular.

Resulta de especialísimo interés los siguientes puntos:

1º) Costo del sistema de almacenamiento del combustible.

2º) Costo de la caldera o sistema de producción de calor.

3º) Costo del sistema de distribución del calor.

4º) Limpieza, seguridad y mantenimiento del sistema elegido.

5º) Posibilidad de obtener el máximo confort, mediante aire acondicionado.

El gasóleo y el propano son los combustibles cuyo almacenamiento resulta más costoso, sobre todo en viviendas unifamiliares.

Los sistemas eléctricos no precisan de almacenamiento, basta con aumentar la potencia contratada para poder disponer de lapotencia que se desee.

La distribución del calor mediante radiadores de agua es el sistema más caro, sin duda alguna mucho más caro que un sistema dedistribución por conductos de aire.

Las resistencias eléctricas para calefacción, por cualquiera de los procedimientos, convectores, placas solares, etc., es el sistemamás económico de producción y distribución de calor ( hacen las dos funciones simultáneamente ).

El gas ciudad resulta, por su precio, muy interesante en aquellas viviendas comunitarias que disponen de este servicio, sin que ellonos haga olvidar los inconvenientes del gas.

De manera indiscutible, el sistema de calefacción más limpio, más seguro y de menos mantenimiento es el eléctrico.

El sistema de calefacción por aire forzado a través de conductos, es posiblemente el que proporciona un mayor confort, y el únicoprocedimiento que permite distribuir aire frío y caliente (Climatización).

La bomba de calor aire-aire, con un bajo costo de combustible es el único procedimiento para obtener aire frío y caliente.

7.4.6. GASTOS ANUALES EN CALEFACCIÓN

Para poder determinar los gastos anuales de un sistema cualquiera de calefacción, deberemos comenzar por aclarar el concepto degrados-día anuales, cuyo mapa de zonificación se comentaba al inicio de esta exposición.

Para explicar el concepto de grados-día, inicialmente diremos que las calorías necesarias en un periodo de una hora, serán:

7-4


Si ahora consideramos un periodo de un día

El sumatorio de las veinticuatro diferencias de temperatura, podemos descomponerlo de la siguiente manera:

sacando factor común la temperatura interior, tendremos:

y teniendo presente que la temperatura media de las veinticuatro horas del día es

De todo esto deducimos que las calorías necesarias en las 24 horas del día serán:

A lo largo del año este consumo diario se ira repitiendo todos los días, siempre y cuando la temperatura exterior sea inferior a lainterior, ya que cuando la temperatura exterior sea superior a la interior no se necesitará aportación de calor. Por lo tanto tendremosque el gasto en un año, será:

siendo Gd = Σ (ti-tm) = grados-día anuales.

Este concepto es el aplicado por las NBE CT-79 para definir los llamados grados-día anuales con base 15/15, es decir, que partede una temperatura interior base ti de 15ºC y una temperatura media exterior tm , que lógicamente no puede sobrepasar los 15ºC.

En el mapa de zonificación que se daba al comienzo de esta exposición, divide a España en 5 Zonas climatológicas y da para cadauna de ellas los límites máximo y mínimo de los grados-día anuales con base 15/15.

Este valor de los "grados-día anuales" puede parecernos escaso para el cálculo real del consumo anual, ya que se limita latemperatura base a 15ºC, y este valor es claramente insuficiente. Nosotros nos limitamos a hacer los cálculos con estos valores, perosi queremos tener un valor más exacto, las Comunidades Autónomas suelen publicar estos datos con más amplitud y suelen incluir los"grados-día anuales" para temperaturas de 18 y 20ºC.

Dado que un sistema de calefacción no funciona las 24 horas del día, a esta fórmula del gasto anual le incorporaremos uncoeficiente de utilización que tenga en cuenta el tanto por ciento de las horas del día que esta activo, incluso pueda ser aplicado enaquellos casos en los que por la noche se utiliza la calefacción a potencia reducida. Llamando CU al coeficiente de utilización,tendremos el gasto real de calorías en un año:

Para convertir estas calorías al equivalente gasto anual de un determinado combustible (kWh, litros, m3 o kg), basta con dividir estaexpresión por la potencia calorífica correspondiente Pc y por su rendimiento η ,

7-4


Así obtenidos los gastos anuales de calefacción para cada uno los combustibles considerados, si los multiplicamos por el preciounitario de cada uno de ellos, obtendremos el importe anual en pesetas.

7-4


7.5. AIRE ACONDICIONADO

El aire acondicionado es una técnica moderna que consiste en el tratamiento del aire con el fin deaportarle las condiciones de confort que puedan faltarle.

Un aire correctamente tratado deberá incidir sobre las siguientes variables:

1) Temperatura.

2) Humedad.

3) Velocidad del aire.

4) Limpieza del aire.

5) Ventilación.

Estas cinco variables son un claro exponente de un bienestar ambiental, por lo que su adecuación a lasnecesidades de cada caso será de vital importancia.

Temperatura

Es la primera variable a considerar y su función es la de eliminar la sensación de frío o calor. Latemperatura que debe tener el aire para que se dé esta situación, suele ser:

Verano: 23ºC → 28ºC

Invierno: 19ºC → 24ºC

Humedad relativa

Es la variable que nos produce la sensación de seco o húmedo y es tan desagradable cuando hayexceso como cuando hay defecto. Su valor normal para cualquier época del año suele ser del 55% al65%.

Velocidad del aire

Conseguidas unas condiciones de temperatura y humedad, éstas deben hacerse llegar al cuerpohumano mediante un correcto movimiento del aire y siempre con una velocidad no molesta para losocupantes del local.

Limpieza del aire

El hombre respira normalmente 15 kg. de aire por día, lo que da idea de lo fundamental que es para lasalud y el confort la limpieza del mismo. El aire suele contener polvo, humos, etc. y por lo tanto debefiltrarse.

Ventilación

Es imprescindible aportar una cierta cantidad de aire de ventilación, aire del exterior, al local aacondicionar, con objeto de eliminar el aire viciado y los malos olores.

7-5


Además de una buena ventilación, en ocasiones se hace imprescindible una desinfección y unadesodorización del aire. Un procedimiento para conseguir estos dos cometidos es la ozonización del aire;recordemos que el ozono es un excelente desinfectante y a la vez es un buen desodorante.

7-5


7.6. CALEFACCIÓN ELÉCTRICA

Partiendo de la base de que 1 kWh = 1.000 Wh, puede suministrarnos una cantidad de calorías igual a

0,237 P t = 0,237 × 1.000 × 3.600 = 860.000 cal. = 860 kcal.

y que esta transformación eléctrica por efecto de Joule se hace siempre con un rendimientoprácticamente igual a la unidad, sea cual sea el aparato que utilicemos, veamos seguidamente losdiferentes sistemas de calefacción eléctrica.

CONVECTORES NATURALES

Estos aparatos calientan el aire mediante una resistencia situada en su parte inferior. El aire encontacto con la resistencia se calienta y se pone por sí solo en circulación (convección), ya que aldisminuir su densidad, se eleva, cede su calor por la habitación, se enfría y baja de nuevo hasta el suelo,iniciándose de nuevo el ciclo.

Estos convectores están diseñados para que el movimiento natural del aire se vea acelerado,produciendo de esta forma un tiro forzado análogo al de una chimenea. De esta manera la repartición delcalor por la habitación es lenta pero agradable.

La temperatura de salida del aire es inferior a los 90ºC, lo que en parte evita que se ensucien lasparedes como consecuencia del polvo carbonizado.

Disponen generalmente de termostato para la regulación de la temperatura máxima de la habitación yse fabrican para potencias comprendidas entre 350 W y 2.000 W.

PLACAS SOLARES

Están formadas por una resistencia que, en forma de circuito impreso se coloca sobre una chapa deacero con esmalte vitrificado.

7-6


Las placas solares emiten calor preferentemente por radiación, aunque no obstante también tienen uncierto grado de convección. La temperatura superficial de las placas oscila entre 150 y 250ºC, por lo quenecesariamente deben estar dotadas de rejillas protectoras.

Las potencias que se encuentran en el mercado oscilan entre 500 y 2.000 W. Algunos fabricantesofrecen la posibilidad de poder seleccionar varias potencias, así como la particularidad de poder serprogramados en su funcionamiento.

Este sistema es adecuado para estancias que dispongan de una gran superficie diáfana, o donde senecesite una sensación rápida de calor, aunque posiblemente el calor radiado resulte algo desagradable.

CALOR NEGRO

Este sistema está formado por una resistencia cubierta por una carcasa de chapa. Se denominó calornegro porque su resistencia no se ponía al rojo.

Debido a la facilidad de fabricación de este sistema de calefacción el mercado se vio inundado porestos aparatos, de bajo coste y de muy baja calidad, con el consiguiente desprestigio del sistema.

VENTILOCONVECTORES

También llamados electroconvectores, convector forzado, etc, están formados por una resistencia através de la cual un pequeño ventilador hace pasar aire, que se reparte rápidamente por la habitación.

7-6


Es posiblemente el mejor sistema para aquellos lugares donde se pretende alcanzar la temperatura deconfort en un tiempo reducido, como por ejemplo en cuartos de baño.

Por lo general se fabrican con conexiones estancas y están protegidos contra la humedad.

Estos aparatos suelen disponer de cuatro posibilidades de funcionamiento: parado, aire natural forzado,aire caliente forzado con 1.000 W de consumo, y aire con 2.000W.

RADIADORES DE ACEITE

Estos aparatos están constituidos por una carcasa de chapa similar a las utilizadas en calefaccionestradicionales por agua. En el interior de esta carcasa y en su parte inferior lleva una resistencia eléctrica,sumergida en un fluido, generalmente aceite.

La emisión de calor es por radiación y convección, dependiendo su proporción de la forma del aparato.Así, el de tipo panel emite la mayor parte del calor por radiación.

Tal y como ilustramos en el dibujo, existen dos versiones de este aparato: radiador de columnas yradiador tipo panel. Ambos se comercializan en modelos fijos y móviles.

7-6


El radiador de columnas tiene más inercia térmica y, por tanto, tarda más en alcanzar su nivel detemperatura.

El radiador alcanza una temperatura del orden de 80ºC y se presenta generalmente en potencias de 500a 2.220 W.

Debido a su inercia térmica, solamente son apropiados en viviendas de ocupación permanente.

INFRARROJOS

Están constituidos por una resistencia alojada dentro de un tubo de cuarzo, produciendo de esta maneraradiaciones infrarrojas. La emisión de estas radiaciones es dirigida, mediante una pantalla, hacia la zona acalefactar.

Las resistencias alcanzan temperaturas muy altas, entre 500 y 1.000 ºC, que ponen al rojo el tubo,debiendo colocarse a una altura superior a 2 metros para evitar contactos accidentales. Por lo general secolocan encima de las puertas.

Se trata de un aparato de escasa utilización, y solamente recomendable en zonas de ocupación muylimitadas, como zonas de paso.

CALDERAS ELÉCTRICAS

Son aparatos similares a las calderas de agua utilizadas en los sistemas tradicionales de calefacción. Enellas el calor producido por unas resistencias eléctricas es cedido a un circuito de agua que lo lleva a losradiadores, situados en cada una de las habitaciones.

Su tamaño es reducido ya que al disponer de circulación forzada necesita un reducido volumen deagua.

Las potencias existentes en el mercado se presentan a partir de los 4.000 W. La temperatura del aguaen circulación oscila entre los 60 y 80 ºC, dependiendo de las necesidades de calor.

Se utilizan principalmente como sustitutivos de los sistemas tradicionales de calefacción y tienen elinconveniente de tener un consumo y un precio mayor que el que resulta de un sistema de calefaccióndirecta y unitaria.

CALDERAS PARA AIRE IMPULSADO

Se trata de un sistema de convección forzada que consta de una unidad que aspira el aire de la viviendao local, lo hace pasar por un filtro, para purificarlo, y luego lo pasa a través de un conjunto deresistencias eléctricas, donde se calienta, y es impulsado por un ventilador para distribuirlo por lashabitaciones.

7-6


El aire caliente se distribuye a toda la vivienda por medio de conductos especiales, que llevan unarejilla de salida en cada una de las habitaciones.

La temperatura de salida del aire debe situarse entre 33 y 42 ºC, evitando de esta manera el efectodesagradable que supone la incidencia sobre la piel de aire excesivamente caliente. También hay quetener especial precaución en que la velocidad de salida del aire, por cada una de las rejillas de salida, nosea excesiva.

Esta solución resultaba factible en aquellos casos en los que estaba prevista la climatización de lavivienda, ya que los conductos sirven para distribuir tanto el aire caliente como el frío. Con la apariciónde la "bomba de calor", de la que más tarde hablaremos, ya no podemos aconsejar esta solución, debido aque la bomba de calor nos servirá para ambos cometidos, con un rendimiento tres veces superior aleléctrico convencional.

RADIACION POR SUELO

Se trata de un sistema de radiación a baja temperatura, consistente en la instalación de elementoscalefactores en el suelo de las habitaciones.

Se puede utilizar como sistema único y directo de calefacción o como sistema mixto.

7-6


Cuando se utiliza de manera mixta, la calefacción del suelo suministra el calor necesario para que latemperatura del local alcance del orden de 16ºC, con independencia del exterior. El resto de calor, hastala temperatura de confort, lo aportan los pequeños convectores con termostato.

Este sistema requiere de un buen aislamiento térmico del suelo, es adecuado para todo tipo deviviendas en construcción y proporciona un alto nivel de confort.

RADIACION POR TECHO

Se trata de un sistema de radiación a baja temperatura; consiste en la instalación de elementoscalefactores en el techo de las habitaciones. Los elementos calefactores normalmente empleados sefabrican a base de cables o paneles.

Los cables calefactores son unas resistencias eléctricas en forma de hilo, cubiertas por una o variasenvolturas protectoras.

Los paneles son también resistencias eléctricas en forma de lámina, colocada entre dos láminas noconductoras que le sirven de soporte.

7-6


La colocación de estas resistencias se hace debajo del forjado tal y como se indica en el dibujo. Latemperatura que alcanzan estos elementos calefactores suele estar comprendida entre 30 y 35 ºC y eltecho entre 28 y 32 ºC, lo que permite emitir calor por radiación.

Naturalmente este sistema requiere reforzar el aislamiento del techo, y siempre que no se sobrepase latemperatura máxima indicada, la sensación de confort que se consigue es elevada.

7-6


7.7. ACUMULADORES DE CALOR

La producción de energía eléctrica es casi constante a lo largo de las 24 horas del día, mientras que elconsumo se centra mayoritariamente en las horas diurnas. En consecuencia, se produce un desequilibrionotable entre la producción y la demanda.

Con el fin de aminorar en lo posible este desequilibrio, las compañías eléctricas no tienen otraalternativa que la de incentivar los consumos nocturnos.

El consumo nocturno industrial esta incentivado, y lo mismo sucede para usos domésticos.

Mediante la llamada "Tarifa Nocturna", las viviendas pueden disponer de energías a precios másasequibles, siempre que dispongan de un contador de doble tarifa y de un reloj horario que vayacambiando la tarifa según las horas del día establecidas.

Actualmente la Tarifa Nocturna para usos domésticos rige durante las siguientes horas:

En invierno de 23,00 a 7,00 h. En verano de 0,00 a 8,00 h.

En estas condiciones el precio del kilovatio nocturno ve reducido su precio en un 55% mientras que eldiurno aumenta en un 3%. (En la actualidad estos tantos por cientos se han suprimido y se aplican unosvalores ligéramente distintos).

Para aprovechar adecuadamente esta ventaja se han ideado los acumuladores de calor, cuya misión noes otra que la de acumular calor durante las horas nocturnas en las que el precio del kilovatio resulta máseconómico, para soltarlo durante las horas del día en las que realmente necesitamos el calor.

Los acumuladores estáticos que actualmente podamos ver se basan en un principio sencillísimo y yaconocido por todos. Se trata de acumular calor en ladrillos refractarios especiales calentados porresistencias eléctricas convencionales.

La cantidad de calor almacenado es función del volumen de los ladrillos y de la temperatura quealcancen. Teniendo en cuenta que los acumuladores de calor llevan ladrillos con un peso variable segúnlos modelos, pero que oscila entre los 75 y 150 kg., y que la temperatura que alcanza es del orden de los600 a 700 ºC, podremos hacernos idea de la cantidad de calor que pueden almacenar, superior a las15.000 kcal.

En la figura podemos ver las distintas partes de que se compone un acumulador de calor. Además delos ladrillos, resistencias calefactoras y aislamiento del conjunto, existe un control automático para lacarga de calor y otro para la descarga del calor en las horas precisas.

7-7


La descarga del calor acumulado se lleva a cabo a través de unas rejillas termostáticas practicadas enla parte delantera del aparato, el cual se desprende del calor por convección.

Seguidamente ofrecemos los datos característicos de tres modelos ampliamente comercializados, asícomo también la curva de carga y descarga del modelo WM-724.

PROGRAMA DE SUMINISTRO Y DATOS TECNICOS:

Aparatos serie WM, tipos WM-712 WM-718 WM-724

Carga nominal 1,6 kW 2,41 kW 3,22 kW

Capacidad de carga ( 8h. ) 12,5 kWh 18,9 kWh 25,1 kWh

Descarga máxima 745 W 1.011 W 1.320 W

7-7


Descarga mínima 255 W 390 W 510 W

Temperaturas:en el suelo 3 ºC 7 ºC 4 ºC

en la carcasa 76 ºC 77 ºC 72 ºC

Medidas y pesos

alto 705 mm. 705 mm. 705 mm.

largo 514 mm. 725 mm. 937 mm.

grueso 180 mm. 180 mm. 180 mm.

pesos 80 kg. 116 kg. 153 kg.

Número de ladrillos 8 12 16

Número de resistencias 2 3 4

La curva de carga dura 8 horas durante las cuales el acumulador consume 3,22 kW, y por tantoalmacena 3,22 × 8 = 25,78 kWh. teóricos, prácticos según las tablas 25,1 kWh. Estos kilovatiosalmacenados equivalen a 25,1 × 860 = 21.586 kcal / h. Seguidamente, si se desea, ya se puede proceder ala descarga del acumulador, que lo podrá hacer durante el resto de las 16 horas con una potencia inicialmáxima de 1.320 W. y una potencia final mínima de 510 W.

7-7


7-7


7.8. BOMBA DE CALOR

En principio, el funcionamiento de la "bomba de calor" se basa en el sistema tradicional de generaciónmecánica de frío, pudiéndose comparar al frigorífico doméstico de una vivienda. En un frigorífico se extraeel calor de los alimentos, verduras, carnes, leche, etc., enfriándose los mismos; el calor extraído se entregaal ambiente a través del condensador situado en la parte posterior del frigorífico.

Concretamente, la bomba de calor es un aparato capaz de extraer el calor de una fuente energéticanatural, aire, agua, etc., y transmitirlo a otro lugar para su utilización. De ahí el nombre de "bomba de calor"por su comparación al bombeo de energía de un lugar a otro.

La energía utilizada para el funcionamiento propio de la bomba de calor es la electricidad (un motoreléctrico mueve a un compresor), pero tiene la particularidad sobre los sistemas convencionales de que porcada kilovatio consumido por la bomba de calor se obtiene el equivalente a 2.580 kcal, aproximadamente,es decir, tres veces más que por efecto Joule, 3 x 860 = 2.580. La razón de este elevado rendimiento esprecisamente el aprovechamiento de la energía del medio ambiente.

No existe una diferencia fundamental entre el conocido ciclo de una instalación frigorífica y el ciclo deuna bomba de calor. Termodinámicamente ambos sistemas son bombas de calor que utilizan un compresor,un condensador, un evaporador y demás componentes, con el único fin de absorber calor de un cuerpo ydesprenderlo sobre otro. Si el calor se absorbe del aire y se desprende sobre el aire, la bomba se denominaaire-aire.

Así, según cual sea el origen de la fuente de calor y el sistema de transporte del mismo a los servicios dela vivienda o local, las bombas de calor pueden denominarse: aire-aire, aire-agua, agua-aire, agua-agua.

En el campo concreto del aire acondicionado, la bomba de calor resulta imprescindible ya que se utilizarápara suministrar calor durante los momentos en los que se requiera calefacción y para extraerlo en losperíodos en los que se requiera refrigeración.

Para clarificar los cambios termodinámicos que sufre el líquido refrigerante que mueve el compresor deuna bomba de calor, se utiliza el diagrama Presión-Entalpía (P-H), representando en él las familias decurvas de temperatura, entropía y volumen constante.

La línea que engloba la campana representa la zona de líquido + vapor, es en donde se produce el cambiode estado. La zona de la derecha de la línea vapor saturado, representa el sector de vapor sobrecalentado. Lazona de la izquierda de la línea líquido saturado, representa el sector del líquido subenfriado.

El amoniaco fue el refrigerante más utilizado en los primeros tiempos de la refrigeración. Tiene lapropiedad de tener un calor latente muy grande, pero tiene el inconveniente de ser altamente tóxico por loque su utilización es muy limitada.

Pruebas realizadas en los últimos decenios han permitido descubrir unos agentes refrigerantes deexcelentes cualidades. Se trata de asociaciones Flúor-Cloro del Metano y Etano, denominados Freones,siendo los más comúnmente utilizados el R-22 y R-502.

El R-22 es el refrigerante más utilizados para la aplicación en bombas de calor. Su denominación esDifluordiclorometano y es un gas incombustible, no inflamable, ni tóxico, carente de efectos perjudicialessobre los productos alimenticios. Se trata de un gas de excelentes cualidades y con un punto de ebullición de

7-8


-30 ºC a la presión atmosférica.

Seguidamente veamos el funcionamiento de un ciclo de la bomba de calor (ver figuras siguientes):

1º) El refrigerante en estado de vapor sobrecalentado, a una temperatura Td y a una presión P1, esaspirado por el compresor, punto C, que lo comprime adiabáticamente hasta alcanzar la temperaturaTe y presión P2, punto D. Durante este proceso el vapor ha ido aumentando su presión y temperaturaalcanzando un valor máximo de temperatura debido al calor de compresión (h4 - h3), producido por elpropio compresor.

2º) En el intervalo D-E de condensación, el refrigerante pasa de vapor sobrecalentado a vaporsaturado, punto F, y a partir de este punto el vapor comienza a condensarse hasta llegar al punto G endonde el refrigerante se encuentra en estado de líquido saturado. El proceso sigue hasta el punto E,subenfriándose el líquido.

Vemos cómo durante la condensación el refrigerante va cediendo calor a un agente externo (aire),pasando de una temperatura Te a otra inferior Tb, cediendo un calor total (h4-h1), y manteniendo lapresión.

3º) El refrigerante al pasar a través de la válvula de expansión, experimenta una reducción de supresión, de P2 a P1, y de su temperatura, de Tb a Ta, a entalpía constante, es decir, sin pérdida decalor.

En la expansión, parte del refrigerante líquido, se transforma en vapor, terminando en el punto Aen un estado líquido + vapor.

4º) Al entrar el refrigerante en el evaporador, en forma de líquido + vapor, el líquido se vaevaporando hasta llegar al punto B donde todo el refrigerante se encuentra en forma de vaporsaturado, pasando al punto C en forma de vapor sobrecalentado.

Esta fase de evaporación se ha realizado a presión constante y con un aumento de temperatura de Ta a Td,absorbiendo del agente exterior (aire), un calor total h3-h1.

De la descripción del ciclo de la bomba de calor nace el término "coeficiente de funcionamiento",Performance, "COP", que se utiliza para indicar su rendimiento.

7-8


7-8


y siendo el Calor Cedido por el Condensador igual al Calor Extraído por el Evaporador más el CalorSuministrado por el Compresor, tendremos:

El calor cedido por el medio ambiente y el suministrado por el compresor son variables y dependen de latemperatura del aire que circula por el evaporador, por lo que el COP de una bomba de calor es variable.Por lo general suele ser de 3, para una temperatura del aire en el evaporador de 8 ºC, es decir, que del 100%de la potencia calorífica obtenida en el condensador, el 33% corresponde a la potencia suministrada por elcompresor, y el resto, el 67%, corresponde a la potencia absorbida por el evaporador del medio ambiente.

El rendimiento global de la bomba de calor será ligeramente inferior al COP descrito, ya que a la potenciasuministrada por el compresor hay que sumarle el rendimiento del grupo motor-compresor y los consumosde los ventiladores que fuerzan el paso del aire por el condensador y por el evaporador.

El COP aumenta con la temperatura del aire del evaporador; es del orden de 2,7 para temperaturas bajocero y del orden de 3,5 para temperaturas superiores a los 12 ºC.

Ya hemos visto cómo en el evaporador se obtiene un disminución de la temperatura del aire(refrigeración), mientras que en el condensador se obtiene una elevación de temperatura del aire(calefacción). Si mediante una válvula invirtiéramos la alimentación al compresor, tendríamos que elevaporador haría de compresor y viceversa, invirtiendo el ciclo calor-frío en frío-calor.

Seguidamente mostramos un ejemplo de bomba de calor aplicada en sus dos facetas de calefacción yrefrigeración. Se trata de una bomba de calor aire-aire en la que el caudal de aire interior es de 1.600 m3 / hy en el exterior 4.000 m3 / h.

Sabiendo las temperaturas de entrada y salida del aire al evaporador y al compresor nos será muy fácilobtener el calor aportado por la bomba de calor y su rendimiento, teniendo presente que la cantidad de calorganada (calorías) o la cantidad de calor perdida (frigorías), se calcula por la fórmula:

Q = V C ( T1 - T2 )

en la que:

V = Caudal de aire tratado en m3 / h. C = Calor específico del aire, 0,307 kcal / m3 ºC. T1 = Temperatura del aire de entrada en ºC. T2 = Temperatura del aire de salida en ºC. Q = Cantidad de calor aportado al aire en kcal / h.

Cuando la bomba de calor trabaja en ciclo de refrigeración, el factor COP no nos dice gran cosa, por loque se utiliza otro factor conocido por las siglas EER, y representa el cociente entre el calor extraído por elevaporador y el calor cedido por el compresor:

7-8


La bomba de calor aire-aire descrita es de las más utilizadas en viviendas, aunque también suele utilizarseun modelo aire-agua que tiene aplicación en calefacción y para obtener agua caliente sanitaria.

7-8


Calor cedido por el condensador: Q1 = 1.600 × 0,307 ( 35 - 20 ) = 7.368 kcal / h.

Calor extraído por el evaporador: Q2 = 4.000 × 0,307 ( 4 - 8 ) = - 4.912 kcal / h.

Por lo tanto el calor cedido por el compresor será: Q1 + Q2 = 7.368 - 4.912 = 2.456 kcal / h.

obeniendo un COP de:

7-8


COP = 7.368 / 2.456 = 3

Calor extraído por el evaporador: Q1= 1600 × 0,307 (14 - 28 ) = - 6.876 kcal/h.(Frigorías).

7-8


Calor cedido por el condensador: Q2 = 4.000 × 0,307 ( 45 - 37,3 ) = 9455 kcal / h.

Calor cedido por el compresor: Q1 + Q2 = 9.455 - 6876 = 2.579 kcal / h.

obteniendo un EER de:

EER = 6.876 / 2.579 = 2,6

7-8


8. LUMINOTECNIA

8.1. LUMINOTECNIA

Luminotecnia es la ciencia que estudia las distintas formas de producción de luz, así como su control yaplicación.

Iniciemos su estudio examinando las variaciones electromagnéticas simples, que pueden clasificarsebien por su forma de generarse, por sus manifestaciones o efectos, o simplemente por su longitud deonda.

Las radiaciones visibles se caracterizan por ser capaces de estimular el sentido de la vista y estarcomprendidas dentro de una franja de longitud de onda muy estrecha, comprendida aproximadamenteentre 380 y 780 µ m. (1 milimicra = 10-9 m.). Esta franja de radiaciones visibles, está limitada de un ladopor las radiaciones ultravioleta y de otro, por las radiaciones infrarrojas, que naturalmente no sonperceptibles por el ojo humano.

Una de las características más importantes de las radiaciones visibles, es el color. Estas radiaciones,además de suministrar una impresión luminosa, proporcionan una sensación del color de los objetos que

8-1


nos rodean.

Dentro del espectro visible, pueden clasificarse una serie de franjas, cada una de las cuales secaracteriza por producir una impresión distinta, característica peculiar de cada color.

Puesto que el receptor de estas sensaciones de color es el ojo humano, resultaba interesante conocer susensibilidad para cada una de estas radiaciones. Para ello se dispuso de fuentes de luz capaces de generarcantidades iguales de energía de todas las longitudes de onda visibles, y se realizó el ensayo comparativode la sensación luminosa producida a un gran número de personas.

El ensayo dio como resultado que no todas las longitudes de onda producian la misma impresiónluminosa y que la radiación que más impresión causaba era la correspondiente a una longitud de onda de550 mµ ., propia del color amarillo-verde. Esta impresión iba decreciendo a derecha e izquierda del valormáximo característico, siendo para los colores rojo y violeta los que daban una menor impresión.

De estos resultados se obtuvo la "Curva Internacional de Sensibilidad del ojo humano", tal y como serepresenta en la figura.

Otro dato digno de tener presente en luminotecnia es el conocido con el nombre de "Temperatura delColor". Considerado el cuerpo negro como radiante teóricamente perfecto, este va cambiando de color amedida que vamos aumentando su temperatura, adquiriendo al principio el tono de un rojo sin brillo, paraluego alcanzar el rojo claro, el naranja, el amarillo, el blanco, el blanco azulado, y finalmente el azul.

De esta idea nace la "Temperatura del Color", y se utiliza para indicar el color de una fuente de luz porcomparación de esta con el color del cuerpo negro a una determinada temperatura. Así, por ejemplo, elcolor de la llama de una vela es similar al de un cuerpo negro calentado a 1.800 ºK, por lo que se diceque la temperatura de color de la llama de una vela es de 1.800 ºK.

La temperatura de color solamente puede ser aplicada a aquellas fuentes de luz que tengan unasemejanza con el color del cuerpo negro, como por ejemplo la luz del día, la luz de las lámparasincandescentes, la luz de las lámparas fluorescentes, etc.. El color de las lámparas de vapor de sodio, nocoincide con el color del cuerpo negro a ninguna temperatura, por lo que ni pueden ser comparadas conél, ni se les puede asignar ninguna temperatura de color.

Seguidamente damos algunas temperaturas de color, con el fin de que nos familiaricemos con ellas:

8-1


Cielo azul 20.000 ºK Cielo nublado 7.000 ºK

Luz solar directa 5.000 ºK Luz de velas 1.800 ºK

Lámparas fluorescentes Lámparas incandescentes

Blanco cálido 3.000 ºK Normales 2.600 ºK

Luz día 6.500 ºK Halógenas 3.100 ºK

Existe una cierta relación entre la temperatura de color y el nivel de iluminación, de tal forma que amayor temperatura de color, la iluminación ha de ser también mayor para conseguir una sensaciónagradable.

Partiendo de la base de que para poder hablar de iluminación es preciso contar con la existencia de unafuente productora de luz y de un objeto a iluminar, las magnitudes que deben conocerse y definirse sonlas siguientes:

MAGNITUD UNIDAD SIMBOLO

Flujo luminoso Lumen φ

Nivel de iluminaciónIluminancia Lumen / m2 = Lux E

Intensidad luminosa Candela I

Luminancia Candela / m2 L

El flujo luminoso y la intensidad luminosa son magnitudes características de las fuentes de luz,indicando la primera la cantidad de luz emitida por dicha fuente en 1 segundo en todas direcciones,mientras que la segunda indica la cantidad de luz emitida en 1 segundo y en una determinada dirección.

Seguidamente pasemos a definir más detalladamente cada una de estas magnitudes.

A) Flujo luminoso

Es la magnitud que mide la potencia o caudal de energía de la radiación luminosa y se puede definir dela siguiente manera:

Flujo luminoso es la cantidad total de luz radiada o emitida por una fuente durante un segundo.

8-1


f = Flujo luminoso en Lúmenes. Q = Cantidad de luz emitida en Lúmenes x seg. t = Tiempo en segundos.

El Lumen como unidad de potencia corresponde a 1/680 W emitidos a la longitud de onda de 550 mµ .

Ejemplos de flujos luminosos:

Lámpara de incandescencia de 60 W. 730 Lm.

Lámpara fluorescente de 65 W. "blanca" 5.100 Lm.

Lámpara halógena de 1000 W. 22.000 Lm.

Lámpara de vapor de mercurio 125 W. 5.600 Lm.

Lámpara de sodio de 1000 W. 120.000 Lm.

B) Nivel de iluminación

En nivel de iluminación o iluminancia se define como el flujo luminoso incidente por unidad desuperficie.

A su vez, el Lux se puede definir como la iluminación de una superficie de 1 m2 cuando sobre ellaincide, uniformemente repartido, un flujo luminoso de 1 Lumen.

Ejemplos de niveles de iluminación:

Mediodía en verano 100.000 Lux.

Mediodía en invierno 20.000 Lux.

Oficina bien iluminada 400 a 800 Lux.

Calle bien iluminada 20 Lux.

Luna llena con cielo claro 0,25 a 0,50 Lux.

8-1


C) Intensidad luminosa

La intensidad luminosa de una fuente de luz en una dirección dada, es la relación que existe entre elflujo luminoso contenido en un ángulo sólido cualquiera, cuyo eje coincida con la dirección considerada,y el valor de dicho ángulo sólido expresado en estereoradianes.

I = Intensidad luminosa en candelas.

φ = Flujo luminoso en lúmenes.

ω = Ángulo sólido en estereoradianes.

La candela se define también como 1/60 de la intensidad luminosa por cm2 del "cuerpo negro" a latemperatura de solidificación del platino (2.042 ºK).

Con el fin de aclarar el concepto de ángulo sólido, imaginemos una esfera de radio unidad y en susuperficie delimitemos un casquete esférico de 1 m2 de superficie. Uniendo el centro de la esfera contodos los puntos de la circunferencia que limitan dicho casquete, se nos formará un cono con la baseesférica; el valor del ángulo sólido determinado por el vértice de este cono, es igual a un estereoradián, olo que es lo mismo, un ángulo sólido de valor unidad.

En general, definiremos el estereoradián como el valor de un ángulo sólido que determina sobre lasuperficie de una esfera un casquete cuya área es igual al cuadrado del radio de la esfera considerada.

Según podemos apreciar en la figura, la definición de ángulo sólido nos da idea de la relación existenteentre flujo luminoso, nivel de iluminación e intensidad luminosa.

Ejemplos de intensidad luminosa:

8-1


Lámpara para faro de bicicleta sin reflector 1 cd.

Lámpara PAR-64 muy concentrada 200.000 cd.

Faro marítimo ( Centro del haz ) 2.000.000 cd.

D) Luminancia

Luminancia es la intensidad luminosa por unidad de superficie perpendicular a la dirección de la luz.

La luminancia L suele expresarse indistintamente en candelas/cm2 o en candelas/m2.

Cuando la superficie considerada S1 no es perpendicular a la dirección de la luz, habrá que considerarla superficie real S2, que resulta de proyectar S1 sobre dicha perpendicular.

S2 = S1 cos θ

por lo tanto:

Ejemplos de luminancia:

Filamento de lámpara incandescente 10.000.000 cd./m2

Arco voltaico 160.000.000 cd./m2

Luna llena 2.500 cd./m2

Con ayuda de la figura y algunas de las fórmulas anteriormente expuestas, podemos llegar a interesantes

8-1


conclusiones, que más adelante nos servirán para los cálculos.

Siendo:

tendremos que

Si tenemos en cuenta que los flujos luminosos y las intensidades luminosas son iguales en ambassuperficies, tendremos que:

de donde:

Según estas fórmulas observamos como una fuente de luz con una intensidad luminosa de 200candelas en la dirección del eje de la figura determina sobre un punto situado a 1 metro de distancia, unnivel de iluminación de:

Si ahora suponemos que el punto está situado a 3 metros, el nivel de iluminación se verá reducido enuna novena parte.

8-1


Cuando la superficie iluminada no es perpendicular a la dirección del rayo luminoso, la iluminancia onivel de iluminación, viene modificado por el coseno del ángulo de incidencia, que es el ángulo formadopor la dirección del rayo incidente y la normal a la superficie en el punto considerado.

Así tendremos que:

Suponiendo que el punto de luz se encuentra a una altura H, sobre la horizontal,

y por tanto,

Por ejemplo, si suponemos una fuente de luz a una altura de 8 metros, con una intensidad luminosa de200 candelas, en un punto que forma 20º con la vertical, el nivel de iluminación en dicho punto será:

8-1


8.2. LÁMPARAS Y SUS COMPONENTES

Desde la primera lámpara de Edison, hace ya más de 100 años, se ha ido acumulando una gran experiencia en el campo de la iluminación, que supone unaparte muy importante en el conjunto de la electricidad moderna.

A lo largo de estos años se han descubierto nuevos tipos de lámparas a las que se han ido adaptando una serie de componentes y aparatos auxiliares, talescomo casquillos, portalámparas, reactancias, etc. Seguidamente exponemos algunos de ellos.

Las lámparas pueden ser de muchas clases, cada una de ellas con sus particularidades y características específicas, que pasamos a estudiar con detalle.

8.2.1. LÁMPARAS DE INCANDESCENCIA

La incandescencia es un sistema en el que la luz se genera como consecuencia del paso de una corriente eléctrica a través de un filamento conductor.

Muchos han sido los materiales utilizados para la construcción de filamentos, pero en la actualidad el material de uso exclusivo es el tungsteno owolframio, cuya temperatura de fusión es del orden de 3.400 ºC. Con este tipo de filamentos se puede llegar a temperaturas normales de trabajo del orden de2.500 a 2.900 ºC, lo cual permite fabricar lámparas de incandescencia de una vida relativamente grande, con rendimientos también relativamente grandes,sobre todo si los comparamos con los obtenidos tan sólo hace unas cuantas décadas.

El filamento entraría en combustión con el oxígeno del aire si no lo protegiéramos mediante una ampolla de vidrio a la que se le ha hecho el vacío o se ha

8-2


rellenado de un gas inerte.

Un factor importante que condiciona la vida de un filamento, es el llamado "fenómeno de evaporación". Dicho fenómeno consiste en que debido a laselevadas temperaturas del filamento, este emite partículas que lo van adelgazando lentamente, produciendo finalmente su rotura.

Para evitar en parte este fenómeno, los filamentos se arrollan en forma de espiral y la ampolla se rellena con un gas inerte a una determinada presión. El gasinerte de relleno suele ser de una mezcla de nitrógeno y argón, aunque también suele utilizarse kripton exclusivamente.

La ampolla constituye la envoltura del filamento y del gas de relleno, siendo su tamaño función de la potencia eléctrica desarrollada. El material que seutilizó para las primeras lámparas era el cristal, aunque en la actualidad el vidrio a la cal es el más utilizado.

Su forma no está supeditada fundamentalmente a ningún concepto técnico, siguiendo generalmente criterios estéticos o decorativos, por lo que se fabricansegún una extensa variedad de formas. El modelo estándar es el más corrientemente utilizado.

El casquillo tiene como misión la de recoger los dos hilos que salen del filamento, a través del vidrio, hacia el exterior; al mismo tiempo sirve comoelemento de unión con la red de alimentación. Existe una gran diversidad de formas y tamaños de casquillos, aunque los más corrientemente utilizados sonlos de rosca Edison E-27, para potencias inferiores a los 300W, y la rosca E-40 o Goliat, en lámparas de igual o superior potencia.

Para un buen conocimiento del comportamiento de estas lámparas, es necesario tener en cuenta su curva de distribución espectral de las diferentesradiaciones que la componen. En la figura mostramos la distribución espectral de una lámpara de incandescencia, tipo estándar, de 500W, en función de laenergía radiada.

De esta curva se deduce que la energía radiada por estas lámparas tiene un carácter continuo y que gran parte de la energía se encuentra en la zona de loscolores rojos, mientras que solamente una pequeña parte lo hace en la zona del color violeta. De esto se deduce que la luz radiada por este tipo de lámparas se

8-2


asemeja a la luz solar.

La eficacia luminosa o rendimiento de una lámpara se expresa como el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eléctrica consumida,

La eficacia de las lámparas de incandescencia es la más baja de todas las lámparas y es del orden de 8 Lm/W para lámparas de pequeña potencia y delorden de 20 Lm/W para las de gran potencia.

No debemos confundir la eficacia de una lámpara con el rendimiento de la transformación "energía eléctrica energía luminosa". Casi la totalidad de laenergía eléctrica aplicada a las lámparas se transforma en calor, y solamente una pequeñísima parte se transforma en luz, es difícil encontrar rendimientospeores.

El flujo luminoso de las lámparas de incandescencia no es constante a lo largo de toda su vida. La causa hay que buscarla en el fenómeno de la evaporacióndel filamento, ya que por una parte las partículas de tungsteno desprendidas por el filamento se depositan sobre la pared interna de la ampollaennegreciéndola, y por otra parte el adelgazamiento experimentado por dicho filamento hace que aumente su resistencia, lo que provoca una disminución dela potencia absorbida. Ambos efectos provocan una disminución del flujo total emitido.

8-2


A lo largo de la vida media de una lámpara de incandescencia, la depreciación de su flujo va aumentando progresivamente y resulta ser del orden del 20%cuando alcanza su vida media.

Se considera como vida media de una lámpara al promedio de las vidas o duraciones de un grupo de ellas funcionando en condiciones normales. Este es undato muy importante a tener en cuenta en cualquier tipo de lámpara, ya que de él dependerá, fundamentalmente, el mayor o menor rendimiento económico dela instalación.

La vida media de una lámpara de incandescencia se estima en unas 1.000 horas, es decir, que parte de ellas durarán menos, mientras que otras sobrepasaránesta cifra. La vida media de las lámparas de incandescencia es la menor de todas las lámparas, no obstante, por sus características es la que más se utiliza en elalumbrado de viviendas.

La tensión de alimentación de una lámpara de incandescencia es un factor que afecta a todas sus variables, resistencia eléctrica del filamento, corriente,potencia, flujo luminoso, eficacia luminosa y vida media. Hemos representado todas estas variables en la figura, de la que podemos obtener interesantesconclusiones.

Es interesante observar cómo varía la vida media de una lámpara, en función de la tensión. Un aumento de la tensión de un 30% deja a la lámparaprácticamente sin vida, mientras que una disminución del 10% aumenta la vida en un 400%.

Referente al valor de la resistencia eléctrica del filamento de una lámpara de incandescencia, vemos como no resulta ser constante con la tensión, comosería de esperar. Ello se debe a que al aumentar la tensión aumenta su temperatura y con ella su resistencia, como consecuencia de que el tungsteno tiene uncoeficiente positivo de temperatura relativamente grande.

El resto de los valores siguen un comportamiento lógico, tal y como puede apreciarse.

Hemos observado la vida extremadamente corta de las lámparas incandescentes, su pequeña eficacia luminosa, y la enorme influencia que tiene la tensiónsobre sus características fundamentales. Pese a ello y con una antigüedad de más de 100 años, las lámparas incandescentes siguen alumbrando la casitotalidad de los hogares, ya que no existe nada mejor que las sustituya.

8-2


8.2.2. LÁMPARAS DE INCANDESCENCIA CON HALOGENUROS

Las lámparas de incandescencia con halogenuros o simplemente lámparas halógenas no son más que lámparas de incandescencia perfeccionadas.

En las lámparas de incandescencia tiene lugar el ya conocido fenómeno de evaporación del filamento, que consiste en el desprendimiento de partículas detungsteno que siguiendo las corrientes de convección del gas en el interior de la lámpara, acaban por depositarse sobre la pared interior de la ampolla,ennegreciéndola.

Si al gas de relleno de una lámpara de incandescencia se le añade una pequeña cantidad de yodo en forma de yoduro, en las zonas externas de la lámpara enlas que la temperatura es del orden de los 600 ºC, tiene lugar una reacción química en virtud de la cual los átomos de tungsteno se recombinan con los átomosde yodo, dando como resultado un compuesto llamado yoduro de tungsteno:

8-2


Por otra parte, cuando las moléculas de este nuevo compuesto se aproximan al filamento, zona en la que la temperatura es superior a los 2.000 ºC, seproduce la reacción opuesta, es decir, el yoduro de tungsteno se disocia en yodo y tungsteno, depositándose este último sobre el filamento, siguiendo el yodoel camino determinado por las corrientes de convección, para repetir el proceso.

Como ya hemos dicho, una parte de la reacción química se produce a una temperatura de 600ºC, en la pared de la ampolla de la lámpara. Para poderalcanzar tan elevada temperatura no queda más remedio que reducir considerablemente el tamaño de la ampolla y como el vidrio no soporta estastemperaturas tan elevadas, se recurre al cuarzo, que tiene una temperatura de reblandecimiento superior a los 1.300 ºC. El resultado de lo expuesto es una grandisminución del tamaño de estas lámparas, aproximadamente el 5% del volumen de una lámpara convencional de la misma potencia.

En una atmósfera halógena no pueden emplearse materiales corrientes, en base a la gran afinidad química, por lo que los soportes del filamento se hacentambién de tungsteno.

Las salidas de los conductores de alimentación de estas lámparas, se hacen a través de unas finísimas hojas de molibdeno. Debido al pequeño coeficiente dedilatación de este material y a las dimensiones extremadamente pequeñas de la hoja que atraviesa el cuarzo, este se ve sometido a esfuerzos relativamentepequeños.

El extremadamente pequeño volumen de estas lámparas, permite realizar ampollas de cuarzo de gran resistencia, admitiendo un relleno de gas a mayorpresión.

Todo lo dicho sobre las lámparas halógenas nos permite citar las siguientes ventajas sobre las lámparas de incandescencia convencionales:

- El flujo luminoso es mayor, debido a que el filamento puede trabajar a mayores temperaturas. Esto es posible gracias a la regeneracióndel tungsteno.

- La vida media resulta mayor, 2.000 h., debido también a la regeneración del tungsteno.

- La ampolla de cuarzo apenas se ennegrece, puesto que no se deposita tungsteno sobre ella, lo que se traduce en una menordepreciación del flujo luminoso, que permanece casi inalterable a lo largo de su vida.

- Debido a sus reducidas dimensiones es posible conseguir un control más preciso del haz luminoso.

Para la manipulación de estas lámparas hay que tener presentes dos cuestiones muy importantes:

- Evitar la presencia de grasa sobre la ampolla de cuarzo, es decir, no deben tocarse con las manos, ya que a altas temperaturas se puedeoriginar la desvitrificación del cuarzo con las anomalías consiguientes.

- Su posición de trabajo debe de ser siempre horizontal con una tolerancia máxima de unos 4º. Una mayor inclinación altera el equilibriotérmico de la regeneración, afectando seriamente a la vida de la lámpara.

La temperatura de color de estas lámparas resulta ser de 3.100 ºC y la eficacia luminosa es del orden de 22 Lm/W, algo mayor que la correspondiente alámparas de incandescencia convencionales.

En la actualidad se fabrican dos tipos de lámparas halógenas, las llamadas de casquillos cerámicos y las de doble envoltura, tal y como se muestra en la

8-2


figura.

Las lámparas halógenas de casquillos cerámicos están formadas por una ampolla cilíndrica de cuarzo de diámetro muy reducido, en cuyo interior seencuentra el filamento de tungsteno, arrollado en espiral, sumergido en una atmósfera de nitrógeno-argón y un halógeno que acostumbra a ser de yodo.

Los extremos de la ampolla terminan en dos casquillos cerámicos que protegen los contactos de conexión. La posición de trabajo de este tipo de lámparasdebe ser siempre horizontal, con una desviación máxima de 4º, y debe evitarse el contacto de la ampolla con las manos, tal y como ya hemos indicado.

Para evitar los problemas que trae consigo la desvitrificación y al mismo tiempo permitir el funcionamiento de la lámpara en cualquier posición, se hancreado las lámparas de doble envoltura, en las que el tubo de cuarzo está situado en el interior de un segundo tubo, en este caso de vidrio normal, cuya misiónno es otra que la de proteger el tubo de cuarzo y al mismo tiempo proporcionarle el equilibrio térmico que precisa para su buen funcionamiento.

8-2


Este equilibrio térmico necesario para que se produzca la regeneración del filamento en cualquier posición de trabajo de la lámpara, se consigue rellenandocon nitrógeno el espacio que hay entre la lámpara y el segundo tubo de vidrio.

Las lámparas de doble envoltura disponen de casquillos normalizados del tipo E-27 o E-40, siendo fácilmente adaptables en portalámparas destinados alámparas de incandescencia convencionales.

La posibilidad de un encendido y reencendido instantáneo, la gran facilidad de controlar el haz luminoso y una muy buena reproducción cromática, hace deestas lámparas un medio excelente para el alumbrado de pistas deportivas, carteles publicitarios, edificios y monumentos. No obstante, debido a la corta vidamedia de estas lámparas, se trata de un alumbrado bueno pero muy caro.

Además de los dos tipos de lámparas halógenas que acabamos de describir y cuya aplicación se centra principalmente en el alumbrado industrial, existenotras lámparas halógenas para aplicaciones diversas, tales como pequeñas lámparas de sobremesa, lámparas para faros de automóviles, lámparas paraproyectores de transparencias y diapositivas, etc..

8.2.3. LÁMPARAS FLUORESCENTES

Las lámparas fluorescentes son fuentes luminosas originadas como consecuencia de una descarga eléctrica en atmósfera de vapor de mercurio a bajapresión, en las que la luz se genera por el fenómeno de fluorescencia. Este fenómeno consiste en que determinadas sustancias luminiscentes, al ser excitadas

8-2


por la radiación ultravioleta del vapor de mercurio a baja presión, transforman esta radiación invisible en otra de onda más larga y que se encuentra dentro delespectro visible.

La lámpara fluorescente normal consta de un tubo de vidrio de un cierto diámetro y longitud variable según la potencia, recubierto internamente de unacapa de sustancia fluorescente. En los extremos de este tubo se encuentran los cátodos de wolframio impregnados en una pasta formada por óxidosalcalinotérreos que facilitan la emisión de electrones. El tubo está relleno de gas argón a baja presión y una pequeña cantidad de mercurio.

Conectada la lámpara en su correspondiente circuito, la corriente eléctrica que atraviesa los electrodos, los calienta y les hace emitir electrones, iniciándosela descarga si la tensión aplicada entre los extremos es suficiente. El calor producido, evapora rápidamente el mercurio por lo que la descarga se mantiene enuna atmósfera de mayor conductividad, mezcla de gas argón y del vapor de mercurio.

Los electrones así obtenidos, en su recorrido de un extremo a otro del tubo, chocan con los átomos de mercurio y la energía desprendida en el choque setransforma en radiaciones ultravioleta y por lo tanto invisibles, pero capaces de excitar la capa fluorescente que recubre el interior del tubo, con lo que setransforman en luz visible.

Esta es la explicación que inicialmente ofrecemos para justificar el funcionamiento de los tubos fluorescentes, aunque no obstante vamos a completarla conciertos pormenores prácticos que facilitarán una mayor comprensión del funcionamiento.

Las lámparas fluorescentes, como todas las de descarga, presentan una resistencia al paso de la corriente que disminuye a medida que esta se incrementa.Este efecto las llevaría a la autodestrucción si no les colocáramos algún elemento que controle la intensidad que circula por ellas; este elemento es unareactancia cuyo nombre específico para este caso es "balasto".

La reactancia o balasto está formada por una bobina de hilo de cobre esmaltado con su correspondiente núcleo magnético. Este conjunto va introducidodentro de un contenedor metálico, y todo ello impregnado al vacío con resinas capaces de penetrar hasta el interior de los más pequeños huecos existentesentre espiras; con ello conseguimos un considerable aumento de la rigidez dieléctrica de la bobina, una mejor disipación del calor formado, y una totaleliminación de las posibles vibraciones del núcleo magnético.

Las funciones que debe cumplir una reactancia, en el orden en que se realizan al poner en funcionamiento un tubo fluorescente, son:

- Proporcionar la corriente de arranque o precalentamiento de los filamentos para conseguir de éstos la emisión inicial de electrones.

- Suministrar la tensión de salida en vacío suficiente para hacer saltar el arco en el interior de la lámpara.

- Limitar la corriente en la lámpara a los valores adecuados para un correcto funcionamiento.

En la figura mostramos el circuito fundamental de funcionamiento de una lámpara fluorescente con su balasto y su interruptor de puesta en marcha

8-2


(cebador) .

Si aplicamos tensión al circuito, no circulará corriente por el mismo, ya que no puede establecerse la descarga, por falta de electrones. Si ahora cerramosmomentáneamente el interruptor, el circuito se cierra a través del balasto y de los filamentos del tubo, los cuales iniciarán la emisión de electrones.

Si ahora abrimos el interruptor, se crea una sobretensión como consecuencia de la autoinducción de la bobina del balasto, y encontrándose el tubofuertemente ionizado como consecuencia de la emisión de electrones, se iniciará la descarga en el seno del gas de relleno y posteriormente en el vapor demercurio. Así cebado el tubo, quien ahora limita la corriente es el balasto y en bornas de la lámpara quedará la tensión de arco necesaria para mantenerlo. Estatensión de mantenimiento del arco depende principalmente de la longitud del tubo y suele estar comprendida entre 40 y 100 V.

Todo lo dicho sobre el funcionamiento de la lámpara es perfectamente válido, a excepción del interruptor manual de puesta en funcionamiento, que deberáser sustituido por un interruptor automático "Cebador".

El cebador consiste en una pequeña ampolla de vidrio llena de gas argón a baja presión, y en cuyo interior se encuentran dos electrodos; uno de ellos, o losdos, son laminillas de diferente coeficiente de dilatación que, por la acción del calor, pueden doblarse ligeramente, y que se encuentran muy próximas. Enparalelo con estos dos electrodos encontramos un condensador cuya misión es la de evitar en lo posible las interferencias en las bandas de radiodifusión y TV,que este interruptor automático pueda ocasionar. Estos dos elementos van alojados en un pequeño recipiente cilíndrico de aluminio o de material aislante.

Así constituido el cebador, su funcionamiento puede resumirse de la siguiente manera:

Al conectar el circuito a la red, toda la tensión queda aplicada entre los dos electrodos del cebador. Como consecuencia de la proximidad a que se

8-2


encuentran, se establece entre ellos y a través del gas de relleno un pequeño arco, el cual produce un aumento de la temperatura en la lámina, y enconsecuencia su deformación, hasta ponerse en contacto con la fija, cerrando con ello el circuito de caldeo de los filamentos. Al cesar el arco, la laminillabimetálica se enfría y por tanto vuelve a su posición inicial, abriendo bruscamente el circuito y provocando la reactancia, la sobretensión ya prevista, queinicia la descarga en el tubo.

Puesta en funcionamiento la lámpara, como la tensión entre sus extremos disminuye a un valor igual al de formación del arco, ya no es capaz de iniciar,entre los electrodos del cebador, ese pequeño arco, y en consecuencia no vuelven a unirse.

Hemos supuesto que a la primera interrupción del cebador, la lámpara inicia la descarga, pero si ello no ocurre, el cebador volverá a cerrar y abrir sucontacto hasta que la tensión entre sus extremos disminuya al valor de formación del arco.

Finalmente destacamos que los polvos fluorescentes que recubren el interior del tubo constituyen posiblemente el elemento más importante de esta fuentede luz, ya que el 90% de la luz emitida por los tubos se debe a su acción.

Las investigaciones llevadas a cabo en el campo de la química han permitido descubrir nuevos materiales fluorescentes que mejoran sensiblemente latransformación de las radiaciones ultravioleta en luz visible, al mismo tiempo que permiten la obtención de tonalidades diversas de luz.

La adecuada dosificación en la mezcla de estas nuevas materias ha permitido la fabricación de una amplia gama de lámparas fluorescentes, con unascaracterísticas de emisión a diferentes temperaturas de color y con rendimientos cromáticos distintos.

La extensa gama de tonalidades aparecidas en el mercado, y después de una lógica racionalización, ha quedado establecida en tres categorías básicas, segúnla temperatura de color:

1ª ) Tonalidades cálidas (2.700-3.100 ºK)

2ª ) Tonalidades frías (3.800-4.500 ºK)

3ª ) Tonalidades luz de día (6.500-7.500 ºK)

La figura nos muestra la curva de distribución espectral relativa de una lámpara fluorescente de tono "Blanco cálido".

8-2


La vida media de los tubos fluorescentes es del orden de 7.500 horas y la depreciación del flujo emitido para la vida media es aproximadamente del 25%.

Hasta no hace mucho los modelos que normalmente se fabricaban correspondían a las potencias de 20 W, 40 W, y 65 W, con una longitud variable con lapotencia y un diámetro de 36 mm. En la actualidad estos modelos están siendo sustituidos por otros tres tipos de mayor rendimiento luminoso, de potencias18 W, 36 W y 56 W, de igual longitud y con un diámetro de tan sólo 26 mm.

El funcionamiento de las lámparas fluorescentes puede verse sensiblemente afectado por diversos factores tales como temperatura y humedad ambiente,número de encendidos y tensión de alimentación.

La máxima emisión luminosa de los fluorescentes se produce a temperaturas comprendidas entre 38 y 49 ºC, experimentando una pérdida de un 1% porcada grado de variación. Ello es debido a la enorme influencia que tiene la temperatura sobre la producción de rayos ultravioleta.

La presencia de aire húmedo en las proximidades de un tubo fluorescente puede formar una película de humedad sobre el mismo, variando la cargaelectrostática de la superficie del tubo y haciendo necesarias unas tensiones de arranque superiores a las normales. Este efecto puede eliminarse en gran partedisponiendo sobre la pared externa del tubo una delgada capa de silicona que dispersa la película de agua permitiendo el arranque en mejores condiciones.

La "muerte" de un tubo fluorescente, es casi siempre consecuencia del agotamiento de sus electrodos. El momento más perjudicial para su integridad essiempre el arranque, de lo que puede deducirse que existirá una relación entre el número de encendidos y la vida del tubo. La duración de la vida de los tubosfluorescentes suele indicarse para una frecuencia de encendidos de uno cada tres horas.

El flujo luminoso y la potencia de un tubo fluorescente se ven afectados por la variación de la tensión de alimentación, tal y como podemos ver en la figura.

8-2


La tensión mínima para la cual se mantiene el arco, suele ser del 75% de la nominal.

La eficacia de una lámpara fluorescente, tomada como la relación entre el flujo luminoso y la potencia de la lámpara, es del orden de 55 a 82 Lm/W. Estaes la eficacia que suelen dar los fabricantes, aunque en realidad la eficacia real resultará ser la relación entre el flujo luminoso y la potencia activa totalconsumida; en este caso tendremos que la eficacia será notablemente menor, de 33 a 68 Lm/W.

Finalmente diremos que la luz de los fluorescentes es especialmente indicada en todos aquellos lugares donde se necesite una iluminación de calidad. Así,es imprescindible en oficinas, tiendas, talleres, y salas y salones de actos.

8.2.3.1. Consideraciones eléctricas sobre los tubos fluorescentes

Como ya hemos visto, son tres los elementos fundamentales en los circuitos con lámparas fluorescentes: tubo, balasto y cebador. Eléctricamente el tuboequivale a una carga puramente óhmica, mientras que el balasto supone una carga fuertemente inductiva. Así, pues, el conjunto lámpara-balasto equivale auna carga inductiva con un bajo factor de potencia.

Por ejemplo, las características eléctricas de un tubo fluorescente de 36 W, son:

Tensión de alimentación 220 V.

8-2


Intensidad nominal 0,43 A.

Potencia del tubo 36 W.

Potencia del balasto 12 W.

Potencia total 36 + 12 = 48 W.

De estas características deducimos la potencia aparente total consumida,

Wap = U Iap = 220 ⋅ 0,43 = 94,6 VA.

por lo tanto el factor de potencia del conjunto tubo-reactancia, será:

Esto quiere decir que la intensidad aparente que consume el circuito, Iap = 0,43 A, se descompone en una parte activa y otra reactiva:

Disponiendo de un condensador a la entrada del circuito, capaz de suministrar la intensidad reactiva que consume el circuito, conseguiremos que elconjunto tubo-reactancia trabaje con un factor de potencia igual a la unidad. Siendo:

Con un condensador de estas dimensiones, además de conseguir la bonificación correspondiente a un factor de potencia unidad, conseguimos que laintensidad por el circuito quede reducida a un valor de intensidad aparente igual a la activa (0,218 A.), con el consiguiente ahorro de sección. En la prácticano existirá el condensador de 5,3 mF, por lo que habrá que colocar el de valor más próximo tomado por defecto.

En ocasiones no interesa llegar a un factor de potencia unidad, quedando fijado en un valor más bajo. Normalmente las casas fabricantes de reactancias danel valor del condensador necesario para un factor de potencia de 0,90, es decir,

y siendo:

tendremos que:

8-2


y para esta intensidad, le corresponde un condensador:

En la mayoría de las aplicaciones las lámparas fluorescentes van en parejas, por lo que en vez de recurrir a un montaje con dos reactancias se suele utilizaruna sola, disponiendo los dos tubos en serie, tal y como indica la figura. El condensador necesario puede calcularse de forma similar.

Un fenómeno de especial transcendencia se produce durante el funcionamiento de las lámparas fluorescentes: se trata del llamado "efecto estroboscópico".Puesto que el arco de una lámpara funciona con corriente alterna de 50 ciclos por segundo, las corrientes de las lámparas se anulan 100 veces por segundo,disminuyendo su intensidad luminosa casi a cero en esos momentos.

Por este motivo aparece el llamado efecto estroboscópico que produce la sensación de que los cuerpos en movimiento lo hacen a velocidad menor que lareal, aparece una especie de sombra a su alrededor, y el parpadeo luminoso aumenta la fatiga visual.

Naturalmente es necesario compensar o corregir este fenómeno si queremos tener un alumbrado en perfectas condiciones. Para ello será necesario desfasarlas tensiones de unas lámparas con respecto a otras, de forma que cuando un grupo de ellas pase por cero haya otras que se encuentren en un máximo. Laforma más simple de conseguir esto es alimentar las lámparas en grupos de tres, a una red trifásica, de forma que las lámparas, conectadas entre cada una delas fases y el neutro, se encontrarán siempre con un desfase de 120º.

Cuando no se disponga de una red trifásica también podremos compensar el efecto estroboscopio mediante la utilización de un condensador en serie con elcircuito de una de las lámparas del grupo de dos que se necesitan para este tipo de compensación.

Con el condensador conectado en serie en una de las lámparas, lo que conseguimos es alimentarla con una intensidad desfasada 90º con respecto a la otra, ypor consiguiente, cuando una de ellas pase por cero la otra se encontrará en un máximo. Calculando el condensador de forma que la impedancia que presentesea aproximadamente la mitad de la que representa la reactancia inductiva, conseguiremos evitar el efecto estroboscópico y hacer que el conjunto de estos dostubos funcione con un factor de potencia próximo a la unidad.

Las reactancias a que hemos hecho referencia hasta ahora tienen unas pérdidas consideradas como normales, pero que no obstante podrían ser notablementeinferiores, aumentando el rendimiento de los circuitos.

8-2


Existe un tipo de reactancias denominadas de "bajas pérdidas", que consumen una potencia que suele ser el 60% menor que las reactancias de tipo normal.Mediante estas reactancias de bajas pérdidas el ahorro de explotación resulta notable, cuestión de fácil demostración con un simple estudio económico.

Sea un hipotético almacén que dispone de 1.000 lámparas de 36 W. funcionando a 220 V., durante 8 horas diarias y 215 días al año. Las característicaseléctricas de una reactancia normal y otra de bajas pérdidas, son:

DATOS DE COMPARACION REACTANCIA N. REACTANCIA B.P.

Tensión de red 220 V. 220 V.

Potencia en lámpara 36 W. 36 W.

Potencia en la reactancia 12 W. 4,5 W.

Potencia total 48 W. 40,5 W.

Intensidad en lámpara 0,43 A. 0,43 A.

Rendimiento de equipo 0,75 % 0,88 %

La potencia ahorrada sería de:

1.000 ⋅ 8 ⋅ 215 ⋅ (12 - 4,5) = 12.900.000 Wh. = 12.900 kWh

y estimando el precio del kWh. a 15 pts, el ahorro anual resultará ser de:

12.900 ⋅ 15 = 193.000 pts/año

Naturalmente una reactancia de bajas pérdidas cuesta más que una normal, ya que está muy sobredimensionada, pero con otro simple cálculo podemosllegar a la conclusión de que se pueden amortizar en un tiempo inferior a los dos años. Los fabricantes aseguran para las reactancias una vida media de 10años, por lo que el ahorro mínimo previsto en este tiempo sería de 1.930.000 Pts.

El rendimiento del equipo, visto como el cociente de la potencia consumida por el tubo y la total consumida por el equipo, será en cada uno de los doscasos:

8.2.4. PEQUEÑAS LÁMPARAS FLUORESCENTES

Este tipo de lámparas denominadas Dulux, PL, etc..., están basadas en el principio de descarga en vapor de mercurio a baja presión, similar al de las

8-2


lámparas fluorescentes convencionales. Su principal atributo es su reducido tamaño, comparable al de las lámparas de incandescencia.

La eficacia luminosa es del orden de 40 Lm/W., su vida media de unas 6.000 horas y la temperatura de color de 2.700 ºK. La depreciación del flujoluminoso para su vida media es del 20%.

Se fabrican en cuatro potencias 5W, 7W, 9W y 11W., y tienen la particularidad de que el cebador va incorporado en la base de la lámpara. El balasto escomún para las cuatro lámparas y su conexión es, naturalmente, en serie.

También se pueden conectar dos lámparas en serie con un sólo balasto, a excepción de la de 11W., que no es posible debido a su elevada tensión delámpara.

Las características expuestas dotan a estas lámparas de buenas razones para sustituir a las de incandescencia en aquellos lugares de elevada utilización,como hoteles, restaurantes, locales de venta, etc..

El principal inconveniente es que el nivel de iluminación nominal no se alcanza hasta después de transcurridos unos tres minutos.

8.2.5. LÁMPARAS DE VAPOR DE MERCURIO

El funcionamiento de las lámparas de vapor de mercurio a alta presión, conocidas simplemente como de vapor de mercurio, se basa en el mismo principioque el de las lámparas fluorescentes. Así como una lámpara fluorescente de descarga en mercurio a baja presión genera casi exclusivamente radiacionesultravioleta, con altas presiones de vapor el espectro cambia notablemente, emitiendo varias bandas que corresponden a las sensaciones de color violeta (405

8-2


mµ .), azul (435 mµ .), verde (546 mµ .) y amarillo (570 mµ .), emitiendo también una pequeña cantidad de radiaciones ultravioleta.

Como las cualidades cromáticas de estas radiaciones no resultan muy buenas, debido en gran parte a la ausencia de radiaciones rojas, las radiacionesultravioleta se transforman, mediante sustancias fluorescentes, en radiaciones comprendidas dentro del espectro rojo, dando como resultado una lámpara conun mejor rendimiento cromático.

Las lámparas de vapor de mercurio están constituidas por una pequeña ampolla de cuarzo, provista de dos electrodos principales y uno o dos auxiliares, encuyo interior se encuentra una cierta cantidad de argón y unas gotas de mercurio. Los electrodos auxiliares llevan una resistencia en serie que limita laintensidad que por ellos puede circular.

La pequeña ampolla de cuarzo está contenida dentro de otra de mucho mayor tamaño, de vidrio, cuya misión es la de proteger a la pequeña ampolla,establecer un cierto equilibrio térmico, así como también la de ser depositaria en su interior de sustancias fluorescentes encargadas de darle una ciertatonalidad roja.

8-2


Como todas las lámparas de descarga, la lámpara de vapor de mercurio debe llevar un elemento limitador de corriente, balasto. Cuando la conectemos a lared de alimentación, se producirá inicialmente una descarga entre el electrodo principal y el auxiliar, que se encuentran muy próximos, lo que ioniza el argón,haciéndolo conductor y estableciendo un tenue arco entre los dos electrodos principales; el calor generado por esta descarga va progresivamente evaporandoel mercurio del interior de la ampolla, y poco a poco se va convirtiendo en el conductor principal.

A medida que aumenta la temperatura en el tubo de descarga, aumenta la presión del vapor de mercurio y con ella la potencia activa consumida y el flujoluminoso emitido, hasta alcanzar, al cabo de 3 o 4 minutos, los valores normales de régimen. La intensidad absorbida por el circuito se inicia con un valor delorden del 40 al 50% mayor que el nominal, y va reduciéndose progresivamente tal y como hemos indicado.

Esta variación de la intensidad durante el arranque de la lámpara tiene una muy importante influencia en el circuito, ya que en un alumbrado de este tipo, ellimitador deberá estar dimensionado para poder aguantar dicha intensidad.

Si por algún motivo se apaga la lámpara, y seguidamente queremos volver a encenderla, ello no resulta posible debido a que el vapor de mercurio no sehabrá enfriado y estará con una presión elevada. Transcurridos tres o cuatro minutos, la lámpara se habrá enfriado y reanudará el periodo de encendido; estosupone un serio inconveniente para este tipo de lámparas.

La curva de distribución espectral viene representada en la siguiente figura, pudiendo observar los cuatro colores predominantes, así como también la zonadel rojo que genera la capa fluorescente.

8-2


La temperatura de color de estas lámparas, depende del tipo de recubrimiento fluorescente que lleve, pero suele estar comprendida entre 3.800 y 4.000 ºK,y tiene un rendimiento luminoso que oscila entre 40 y 60 Lm/W.

La depreciación del flujo luminoso depende naturalmente de las horas de funcionamiento de la lámpara. La depreciación suele ser del 12% a las 8.000horas de funcionamiento y del 35% a las 15.000 horas.

La vida media de la lámpara es extraordinariamente elevada, del orden de 24.000 horas, aunque para estas horas de funcionamiento la depreciación delflujo luminoso sea del orden del 50%. Los fabricantes aconsejan cambiar la lámpara antes de las 15.000 horas de funcionamiento, cuando la depreciación delflujo no es superior al 25%.

Las lámparas de vapor de mercurio resultan muy aconsejables en alumbrados públicos y en grandes almacenes.

8-2


Al igual que para las lámparas fluorescentes, la reactancia hace que el circuito tenga un bajo factor de potencia, por lo que se recomienda la colocación decondensadores. Así, por ejemplo, la lámpara de 125 W. a 220 V., tiene un consumo de 1,15 A. y una potencia total consumida de 137 W, por lo tantotendremos un factor de potencia:

La capacidad necesaria para que el circuito trabaje con un factor de potencia 0,9, será:

8.2.6. LÁMPARAS DE LUZ MEZCLA

Las lámparas de luz mezcla son una variante de las de vapor de mercurio. El control de la intensidad que normalmente se consigue con una reactancia, enlas lámparas de vapor de mercurio, en el caso de las lámparas de luz mezcla se hace mediante una resistencia en forma de filamento de tungsteno colocado ensu interior, contribuyendo además a la emisión luminosa.

8-2


Como consecuencia de la aportación luminosa del filamento de incandescencia, el espectro de la radiación es el resultado de la adición al espectro típico dela lámpara de vapor de mercurio, el espectro de una lámpara de incandescencia rica en radicaciones rojas e infrarrojas.

La eficacia de estas lámparas es del orden de 25 Lm/W., y tienen una depreciación del flujo luminoso muy pequeña, no llega al 20%, para la vida media dela lámpara, que es del orden de 6.000 h., para un encendido cada tres horas.

8-2


Es importante resaltar en estas lámparas que, durante el periodo de arranque, el exceso de tensión no absorbido por el tubo de descarga sobrecargaconsiderablemente el filamento, motivo por el que la vida media se ve en gran medida afectada por el número de encendidos.

Debido a la posibilidad de sustitución directa de estas lámparas por las de incandescencia, resultan adecuadas en aquellos casos en los que se pretendemejorar la iluminación sin grandes complicaciones.

8.2.7. LÁMPARAS DE MERCURIO CON HALOGENUROS

La constitución de las lámparas de halogenuros metálicos es similar a la de las de vapor de mercurio, de las que se diferencia en que, además de mercurio,contienen halogenuros de tierras raras, tales como disprosio, talio, indio, holmio o tulio, con lo que se obtienen mayores rendimientos luminosos y sobre todouna mejor reproducción cromática.

El tubo de descarga es de cuarzo con un electrodo de wolframio en cada extremo, recubierto de un material emisor de electrones. El bulbo exterior es devidrio duro y sirve para el equilibrio térmico del tubo de descarga y para su aislamiento.

8-2


Aunque las condiciones de funcionamiento son similares a las de las lámparas de vapor de mercurio, la adición de halogenuros hace necesaria una tensiónde encendido muy superior a la de una red de alimentación, 200/380 V., por lo que necesita un arrancador que proporcione tensiones de pico del orden de 1,5a 5 kV.

Las lámparas de halogenuros metálicos, como todas las de descarga se deben conectar a la red a través de una reactancia que controle la intensidad,debiendo tener especial cuidado de que la combinación reactancia-arrancador sea la adecuada. Dos son los circuitos que se suelen utilizar para elfuncionamiento de estas lámparas.

El período de arranque es de 3 a 5 minutos, hasta que la lámpara da el flujo luminoso previsto y el reencendido de 10 a 20 minutos, dependiendo del tipo deluminaria y de la potencia de la lámpara. La tensión entre sus extremos, necesaria para mantener la descarga, es del orden de 100 a 200 V., depende de lapotencia.

Dado que estas lámparas no emiten radiaciones ultravioleta, eliminan la necesidad de la capa fluorescente, por lo que se suelen construir en ampollascilíndricas y transparentes.

Los tipos de lámparas existentes en el mercado son muy diversos y dependen principalmente del tipo de halogenuro introducido. Tanto la temperatura decolor proporcionada, como la eficacia luminosa obtenida dependen de este concepto.

Así, cuando se utilizan aditivos de sodio, talio e indio, se obtiene una eficacia luminosa del orden de 95 Lm/W. y una temperatura de color de unos 4.200ºC. Cuando se utilizan aditivos a base de estaño, el rendimiento luminoso es de unos 45 Lm/W. y la temperatura de color del orden de 5.000 ºC.

8-2


En la siguiente figura podemos ver la curva de distribución espectral de una lámpara típica de halogenuros metálicos. De todas las que hemos visto es laque tiene un espectro más continuo, y solamente tiene una cresta importante en la zona de los verdes.

Tampoco podemos concretar nada sobre la vida media de estas lámparas cuyo valor puede decirse que se encuentra entre 2.000 y 8.000 horas, dependiendomuy directamente del tipo y del fabricante.

8-2


Como ya hemos dicho, la principal cualidad de estas lámparas es la reproducción cromática, por lo que la hacen especialmente indicada en aquellos casosen los que la reproducción cromática sea fundamental, como por ejemplo en aplicaciones televisivas.

El campo de utilización de estas lámparas, así como sus características especiales no están definidas totalmente, ya que se encuentran en pleno desarrollo.De hecho, en la actualidad, estas lámparas están siendo investigadas en profundidad, por lo que se desconoce el alcance real al que puedan llegar.

8-2


8.2.8. LÁMPARAS DE VAPOR DE SODIO A BAJA PRESIÓN

Constructivamente las lámparas de vapor de sodio a baja presión están formadas por dos ampollas de vidrio tubulares. La ampolla interna o tubo dedescarga tiene forma de U y en su interior se encuentra una pequeña cantidad de gas neón a baja presión y sodio puro en forma de gotas, cuando está frío; asímismo, en los extremos del tubo de descarga se encuentran dos electrodos de filamento de wolframio, sobre los que se ha depositado un material emisor deelectrones.

La ampolla exterior envolvente, tiene como misión la protección térmica y mecánica del tubo de descarga, y entre las dos se ha hecho el vacío.

Al aplicar tensión entre los electrodos, se produce la descarga a través del gas neón, la cual determina la emisión de una luz roja característica de este gas.El calor generado por la descarga produce la vaporización progresiva del sodio y, como consecuencia, la descarga pasa a efectuarse en una atmósfera en laque la concentración de sodio es cada vez mayor, produciendo una luz cada vez más amarilla.

El proceso de encendido de una lámpara de vapor de sodio a baja presión dura unos 10 minutos y al final se obtiene una luz amarilla monocromática de unalongitud de onda de 5.890 mµ .

El rendimiento de estas lámparas es óptimo cuando la temperatura interna alcanza los 270 ºC, por lo que la pared interna del tubo exterior lleva una finacapa de óxido de indio, el cual permite el paso de las radiaciones visibles, pero detiene el 90% de las radicaciones infrarrojas, que se invierten en calentar eltubo.

La curva de distribución espectral es monocromática, de color amarillo, situado en la zona donde la sensibilidad del ojo humano es de un 75% con respectoa la máxima. Por tal motivo estas lámparas resultan adecuadas en aquellos lugares en donde la reproducción de los colores es secundaria como, por ejemplo,en vías de tránsito urbano, en donde lo principal es la percepción del movimiento; también es aplicable este tipo de luz en grandes espacios industriales decarga, descarga y estacionamiento.

8-2


La eficacia luminosa de las lámparas de vapor de sodio a baja presión es la más elevada de todas las existentes, llega a ser de 190 Lm/W. La vida mediaresulta ser de unas 15.000 horas, con una depreciación que no llega al 20%.

La tensión mínima de arranque que necesitan estas lámparas es del orden de los 390 V. para potencias de lámpara pequeñas (35 W.) y del orden de los 600V. para las de gran potencia (180 W.). Por tal motivo, se hace imprescindible en el circuito un elemento que además de controlar la intensidad, como en todaslas lámparas de descarga, eleve la tensión de la red al valor necesario; esto se consigue mediante reactancias autotransformadoras de dispersión.

Para algunas potencias de lámparas, cuya tensión de arranque es del orden de 390 V. y la tensión de funcionamiento del arco de unos 100 V., es posibleutilizar reactancias de choque en lugar del autotransformador.

8-2


Cuando se utilicen reactancias de choque es imprescindible utilizar también un arrancador capaz de producir unos impulsos de tensión elevada que inicienla descarga en el interior de la lámpara.

Así, por ejemplo, en el segundo circuito indicado en la figura, cuando lo conectemos a la red, el arrancador recibe entre sus extremos la tensión total de lared, por lo que el pequeño circuito electrónico que lo forma comienza a oscilar, produciendo descargas de tensión de un valor de pico de unos 1.500 V. y deuna duración de 3 a 4 ms. La energía de estos impulsos es suficiente para iniciar la descarga en la atmósfera de neón del interior de la lámpara, provocando elencendido de esta. Al producirse el cebado, la tensión en bornas de la lámpara disminuye, por lo que el arrancador queda alimentado a una tensiónnotablemente inferior a la de la red (100V.), que es insuficiente para hacerle oscilar, quedando en reposo durante todo el tiempo que la lámpara permanezcaencendida.

Este sistema de encendido permite utilizar reactancias más simples y ligeras, para las que el condensador de corrección del factor de potencia es de menoscapacidad que en el caso de las reactancias autotransformadoras.

8-2


8.2.9. LÁMPARAS DE VAPOR DE SODIO A ALTA PRESIÓN

Las lámparas de sodio a baja presión tienen una inmejorable eficacia luminosa, pero su reproducción cromática es muy deficiente. Para mejorar este tipo delámparas hay que hacerles una serie de modificaciones, tales como aumentar la presión del vapor de sodio, a costa de trabajar a temperaturas más elevadas, yagregar además del gas inerte, xenón, una pequeña cantidad de mercurio que ayude a mejorar el espectro.

Para que estas dos modificaciones se puedan hacer realidad hay que vencer una seria dificultad, dado que el sodio a alta presión y temperatura, atacaseriamente al vidrio y al cuarzo, materiales utilizados hasta ahora para estos cometidos.

8-2


Para cumplir este cometido se han creado tubos de descarga a base de óxido de aluminio sinterizado, capaces de soportar la acción del sodio a temperaturassuperiores a los 1.000 ºC y al mismo tiempo transmitir el 90% de la luz visible producida por la descarga eléctrica en su interior. Este tubo está cerradomediante tapones de corindón sintético, en los que se soportan los electrodos.

El tubo de descarga se aloja en el interior de una ampolla de vidrio duro, resistente a la intemperie que le sirve de protección y aislamiento eléctrico ytérmico. La despreciable cantidad de radiaciones ultravioleta que generan estas lámparas, hace innecesario el empleo de material fluorescente, por lo que estaampolla es totalmente transparente.

Debido a la presión elevada del sodio en el tubo de descarga, para el encendido de estas lámparas es preciso aplicar tensiones de pico comprendidas entre2.800 y 5.500 V., por lo que además de la imprescindible reactancia hay que colocar arrancadores especiales capaces de generar los impulsos de encendido.El modelo de lámpara de 70 W. lleva incorporado dicho arrancador.

Al conectar el circuito a la red de alimentación, el arrancador proporcionará los impulsos de tensión necesarios para iniciar la descarga en el gas xenón. Laelevación de temperatura producida por la descarga, va evaporando el mercurio y el sodio, que pasan a ser conductores principales, con lo que la iluminaciónirá aumentando hasta que al cabo de unos 5 minutos se alcance el valor nominal.

8-2


La intensidad de arranque de estas lámparas es del orden del 40 al 50% superior al valor nominal que se alcanza una vez transcurrido el tiempo deencendido. La potencia activa consumida por la lámpara va aumentando hasta alcanzar su valor nominal máximo, que junto con la potencia aparente nosdeterminará el factor de potencia típico de estos circuitos y que como en los demás casos resultará ser del orden de 0,5.

Al igual que las otras lámparas de descarga, si por alguna circunstancia se desconectan, no pueden volver a encenderse hasta transcurrido el tiemponecesario para que la presión del sodio descienda a valores inferiores. Así, el tiempo de reencendido suele ser del orden de 2 a 3 minutos.

La curva de distribución espectral de una lámpara de vapor de sodio a alta presión resulta sensiblemente mejorada con respecto a las de baja presión,pudiendo apreciar en ellas una mejor reproducción cromática.

La eficacia luminosa es francamente buena, del orden de 120 Lm/W. y la temperatura de color resulta ser de 2.200 ºK.

8-2


La vida media es de unas 15.000 horas, con una depreciación del flujo que no llega al 40%.

La mejora de la reproducción cromática conseguida con estas lámparas, las hace muy apreciadas en alumbrados públicos, y en general en todos aquellosespacios en los que se requiera una iluminación económica sin grandes exigencias cromáticas.

8-2


8.2.10. REACTANCIAS DE DOS NIVELES DE POTENCIA

En alumbrados públicos, cuando a determinadas horas se desea reducir el alumbrado con el fin de obtener un cierto ahorro, es necesario disponer de doscircuitos independientes de manera que a determinada hora se pueda eliminar uno de ellos quedando el otro, generalmente distribuido alternativamente.

Esta solución no es todo lo buena que sería de desear ya que además de necesitar dos circuitos independientes, la eliminación de puntos de luz crea zonasoscuras con muy mala visibilidad.

Los fabricantes de reactancias con el fin de contribuir a solucionar este problema han creado las llamadas reactancias de dos niveles.

Su funcionamiento se basa en la fabricación de reactancias con dos niveles de impedancia, de manera que el primer nivel corresponda con el de máximorendimiento luminoso del circuito, mientras que el segundo nivel corresponde un descenso del nivel de iluminación, y por lo tanto de la potencia consumida.

Dependiendo del tipo de lámpara, el descenso del nivel de iluminación, con respecto al Nivel Máximo, se considera aceptable cuando la reducción estécomprendida entre el 45 y el 55%, lo que corresponde con una reducción de la potencia consumida comprendida entre el 58 y el 63%. Reducciones deiluminación y de potencia mayores no serían aceptables ya que podrían aparecer problemas de estabilidad en las lámparas.

POTENCIA ABSORBIDA FLUJO LUMINOSO AHORRO

8-2


100 % 100 % -

63 % 55 % 37

58 % 45 % 42

Tal y como se indica, para las lámparas de vapor de sodio a alta presión se dispone de conjuntos apropiados para cada potencia de lámpara, consistentes enuna reactancia de dos niveles, arrancador, y relé para la conmutación de los dos niveles de potencia.

Puesto que se prevén dos niveles de funcionamiento con dos potencias, también serán necesarios dos condensadores si se quiere compensar el factor depotencia. El primer condensador, el C1, corresponde a la capacidad necesaria para compensar el nivel mínimo, y el Cco, corresponde a la capacidad que lefalta a C1 para poder compensar el nivel máximo.

Estando el relé en posición de reposo, el contacto 3-1 se encuentra cerrado y por consiguiente la reactancia se halla conectada en su nivel máximo. Asímismo, el contacto 7-5 se encuentra también cerrado, por lo que en el circuito hay dos condensadores acoplados en paralelo, C1 y Cco.

Al aplicar tensión al relé, el contacto 3-1 pasa a la posición 3-2, que conecta la reactancia en su nivel reducido, mientras que el contacto 7-5 pasa a laposición 7-6, quedando desconectado el condensador Cco. Obsérvese que de no existir el puente de resistencias entre los puntos 1, 3, al pasar de la posición denivel máximo al mínimo, habría un instante en el que el circuito quedaría desconectado, por lo que la lámpara se apagaría, dando lugar a un reencendido detres o cuatro minutos de duración.

El circuito de aplicación lo representamos con el accionamiento por medio de un reloj horario, alimentado a 220 V., entre el neutro O y la fase R. Laslámparas conectadas alternativamente a las fases R, S y T, se alimentan a 220 V., y solamente es necesario llevar un conductor para realizar la conmutación.

Todo lo dicho es perfectamente válido para lámparas de vapor de mercurio, por lo tanto solamente es necesario colocar el modelo adecuado en cada caso.

8-2


8-2


9. INSTALACIONES DE ALUMBRADO

9.1. INSTALACIONES DE ALUMBRADO

Como consecuencia de que existen períodos más o menos largos, durante los cuales hay ausencia totalo parcial de la luz natural, se hace necesario sustituir o compensar esta mediante luz artificial.

El problema se nos plantea ante la necesidad de disponer de una iluminación artificial, que si bien distanotablemente de la natural, al menos cumpla unos mínimos establecidos en cuanto a calidad y cantidad.

El ojo humano está habituado a altos niveles de iluminación, proporcionados por la iluminaciónnatural, por lo que lo ideal sería disponer de niveles similares a aquellos. Sin embargo, y a pesar decontar con fuentes de luz artificial de elevado rendimiento, en muy pocas ocasiones resulta conveniente,bajo el punto de vista económico, la utilización de niveles luminosos de magnitud similar a losproporcionados por la luz del día.

La luz del día nos proporciona niveles de iluminación del orden de 10.000 a 100.000 lux, mientras queartificialmente raras veces sobrepasaremos niveles superiores a los 2.000 lux. Pese a esto, el ojo humanocon su enorme capacidad de adaptación, nos permite obtener sensaciones de bienestar y satisfacción conniveles tan bajos.

Con el fin de diferenciar los procedimientos de cálculo utilizados en las instalaciones de alumbradoartificial, estas las dividiremos en dos apartados:

* Alumbrado de interiores.

* Alumbrado de exteriores.

Pasemos seguidamente a su estudio.

9-1


9.2. ALUMBRADO DE INTERIORES

Esta clase de alumbrado tiene por objeto proporcionar la iluminación adecuada en aquellos lugarescubiertos donde se desarrollan actividades laborales, docentes, o simplemente de recreo. En cada casoespecífico podremos recomendar un determinado nivel de iluminación, pudiendo ver en la tabla queseguidamente mostramos, los niveles más comúnmente utilizados.

TABLA I

ALUMBRADO DE INTERIORES

Clase de trabajo

Niveles deiluminación en lux

Bueno Muy bueno

1. Oficinas

Salas de dibujo 750 1500

Locales de oficina (mecanografía, escritura, etc.) 400 800

Lugares trabajo discontinuo (archivo, pasillo, etc.) 75 150

2. Escuelas.

Aulas 250 500

Laboratorios 300 600

Salas de dibujo 400 800

Talleres 250 500

3. Industrias.

Gran precisión (relojería, grabados, etc.) 2.500 5.000

Precisión (ajuste, pulido, etc.) 1.000 2.000

Ordinaria (taladros, torneado, etc.) 400 800

Basto ( Forja, laminación, etc.) 150 380

Muy basto (almacenaje, embalaje, etc.) 80 150

9-2


4. Comercios.

Grandes espacios de venta 500 1.000

Espacios normales de venta 250 5.000

Escaparates grandes 1.000 2.000

Escaparates pequeños 500 1.000

Después de un minucioso reconocimiento del lugar a iluminar y conocida la actividad a desarrollar en ellocal motivo de estudio, lo primero que debemos hacer es concretar el nivel de iluminación que se necesita.

Seguidamente pasemos a definir una serie de coeficientes y variables que son de suma importancia en elproyecto de un alumbrado.

A) COEFICIENTE DE UTILIZACIÓN

Al cociente entre el flujo luminoso que llega al plano de trabajo (flujo útil), y el flujo total emitido por laslámparas instaladas, es lo que llamaremos "Coeficiente de utilización".

Este coeficiente depende de diversas variables tales como la eficacia de las luminarias, la reflectancia delas paredes, y las dimensiones del local.

La luminaria, aparato utilizado para soportar, alojar y distribuir el flujo luminoso de las lámparas, tiene unarelativa incidencia sobre el coeficiente de utilización, según se trate de un sistema de iluminación directo,semidirecto o a través de difusores. El sistema directo o semidirecto tiene escasas pérdidas, no llegan al 4%,mientras que los sistemas a través de difusor tienen unas pérdidas comprendidas entre el 10 y el 20%.

La reflexión de la luz sobre las paredes del local juega un importante papel sobre el coeficiente deutilización. De la totalidad del flujo luminoso que incide sobre las paredes, una parte se refleja, mientras queotra es absorbida y anulada, dependiendo la proporción de una y otra, del color de las paredes.

Por ejemplo, en un local pintado de blanco, el flujo total que incide sobre las paredes se ve reflejado en un70%, mientras que un 30% es absorbido. Por el contrario, si está pintado de un color oscuro, solamente el10% de la luz incidente es reflejada, mientras que el 90% es absorbida.

Aunque se pueden diferenciar un gran número de colores y tonalidades, para nuestro propósito serásuficiente diferenciar cuatro tonalidades diferentes, según se indica en la tabla que mostramos siguiente.

Tabla II

Color Reflexión

9-2


Blanco 70 %

Claro 50 %

Medio 30 %

Oscuro 10 %

Así, el comportamiento del flujo total emitido por las lámparas de un local, es el siguiente: del flujo luminosototal emitido por las lámparas, solamente una parte llega directamente a la superficie de trabajo; otra parte delflujo emitido, se dirige a las paredes, donde, como ya sabemos, una fracción se absorbe y otra llega a lasuperficie de trabajo después de una o varias reflexiones; finalmente, otra parte del flujo luminoso se emitehacia el techo donde, como antes, una porción se absorbe y otra llega a la superficie de trabajo.

Por último, las dimensiones del local también juegan un papel importante sobre el valor del coeficiente deutilización. Esto se pone en evidencia con lo expresado anteriormente, "la proporción de flujo luminoso quellega a la superficie de trabajo depende de la relación que exista entre el flujo directo y el reflejado".

Un local estrecho y alto desperdicia mucho más flujo luminoso que otro que en proporción sea más anchoy más bajo. Esto equivale a decir que la cantidad de flujo enviado al plano útil de trabajo es directamenteproporcional a la superficie e inversamente proporcional a la altura.

La dependencia de las dimensiones del local a iluminar sobre el coeficiente de utilización, se determinamediante una fórmula empírica

siendo:

9-2


K = Coeficiente espacial.A = Anchura del local.L = Longitud del local.h = Altura útil entre las luminarias y el plano de trabajo.

Así, según sean las proporciones del local, así será el coeficiente espacial K, estando comprendido,normalmente, entre 1 y 10. El valor uno corresponderá a locales muy estrechos y altos, mientras que el valordiez lo obtendrán locales anchos y bajos.

Según lo expuesto, la interrelación de estas tres variables es fundamental en la determinación delcoeficiente de utilización, y para un mejor entendimiento hemos resumido este concepto en seis tablas, cuyautilización resultará imprescindible para obtener el citado coeficiente.

Sea, por ejemplo, un local de 4m. de ancho, 6m. de largo y con una altura útil, de las luminarias al plano detrabajo, de 2,2 m.; el techo se halla pintado de un color claro mientras que las paredes lo están con un colormedio, y utiliza luminarias de tubos fluorescentes con difusor. Según estos datos el coeficiente espacial K,queda determinado:

La reflexión del techo será del 50%, mientras que las paredes la tienen del 30%.

Según estos tres datos, en la tabla correspondiente a los tubos fluorescentes que utilizan difusores,encontramos el valor del coeficiente de utilización, siendo en este caso del 38%. Esto quiere decir que deltotal del flujo luminoso utilizado en este local, solamente se aprovecha el 38%.

Obsérvese en esta tabla la enorme influencia que tiene la forma del local sobre el coeficiente espacial.

B) FACTOR DE MANTENIMIENTO

Una instalación de alumbrado no mantiene indefinidamente las características luminosas iniciales. Ello sedebe a dos factores, principalmente:

1º) A la pérdida de flujo luminoso de las lámparas, motivada tanto por elenvejecimiento natural como por el polvo y suciedad que se deposita en ellas.

2º) A la pérdida de reflexión del reflector o de transmisión del difusor o refractor,motivada asímismo por la suciedad.

La estimación de este coeficiente debe hacerse teniendo en cuenta diversos factores relativos a lainstalación, tales como el tipo de luminaria, grado de polvo y suciedad existente en la nave a iluminar, tipo delámparas utilizadas, número de limpiezas anuales y asiduidad en la reposición de lámparas defectuosas. Todoello y con la experiencia acumulada a lo largo de los años, hace posible situar el factor de mantenimientodentro de límites comprendidos entre el 80 y el 50%, tal y como se indica en la tabla.

Por consiguiente, al calcular el flujo total necesario para obtener un nivel medio de iluminación, serápreciso tener en cuenta este factor, ya que de lo contrario obtendríamos el flujo luminoso del primer día depuesta en funcionamiento de la instalación, el cual iría degradándose poco a poco hasta llegar a serinsuficiente.

Las consideraciones hechas hasta aquí, nos permiten determinar el flujo luminoso necesario para producir

9-2


la iluminación E sobre una superficie útil de trabajo S. El flujo útil necesario será:

Recordando la definición hecha para el coeficiente de utilización, tendremos que:

por lo tanto:

Este será el flujo total necesario sin tener en cuenta la depreciación que sufre con el tiempo, es decir, sinconsiderar el factor de mantenimiento. Si queremos reflejar este factor en la fórmula del flujo total,tendremos:

Siendo:

φ t = Flujo total necesario en Lm. E = Nivel luminoso en Lux. A = Anchura del local en metros. L = Longitud del local en metros. Cu = Coeficiente de utilización. fm = Factor de mantenimiento.

TABLA III

9-2


Conocido el flujo total necesario, podremos obtener el número de lámparas a utilizar, ya que

en la que

N = Número de lámparas necesarias.

9-2


φ t = Flujo total necesario.

φ = Flujo de la lámpara elegida.

Fácilmente puede deducirse que un mismo flujo luminoso total puede obtenerse mediante muchaslámparas de bajo flujo nominal, o mediante un pequeño número de lámparas de elevado flujo nominal. Laventaja de utilizar un elevado número de lámparas consiste en que de esta manera se obtiene una granuniformidad en la iluminación, pero el mantenimiento resulta ser difícil y caro. Por el contrario, si utilizamospocas lámparas, la uniformidad en la iluminación no es buena, aunque de esta manera se obtiene unmantenimiento sencillo y barato.

Una vez obtenido el número de lámparas, previa determinación del flujo de la lámpara elegida, deberá deelegirse el número de lámparas que queremos que lleve cada luminaria, procediendo seguidamente adistribuirlas de una manera lógica y estética sobre la superficie del techo del local.

El resto de los datos eléctricos serán inmediatos, tales como potencia activa y reactiva consumida, valor delos condensadores de mejora del factor de potencia, sección de los conductores utilizados, interruptores,magnetotérmicos, etc.

Para mejor comprensión de lo hasta aquí expuesto, veamos seguidamente dos ejemplos.

EJEMPLO 1º

Se trata de iluminar un local para oficinas donde se supone se van a desarrollar trabajos de mecanografía,escritura, etc.

Las dimensiones del local, son:

Anchura A = 6 metros.

Longitud L = 20 metros.

Altura H = 3,35 metros.

El plano de trabajo se sitúa a 0,85 metros del suelo, por lo que la distancia del plano de trabajo al falsotecho es de 2,50 metros.

Tanto los techos como las paredes están pintadas de color claro.

Dada la característica del local, se prevé un buen mantenimiento y una buena conservación.

9-2


Por tratarse de una oficina, elegimos para la iluminación plafones con difusor empotrados en el falso techo,conteniendo cada uno de ellos, cuatro tubos fluorescentes de 36W., Blanco Cálido. Estos plafonescorresponden con el modelo INDALUX 404-FLTN.

SOLUCIÓN

Para este tipo de oficina elegimos un buen nivel de iluminación, que según la tabla I puede ser de 400 Lux.

En primer lugar calculemos el coeficiente espacial del local;

Por tratarse de paredes y techo de color claro, tabla II, tomamos un factor de reflexión para ambos del50%, por lo que según la tabla III, el coeficiente de utilización será del 53%, Cu = 0,53.

El factor de mantenimiento es bueno, 78%, por lo tanto fm = 0,78.

Con estos datos ya podemos determinar el flujo luminoso total:

Como las lámparas fluorescentes Blanco Cálido de 36W. tienen un flujo luminoso de 3.000 Lúmenes, elnúmero de lámparas necesarias, será:

9-2


que en plafones de cuatro lámparas cada uno, hacen un total de diez.

La potencia activa total necesaria, teniendo en cuenta que los balastos consumen 10W, será:

y la potencia aparente, teniendo en cuenta que el consumo por lámpara es de 0,43A.:

EJEMPLO 2º

Se pretende iluminar una nave industrial para trabajos de forja laminación, etc..

Las dimensiones de la nave, son:

Anchura…………….A = 15 metros.

Longitud………..L = 72 metros.

Altura…………..H = 7 metros.

El plano de trabajo para este tipo de actividades lo situamos a 0,5 metros del suelo, por lo que la distanciadel techo al plano de trabajo es de 6,5 metros.

El techo es de color medio y las paredes de color oscuro.

Para esta iluminación se elige un reflector simétrico, directo y abierto, con lámparas de vapor de mercuriode 250W.. El modelo de reflector puede ser el INDALUX 440-SFA.

9-2


Por tratarse de una nave industrial para calderería, se prevé un mal mantenimiento e igual conservación.

SOLUCIÓN

La tabla I recomienda para este tipo de trabajo una iluminación de 150 Lux.

El coeficiente espacial será, en este caso:

El techo, de color medio, tiene un coeficiente de reflexión del 30% y las paredes del 10%, por lo que en latabla II obtenemos un coeficiente de utilización del 66%, Cu=0,66. El factor de mantenimiento se supone queserá malo, siendo el reflector de tipo abierto, fm=0,65. Según esto, el flujo total necesario valdrá:

Con lámparas de vapor de mercurio de 250 W., conseguimos un flujo luminoso de 12.000 Lúmenes, por lotanto, el número de lámparas que se necesitarán será de:

Estas 31 lámparas pueden colocarse sobre la superficie del techo de la nave de muchas formas, aunque la

9-2


solución que recomendamos es la de colocar las lámparas según la longitud de la nave, al tresbolillo segúnuna disposición 2-1, con un total de 30 lámparas.

Como las lámparas de vapor de mercurio de 250 W. llevan un balasto de 16W., la potencia activa totalconsumida será de:

y siendo el consumo de cada lámpara de 2,05A, tendremos que:

9-2


9.3. REPRESENTACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS LUMINOSAS DE LAS LÁMPARAS YLUMINARIAS

Los cálculos que acabamos de ver para el alumbrado de interiores, se han hecho de forma global, en lo que alnivel de iluminación se refiere. Se comprende que en el plano de trabajo no habrá una iluminación totalmenteuniforme, aunque realmente tengamos un nivel medio igual al calculado.

Un cálculo exacto de la iluminación, debería contemplar el nivel de iluminación en todos los puntos del planode trabajo, y en su defecto, por ser esto prácticamente imposible, debería considerar al menos una serie depuntos distribuidos estratégicamente por toda la superficie considerada. Esta idea aporta un concepto nuevo a lahora de estudiar lámparas y luminarias, ya que según esto resulta muy útil saber como se distribuye la luzemitida por una determinada lámpara y el modo en que la modifica la utilización de luminarias.

La manera más simple de representar gráficamente la distribución luminosa de una lámpara o de un conjuntolámpara-luminaria, es a través de las curvas denominadas de "distribución luminosa" o curvas "fotométricas deintensidades".

En realidad, las curvas de distribución luminosa son la representación gráfica de las medidas de lasintensidades luminosas efectuadas en las infinitas direcciones que parten del centro de la lámpara o luminaria.La determinación de cada uno de los puntos situados en un mismo plano se realiza mediante coordenadaspolares, el valor de la intensidad luminosa se representa sobre círculos concéntricos y se expresa en candelas.

La distribución de las intensidades luminosas emitidas por una lámpara tipo standard, la mostramos de unaforma general, para un flujo luminoso de 1.000 lúmenes, en la siguiente figura (siempre que no se indique locontrario estas curvas vienen referidas a 1.000 Lm.). El volumen determinado por los vectores que representanlas intensidades luminosas en todas las direcciones, resulta ser simétrico con respecto al eje Y-Y´; es como unafigura de revolución engendrada por la curva fotométrica que gira alrededor del eje Y-Y´.

En los casos de simetría del volumen fotométrico, es suficiente con representar un solo plano que contenga lacurva correspondiente, pero no en todos los casos nos encontraremos con volúmenes simétricos, por lo que demanera simplificada los fabricantes suelen dar, sobre un mismo plano, dos únicas curvas del total del volumen.

9-3


Así, en la figura se muestran dos curvas fotométricas correspondientes a la luminaria de distribuciónasimétrica; una de ellas correspondientes con el eje X de la luminaria, y la otra con el eje Y. Con un poco deimaginación podemos hacernos idea del volumen que determinan estas dos curvas.

Veamos seguidamente un ejemplo de aplicación de las curvas fotométricas, para valorar su importancia.

Sea una lámpara de incandescencia standard de 500W. a 220V., situada a 6 metros de altura. Pretendemosdeterminar los distintos niveles de iluminación en puntos situados en un plano horizontal y a distintas crecientescon respecto a la vertical que pasa por la lámpara.

Así, un punto situado a 1 metro de la vertical, forma un ángulo, con respecto al punto emisor de la luz, de

La intensidad luminosa para este ángulo resulta ser de 145 candelas, para los 1.000 lúmenes a que se refiere lacurva, por lo tanto para los 8.450 lúmenes de la lámpara de 500 W., le corresponderán:

9-3


Y según la fórmula obtenida en el apartado 12.1, la intensidad luminosa en el punto considerado será de:

9-3


Repitiendo estos cálculos para distintos puntos, obtendremos los diferentes niveles de iluminación queproporciona la lámpara sobre el plano horizontal y en una dirección determinada. Al ser simétrica la curvafotométrica con respecto a los dos ejes X-Y, en este caso, obtendremos valores idénticos sea cual sea ladirección elegida, por lo tanto los puntos de igual nivel de iluminación formarán circunferencias concéntricasalrededor de la vertical que pasa por la lámpara, (curvas Iso-lux).

Distanciametros

Anguloº

cos3a I(1.000 Lm)Candelas

I(8.460 Lm)Candelas

ELux

0 0,0 1 130 1.098 30,0

1 9,4 0,960 145 1.225 32,6

2 18,4 0,853 155 1.309 31,0

3 26,5 0,715 150 1.269 25,1

4 33,6 0,576 135 1.140 18,2

5 39,8 0,453 130 1.098 13,8

6 45,0 0,353 120 1.014 9,9

7 49,3 0,275 110 929 7,1

8 53,1 0,216 105 887 5,3

Para una gran parte de las aplicaciones es suficiente con la representación de una o dos curvas fotométricas deintensidades, las correspondientes a un solo plano o a dos planos perpendiculares. No obstante existenaplicaciones en las que hay que hacer uso de otro tipo de curvas que faciliten la solución gráfica de losproblemas.

Así, del cuadro expuesto anteriormente podemos obtener dos tipos de curvas de gran utilidad práctica, lasllamadas "Iso-lux" e "Iso-candelas".

A) CURVAS ISOLUX

Una forma de representación, de gran utilidad en la elaboración de proyectos de alumbrado, se encuentra enlas llamadas curvas Isolux, definidas como el lugar geométrico de puntos de una superficie que tienen igualnivel de iluminación. Son análogas a las curvas de nivel de los planos topográficos, con la salvedad de que ahoraen lugar de indicar metros indicaremos lux.

9-3


En la siguiente figura hemos representado las curvas Isolux de una luminaria, para alumbrado viario, modeloF-12211 de BJC, junto con las inseparables curvas de utilización.

Sobre las curvas Isolux distinguiremos dos zonas, una que corresponde a la emisión anterior de la luminaria,es decir, del lado de la calzada, y otra, correspondiente al lado posterior de la luminaria o lado de la acera. Estasdos zonas quedan delimitadas por el plano perpendicular al suelo y paralelo a la calzada, que pasa por el centrode la luminaria.

9-3


Mientras no se diga lo contrario, las curvas Isolux se suministran, para una determinada luminaria, reducidasa la distancia de 1 metro y referidas a 1.000 lúmenes. Los ejes de estas curvas están referidos a múltiplos de H(altura de las luminarias), lo cual nos obliga a utilizar escalas que reduzcan las medidas originales a suequivalente en el plano de las curvas Isolux; por lo tanto, según el triángulo tendremos:

Esto equivale a decir que una medida A en la realidad equivaldrá a otra a/H en el plano del dibujo. Así, porejemplo, H en el plano del dibujo es de 32 mm., y si consideramos que la luminaria está a 10 metros, la escalaresultante será de 32/10=3,2, es decir, que 1 metro en la realidad equivaldrá a 3,2 mm. en el plano del dibujo.

9-3


Puesto que, según hemos dicho, las curvas Isolux vienen siempre referidas a 1 metro y a 1.000 lux, esto nosobliga también a buscar un factor de corrección que adapte los valores de las curvas a otra distancia y a otroflujo luminoso. La adaptación a otra distancia H se deduce fácilmente si tenemos presente que

Para otro flujo, teniendo en cuenta que para una misma superficie,

Finalmente, el valor del nivel de iluminación adaptado a las nuevas condiciones, resultará ser:

Por ejemplo, en las curvas Isolux de la luminaria F-12211 y en el punto (0; 1,5H lado acera), le correspondeuna iluminación de 20 lux. Calcular el nivel de iluminación correspondiente cuando la luminaria lleve unalámpara de 250 W., de vapor de mercurio (25.000 Lm.), y se halle colocada a una altura de 9 metros.

Aplicando la fórmula tendremos:

La casa Indalux, con el fin de contribuir a una mayor exactitud en los cálculos de iluminación, suele dar lascaracterísticas de sus luminarias, según dos sistemas denominados B/BT y C/GM.

B) Sistema de representación B/BT

El sistema de representación B/BT consiste en dar los valores fotométricos, de 0 a 90º, de una serie de planosB con un eje de giro que pasando por el centro de la luminaria resulta paralelo a la dirección de la calzada. Lamatriz de intensidades así obtenida puede darnos idea exacta del volumen fotométrico, pudiendo confeccionarloa nuestro antojo.

9-3


Seguidamente mostramos la matriz de intensidades B/BT, para 1.000 Lm, de una luminaria INDALUX tipo470-CM.

MATRIZ DE INTENSIDADES B/BT

B/BT 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

-90 2 3 2 2 2 2 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

-80 2 3 2 3 3 3 4 3 3 3 4 4 4 5 5 4 3 4 4

-70 2 3 3 4 8 9 8 15 23 30 34 37 41 44 47 49 51 52 52

-60 2 5 7 10 16 36 52 61 69 75 77 79 80 79 79 79 80 80 81

-50 2 10 14 18 48 81 98 106 110 107 104 101 97 94 93 91 92 93 93

-40 2 14 21 40 83 119 146 153 144 131 121 116 115 114 110 110 112 116 117

-30 2 19 41 78 114 158 185 188 171 153 141 145 139 136 133 133 134 145 145

-20 2 22 66 117 164 195 214 214 196 174 167 163 160 157 157 161 162 168 170

-10 2 25 88 152 204 233 242 234 211 193 184 181 183 184 186 191 200 204 202

0 2 28 105 182 239 263 255 235 218 210 202 198 198 202 214 222 227 227 227

10 2 27 101 172 230 255 253 232 217 208 200 199 204 209 213 218 223 225 227

20 2 26 93 157 212 244 245 221 200 188 183 183 188 189 190 197 201 199 202

30 2 24 80 137 185 216 219 205 177 162 160 161 161 161 160 158 157 160 162

40 2 21 63 114 146 178 182 170 150 134 124 131 132 131 131 130 128 128 129

50 2 19 43 88 111 130 139 131 115 107 100 98 103 104 101 99 100 100 101

60 2 16 21 56 74 84 87 85 79 65 78 77 79 79 77 76 76 76 77

9-3


70 2 12 15 19 37 48 37 41 43 43 46 48 49 50 49 52 55 56 56

80 2 8 9 12 12 13 12 13 13 13 13 14 15 15 16 17 17 18 18

90 2 4 4 4 4 4 4 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

C) Sistema de representación C/GM

Este sistema de representación da los valores fotométricos de 0 a 90º de una serie de semiplanos C,comprendidos a un lado de la luminaria y entre los ángulos 90-0-270º.

Posiblemente sea este sistema de representación el más comúnmente utilizado, sobre todo para realizarcálculos por ordenador.

Seguidamente mostramos la matriz de intensidades C/GM, para 1.000 Lm, de una luminaria INDALUX tipo470-CM.

MATRIZ DE INTENSIDADES C/GM PARA 1000 LM. DE LÁMPARA

C/GM 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

90 227 227 227 218 202 178 162 141 129 113 101 85 77 68 56 40 18 6 2

80 227 227 227 218 202 178 162 141 129 113 101 85 77 68 56 40 18 6 2

70 227 227 227 218 202 182 162 145 133 121 105 89 79 68 52 36 18 6 2

60 227 227 227 222 214 190 170 154 141 129 113 101 87 77 58 40 18 6 2

50 227 227 227 222 214 198 178 166 154 137 125 109 91 81 64 44 20 6 2

40 227 227 227 222 214 202 186 178 166 154 137 113 105 93 60 50 24 8 2

30 227 227 227 222 214 206 202 190 178 170 158 145 141 129 113 77 32 12 4

9-3


20 227 227 227 222 218 210 206 198 190 186 186 190 202 198 170 121 68 16 4

10 227 227 227 222 214 210 206 202 202 206 214 227 251 251 227 154 97 20 4

0 227 227 227 222 214 202 198 198 202 210 218 235 255 263 239 182 105 28 4

350 227 227 227 214 202 194 190 186 186 190 206 231 231 202 154 85 20 4 2

340 227 227 222 210 194 186 182 174 170 170 170 182 186 170 125 72 16 4 2

330 227 227 218 202 186 174 166 162 158 154 137 137 137 121 89 50 8 4 2

320 227 227 218 198 182 166 154 145 141 137 121 113 109 93 72 38 6 2 0

310 227 227 214 194 178 162 145 137 129 121 109 101 97 85 58 32 6 2 0

300 227 227 210 190 170 154 141 129 117 109 97 93 89 74 54 30 6 2 0

290 227 227 206 186 170 154 137 125 113 101 93 89 83 70 52 30 6 2 0

280 227 227 202 186 170 158 145 133 117 101 93 89 81 70 52 28 4 2 0

270 227 227 202 186 170 158 145 133 117 101 93 89 81 70 52 28 4 2 0

Por ejemplo, supongamos la luminaria INDALUX 470-CM, con una lámpara de vapor de mercurio de 250 W, ala que le corresponden 12.000 lúmenes. La luminaria está a 9 metros de altura y pretendemos calcular el nivel deiluminación en un punto localizado, según la representación C/GM, en C= 80º y GM= 40º.

Según la matriz de valores para esta luminaria, le corresponde una intensidad de 129 candelas, que referidas alos 12.000 lúmenes que da la lámpara, tendremos:

9-3


siendo el nivel de iluminación, en el mencionado punto:

9-3


9.4. ALUMBRADO DE EXTERIORES

El alumbrado de exteriores trata de proporcionar el nivel de iluminación adecuado en todos aquellos lugares al aire libreque por un motivo u otro lo necesitan. Estos motivos pueden ser muy variados, como por ejemplo: turísticos, deportivos,estéticos, de seguridad ciudadana, de seguridad vial, etc..

Seguidamente ofrecemos una tabla de valores de niveles de iluminación que se suelen utilizar en alumbrados exteriores.

ALUMBRADO DE EXTERIORES

Espacio a iluminar Niveles deiluminación en lux

Bueno Muy bueno

1.- Alumbrado público

Autopistas 20 40

Carreteras con tráfico denso 15 30

Carreteras con tráfico medio 10 20

Calle de barrio industrial 10 20

Calle comercial con tráfico rodado 10 20

Calle comercial sin tráfico rodado importante 7,5 15

Calle residencial con tráfico rodado 7,5 15

Calle residencial sin tráfico rodado importante 5 10

Grandes plazas 20 25

Plazas en general 8 12

Paseos 12 16

Túneles:

- Durante el día 100 200

- Alumbrado de acceso 1.000 2.000

- Durante la noche 30 60

2.- Alumbrado industrial exterior

Zonas de transporte 20 40

Lugares de almacenaje 20 40

Alumbrado de vigilancia 5 10

Entradas 50 100

3.- Alumbrado por proyectores

Campos de fútbol 300 1.000

Pistas de tenis 100 300

Pistas de patinaje 10 30

Para nuestro propósito, dividiremos el alumbrado exterior en tres apartados:

9-4


* Alumbrado público viario.

* Alumbrado industrial exterior.

* Alumbrado por proyectores.

9.4.1. ALUMBRADO PÚBLICO VIARIO

El alumbrado público viario se localiza en aquellos lugares abiertos al tránsito, siendo su finalidad la de favorecer lacirculación nocturna y evitar los peligros que origina la oscuridad.

El alumbrado viario se consigue mediante luminarias ubicadas sobre postes o mástiles especiales, existiendo,principalmente, cuatro formas diferentes de colocación:

a) Unilateral

Esta disposición de las luminarias consiste en la colocación de todas ellas a un mismo lado de la calzada. Se utilizasolamente en aquellos casos en los que el ancho de la vía es igual o inferior a la altura de montaje de las luminarias.

b) Tresbolillo

Consiste en la colocación de las luminarias en ambos lados de la vía, al tresbolillo o en zigzag. Se emplea principalmenteen aquellos casos en los que el ancho de la vía es de 1 a 1,5 veces la altura de montaje.

c) En oposición

Esta disposición sitúa las luminarias una enfrente de la otra, y suele utilizarse cuando el ancho de la vía es mayor de 1,5veces la altura de montaje.

9-4


d) Central con doble brazo

Este caso se utiliza en autopistas y vías de dos calzadas. En realidad se trata de una colocación unilateral para cada una delas dos calzadas; en ocasiones también se coloca frente a ellas otras luminarias, dando lugar a disposiciones dobles enoposición, o al tresbolillo.

Estas son las cuatro maneras de colocación más comúnmente utilizadas, aunque pueden existir otras muchas.

La experiencia acumulada en el alumbrado público, recomienda una serie de requisitos que deberemos de tener presente ala hora de los cálculos, sin que ello suponga una imposición que pueda limitar la actuación del proyectista. Seguidamenteexponemos algunas de ellas.

La altura a la que deberemos situar las luminarias, en cierto modo depende de la potencia luminosa instalada, por lo quedeberemos de tener presente la siguiente tabla:

ALTURA RECOMENDADA SEGÚN ELFLUJO LUMINOSO DE LA LUMINARIA

Potencia luminosa(lúmenes)

Altura de la luminaria(metros)

3.000 a 9.000 6,5 a 7,5

9.000 a 19.000 7,5 a 9

> 19.000 ≥ 9

Según sea la iluminación media que queremos obtener, así deberá ser la relación entre la distancia de separación de

9-4


luminarias y su altura:

RELACIÓN ENTRE SEPARACIÓN Y ALTURASEGÚN EL NIVEL DE ILUMINACIÓN

Iluminación media(lux)

RelaciónSeparación / Altura

2 ≤ Em < 7 4 a 5

7 ≤ Em < 15 3,5 a 4

15 ≤ Em £ 30 2 a 3,5

Al igual que en alumbrados interiores, en el alumbrado público también deberemos tener en cuenta el coeficiente demantenimiento por ensuciamiento y por depreciación del flujo luminoso. El coeficiente por ensuciamiento que deberemosaplicar en cada caso, lo mostramos en la tabla siguiente:

FACTOR DE MANTENIMIENTO POR ENSUCIAMIENTO

Tipo de luminaria Factor recomendado

Hermética 0,80 a 0,87

Ventilada 0,70 a 0,80

Abierta 0,65 a 0,75

Los fabricantes de luminarias, además de suministrar las curvas Isolux, deben de suministrar también unas curvasllamadas "curvas de utilización", que en función de la tangente del ángulo formado entre la luminaria y la zona a iluminar,nos da el tanto por ciento del flujo utilizado correspondiente a la calzada y a la acera. Vamos a dividir el estudio detallado deeste coeficiente en cuatro casos, para una mayor comprensión, teniendo siempre presente que nos referimos a la iluminaciónde la calzada y no a la de las aceras:

1º) Cuando la vertical que pasa por la luminaria coincide justamente con el final de la calzada y el principio de laacera.

En este caso, el flujo correspondiente a la zona de acera (curvas Isolux), se utiliza para iluminar la acera, y el flujocorrespondiente a la zona de calzada se utiliza para iluminar la misma.

9-4


2º) Cuando la vertical que pasa por la luminaria cae dentro de la calzada.

Ahora la zona correspondiente a calzada se utiliza para iluminar la calzada, y parte de la zona de acera se utiliza tambiénpara iluminar la calzada.

3º) Cuando la vertical que pasa por la luminaria cae dentro de la acera.

En este caso parte del flujo luminoso de la zona de calzada se utiliza para iluminar la acera.

9-4


4º) Cuando se utiliza iluminación central con doble brazo.

Este caso difiere notablemente de los anteriores, ya que ahora hay que contar con parte de la zona de acera, de una de lascalzadas, que ilumina la otra calzada.

Lo visto hasta ahora ya nos permite iniciar el proceso de cálculo de un alumbrado viario. Si tenemos presente lo expuestopara el alumbrado de interiores, fácilmente deduciremos que:

En la que:

9-4


E = Nivel de iluminación en lux. φ t = Flujo luminoso máximo de cada luminaria en Lúmenes. A = Ancho de la calzada en metros. D = Separación entre luminarias en metros. Cu = Coeficiente de utilización.

Por ejemplo, consideremos la realización de un alumbrado viario con la luminaria de BJC (F-2211-W-25.000 Lm.),siendo la anchura de la calle, A=10 m., y el nivel de iluminación deseado de 32 lux. Se trata, pues, de determinar laseparación a que deberemos colocar las luminarias para obtener el nivel de iluminación mencionado.

Según lo dicho anteriormente, para un flujo luminoso de 25.000 Lm., se recomienda colocar la luminaria a una alturaigual o superior a los 9m. Tomamos H = 9m.

Siendo A = 10 y H = 9, la distribución de las luminarias se recomienda sea al tresbolillo.

Suponiendo que la vertical de la luminaria se va a situar 1,5 metros dentro de la calzada, tendremos:

por lo tanto, el coeficiente de utilización será:

Con todos estos datos ya podemos calcular la separación entre luminarias.

Deliberadamente no hemos tenido en cuenta el factor de mantenimiento, ya que se supone que lo hemos incluido al dar elvalor del nivel de iluminación, es decir, hemos supuesto inicialmente un nivel de iluminación un tanto por ciento mayor queel que se necesita, previendo una cierta depreciación.

Con esto ya tenemos resuelto el problema, pero al igual que en el caso de alumbrados interiores, para una mayorseguridad en los resultados, sería deseable conocer el nivel de iluminación en una serie de puntos de la calzada, con el fin depoder determinar lo que más adelante llamaremos factor de uniformidad y que en realidad no será otra cosa que la relaciónentre el valor mínimo y máximo de una serie de valores obtenidos sobre la calzada.

Veamos la manera de obtener el nivel de iluminación de un punto, mediante las curvas Isolux. Sea el punto P situado a 4metros de la acera y a 7 metros de la luminaria L0; dicho punto tendrá una iluminación igual a la suma de las iluminacionesaportadas por L0, L1, L2, L3, etc..

9-4


Lo primero que deberemos hacer es determinar la escala con la que representaremos, sobre las curvas Isolux, lassituaciones de los distintos puntos del problema. La escala, teniendo en cuenta que la distancia 0-H en el plano de las curvases de 48 mm y que la altura real para las luminarias es de H = 9 metros, tendremos que:

es decir, que 1 metro en la realidad equivale a 5,3 mm en el plano del dibujo.

Con esta escala, y partiendo del punto cero, como posición de la luminaria, situaremos el punto P, que se encuentra a 4metros de la acera y a 7 de la luminaria L0. Seguidamente dibujamos la situación del punto P con respecto a la luminaria L1,que estará a 10 - 4 = 6 metros de la acera opuesta, y a 20 - 7 = 13 de la luminaria. El siguiente punto en influencia, el L2, seencuentra a 6 metros de la acera opuesta, y a 20 + 7 = 27 metros de la luminaria. Finalmente, la influencia de L3 puededespreciarse en este caso, ya que se encontrará en la misma línea que L0, pero a una distancia de 20 + 13 = 33 metros, con loque le corresponde una iluminancia menor de un lux.

Es conveniente recordar que las curvas Isolux, para este tipo de luminarias, resultan ser simétricas, por lo tanto, lo quedibujemos en este semiplano es válido también para el otro.

Cada uno de estos puntos se halla situado sobre una curva de nivel

E0 = 65 lux.

E1 = 25 lux.

E2 = 3 lux.Total: Et = 93 lux.

Así, sobre las curvas Isolux tenemos una iluminación de 93 lux, referida a 1.000 Lm. y a 1 m., pero como las condicionesreales son distintas, f = 25.000 Lm, H = 9 m., después de la transformación resultará ser de:

9-4


9-4


Habíamos calculado la iluminación para 32 lux de media y nos sale para el punto P una iluminancia de 28 lux, lo cual nos

9-4


indica que los cálculos pueden estar bien desarrollados, aunque según podemos apreciar quedan un poco por debajo de loprevisto, al menos para el punto considerado.

Con el fin de conseguir un procedimiento racional en la determinación del nivel de iluminación de una serie de puntos dela calzada y de la acera, se ha creado el llamado "Método de los 12 puntos".

Este método consiste en dividir el ancho de la calzada en tres partes iguales y en dos la zona de aceras, de A a F, y ladistancia entre luminarias en cuatro, cogiendo al menos tres de ellas, del 1 al 9, formando así una serie de cuadrículas a lolargo de la calzada, que determinan 12 puntos fundamentales, del P1 al P12, pertenecientes a la calzada, y 6 puntos, del R1 alR6, pertenecientes a la acera.

Este dibujo, obtenido en papel transparente, se coloca encima de las curvas Isolux, de forma que la luminaria tomadacomo punto de referencia, la más próxima a P4, caiga justamente en el punto ( 0 ; 0 ) de las curvas Isolux, procediendoseguidamente a la lectura de los valores que sobre las curvas tienen cada una de las intersecciones, A-1, A-2, ..., B-1, B-2,..., F-1, F-2, ..., anotándolos en la tabla confeccionada a tal fin.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

A

B

C

D

E

F

Calzada E E . K Acera E E . K

P1 B1 + E5 + E5 R1 A1 + F5 + F5

P2 C1 + D5 + D5 R2 A2 + F4 + F6 + B8

P3 D1 + C5 + C5 R3 F3 + F3 + F7 + A7

P4 E1 + B5 + B5 R4 F1 + A5

9-4


P5 B2 + E4 + E6 + B8 R5 F2 + A6 + A4 + F8

P6 C2 + D4 + D6 + C8 R6 F3 + A7 + A3 + F7

P7 D2 + C4 + C6 + D8

P8 E2 + B4 + B6 + E8

P9 B3 + E3 + B7 + E7

P10 C3 + D3 + C7 + D7

P11 D3 + C3 + D7 + C7

P12 E3 + B3 + E7 + B7

Seguidamente, teniendo muy en cuenta la simetría del conjunto, confeccionaremos la tabla que va reflejando lasiluminaciones en cada punto, y que como ya sabemos, será la suma de las iluminaciones procedentes de las luminarias máspróximas, generalmente tres o cuatro. Los valores así obtenidos se multiplican por la constante K de adaptación a los nuevosvalores de φ y de H, y ya tenemos la tabla de los 12 valores reales correspondientes a la calzada. De igual maneraprocederemos con los 6 valores para las aceras.

A la vista de los 12 valores de la iluminación real obtenida, tendremos un valor máximo, Emax, y un valor mínimo, Emin;así mismo, podremos obtener el valor medio de iluminación,

De estos tres valores, podremos extraer otros dos que nos darán idea de la uniformidad de la iluminación conseguida:

Finalmente, teniendo presente que los 12 puntos obtenidos son representativos de más de la mitad de los puntoscomprendidos entre dos luminarias, y como a su vez podemos decir que son simétricas, esto nos permitirá dibujar sobre elplano de la calzada las curvas de nivel de iluminación, completando con ello el estudio.

9-4


9-4


A continuación realicemos el estudio completo de la iluminación de la calzada y de las aceras que vimos con anterioridad,y del que únicamente pudimos obtener el valor medio aproximado de la iluminación en la calzada.

En primer lugar, dibujemos en papel transparente y a la escala conveniente (1m.® 5,3 mm.), el plano de la calzada y delas aceras con sus correspondiente cuadrículas (A-F y de 1-9), y superpongámoslo sobre las curvas Isolux; luego tomemoslos valores necesarios para rellenar la tabla.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

A 34 26 16 9 5 3 0

B 44 33 20 11 6 3 1

C 90 58 34 17 8 4 2

D 13 80 45 22 11 5 3

E 75 50 30 16 9 4 2

F 50 37 22 14 7 4 2

Con los valores de la tabla, podemos obtener los 12 puntos de la calzada, y los 6 de la acera, los cuales una vezmultiplicados por la constante K = 0,308, quedarán transformados a las condiciones del problema real ( f = 25.000 Lm.; H =9 m.).

Calzada E E .K Acera E E ´ K

P1 44 + 9 + 9 62 19 R1 34 + 7 + 7 48 14

P2 90 + 11 + 11 112 34 R2 26 + 14 + 4 44 13

P3 125 + 8 + 8 141 43 R3 16 + 22 + 2 40 12

P4 75 + 6 + 6 87 26 R4 50 + 5 55 17

P5 33 + 16 + 4 +0

53 16 R5 37 + 16 + 2 55 17

P6 58 + 22 + 5 +0

85 26 R6 22 + 0 + 16 + 2 40 12

P7 80 + 17 + 4 +0

101 31 S E × K = 85

P8 50 + 11 + 3 +0

163 19

P9 20 + 30 + 1 +2

53 16

P10 34 + 45 + 2 +3

84 25

P11 45 + 34 + 3 +2

84 25

P12 30 + 20 + 2 +1

53 16

S E × K = 296

9-4


La suma de los 12 valores de iluminación de la calzada valen 296, por lo tanto la iluminación media resultará ser de:

También podemos determinar la uniformidad media y mínima, siendo:

Para finalizar, si dibujamos sobre el plano de la calzada los puntos de iluminación obtenidos, podremos hacer unarepresentación de las curvas de nivel de iluminación, las cuales nos proporcionarán una visión más clara de las variacionesdel nivel de iluminación a lo largo de la calzada y aceras.

La iluminación media obtenida, 24,6 lux, es inferior a la deseada, 32 lux, por lo tanto habrá que modificar el valor, ovalores, que creamos más pertinentes, volviendo a repetir el proceso. Sugerimos volver a realizar los cálculos disminuyendoen dos metros la separación entre luminarias, observando luego las diferencias obtenidas.

El ejemplo que acabamos de ver se refiere a las luminarias colocadas al tresbolillo, y naturalmente no sirve para el caso deque estén en disposición unilateral. En esta disposición los resultados son los indicados en la tabla y tienen un especialsignificado, ya que con ligeras variaciones, puede servir también para resolver el alumbrado deportivo por proyectores, delos que más adelante hablaremos.

9-4


Calzada E E .K Acera E E .K

P1 B1 + E1 + 2E5 +2B5

R1 A1 + F1 + 2F5+ 2A5

P2 C1 + D1 + 2D5 +2C5

R2 A2 + F2 + F4 + A4+ F6

P3 D1 + C1 + 2D5 +2C5

R3 2A3 + 2F3

P4 E1 + B1 + 2B5 +2E5

R4 F1 + A1 + 2A5 + 2F5

P5 B2 + E2 + E4 + B4 +E5

R5 F2 + A2 + A4 + F4 + F6

P6 C2 + D2 + D4 + C4+D6

R6 2F3 +2 A3

P7 D2 + C1 + C4 + D4+D6

P8 E2 + B2 + E4 + B4+E6

P9 2D3 + 2C3

P10 2C3 + 2D3

P11 2C3 + 2D3

P12 2E3 +2B3

9.4.2. ALUMBRADO INDUSTRIAL EXTERIOR

Se considerará como alumbrado industrial de exteriores a aquél que por su utilización esté relacionado con una actividad

9-4


de trabajo y a su vez se encuentre en lugares abiertos. Así, por ejemplo, podemos citar como alumbrados industrialesexteriores, muelles de carga y descarga de mercancías, grandes zonas de aparcamiento de vehículos, estaciones de serviciode carreteras, zonas de servicios de naves industriales, etc..

Para este tipo de alumbrado podremos hacer uso de las mismas luminarias que para el alumbrado viario, y por lo tanto,también podremos utilizar los mismos procedimientos de cálculo.

Una particularidad que caracteriza a esta clase de alumbrado exterior es que los niveles de iluminación que debenadoptarse en cada caso están condicionados a la actividad en dicho lugar. Así, el alumbrado en un muelle de carga demercancías, está supeditado exclusivamente a las necesidades de dicho trabajo, mientras que en una estación de servicio encarretera, además de las necesidades propias del trabajo que en ellas se desarrolla, deberán considerarse ciertas motivacionesestéticas.

Igualmente deberemos tratar el alumbrado del contorno exterior de una nave industrial. En él tendremos una zona deservicios cuyo nivel de iluminación será el que corresponda con el trabajo que en ella se desarrolle, pero también tendremosuna zona de servicios que posiblemente sea zona de fachada y que, por lo tanto, deberá dársele un nivel de iluminaciónsuperior, por razones estéticas.

De todas maneras, como la iluminación industrial de exteriores se extiende sobre un enorme campo de aplicaciones muydiversos, en cada caso es conveniente hacer un exhaustivo estudio, y de acuerdo con el cliente receptor del proyecto, colocarel nivel de iluminación más conveniente en cada caso, teniendo siempre presente que casi nunca podremos decir que lailuminación conseguida es excesiva.

9.4.3. ALUMBRADO POR PROYECTORES

El alumbrado por proyectores tiene un especial significado en la iluminación decorativa, publicitaria y deportiva,delimitando un importante apartado en el campo de la iluminación moderna.

Las luminarias que normalmente empleamos en el alumbrado viario, por lo general, son inadecuadas en los casosanteriormente citados, ya que ahora lo que se necesita es una mayor concentración del flujo luminoso, así como también unmás exacto control de la luz emitida. Estas dos características son típicas de la luminarias llamadas "proyectores".

El Comité Internacional de Iluminación C.I.E., define al proyector como una luminaria en la cual la luz es concentrada enun determinado ángulo sólido, mediante un sistema óptico, bien de espejos o bien de lentes, con el fin de obtener unaintensidad luminosa elevada.

El cálculo de un alumbrado por proyectores suele presentar mayores dificultades que un alumbrado viario, debidoprincipalmente a que los proyectores suelen utilizarse con ángulos de orientación variables, según los casos, dando lugar afactores de utilización muy dispares y de difícil determinación. Esto elimina la posibilidad de representar los coeficientes deutilización de un proyector, por medio de tablas o gráficos de aplicación sencilla y rápida, como hacíamos para el alumbradode interiores y para el viario.

En el alumbrado por proyectores deberemos apoyarnos más frecuentemente sobre las curvas características, por lo quedeberemos conocer con precisión las curvas fotométricas de intensidad, así como las demás curvas que de ellas puedenobtenerse, tales como las "Isocandelas" y las de "Isolux" referidas a distintas inclinaciones del proyector.

Así pues, veamos la manera de ir obteniendo las diferentes curvas características de los proyectores.

Sea el proyector 400-IZA-D de INDALUX; de él hemos obtenido en el laboratorio una serie de valores de intensidadluminosa en función del ángulo de proyección, referidos a sus dos planos perpendiculares X(0-180º)- Y (90-270º), y a unflujo de 1.000 Lumen. Por tratarse de un proyector de distribución simétrica, solamente hemos obtenido los valores de losdos semiplanos X-Y; lo ideal hubiera sido determinar muchos más puntos pertenecientes a otros planos, para obtener conuna mayor precisión el volumen fotométrico, pero para nuestro propósito esto puede ser suficiente.

Con los valores así obtenidos, lo primero que deberemos hacer es representarlos sobre un sistema de coordenadas polares,o mejor aún, sobre un sistema de coordenadas cartesianas. Para proyectores, este último sistema de representación resultamucho más recomendable, ya que como hemos dicho, éstos disponen de una distribución del flujo mucho más concentradaque las luminarias comunes.

9-4


Una vez determinadas las dos curvas, correspondientes a los planos X-Y, ya podemos darnos una idea de la distribuciónluminosa que caracteriza a este proyector, aunque sin duda podremos hacernos una idea todavía más exacta, si de ellassacamos las curvas "Isocandelas".

9-4


Φ = 1.000 Lm.

YI90º - 270º

IYCd

XI0º - 180º

IXCd

05

101520253035404550556065

56654050046038031522014085604520126

05101520253035404550556065

566545510470420390350300270220130603518

9-4


Para distintas intensidades luminosas, 500, 400, 300, etc., vamos calculando los correspondientes ángulos, marcándolossobre ejes de coordenadas X-Y. Uniendo ahora los puntos de igual intensidad, obtendremos una serie de curvas "CurvasIsocandelas" simétricas con respecto a sus dos ejes X-Y. Bien es verdad que estas curvas, son aproximadas, ya quedeberíamos haber obtenido una serie de puntos intermedios que conformasen las curvas dentro de cada cuadrante.

Las curvas realmente interesantes para la determinación de los niveles de iluminación obtenidos con proyectores, son lasde Isolux. Al igual que para el alumbrado viario, si disponemos de las curvas características correspondientes, no resultarádifícil la determinación del nivel luminoso de un punto cualquiera del plano iluminado. Dado que los proyectores suelentrabajar con inclinaciones variables, deberemos aprender a obtener las curvas Isolux para la inclinación que deseemos.

CURVAS ISOCANDELASLuminaria INDALUX 400-IZA-D ; Φ = 1.000 Lm.

Veamos primeramente la manera de obtener las curvas Isolux correspondientes para una instalación del proyector de cerogrados. Según podemos apreciar en la figura, el nivel de iluminación en un punto cualquiera del plano iluminado por elproyector, resultará ser:

Las distancias del punto P a los ejes de coordenadas, (YE; XE), se determinan en función de H, altura a la que se

9-4


encuentra el proyector, siendo:

La única dificultad de las fórmulas expuestas la tenemos en la determinación del ángulo b, pero si nos fijamos en lafigura, fácilmente deduciremos que:

de donde:

Así, por ejemplo, el proyector 400-IZA-D, situado a una altura de 9 metros, ilumina un punto situado a 3 metros del ejeX, YE = 3 m., y a 5 del eje Y, XE = 5 m. ¿Qué nivel de iluminación tendrá dicho punto?

En primer lugar determinemos los ángulos correspondientes a dicho punto,

9-4


De las curvas de Isocandelas deducimos que para estos ángulos, la intensidad luminosa es de 300 candelas y siendo elángulo b igual a:

tendremos que:

Este valor está referido a 1.000 Lúmenes, pero como el proyector va equipado con una lámpara de 400 W de Vapor deSodio a Alta Presión, el flujo luminoso será de 47.000 Lúmenes, es decir, 47 veces mayor; por lo tanto, 2,18 ´ 47 = 102 Lux.

Las curvas Isolux, para el proyector 400-IZA-D, se obtienen partiendo de la tabla de intensidades que dábamos alprincipio, determinando una serie de puntos referidos a los ejes Y y X.

Respecto a los puntos en el eje Y, teniendo en cuenta que XI = 0, sustituyendo en las fórmulas anteriormente expuestas,tendremos que:

Estas fórmulas, convenientemente ordenadas nos permiten ir obteniendo los sucesivos valores de las intensidadesluminosas sobre el eje Y.

Φ = 1.000 Lm. ; H = 1 m.

YI90º - 270º

IYCd

cos3bb = YI

EYLux

YEtag YI ´ H

05

101520253035404550556065

56654050046038030022014085604520126

1,0000,9880,9550,9010,8290,7440,6490,5490,4490,3530,2650,1880,1250,075

5665334774143152231427638211131

0,4

0,00 H0,08 H0,17 H0,26 H0,36 H0,46 H0,57 H0,70 H0,83 H1,00 H1,19 H1,42 H1,73 H2,14 H

9-4


Siempre que no se indique lo contrario, las curvas Isolux vienen referidas para un flujo luminoso de 1.000 lúmenes, y parauna altura de la luminaria de 1 metro, así, pues, en nuestro caso H = 1 m.

Los puntos de las curvas Isolux que cortan al eje X, los obtendremos teniendo presente que al ser YE = 0,

Al igual que en el caso anterior, obtendremos la correspondiente tabla que nos dará los puntos del eje X.

Φ = 1.000 Lm. ; H = 1 m.

N0º-180º

IXCd

cos3bb = XI

EXLux

XEtag XI ´ H

05

101520253035404550556065

566545510470420390350300270220130603518

10,9880,9550,9010,8290,7440,6490,5490,4490,3530,2650,1880,1250,075

56653848742334829022716412177341141

0,000,080,170,260,360,460,570,700,831,001,191,421,732,13

Uniendo puntos de idéntico nivel de iluminación, obtendremos las curvas Isolux para los valores que deseemos.

Tal y como dijimos para las curvas Isocandelas, para una mayor precisión en la confección de las curvas, nos faltaríadeterminar una serie de puntos intermedios en cada cuadrante, pero ello no es posible debido a que hemos partido de tansólo dos curvas de intensidades. Como el proyector considerado es simétrico con respecto a los ejes X e Y, sería suficientecon obtener los correspondientes a un sólo cuadrante.

Cuando al proyector se le da una cierta inclinación con respecto a la vertical, las curvas Isolux adquieren unascaracterísticas específicas que deben ser estudiadas en cada caso.

Así, supongamos un proyector inclinado un ángulo a con respecto a la vertical. Tal y como vemos en la figura, un punto Pdel plano iluminado, tendrá un nivel de iluminación:

CURVAS ISOLUXLuminaria INDALUX-IZA-D

9-4


a = 0º ; Φ = 1.000 Lm. ; H = 1m.

Las distancias del punto considerado a cada uno de los ejes X,Y, serán, según puede deducirse de la figura:

9-4


Especial significado tiene el punto C, pues es aquí donde incide el centro de proyección del proyector, y se encuentra delpunto O (vertical desde el proyector al plano iluminado) a una distancia igual a:

Veamos ahora la manera de obtener las curvas Isolux para el proyector 400-IZA-D, con un ángulo de inclinación a = 40º.

Los puntos del eje Y los obtendremos haciendo XI = 0, en las fórmulas anteriormente expuestas, y por lo tanto:

a = 40º ; Φ = 1.000 Lm. ; H = 1 m.

YIº

IYCd

b40 + YI

cos3b EYLux

YEtag(40 + YI) ´ H

9-4


4035302520151050-5

-10-15-20-25-30-35-40-45-50-55-60-65

8514022030038046050054056654050046038031522014085604520126

80757065605550454035302520151050-5

-10-15-20-25

-0,0170,0400,0750,1250,1880,2650,3530,4490,5490,6490,7440,8290,9010,9550,988

10,9880,9550,9010,8290,744

-28

224786

13219025429632434231527021013885594218104

5,673,732,742,141,731,421,19

10,830,700,570,460,360,260,170,080,000,080,17-0,26-0,36-0,46

De los valores obtenidos es importante destacar en primer lugar la pérdida de simetría de las curvas Isolux a 40º, conrespecto al eje X, y en segundo lugar el hecho de que el nivel de iluminación en el punto C, centro de proyección delproyector, no da el valor máximo como a primera vista podría suponerse; el valor máximo corresponde en este caso, para unángulo de 25º.

También es importante destacar que para valores negativos de (40 + YI), es decir, por detrás de la vertical que pasa por laluminaria, los niveles de iluminación ya son relativamente pequeños. Naturalmente, cuanto mayor sea el ángulo a, menoresserán estos valores.

El plano que determinaba los valores de intensidad luminosa XI, ahora ya no se proyecta sobre el eje X, lo hace sobre larecta que pasa por C y es paralela a X, por lo tanto será sobre este nuevo eje sobre el que determinaremos los valores de EX.Haciendo YI = 0 tendremos:

Con ayuda de estas fórmulas ya estamos en posición de ir determinando los distintos niveles de iluminacióncorrespondientes al eje que pasa por el punto O y que se encontrará a una distancia del eje Y igual a:

a = 40º ; Φ = 1.000 Lm. ; H = 1 m.

9-4


XIº

IXC

XEtag XI ´ H

bº

cos3b EXLux

05

101520253035404550556065

566545510470420390350300270220130603518

00,080,170,260,360,460,570,700,831,001,191,421,732,14

4040,140,641,342,443,845,547,549,852,555,558,862,579,3

0,4490,4490,4370,4220,4020,3750,3430,3070,2670,2240,1810,1380,0980,006

2542442231981691461209272492383-

Ahora ya podemos dibujar las curvas Isolux de la luminaria 400-IZA-D, para una inclinación de 40º. El resultado será unafamilia de curvas de igual nivel de iluminación, simétrica con respecto al eje Y.

CURVAS ISOLUXLuminaria INDALUX 400-IZA-D

a = 40º ; Φ = 1.000 Lm. ; H = 1 m.

9-4


CURVAS ISOLUXLuminaria INDALUX 400-IZA-D

a = 50º ; φ = 1.000 Lm. ; H = 1 m.

9-4


9.4.4. ALUMBRADO DEPORTIVO

Dentro del alumbrado por proyectores, tenemos el alumbrado deportivo, que últimamente ha alcanzado un augeextraordinario. Según sea el deporte elegido y su aplicación específica, así será el nivel de iluminación a aplicar, por lo queseguidamente mostramos algunos valores de iluminación recomendados en cada caso.

Balonvolea

Competición 200

Entrenamiento 100

Boxeo

Campeonatos 5.000

Profesional 2.000

Aficionados 1.000

9-4


Frontón

Club 200

Entrenamiento 100

Fútbol

1ª División 1.000

2ª División 500

3ª División 300

Torneos juveniles 200

Entrenamiento 100

Pistas de patinaje sobre hielo

Pistas de competición 50

Estanques o lagos 10

Tenis. Una pista

Campeonato 300

Club 200

Entrenamiento 100

La resolución de estos problemas puede hacerse analíticamente, punto por punto o gráficamente, de idéntica forma acomo hacíamos para el alumbrado viario.

Sea por ejemplo una pista de tenis, que queremos iluminar con el proyector 400-IZA-D. Una solución a primera vistaviable, sería utilizar seis proyectores montados en otros tantos postes de 10 metros de altura y con una inclinación de 40º, taly como mostramos en la figura.

Sobre la pista, los 15 puntos que consideramos de mayor importancia los representamos sobre el dibujo, y observamosque es suficiente con determinar solamente 6, ya que el resto de los puntos son iguales por tratarse de un dibujo simétrico.

9-4


Al igual que hicimos para el alumbrado viario, iniciemos el proceso determinando la influencia que tiene cada uno de losseis proyectores, sobre cada uno de los seis puntos en cuestión. Seguidamente, llevemos sobre las curvas Isolux el dibujo dela pista de tenis, naturalmente a la misma escala de las curvas, 31/10, y determinemos el valor del nivel de iluminación quele corresponde a cada punto.

Puesto que se trata de curvas referidas a 1 metro de altura y a 1.000 Lm., y el caso que tratamos de resolver utiliza postesde 10 metros de altura y proyectores con lámparas de vapor de mercurio a alta presión de 400 W. (47.000 Lm.), los valoresobtenidos los multiplicaremos por una constante de corrección cuyo valor será:

9-4


E E ´ K

P1 C3 + A3 + C1 + A1 320 + 75 + 12 + 17 423 198

P2 2C2 + 2A2 2´85 + 2´60 280 131

P3 C3 + A3 + 2A1 + 2C1 320 + 75 + 2´17 + 2´14 451 211

P4 2B3 + 2B1 2´220 + 2´20 460 216

P5 4B2 4´105 400 188

P6 2B3 + 4A1 2´220 + 4´17 484 227

9-4


El nivel de iluminación obtenido para estos seis puntos, nos da idea de la distribución de la iluminación sobre la pista,pudiendo obtener el valor medio de iluminación, así como el valor de uniformidad media y mínima, de manera análoga acomo hacíamos para el alumbrado viario.

A la vista del dibujo de la pista sobre las curvas Isolux, podemos apreciar como una gran parte del flujo producido por laslámparas se desperdicia, pudiendo afirmar que el coeficiente de utilización de los proyectores resulta ser muy bajo en estoscasos, del orden de 0,4 a 0,7. Así por ejemplo, aplicando la fórmula general del flujo total emitido con respecto a lasuperficie iluminada, tendremos que el coeficiente de utilización será:

9-4


Es decir, que en el caso que nos ocupa, el 100-44,8 = 55,2% del flujo total emitido se desperdicia.

Nada hemos dicho sobre el deslumbramiento, pero se comprende que en un alumbrado deportivo este concepto es desuma importancia. Como es sabido, el índice de deslumbramiento es función de diversas causas entre las que se cuentan laluminancia de los puntos de luz y la posición de éstos dentro del campo visual de los jugadores.

La disminución de la luminancia, o intensidad luminosa por unidad de superficie, tiene difícil solución, ya que elloobligaría a aumentar considerablemente la superficie reflector de los proyectores, con el consiguiente aumento de volumen ypeso de los mismos.

A base de elevar los puntos de luz sobre la superficie de juego, se consigue controlar el deslumbramiento, pudiendoadmitir que la mínima altura aceptable corresponde a la determinada por la dirección que partiendo de los ojos de un jugadoren el centro del campo, forme un ángulo de 20º con la horizontal.

Lógicamente, cuanto más altos se encuentren los proyectores menor será el deslumbramiento, por lo que seguidamentedamos un gráfico mediante el cual puede conocerse de una forma aproximada la altura mínima de instalación en función dela anchura del terreno de juego y de la distancia existente entre la base de la vertical que pasa por los proyectores y el bordedel área de juego.

Otro alumbrado deportivo muy interesante lo tenemos en los campos de fútbol. Para fines de entrenamiento, este casopuede resolverse con ocho proyectores equipados con lámparas de mercurio con halogenuros metálicos de 2.000 W.(170.000 Lm.) ya que

Ahora hemos supuesto un coeficiente de utilización algo mayor, ya que por tratarse de un número mayor de protectores,las pérdidas de flujo serán menores.

La altura de los proyectores, teniendo en cuenta que la anchura del terreno de juego es de 65 metros y que la distancia delos postes al borde de la cancha es de 5 metros, deberá ser como mínimo de 15 metros.

Con estos datos ya se puede iniciar el proyecto de iluminación, debiendo elegir ahora el tipo de proyector a utilizar y lainclinación que vamos a darles.

Como ejercicio adicional dejamos la resolución gráfica, punto por punto, de este caso.

9-4


9-4


electricidad - libro de instalaciones electricas

Documents