manual de luminotecnia
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INSTITUTO NACIONAL TECNOLÓGICODIRECCIÓN GENERAL DE FORMACIÓN PROFESIONAL
DIRECCIÒN TÈCNICO DOCENTEDEPARTAMENTO DE CURRÍCULO
MANUAL PARA EL PARTICIPANTELUMINOTECNIA
ESPECIALIDAD : ElectricidadMODO DE FORMACIÓN: Aprendizaje
Diciembre, 2008
INSTITUTO NACIONAL TECNOLÓGICO (INATEC)DIRECCIÓN GENERAL DE FORMACIÓN PROFESIONAL DIRECCIÒN TÈCNICO DOCENTEDEPARTAMENTO DE CURRÍCULUM
UNIDAD DE COMPETENCIA:
Eletricista residencial
ELEMENTOS DE COMPETENCIAS:
Magnitudes luminosas
Sistemas de alumbrado
INDICEPágina
INTRODUCCION.......................................................................................................................1OBJETIVO GENERAL..............................................................................................................1OBJETIVOS ESPECIFICOS......................................................................................................1RECOMENDACIONES GENERALES.....................................................................................2UNIDAD I: MAGNITUDES LUMINOSAS..............................................................................31-La luz........................................................................................................................................31.1-Qué es la luz?........................................................................................................................31.2-Color......................................................................................................................................32--Luminotecnia..........................................................................................................................3
2.1-Concepto...........................................................................................................................32.2-Intensidad lumínica o intensidad luminosa...........................................................................32.3-Dimensiones y reflexividad..................................................................................................42.4-Flujo luminoso......................................................................................................................42.5- Eficiencia luminosa..............................................................................................................53- Ordenes de magnitud..............................................................................................................6
3.1-Iluminación natural...........................................................................................................63.2- Iluminación general con luz artificial..............................................................................6
3.3- Iluminancia...........................................................................................................................73.4-Luminancia,...........................................................................................................................73.5- Curvas de distribución luminosa,.........................................................................................9EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓN...............................................................................11UNIDAD II: SISTEMAS DE ALUMBRADO:........................................................................122.1 Directo.................................................................................................................................122.2 Semidirecto..........................................................................................................................122.3 Indirecto...............................................................................................................................132.4 Interior.................................................................................................................................132.5 Exterior................................................................................................................................133- Tipos de luminarias...............................................................................................................14
3.1. Armadura o carcasa........................................................................................................143.2. Equipo eléctrico..............................................................................................................143.3. Reflectores......................................................................................................................153.4. Difusores........................................................................................................................153.5. Filtros..............................................................................................................................15
4-Luminancia.............................................................................................................................164.1-Clasificación por el grado de protección eléctrica..............................................................16
4.2-Luminarias. Clasificación por emisión del flujo............................................................165- Clasificación y características de Luminarias...................................................................17
6-Incandescente.........................................................................................................................186.1-Principio de funcionamiento...........................................................................................186.2-Ventajas y desventajas....................................................................................................186.3-Lámparas incandescentes con Halógenos.......................................................................206.4- Anomalías de las lámparas de incandescencia...............................................................21
7- Fluorescente..........................................................................................................................227.1-Descarga en los gases..........................................................................................................22
7.2- Lámparas fluorescentes tubulares..................................................................................237.3- Lámparas de Mercurio...................................................................................................247.4-Lámparas de cátodo caliente con precalentamiento........................................................247.5-Lámparas circulares y en u..............................................................................................26
8- Lámparas fluorescentes de tipos especiales..........................................................................299- Lámparas fluorescentes sin precalentamiento de cátodo..................................................3010- Lámparas de vapor de mercurio a alta presión...............................................................3110.1- Balance energético de una lámpara de mercurio a alta presión,..................................3211- Lámparas con halogenuros metálicos.............................................................................3412-Lámparas de vapor de sodio.............................................................................................3512.1-Lámparas de vapor de sodio a baja presión..................................................................3512.2- Lámparas de vapor de sodio a alta presión..................................................................3713-Lámparas ahorradoras de energía....................................................................................3813.1-Introduccion..................................................................................................................38
13.2-Lámparas cfl ahorradoras de energía................................................................................3913.3- Las lámparas fluorescentes CFL y sus partes.............................................................4113.3.1Tubo fluorescente........................................................................................................4113.3.2 Balasto electrónico.....................................................................................................4213.3.3 Base............................................................................................................................4214- Funcionamiento de la lámpara cfl...................................................................................4215- Características de las lámparas ahorradoras cfl..............................................................4316- Ventajas de las lámparas ahorradoras cfl comparadas con las incandescentes...............4417- Principales aspectos que se recomiendan tener en cuenta al adquirir lámparas cfl........4417.1 Datos de las luminarias..................................................................................................4517.2- Poder reflectante de los materiales y las superficies...................................................4617.3-Luminarias: distancias - altura......................................................................................47
18- Nivel de iluminación...........................................................................................................4818.1-Generalidades................................................................................................................4818.2-Niveles de iluminación en distintas instalaciones.........................................................4918.3- Defectos, y remedios en instalaciones.........................................................................55
19- Factor de utilización ( u ) de algunas luminarias................................................................5720-Cálculo para luminarias interiores.......................................................................................58
20.1-Metodologia..................................................................................................................5820.2--Etapas Para el cálculo de alumbrado de interiores..........................................................6021-Calculo de luminarias externas............................................................................................6121.1-- Factor de utilización.......................................................................................................6121.2--Cálculo de alumbrado externo.........................................................................................61EJERCICIOS DE AUTO EVALUACIÓN...............................................................................68GLOSARIO...............................................................................................................................70BIBLIOGRAFÍA.......................................................................................................................72
INTRODUCCIÓN
El Manual para el participante “Luminotecnia” pretende que los(as) participantes adquieran las destrezas y habilidades necesarias para diseñar e instalar circuitos de alumbrado, así como brindar mantenimiento a luminarias.
El Manual contempla dos Unidades modulares, donde sus contenidos se desarrollan en orden lógico desde los elementos más sencillos hasta llegar a los más complejos.
El Manual para el participante está basado en sus Módulos y Normas técnicos respectivas y corresponde a la Unidad de competencia “Electricista Residencial” de la Especialidad de Técnico en electricidad.
Se recomienda realizar las actividades y los ejercicios de auto-evaluación para alcanzar el dominio de la Competencia: Electricidad Residencial, para lograr los objetivos planteados, es necesario que los y las participantes tengan en cuenta las normas de seguridad, al momento de brindar mantenimiento e instalación a los circuitos de alumbrado.
OBJETIVO GENERAL
Calcular el flujo luminoso y seleccionar tipo y número de luminarias en instalaciones residenciales
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Definir correctamente magnitudes eléctricas, utilizadas en iluminación.
Describir correctamente circuitos de alumbrado, a través de los diferentes tipos de sistemas
Aplicar correctamente tablas de iluminación, de acuerdo al tipo de alumbrado.
Realizar cálculos de flujo luminoso de luminarias, mediante la utilización de tablas de luminarias.
RECOMENDACIONES GENERALES
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Para iniciar el estudio del Manual, debe estar claro que siempre su dedicación y esfuerzo le permitirá adquirir la Unidad de competencia a la cual responde el Módulo Formativo de Luminotecnia.
Al iniciar el estudio de los temas que contiene el manual debe estar claro que su dedicación y esfuerzo le permitirá adquirir la competencia a la cual responde el Módulo formativo.
Al comenzar un tema debe leer detenidamente los objetivos y recomendaciones generales.
Trate de comprender las ideas y analícelas detenidamente para comprender objetivamente los ejercicios de auto evaluación.
Consulte siempre a su docente, cuando necesite alguna aclaración.
Amplíe sus conocimientos con la bibliografía indicada u otros textos que estén a su alcance.
A medida que avance en el estudio de los temas, vaya recopilando sus inquietudes o dudas sobre éstos, para solicitar aclaración durante las sesiones de clase.
Resuelva responsablemente los ejercicios de auto evaluación.
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UNIDAD I: MAGNITUDES LUMINOSAS
1-La luz
1.1-Qué es la luz?
La luz es una forma de radiación electromagnética, indispensable para poder ver las cosas, por eso puede ser usada como una herramienta para diferentes propósitos en el desarrollo arquitectónico. Para lograr el efecto deseado en iluminación hay que tomar en cuenta varios aspectos como calor e intensidad de la luz, dimensiones, reflectancia, tipos de lámparas y tipos de luminarias. Conociendo y aplicando adecuadamente estos factores es que se logra crear ambientes y sensaciones agradables y placenteras.
1.2-ColorEl ojo humano responde de diferente manera hacia los distintos colores.Para entender como el ojo humano ve los colores es necesario aclarar dos conceptos: la apariencia y el rendimiento del color.La apariencia del color se refiere a la temperatura, es decir, a la percepción del ojo humano hacia la fuente de la luz.
El rendimiento del color Fig. 1, se refiere a la apariencia que la fuente lumínica le da a un objeto. Los tipos de lámparas tienen diferentes rendimientos de color, por lo que es importante conocer la aplicación especifica para escoger la lámpara mas adecuada.
El rendimiento del color Fig. 1,
2--Luminotecnia 2.1-ConceptoEs la ciencia que estudia las distintas formas de producción de luz, así como su control y aplicación. Sus magnitudes principales son:
2.2-Intensidad lumínica o intensidad luminosa El flujo luminoso nos da la cantidad de luz que emite una fuente de luz en todas las direcciones del espacio Fig 2. Para saber el flujo que se distribuye en cada dirección del espacio definimos la intensidad luminosa,
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Fig. 2
2.3-Dimensiones y reflexividadLa intensidad lumínica mide la cantidad de luz emitida en una dirección particular. Es de gran importancia al diseñar iluminación con reflectores, y en este caso se mide en candelas de potencia Fig 3. En el caso de otras fuentes de luz normalmente se expresa la cantidad total de flujo luminoso, la cual se mide en lúmenes.
Dimensiones de reflexividadFig. 3
2.4-Flujo luminoso Es la magnitud que mide la potencia o caudal de energía de la radiación luminosa Fig 4 y se define como: Potencia emitida en forma de radiación luminosa a la que el ojo humano es sensible, se mide en lumen (Lm).
Flujo luminoso Tabla Nº 1 Fig. 4
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2.5- Eficiencia luminosa Expresa el rendimiento energético de una lámpara Fig 5 y mide la cualidad de fuente como un instrumento destinado a producir luz por la transformación de energía eléctrica en energía radiante visible.
Eficiencia luminosa Fig. 5
Es el cociente entre el flujo luminoso total emitido y la potencia total consumida por la fuente.
O sea la relación entre el flujo emitido (Φ), expresado en lúmenes, y la potencia eléctrica absorbida (P) Fig. 6, expresada en Vatios.Símbolo: ηUnidad de medida: Lumen por vatio (lm/w)
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Eficiencia luminosa Fig. 6
Tabla Nº 2
3- Órdenes de magnitud
3.1-Iluminación natural Día de verano, a pleno sol 1000,000kDía de invierno a mediodía, al aire libre 10,000 Luna llena, cielo despejado 0.25 lx. Fig 7
Iluminación naturalFig. 7
3.2- Iluminación general con luz artificial, Fig. 8 Oficinas y escuela 300 – 500 lx Sala de estar 150 – 200 lx Dormitorio 70 – 100 lx Calles con buen alumbrado 15 – 25 lx
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Iluminación general con luz artificialFig. 8
3.3- Iluminancia
Iluminancia o iluminación se define como el flujo luminoso incidente por unidad de superficie. Su unidad es el Lux. Fig 9.El Lux se puede definir como la iluminación de una superficie de 1m2 cuando sobre ella incide, uniformemente repartido, un flujo luminoso de 1 Lumen
Iluminación Tabla Nº 3 Fig. 9
3.4- Luminancia Intensidad luminosa reflejada por una superficie. Fig. 10 Su valor se obtiene dividiendo la intensidad luminosa por la superficie aparente vista por el ojo en una dirección determinada. Su unidad es candela/m2
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Fig.ura 10 Luminancia
Fórmulas Figura 11
Tabla 4
Comparación de magnitudes luminosasFig. 11
3.5- Curvas de distribución luminosa La distribución de las intensidades luminosas emitidas por una lámpara tipo Standard, la mostramos de una forma general, para un flujo luminoso de 1000 lúmenes, (Siempre que no se indique lo contrario estas curvas vienen referidas a 1000Lm). El volumen determinado por los vectores que representan las intensidades luminosas en todas las
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direcciones, resulta ser simétrico con respecto al eje Y-Y; para otro flujo la intensidad luminosa será: Fig 12
Curvas de distribución luminosaFig. 12
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CURVAS FOTOMÉTRICAS DE ALGUNAS LUMINARIASFig. 13
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EJERCICIOS DE AUTO- EVALUACIÓN
Después del estudio de la Unidad I, le sugiero que realice los siguientes ejercicios de auto-evaluación, lo que permitirá fortalecer sus conocimientos.
I. Responda las siguientes preguntas
1. ¿Qué es color?
2. ¿En qué consiste la luminotecnia?
3. ¿Qué es la intensidad luminosa?
4. ¿Qué es flujo luminoso?
5. ¿En qué consiste la eficiencia luminosa?
6. ¿Qué diferencia existe entre iluminación y luminancia?
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UNIDAD II: SISTEMAS DE ALUMBRADO
La selección de la iluminación en su casa es mucho más que colocar lámparas en las diversas habitaciones para ver en la oscuridad.
La manera con que usted ilumine su casa tendrá un efecto en cómo se sienta o se vea una habitación. El utilizar diferentes técnicas de iluminación le hará crear una sensación agradable, cómoda y acogedora; el hacer resaltar alguna pieza decorativa, o simplemente proporcionar una iluminación que le parezca de mayor amplitud a un área de trabajo. Cuando planee la iluminación de alguna habitación en su casa, comience considerando las actividades que ahí se realizan, así cómo la sensación que usted quiere lograr. Las clasificaciones de iluminación son las siguientes: directa, semidirecta, indirecto, interior, exterior.
2.1 Directo
La iluminación directa se utiliza para auxiliarle en iluminar el área donde usted permanece mucho tiempo efectuando alguna actividad. La iluminación directa podrá ser utilizada por ejemplo: debajo de los gabinetes de cocina, en un estudio o despacho para la lectura, o por encima de una mesa de juego o billar. Las lámparas que cuelgan o de techo, de mesa, o las lámparas por debajo de gabinetes le proporcionaran una luz brillante, sin reflejos para una iluminación directa y adecuada. Fig 14
Fig. 14 Directo
2.2 Semidirecto
Iluminación en la que las luminarias distribuyen del 60% al 90% de la luz emitida hacia abajo. Fig 15
SemidirectaFig. 15
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2.3 Indirecto La iluminación indirecta es la que le genera un ambiente en una habitación, y le proporciona una iluminación básica sobre un área muy amplia; así como le da un toque sutil a la decoración. Este aspecto de la iluminación es importante en una buena planeación interna de la iluminación, ya que se podrá utilizar en combinación con la iluminación directa y acentuada. Los candelabros, las lámparas empotradas o algunas otras lámparas en los plafones le proporcionarán una iluminación indirecta en una habitación, y se convertirán en un punto visual muy importante en la decoración de su casa.
2.4 Interior Entre los estilos nos podemos encontrar, por ejemplo, con la iluminación interior. Aquí la luz se distribuye por las superficies y por los perfiles del decorado. Éste, a su vez, se encuentra iluminado apenas por una luz difusa muy débil, lo cual da como resultado un conjunto de manchas luminosas, de ahí el nombre de este efecto de luces. Otro estilo se relaciona con las zonas exteriores donde se busca iluminar. En este caso, lo que se crea es una suerte de serie escalonada de zonas de luz que van de mayor luminosidad a menor luminosidad. Por esta razón, es posible centrar la atención en un determinado punto y ayudar a expresar la distancia. Lo que se crea, en definitiva, es un ambiente acogedor. Por último, es posible listar otro estilo, el de masas, que es el que imita el efecto natural que produce la luz.
2.5 Exterior La iluminación exterior (Fig.16) posee diversas aplicaciones o finalidades, entre ellas encontramos, una mayor facilidad para trabajar en área oscuras del jardín, la creación de un ambiente ameno y confortable, proteger nuestra casa contra posibles intrusos, etc. la cantidad de luces que utilizaremos en la iluminación exterior dependerá de cada uno de nosotros y de las necesidades que debamos satisfacer. De todas formas, sea cual sea el número de luces, los cables deben pasarse por debajo del suelo para evitar accidentes.
Lo primero que debemos hacer para planear la iluminación exterior, es corroborar las medidas justas de nuestro terreno, para saber cuánto cableado y lámparas necesitaremos; una vez hecho esto, lo siguiente es elegir el tipo de luces que mejor se adaptan al estilo de nuestro.
La iluminación exterior acepta dos gamas de lámparas, las halógenas y las incandescentes. Las primeras, originan un haz de luz de alta potencia que será enviado hacia donde éstas se hallen enfocadas. A su vez, suelen desprender mucho calor pudiendo llegar a quemarnos, por ende es necesario tener cierta precaución a la hora de cambiarlas. Por su parte, las incandescentes, son las más comunes dentro de la iluminación exterior, producen una luz ambiental y la intensidad de la misma dependerá de la bombilla que estemos utilizando en la lámpara. Este tipo de iluminación vienen en diferentes formatos, los más comunes son los globos y los faroles.
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La iluminación exterior tiene como consejo colocar las lámparas a una altura superior a una persona, es decir, nunca fijarlas a la altura de los ojos, ya que eso dañaría nuestra visión; se podrán elevar más en caso de que busquemos iluminar una mayor superficie. Los cables deben pasarse siempre por el exterior de la zona a iluminar, sino no podemos hacerlo, los protegeremos pasándolos dentro de una superficie aislante rígida que luego fijaremos en con materiales especiales.
Iluminación exteriorFig. 16
3- Tipos de luminarias Según la Norma UNE-EN 60598-1, se define luminaria como aparato de alumbrado que reparte, filtra o transforma la luz emitida por una o varias lámparas y que comprende todos los dispositivos necesarios para el soporte, la fijación y la protección de lámparas, (excluyendo las propias lámparas) y, en caso necesario, los circuitos auxiliares en combinación con los medios de conexión con la red de alimentación. De manera general consta de los siguientes elementos.
3.1. Armadura o carcasa: Es el elemento físico mínimo que sirve de soporte y delimita el volumen de la luminaria conteniendo todos sus elementos.
3.2. Equipo eléctrico: Sería el adecuado a los distintos tipos de fuentes de luz artificial y en función de la siguiente clasificación:
Incandescentes normales sin elementos auxiliares Halógenas de alto voltaje a la tensión normal de la red, o de bajo voltaje con
transformador o fuente electrónica Fluorescentes. Con reactancias o balastos, condensadores, o conjuntos
electrónicos de encendido y control De descarga. Con reactancias o balastos, condensadores, o conjuntos
electrónicos de encendido y control
3.3. Reflectores Fig. 17: Son determinadas superficies en el interior de la luminaria que modelan la forma y dirección del flujo de la lámpara. En función de cómo se emita la radiación luminosa pueden ser:
Simétrico (con uno o dos ejes) o asimétrico. Concentrador (haz estrecho menor de 20º) o difusor (haz ancho entre 20 y 40º;
haz muy ancho mayor de 40º). Especular (con escasa dispersión luminosa) o no especular (con dispersión de
flujo). Frío (con reflector dicroico) o normal.
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Reflectores Fig. 17
3.4. Difusores Fig. 18: Elemento de cierre o recubrimiento de la luminaria en la dirección de la radiación luminosa. Los tipos más usuales son:
Opal liso (blanca) o prismática (metacrilato traslúcido). Lamas o reticular (con influencia directa sobre el ángulo de apantallamiento). Especular o no especular (con propiedades similares a los reflectores).
Difusores Fig. 18
3.5. Filtros: En posible combinación con los difusores sirven para potenciar o mitigar determinadas características de la radiación luminosa.
4-Luminancia
4.1-Clasificación por el grado de protección eléctricaLas luminarias deben asegurar la protección de las personas contra los contactos eléctricos. Según el grado de aislamiento eléctrico, las luminarias pueden clasificarse como:
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4.2-Luminarias. Clasificación por emisión del flujo Fig.19
De acuerdo con el porcentaje de flujo luminoso total distribuido por encima y por debajo del plano horizontal, se clasifican en:
Clasificación por emisión del flujoFig.19
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5- Clasificación y características de luminariasEl desarrollo de nuevas tecnologías ha permitido la realización de una notable gama de lámparas destinadas a las aplicaciones mas dispares. No obstante, las fuentes luminosas eléctricas se pueden clasificar en dos grandes categorías.
De irradiación por efecto térmico (lámparas de incandescencia) De carga en gas o vapores (lámparas fluorescentes, de vapor de mercurio, de
sodio, etc.)
Para decidir que tipo de lámparas se va a utilizar es necesario tener en cuenta las siguientes características.
Potencia nominal: condiciona el flujo luminoso y las proporciones de la instalación bajo el punto de vista eléctrico (sección de los conductores, tipos de protección etc.)
Eficiencia luminosa y degeneración del flujo luminoso durante el funcionamiento, promedio de vida y coste de la lámpara: estos factores condicionan la economía de la instalación.
Rendimiento cromático: condiciona la mayor o menor apreciación de los colores respecto a la observación con luz natural.
Temperatura de color: condiciona la tonalidad de luz. Se dice que una lámpara proporciona luz “calida o fría” si prevalecen las radiaciones de color rojizo o azulado
Tamaño: condiciona la construcción de los aparatos de iluminación (Direccionalidad del haz luminoso, costo etc.)
Atención: las características de las lámparas que se ofrecen en las páginas siguientes pueden variar de un fabricante a otro, por lo tanto, será conveniente consultar los catálogos, sobre todo cuando se tenga que realizar alguna instalación particularmente comprometida.
6-Incandescente 6.1-Principio de funcionamiento:Un delgado filamento de tungsteno enrollado en simple o doble espiral, se lleva al punto de incandescencia mediante el paso de una corriente eléctrica. Para que no se queme se encierra en una pequeña ampolla de vidrio en la que se práctica el vacío o se introduce un gas inerte (ázoe, argón, criptón, etc.) en el primer caso (vacío) se encuentran las lámparas de pequeña potencia; en el segundo (gas inerte) las lámparas de media y gran potencia.La vida media de las lámparas de incandescencia convencional, Fig. 20 es de 1000 horas, a la tensión nominal.
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Incandescente convencionalFig. 20
Tipos de filamentos en lámparas incandescentes, Fig, 21
Tipos de filamentos en lámparas incandescentesFig., 21
6.2- Ventajas y desventajas
Ventajas
Encendido sin necesidad de equipo auxiliar; dimensiones reducidas y costo poco elevado; sin limitaciones en cuanto a la posición de funcionamiento.
Desventajas
Baja eficiencia luminosa y por lo tanto, costo de funcionamiento elevado; elevada producción de calor; elevada luminancia con el correspondiente deslumbramiento (100 – 2000 cd/cm2; duración media de vida limitada.
Características de las lámparas de incandescencia normales, claras o esmeriladoras, para funcionamiento en derivación.
Potencia nominal (W)
Flujo luminoso (*) (lm) Eficiencia luminosa (lm/W)
127 V 220 V 127 V 220 V25 220 220 8.8 8.840 430 350 10.8 8.860 750 630 12.5 10.5100 1380 1250 13.8 12.5150 2300 2090 15.4 14.0200 3200 2920 16.0 14.6300 4950 4610 16.5 15.3
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500 8800 8300 17.6 16.61000 19100 18600 19.1 18.61500 29600 29000 19.8 19.5
Tabla Nº 5
(*) La conversación de flujo luminoso al cabo de 750 horas es de 72 – 74% para las lámparas de 25 W, 85% para potencias de 40 a 200 W, 80 – 85% para potencias de 300 – 500 W, 70 – 80 para potencias de 1000 W y 65 – 80% para potencias de 1500 W. La primera cifra del tanto por ciento de flujo se refiere a una tensión de alimentación de 127 V. la segunda 220 V.
Nota. En los esquemas eléctricos los tipos de lámparas de incandescencia Fig. 22 se indican con el signo gráfico X seguido de la indicación de la potencia de la lámpara (por ejemplo: X 40W)
Tipos de lámparas de incandescencia Fig. 22
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6.3-Lámparas incandescentes con Halógenos Fig. 23En algunos tipos particulares de lámparas de incandescencia, aparte del gas de relleno, se introducen pequeñas cantidades de un halógeno (generalmente yodo). Esto da lugar a un proceso que vuelve al filamento de tungsteno volatizado impidiendo el ennegrecimiento del globo. Este tipo de lámparas se caracteriza por una menor decadencia luminosa, mayor eficiencia y menores dimensiones de la ampolla (generalmente hecha de cuarzo).
Lámparas incandescentes con Halógenos Fig. 23
Entre las desventajas se debe enumerar el alto costo y la elevada luminancia.Prescindiendo de las aplicaciones particulares (indicadas en la tabla), se utilizan para la iluminación de monumentos y campos deportivos, aplicaciones con tiempos reducidos de funcionamiento continuo.
Características y empleo de las lámparas halógenas.
AplicacionesGama de potencia (W)
Eficiencia luminosa (lm/W)
Duración (horas)
Para proyectores 500 – 1000 20 – 25 2000Para tomas fotográficas 600 – 1250 30 – 33 15Para tomas fotográficas y televisivas
250 – 5000 25 75 – 200
Para proyección de películas de paso reducido 50 – 1000 30 25 – 100
Para faros de vehículos automóviles
40 – 70 25 150
Tabla Nº 6
6.4- Anomalías de las lámparas de incandescencia
INCONVENIENTES CAUSAS Y REMEDIOS
Disminución sensible de flujo luminoso emitido, ampolla ennegrecida
Funcionamiento de la lámpara por un tiempo superior al de su duración media: sustituir la lámpara.
Corta duración ampolla ennegrecida Funcionamiento de la lámpara a temperaturas demasiado elevadas de ventilación de la luminaria.
Corta duración, rotura del filamento La lámpara se haya sometida a
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vibraciones o golpes: fijar la luminaria en un soporte antivibratorio o emplear lámparas antichoque.
Luz demasiado intensa y corta duración Tensión de alimentación superior a la nominal: comprobar la tensión y si la instalación está alimentada a través de una cabina propia, actuar sobre el conmutador del transformador.
Luz rojiza Tensión de alimentación inferior a la nominal: proceder como en el punto anterior.
Tabla Nº 7
7- Fluorescente Son ideales para la iluminación general de interiores como oficinas, fábricas y lugares públicos en general. Han tenido un desarrollo importante, especialmente con las nuevas lámparas Octrón (T8) y Pentron (T5), que tienen un alto rendimiento de color, eficiencia lumínica, con las lámparas y tubos fluorescentes Fig. 24 compactas, una alternativa muy eficiente ante las lámparas incandescentes puesto que duran 10 veces más y ahorran hasta un 75% de energía en iluminación.
Lámparas y tubos fluorescentesFig. 24
7.1-Descarga en los gases Supongamos que tenemos un tubo de vidrio o de cuarzo en cuyos extremos se han colocado dos electrodos. Se practica el vacío en el tubo y luego se introduce una pequeña cantidad de gas o de vapor metálico. Fig. 25
Aplicando a los electrodos una diferencia de potencial de nivel suficiente, una parte de los átomos que constituyen el gas o el vapor se escinden en electrones (cargas negativas) y en iones (cargas positivas); los electrones se desplazan velozmente hacia el electrodo positivo y los iones hacia el electrodo negativo
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Descarga en los gasesFig. 25
Sin embargo, no todos los átomos se disocian. Y cada vez que se produce una colisión entre los electrones libre y los átomos que todavía no se han disociado, el choque origina la liberación de otros electrones que, en parte se unen al flujo que se dirige hacia el ánodo y en parte se asocian de nuevo a los átomos de los que se habían visto alejados. La energía que estos últimos ceden al regresar a la órbita del propio átomo da lugar al fenómeno de la “luminiscencia” (propiedad de los gases y vapores de emitir luz sin ser excitados por cargas eléctricas).
Electrones que giran en torno al núcleo del átomoFig. 26Fig. 26
Electrones que giran en torno al núcleo del átomo Fig. 26 (+) y electrones libres que dan lugar al fenómeno de la “luminiscencia”.
Electrón libre.Impacto entre un electrón libre y otro que gira alrededor del núcleoElectrón del átomo que entra de nuevo en su órbita.Radiación electromagnética.
7.2- Lámparas fluorescentes tubulares Fig. 27La cara interna del tubo de descarga está revestida de una sutil capa de polvos fluorescentes. Dentro del tubo se introduce vapor de mercurio a baja presión: cuando se alimenta la lámpara el mercurio emite radiaciones ultravioleta, invisibles, que golpean la capa de polvo fluorescente originando radiaciones visibles.
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Lámparas fluorescentes tubularesFig. 27
El flujo luminoso depende del tipo de polvos fluorescentes, de su pureza, de la estructura y dimensiones de los cristales. Según las substancias empleadas se obtiene una emisión de luz en los siguientes colores.
7.3- Lámparas de MercurioSon cómodas de maniobrar y tienen una larga vida útil (24.000 horas). Se utilizan en exteriores, alumbrado público, bodegas y parques.
Sal Fluorescente Color de la Luz EmitidaTungstato de calcio Azul oscuroTungstato de magnesio Azul claroSilicato de cinc y berilio Amarillo claroSilicato de cinc Amarillo - verdeSilicato de cadmio Amarillo - rosaBorato de cadmio Rosa claro
Tabla Nº 8
Con relación a la modalidad de encendido, se dispone de los siguientes tipos de lámparas fluorescentes:
Cátodo caliente, precalentado: Cátodo caliente, precalentado; Cátodo caliente, sin precalentamiento Cátodo frío.
7.4-Lámparas de cátodo caliente con precalentamientoLos electrones están constituidos por un filamento de tungsteno, enrollado en espiral sobre el que se han depositado substancias aptas para la emisión de electrones (óxidos de bario o de estroncio). Al alimentar los electrodos, estos se calientan y provocan una intensa emisión electrónica que da lugar al arranque del arco entre los propios electrodos.
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Para conseguir el precalentamiento de los electrodos se adopta un dispositivo apropiado denominada interruptor de arranque más comúnmente conocido como cebador, cuya función es comparable a la de un interruptor automático. Está formado por una pequeña ampolla que contiene dos contactos (normalmente abiertos) uno de los cuales es una lámina bimetálica, la ampolla ha sido rellenada con un gas raro, el cebador se intercala en serie con los filamentos de la lámpara (el condensador que se incorpora al cebador Fig. 28, esta destinado a eliminar las perturbaciones radiofónicas).
Cebador Fig. 28
El encendido de la lámpara se produce de la siguiente manera:Al aplicar tensión tiene lugar una descarga luminiscente entre los dos contactos abiertos del cebador, que calienta la lámina bimetálica haciéndola flexionar hasta cerrar el circuito.
La corriente fluye entonces a través de los electrodos de la lámpara calentándose (tiempo, 1 – 2 segundos);
Cuando están cerrados los contactos del cebador se anula la descarga luminiscente y se enfría el bimetal recuperando su forma inicial, con lo que se abre el circuito. De este modo se provoca, debido a la presencia de la reactancia, una sobre tensión que hace arrancar la descarga entre los electrodos situados en los extremos de la lámpara;Disminuye la tensión aplicada a los extremos de la lámpara por efecto de la reactancia debido a la cual no se repite la descarga luminiscente entre los contactos del cebador; por consiguiente, éste no vuelve a intervenir durante el funcionamiento normal de la lámpara.
De encendido instantáneo: Las lámparas de encendido instantáneo no requieren el empleo del cebador. Por medio de reactancias especiales se precalientan los electrodos (a través de devanados suplementarios), se produce el arranque del arco y se estabiliza la corriente de descarga. Dichos tipos de reactancia son:
Rapidstart: requieren el empleo de lámparas idóneas a las que también se denomina rapidstart;
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Tachistart: Son adecuadas para su empleo con las lámparas fluorescentes comunes que normalmente requieren el empleo de un cebador. Si se adopta la solución Tachistart para el encendido, es necesario dotar a la lámpara de una cinta metálica dispuestas a lo largo del tubo.
Ventajas: Buena eficiencia (de 4 a 6 veces mayor que las lámparas e incandescencia ) y por lo tanto de bajo coste de funcionamiento; baja luminancia (0.3 al 1.3 cd/m2) de forma que se reducen sensiblemente los problemas de deslumbramiento; bueno y óptimo rendimiento cromático (según los tipos); elevada duración de vida media (6000 a 9000 horas).
Sin ninguna limitación en cuanto a la posición de funcionamiento.
Desventajas: Empleo de equipo auxiliar para el arranque de la descarga (reactancia y cebador); grandes dimensiones; coste 10 a 15 veces mayor que el de una lámpara de incandescencia de potencia similar (según los tipos y conclusión de la reactancia y el cebador).
Potencia Nominal
(W)
Potencia Incluida la reactancia
(W)
Longitud (excluidas las
espigas)(mm)
Flujo luminoso (lm)
Eficiencia luminosa
(lm/W)
15 23 438 600 26.0
20 29 590 1080 37.2
25 34 970 1500 44.1
30 40 895 2000 50.0
40 50 1200 2500 50.0
65 75 1500 4000 53.3
Tabla nº 9
7.5- Lámparas circulares y en u Fig. 29
Fig. 29
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FORMA
POTENCIA NOMINAL
(W)
POTENCIA INCLUIDA LA REACTANCIA
(W)
DIÁMETRO DEL TUBO
(MM)
DIMENSIONES (MM)
FLUJO LUMINOS
O (LM)
Circular223240
304050
293232
216311413
98016502250
Doblado en U
101620304065
152028405075
262638263838
82 x 25082 x 370
130 x 31082 x 463
130 x 610130 x 765
450820950
150022003450
Tabla nº 10
Los flujos luminosos indicados en la tabla que aparece más arriba, están referidos al color 2 (4000 – 5000 K, luz blanquísima extra). De todas formas, es aconsejable tomar como referencia los catálogos de las firmas fabricantes cuando se deban llevar a cabo cálculos de luminotecnia. De hecho, volviendo a lo dicho anteriormente respecto al rendimiento cromático y a la eficiencia luminosa, a través de los catálogos se observa que la gama de lámparas fluorescentes es bastante amplia dentro del ámbito de una misma potencia nominal. En la página siguiente ofrecemos, a título de ejemplo, los tipos de lámparas tubulares rectilíneas que es posible encontrar en el mercado, para potencias de 20, 40, 65 W.
Tipo de luz emitidaTemperatura de color (K)
Flujo luminoso (lm)20 W 40W 65 W
De elevada eficiencia luminosa
Blanquísima 4000-4500 1250 3200 5100Luz de día 6500 1000 2500 3950
Blanca 3500 1250 3200 5100Blanca cálida 3000 1250 3200 5100
De alto rendimiento cromático
Blanquísima extra 4000-4500 1080 2500 4000Luz de día extra 6500 850 1950 3150Blanquísima de
luxe3900 840 2000 --
Blanca caída de luxe
3000 840 2000 3300
Luz de día de luxe 5000 800 1900 3050Tono muy cálido 2600 750 1800 2900
natural 2500 700 1600 2600Tabla nº 11
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Tabla nº 12
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8- Lámparas fluorescentes de tipos especialesDe pequeñas dimensiones: Caracterizadas por su pequeño tamaño, se emplean para iluminación localizada (espejos, interior de muebles, etc.) o en tipos de luminarias.
Lámparas miniaturas ( 16 mm).Potencia nominal
(W)Longitud del tubo
(mm)Flujo luminoso
(lm)4 150 1306 230 2808 300 44513 530 890
Tabla nº 13
De pequeño diámetro o cortas.Potencia nominal
(W)Longitud del tubo
(mm)Flujo luminoso
(lm)45* 460 88030* 920 210014** 380 65015** 460 810
Tabla nº 14( * ) Valores correspondientes a las lámparas de pequeño diámetro ( 26 mm) (**) Valores correspondientes a las lámparas cortas (( 38 mm).
Lámparas de colores: Las lámparas fluorescentes también pueden ser de color (rojo, amarillo, verde, azul). Se utilizan para la obtención de efectos particulares (escaparates, locales públicos y salas de baile). Se suministran en potencias de 20 – 40 W.
Con reflector incorporado: El flujo luminoso es dirigido hacia abajo. Se pueden montar en luminarias que no tengan reflector, con ellas se evita la pérdida de flujo consiguiente al depósito de polvo sobre el tubo.
Lámparas fluorescentes de encendido rápidoNormales: Están provistas de bases con doble espiga. Han sido proyectadas para ser alimentadas con el circuito de encendido rápido (Rapidstart), es necesario montar la lámpara a menos de 2 cm del reflector o bien proveerla de una cinta metálica, puestos a tierra. Algunos fabricantes suministran las lámparas con una cinta interna, metalizada en caliente, el encendido es prácticamente inmediato.
Potencia Nominal (W)
Longitud del tubo (mm)
Flujo luminoso (lm)
Eficiencia luminosa (lm/W)
20 590 1150 4040 1200 3000 5565 1500 4800 56
Tabla nº 15
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Valores correspondientes a la tonalidad de color “blanquísima”. Existen también en los tonos “luz día”, “blanca cálida” y “blanquísima extra”.
De alta Emisión: El flujo que proporcionan, por una unidad de longitud, es bastante más elevado que en las lámparas normales. Este resultado se obtiene creando un punto frío en el interior de la lámpara, que consiste en un espacio de unos 6 cm., situado detrás de los electrodos y separado de ellos por una pantalla destinada a cerrar el paso a la radiación calorífica. Se pueden alimentar con un circuito de encendido rápido y hay que montarlas en aparatos provistos de una buena ventilación.
Potencia Nominal(W)
Longitud del tubo (mm)
Flujo luminoso(lm)
Eficiencia luminosa (lm/W)
115 1200 7100 47140 1500 9000 51215 2365 16000 65
Valores referidos a la tonalidad de luz “blanquísima”Tabla nº 16
9- Lámparas fluorescentes sin precalentamiento de cátodo
Son, sustancialmente, similares a las que acabamos de describir, aunque, generalmente, de menor diámetro. Se les llama también slimne (línea fina).
Evitan el retardo en el encendido, típico en las lámparas de cátodo precalentado. No requieren cebador.
La tensión de arranque es alta; por consiguiente, la suministran reactancias con una fuerte dispersión de flujo. El factor de potencia es bajo, de ahí que es indispensable la corrección de fase.
Para favorecer el encendido están provistas, a veces, de una cinta metalizada colocada en su interior.
Áreas de utilización: La considerable longitud de los tubos simplifica la realización de techos luminosos (grandes salas de ventas o destinadas a reuniones), o de gargantas luminosas para iluminación indirecta.Protegiendo el tubo con siliconas, se pueden utilizar las lámparas en ambientes de baja temperatura.
Ventajas: Encendido inmediato incluso a baja temperatura; elevada eficiencia luminosa; baja luminancia; notable duración de la vida media (6000 a 9000 horas).
Desventajas: Además de las que ya se han mencionado con relación a las lámparas fluorescentes de cátodo caliente, requieren un mayor cuidado en el transporte y durante el montaje.
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ANOMALÍAS DE LAS LÁMPARAS FLUORESCENTES
Inconvenientes Causas y Remedios
Encendido dificultoso
Tensión de alimentación inferior a la nominal.Temperatura ambiente demasiado baja: sustituir la lámpara normal por otra adecuada a las temperaturas bajas o recurrir al empleo de aparatos que proporcionen una protección térmica para la lámpara.
Disminución del flujo luminoso
Uso prolongado, superior a la duración media de la lámpara: Sustituir la lámpara, antes de que se agote.
Falla el encendido
Electrodos quemados o interrumpidos: Sustituir la lámpara.Cebador defectuoso: Reemplazarlo.Conexiones defectuosas; los terminales se ha aflojado u oxidado.
El arco no arranca pese a que los electrodos funcionen
Reactancia defectuosa: Sustituirla.Cebador en cortocircuito: Sustituirlo.Si se lleva a cabo un reemplazo programado de las lámparas, es conveniente sustituir el cebador cada dos cambios de lámpara.
Oscurecimiento de la zona próxima a los electrodos.
Uso prolongado, superior a la duración media de la lámpara: Sustituir la lámpara.Reactancia y cebador defectuosos.
Parpadeo
Con lámpara nueva: hay muchas probabilidades de que el fenómeno desaparezca por sí solo.Alimentación monofásica: distribuir las lámparas entre las tres fases o recurrir a la alimentación “Dúo”
Tabla nº 17
10- Lámparas de vapor de mercurio a alta presiónA medida que aumentamos la presión del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga, la radiación ultravioleta característica de la lámpara a baja presión pierde importancia respecto a las emisiones en la zona visible (violeta de 404.7 nm, azul 435.8 nm, verde 546.1 nm y amarillo 579 nm).
En estas condiciones la luz emitida, de color azul verdoso, no contiene radiaciones rojas. Para resolver este problema se acostumbra a añadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona del espectro. De esta manera se mejoran las características cromáticas de la lámpara. La temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con índices de rendimiento en color de 40 a 45 normalmente. La vida útil, teniendo en cuenta la depreciación se establece en unas 8000 horas. La eficacia oscila entre 40 y 60 lm/W y aumenta con la potencia, aunque para una misma potencia es posible incrementar la eficacia añadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes que conviertan la luz ultravioleta en visible, Fig. 30.
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Luz ultravioleta en visibleFig. 30
10.1- Balance energético de una lámpara de mercurio a alta presión
Los modelo más habituales de estas lámparas tienen una tensión de encendido entre 150 y 180 V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares. (Fig 31). Para encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar próximo a uno de los electrodos principales que ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos principales. A continuación se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos, caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado, en el que se produce la vaporización del mercurio y un incremento progresivo de la presión del vapor y el flujo luminoso hasta alcanzar los valores normales. Si en estos momentos se apagara la lámpara no sería posible su reencendido hasta que se enfriara, puesto que la alta presión del mercurio haría necesaria una tensión de ruptura muy alta.
Lámpara de mercurio a alta presiónFig. 31.
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Lámparas de luz de mezcla Fig. 32.
Las lámparas de luz de mezcla son una combinación de una lámpara de mercurio a alta presión con una lámpara incandescente y habitualmente, un recubrimiento fosforescente. El resultado de esta mezcla es la superposición, al espectro del mercurio, del espectro continuo característico de la lámpara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia.
Su eficacia se sitúa entre 20 y 60 lm/W y es el resultado de la combinación de la eficacia de una lámpara incandescente con la de una lámpara de descarga. Estas lámparas ofrecen una buena reproducción del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K.
La duración viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo. Respecto a la depreciación del flujo hay que considerar dos causas. Por un lado tenemos el ennegrecimiento de la ampolla por culpa del wolframio evaporado y por otro la pérdida de eficacia de los polvos fosforescentes. En general, la vida media se sitúa en torno a las 6000 horas.
Lámpara de luz de mezclaFig. 32
Una particularidad de estas lámparas es que no necesitan balasto, ya que el propio filamento actúa como estabilizador de la corriente. Esto las hace adecuadas para sustituir las lámparas incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones.
11- Lámparas con halogenuros metálicos
Si añadimos en el tubo de descarga yoduros metálicos (sodio, talio, indio...) se consigue mejorar considerablemente la capacidad de reproducir el color de la lámpara de vapor
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de mercurio. Cada una de estas sustancias aporta nuevas líneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio, verde el talio y rojo y azul el indio).Fig 32
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K dependiendo de los yoduros añadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85. La eficiencia de estas lámparas ronda entre los 60 y 96 lm/W y su vida media es de unas 10000 horas. Tienen un periodo de encendido de unos diez minutos, que es el tiempo necesario hasta que se estabiliza la descarga. Para su funcionamiento es necesario un dispositivo especial de encendido, puesto que las tensiones de arranque son muy elevadas (1500-5000 V).
Lámpara con halogenuros metálicosFig. 33.
Las excelentes prestaciones cromáticas la hacen adecuada entre otras para la iluminación de instalaciones deportivas, para retransmisiones de TV, estudios de cine, proyectores, etc.
12-Lámparas de vapor de sodio
12.1-Lámparas de vapor de sodio a baja presiónLa descarga eléctrica en un tubo con vapor de sodio a baja presión produce una radiación monocromática característica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 589.6 nm) muy próximas entre sí.
La radiación emitida, de color amarillo, está muy próxima al máximo de sensibilidad del ojo humano (555 nm). Por ello, la eficacia de estas lámparas es muy elevada (entre 160 y 180 lm/W). Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual, además de una buena percepción de contrastes. Por contra, su monocromatismo hace que la reproducción de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible distinguir los colores de los objetos, a continuación se muestra el balance energético de una lámpara de vapor de sodio a baja presión Fig. 34
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Balance energético de una lámpara de vapor de sodio a baja presiónFig. 34
La vida media de estas lámparas de vapor de sodio a baja presión FIG. 35 es muy elevada, de unas 15000 horas y la depreciación de flujo luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida útil es de entre 6000 y 8000 horas. Esto junto a su alta eficiencia y las ventajas visuales que ofrece la hacen muy adecuada para usos de alumbrado público, aunque también se utiliza con finalidades decorativas. En cuanto al final de su vida útil, éste se produce por agotamiento de la sustancia emisora de electrones como ocurre en otras lámparas de descarga. Aunque también se puede producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior.
Lámpara de vapor de sodio a baja presiónFig. 35
En estas lámparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las pérdidas por calor y reducir el tamaño de la lámpara. Está elaborado de materiales muy resistentes, pues, el sodio es muy corrosivo y se le practican unas pequeñas hendiduras para facilitar la concentración del mismo y que se vaporice a la temperatura menor posible. El tubo está encerrado en una ampolla en la que se ha practicado el vacío con objeto de aumentar el aislamiento térmico. De esta manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del tubo (270 ºC).
El tiempo de arranque de una lámpara de este tipo es de unos diez minutos. Es el tiempo necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neón y argón) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz. Físicamente esto se corresponde a pasar de una luz roja (propia del neón) a la amarilla característica del sodio. Se procede así para reducir la tensión de encendido.
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12.2- Lámparas de vapor de sodio a alta presiónLas lámparas de vapor de sodio a alta presión tienen una distribución espectral que abarca casi todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho más agradable que la proporcionada por las lámparas de baja presión.
Las consecuencias de esto es que tienen un rendimiento en color (Tcolor= 2100 K) y capacidad para reproducir los colores mucho mejores que la de las lámparas a baja presión (IRC = 25, aunque hay modelos de 65 y 80 ). No obstante, esto se consigue a base de sacrificar eficacia; aunque su valor que ronda los 130 lm/W sigue siendo un valor alto comparado con los de otros tipos de lámparas, a continuación se muestra el balance energético de una lámpara de vapor de sodio a baja presión Fig. 36
Balance energético de una lámpara de vapor de sodio a alta presiónFig. 36
La vida media de este tipo de lámparas de vapor de sodio a alta presión, Fig.37 ronda las 20000 horas y su vida útil entre 8000 y 12000 horas. Entre las causas que limitan la duración de la lámpara, además de mencionar la depreciación del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del incremento progresivo de la tensión de encendido necesaria hasta niveles que impiden su correcto funcionamiento.
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000 ºC), la presión y las agresiones químicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de descarga. En su interior hay una mezcla de sodio, vapor de mercurio que actúa como amortiguador de la descarga y xenón que sirve para facilitar el arranque y reducir las pérdidas térmicas. El tubo está rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vacío. La tensión de encendido de estas lámparas de vapor de sodio a alta presión es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve.
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Lámpara de vapor de sodio a alta presiónFig. 37
Este tipo de lámparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminación de interiores como de exteriores. Algunos ejemplos son en iluminación de naves industriales, alumbrado público o iluminación decorativa.
13- Lámparas ahorradoras de energía
13.1- Introducción Desde que Thomas Alva Edison patentó la bombilla incandescente, en 1879, se han venido desarrollando hasta la fecha otros tipos de lámparas menos consumidoras de energía eléctrica y de características mucho más eficientes.
Si calentamos un trozo de metal con una llama intensa, veremos como a medida que se calienta pasa del color naranja al amarillo intenso. Pero si además logramos impartirle una temperatura tan alta como para que alcance el estado de incandescencia, obtendremos entonces luz blanca. Esa es la manera de lograr que una lámpara incandescente emita luz.
En el caso específico de una lámpara o bombilla incandescente, la corriente eléctrica que fluye por el delgado filamento metálico de tungsteno provoca que se caliente a una temperatura tan alta, que al llegar al blanco incandescente emite luz visible.
Debido a ese fenómeno físico, el 90% del total de la energía eléctrica que consume una lámpara incandescente para emitir luz se pierde por disipación de calor al medio ambiente, sin que esa pérdida reporte ningún beneficio útil.
En la práctica, durante todo el tiempo que permanece encendida una lámpara incandescente disipa más radiaciones infrarrojas (no visibles, pero que se perciben en forma de calor), que ondas electromagnéticas de luz visible para el ojo humano.
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No obstante, millones de hogares en todo el mundo se alumbran todavía con lámparas incandescentes, a pesar de que desde finales de los años 30 del siglo pasado existen otros tipos de lámparas con similares o mejores prestaciones y menor consumo energético. Entre esas lámparas se encuentran, por ejemplo, los tubos rectos y circulares de lámparas fluorescentes y, más recientemente, las lámparas fluorescentes compactas, Fig. 38 ahorradoras de energía CFL.
Lámpara fluorescente compactaFig. 38
13.2-Lámparas CFL ahorradoras de energía
Las lámparas ahorradoras de energía denominadas CFL (Compact Fluorescent Lamp – Lámpara Fluorescente Compacta) son una variante mejorada de las lámparas de tubos rectos fluorescentes, que fueron presentadas por primera vez al público en la Feria Mundial de New York efectuada en el año 1939.
Lámpara con dos tubos fluorescentes comunes, Fig. 39 de 20 Watt de potencia cada uno. El flujo luminoso de cada tubo equivale, al de una bombilla Incandescente de 100 Watt.
Tubo fluorescente comúnFig. 39
Desde su presentación al público en esa fecha, las lámparas de tubos fluorescentes se utilizan para iluminar variados tipos de espacios, incluyendo nuestras casas. En la práctica el rendimiento de esas lámparas es mucho mayor, consumen menos energía eléctrica y el calor que disipan al medio ambiente es prácticamente despreciable en comparación con el que disipan las lámparas incandescentes.
Generalmente las lámparas o tubos rectos fluorescentes son voluminosos y pesados, por lo que en 1976 el ingeniero Edward Hammer, creó una lámpara fluorescente compuesta por un tubo de vidrio alargado y de reducido diámetro, que dobló en forma de espiral para reducir sus dimensiones. Así construyó una lámpara fluorescente del tamaño aproximado de una bombilla común, cuyas propiedades de iluminación eran muy similares a la de una lámpara incandescente, pero con un consumo mucho menor y prácticamente sin disipación de calor al medio ambiente.
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Aunque esta lámpara fluorescente de bajo consumo prometía buenas perspectivas de explotación, el proyecto de producirla masivamente quedó engavetado, pues, la tecnología existente en aquel momento no permitía la producción en serie de una espiral de vidrio tan frágil como la que requería ese tipo de lámpara.
No obstante, en la década de los años 80 del siglo pasado otros fabricantes apostaron por la nueva lámpara y se arriesgaron a lanzarla al mercado, pero a un precio de venta elevado, equivalente a lo que hoy serían 30 dólares (unos 27 euros aproximadamente) por unidad. Sin embargo, los grandes pedidos que hizo en aquellos momentos el gobierno norteamericano a los fabricantes y su posterior subvención por el ahorro que representaban estas lámparas para el consumo de energía eléctrica, permitieron ir disminuyendo poco a poco su precio, hasta acercarlo al costo de producción.
La posterior aceptación obtenida por las nuevas lámparas ahorradoras de energía dentro de los amplios círculos económicos y de la población, estimuló a los fabricantes a acometer las inversiones necesarias, emprender la producción masiva y bajar mucho más el precio de venta al público.
Hoy en día una lámpara CFL estándar, entre 9 y 14 Watt, se puede adquirir normalmente en diferentes establecimientos comerciales, a un precio que oscila alrededor de los 2 euros o menos (equivalente a algo más de 2 dólares), aunque se fabrican también con diferentes estructuras y potencias, que se comercializan a un precio más alto, a continuación se muestran las partes de una lámpara CFL, Fig. 40.
PARTES DE UNA LÁMPARA CFLFig. 40
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13.3- Las lámparas fluorescentes CFL y sus partes
13.3.1Tubo fluorescenteSe componen de un tubo de unos 6 mm de diámetro aproximadamente, doblados en forma de “U” invertida, cuya longitud depende de la potencia en watt que tenga la lámpara. En todas las lámparas CFL existen siempre dos filamentos de tungsteno o wolframio (W), Fig. 41 alojado en los extremos libres del tubo con el propósito de calentar los gases inertes, como el neón (Ne), el kriptón (Kr) o el argón (Ar), que se encuentran alojados en su interior. Junto con los gases inertes, el tubo también contiene vapor de mercurio (Hg). Las paredes del tubo se encuentran recubiertas por dentro con una fina capa de fósforo
Filamentos de tungstenoFig. 41
13.3.2 Balastro electrónicoLas lámparas CFL son de encendido rápido, por tanto no requieren cebador (encendedor, Starter) para encender el filamento, sino que emplean un balastro electrónico en miniatura Fig. 42, encerrado en la base que separa la rosca del tubo de la lámpara. Ese balastro suministra la tensión o voltaje necesario para encender el tubo de la lámpara y regular, posteriormente, la intensidad de corriente que circula por dentro del propio tubo después de encendido.
Balastro electrónico en miniatura Fig. 42
El balastro electrónico se compone, fundamentalmente, de un circuito rectificador diodo de onda completa y un oscilador, encargado de elevar la frecuencia de la corriente de trabajo de la lámpara entre 20 000 y 60 000 hertz aproximadamente, en lugar de los 50 ó 60 hertz con los que operan los balastos electromagnéticos e híbridos que emplean los tubos rectos y circulares de las lámparas fluorescentes comunes antiguas.
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13.3.3 BaseLa base de la lámpara ahorradora CFL se compone de un receptáculo de material plástico, en cuyo interior hueco se aloja el balasto electrónico. Unido a la base se encuentra un casquillo con rosca normal E-27 (conocida también como rosca Edison), la misma que utilizan la mayoría de las bombillas o lámparas incandescentes. Se pueden encontrar también lámparas CFL con rosca E-14 de menor diámetro (conocida como rosca candelabro). No obstante, existen variantes con otros tipos de conectores, de presión o bayoneta, en lugar de casquillos con rosca, que funcionan con un balasto electrónico externo, que no forma parte del cuerpo la lámpara.
14- Funcionamiento de la lámpara CFL El funcionamiento de una lámpara fluorescente ahorradora de energía CFL es el mismo que el de un tubo fluorescente común, excepto que es mucho más pequeña y manuable.
Cuando enroscamos la lámpara CFL en un portalámpara (igual al que utilizan la mayoría de las lámparas incandescentes) y accionamos el interruptor de encendido, la corriente eléctrica alterna fluye hacia el balasto electrónico, donde un rectificador diodo de onda completa se encarga de convertirla en corriente directa y mejorar, a su vez, el factor de potencia de la lámpara. Posee un circuito oscilador, compuesto fundamentalmente por un circuito transistorizado en función de amplificador de corriente, un enrollado o transformador (reactancia inductiva) y un capacitor o condensador (reactancia capacitiva), se encarga de originar una corriente alterna con una frecuencia, que llega a alcanzar entre 20 mil y 60 mil ciclos o Hertz por segundo.
La función de esa frecuencia tan elevada es disminuir el parpadeo que provoca el arco eléctrico que se crea dentro de las lámparas fluorescentes cuando se encuentran encendidas. De esa forma se anula el efecto estroboscópico que normalmente se crea en las antiguas lámparas fluorescentes de tubo recto que funcionan con balastos electromagnéticos (no electrónicos). En las lámparas fluorescentes antiguas el arco que se origina posee una frecuencia de sólo 50 ó 60 Hertz, la misma que le proporciona la red eléctrica doméstica a la que están conectadas.
En las lámparas CFL no se manifiesta ese fenómeno, pues al ser mucho más alta la frecuencia del parpadeo del arco eléctrico en comparación con la velocidad de giro de los motores, nunca llegan a sincronizarse ni a crear efecto estroboscópico.
Desde el mismo momento en que los filamentos de una lámpara CFL se encienden, el calor que producen ionizan el gas inerte que contiene el tubo en su interior, creando un puente de plasma entre los dos filamentos. A través de ese puente se origina un flujo de electrones, que proporcionan las condiciones necesarias para que el balasto electrónico genere una chispa y se encienda un arco eléctrico entre los dos filamentos. En este punto del proceso los filamentos se apagan y se convierten en dos electrodos, cuya misión será la de mantener el arco eléctrico durante todo el tiempo que permanezca encendida la lámpara. El arco eléctrico no es precisamente el que produce directamente la luz en estas lámparas, pero su existencia es fundamental para que se produzca ese fenómeno.
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15- Características de las lámparas ahorradoras CFLSon compatibles con los portalámparas, zócalos o “sockets” de las lámparas incandescentes de uso común.
Al igual que las lámparas incandescentes, sólo hay que enroscarlas en el portalámparas, pues, no requieren de ningún otro dispositivo adicional para funcionar.
Disponibles en tonalidades “luz de día” (daylight) y “luz fría” (cool light), sin que introduzcan distorsión en la percepción de los colores.
Encendido inmediato tan pronto se acciona el interruptor, pero con una luz débil por breves instantes antes que alcancen su máxima intensidad de iluminación.
Precio de venta al público un poco mayor que el de una lámpara incandescente de igual potencia, pero que se compensa después con el ahorro que se obtiene por menor consumo eléctrico y por un tiempo de vida útil más prolongado.
16- Ventajas de las lámparas ahorradoras CFL comparadas con las incandescentes.Ahorro en el consumo eléctrico. Consumen sólo la 1/5 parte de la energía eléctrica que requiere una lámpara incandescente para alcanzar el mismo nivel de iluminación, es decir, consumen un 80% menos para igual eficacia en lúmenes por watt de consumo (lm-W).
Recuperación de la inversión en 6 meses (manteniendo las lámparas encendidas un promedio de 6 horas diarias) por concepto de ahorro en el consumo de energía eléctrica y por incremento de horas de uso sin que sea necesario reemplazarlas.
Tiempo de vida útil aproximado entre 8000 y 10000 horas, en comparación con las 1000 horas que ofrecen las lámparas incandescentes.
No requieren inversión en mantenimiento.
Generan 80% menos calor que las incandescentes, siendo prácticamente nulo el riesgo de provocar incendios por calentamiento si por cualquier motivo llegaran a encontrarse muy cerca de materiales combustibles.
Ocupan prácticamente el mismo espacio que una lámpara incandescente.
Tiene un flujo luminoso mucho mayor en lúmenes por Watt (lm-W) comparadas con una lámpara incandescente de igual potencia.
Se pueden adquirir con diferentes formas, bases, tamaños, potencias, y tonalidad de blanco
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17- Principales aspectos que se recomiendan tener en cuenta al adquirir lámparas
cflMarca de fabricante reconocida.Tensión o voltaje de trabajo (110 V ó 220 V, según el país).Lúmenes por Watt (lm-W).Consumo en Watt (W).Tipo de aplicación para la cual se recomienda su uso.Tonalidad de la luz que emite.Tipo de rosca (E-27, E-14, bayoneta).Precio.17.1 Datos de las luminarias
Tipo de fuentePotencia
WFlujo Luminoso
LmEficacia luminosa
Lm/W
Vela de cera 10
Lámpara incandescente 40 430 10,75
100 1.300 13,80
300 5.000 16,67
Lámpara Fluorescente compacta 7 400 57,10
9 600 66,70
Lámpara Fluorescente tubular 20 1.030 51,50
40 2.600 65,00
65 4.100 63,00
Lámpara vapor de Mercurio 250 13.500 54,00
400 23.000 57,50
700 42.000 60,00
Lámpara Mercurio Halogenado 250 18.000 72,00
400 24.000 67,00
100 80.000 80,00
Lámpara vapor de Sodio alta presión
250 25.000 100,00
400 47.000 118,00
1.000 120.000 120,00
Lámpara vapor de Sodio baja presión 55 8.000 145,00
135 22.500 167,00
180 33.000 180,00
Tabla nº 18
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17.2- Poder reflectante de los materiales y las superficies
Tipo de reflexión
Materiales Luz reflejada %
RegularVidrio plateadoaluminio abrillantadaaluminio pulido y cromo
60 – 9075 – 8560 – 70
Difuso
Encalado con yesoArce y madera similaresHormigónNogal y madera similaresLadrillos
80 – 9060
15 – 4015 – 20 5 – 25
MixtaEsmalte blanco – aluminio satinadoAluminio cepillado – cromo satinado
70 – 9055 – 58
Tonalidad Color de las paredes y techos Luz reflejada %
Clara
Blanco Crema – claroAmarillo – claroVerde claro y rosaAzul y gris claro
75 - 9070 - 8055 - 6545 - 5040 - 45
MediaBeigeOcre, marrón claro, verde oliva
25 - 3520 - 25
OscuraVerde, azul, rojo, gris (todo oscuro)Negro
10 - 154
Tabla nº 19
Pág. 43
17.3-Luminarias: distancias - altura
Tabla nº 20
Tabla nº 21
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Tabla nº 22
18- Nivel de iluminación
18.1-Generalidades
Cuando se trata de una iluminación general se toma como referencia el nivel de iluminación en un plano horizontal situado a una altura de 0.80 a 0.90m sobre el suelo (altura de las mesas de trabajo).
La elección del nivel de iluminación es fundamental para obtener una buena visión. En base de estudios y experiencias llevadas a cabo, se han definido los niveles de iluminación aconsejables según los diversos ambientes y en la tabla de la página 78 se relacionan los casos principales.
Al establecer los niveles de iluminación, debe tenerse en cuenta que el flujo luminoso emitido por las lámparas decrece con el tiempo, no sólo en función de su promedio de vida, sino también a causa del depósito de polvo y suciedad que tiene lugar sobre ellas. Lo mismo puede decirse de las luminarias (por ejemplo: pérdida de refulgencia o alteraciones del color de las superficies reflectantes, pérdida de transparencia de las pantallas, etc.)
Recuérdese, además, que la visión es un hecho subjetivo. Así, por ejemplo, el nivel de iluminación necesario para un hombre de 60 años es unas 5 veces superior al
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adecuado para un hombre de 40 años y 10 veces al de un niño de 10 años. Desde luego, esto es válido para niveles bajos de iluminación; a niveles elevados las diferencias se atenúan sensiblemente.Actualmente se tiende a elevar los niveles de iluminación. Por otro lado, no está permitido descender por debajo de determinados límites so pena de incurrir en una infracción de las disposiciones legales acerca de la higiene y seguridad en el trabajo.
Una buena iluminación permite reducir los accidentes de trabajo y facilita la concentración. Por ejemplo, al pasar de una iluminación de 90 a 500 lux, se puede aumentar la capacidad de atención en un 15% y la seguridad y velocidad en el cálculo en un 5%.
Sin embargo, no basta con establecer un buen nivel de iluminación de acuerdo con las exigencias del local sino que se debe también tratar de obtener una buena distribución de la luz; esto depende de la relación entre la altura a que se hallan situados los centros luminosos y las distancias que los separan.
18.2-Niveles de iluminación en distintas instalaciones - Nivel de Iluminación (luxes)
Zonas Generales de EdificiosZonas de circulación (pasillos) 100Escaleras fijas y eléctricas 150Roperos y lavabos 150Almacenes y archivos 150
Talleres de MontajeTrabajos Pesados: ensambles de máquina pesada 300Trabajos semi-pesados: ensamble de motores y de carrocerías 500Trabajos Finos: ensamble de maquinaria electrónica y de oficinas 750 Hierro y Acero.Plantas de producción que no precisan de intervención manual 100Plantas de producción que precisan Intervención manual esporádica 150Puestos de trabajo permanentemente ocupados 300Plataformas de control e inspección 500Industria del Cuero.Zonas generales de trabajo 300Prensado, cortado, cosido y fabricación de zapatos 250Clasificado, comprobación y Control de calidad 1000Máquinas y Talleres de Ajuste.Trabajos Ocasionales 200Trabajos pesados de máquina o banco y soldadura 300Trabajos semi - pesados de máquina o banco y máquinas de herramientas 500Trabajos finos de máquina o banco, máquinas herramientas precisas inspección y prueba 750Trabajo de alta precisión, calibrado e inspección de pequeñas piezascomplicadas 1500
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Talleres de Pintura y Cabinas de Inspección.Lavado y aspiración burda 300Pintado, aspersión y revestidos ordinarios 500Pintado, aspersión y revestido fino 750Retocado e igualación de colores 1000Fabricas de Papel.Fabricación de papel y cartón 300Procesos automáticos 200Inspección, clasificación 500Imprentas y EncuadernaciónMáquinas de impresión 500Composición y corrección de pruebas 750Pruebas de precisión, retocado y mordentado 1000Salas de Consulta:General 500Local 750Plantas de Proceso.Zonas generales del interior de la planta 300Procesos automatizados 150Zonas de control y laboratorios 500Manufacturas farmacéuticas 500Inspección 750Comprobación de colores 1000Manufactura de neumáticos 500Talleres de Confección.Costura 750Inspección 1000Planchado 500Industrias Eléctricas.Fabricación de cables 300Ensamble de aparatos telefónicos 500Embobinados 750Montaje de receptores de radio y TV 1000Ensamble de componentes electrónicos y trabajos de precisión 1500Industria Alimentaría.Zonas generales de trabajo 300Procesos automáticos 200Aderezo manual, inspección 500Fundiciones.Naves de fundición 200Moldeados pesados 300Moldeados finos, fabricación de núcleos e inspección 500Vidrio y Cerámica.Zonas de hornos 150Zonas de mezclado, formado, Moldeado y decorado 300Acabados, esmaltados y lustrados 500Coloreado y decorado 750
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Esmerilado de lentes y vajillas 1000Trabajos de precisión 1500Hogares y Hoteles.HogaresDormitorios:- General 50- En las cabeceras de la cama 200Cuartos de Aseo:- General 100- Afeitado y maquillado 500Cuartos de estar:- General 100- Lectura y costura 500- Escaleras 100Cocinas:- General 300- Zonas de trabajo 500Cuartos de trabajo o estudio 300Cuartos de niños 150Hoteles:Vestíbulo de entrada 300Comedor 200Cocina 500Dormitorios, baños:- General 100- Local 300Hospitales.Salas y Habitaciones:- Alumbrado general 100- Examen 300- Lectura 300- Circulación nocturna 5Salas de examen:- Alumbrado general 500- Inspección localizada 1000Terapia Intensiva:- Cabeceras de camas 50- Observación 750Salas de enfermeras 300Quirófanos:- General 750- Local 30,000Laboratorios y Farmacias:- General 500- Local 750Salas de autopsia:- General 750
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- Local 10,000Trabajos muy precisos: Ensamble de instrumentos 1500Reproducción e impresión en colores 1500Grabado en cobre y acero 2000Encuadernado 500Recortado y enlomado 750Industria TextilDesmenuzado, cardado, estirado 300Hilado, ovillado, devanado, peinado y teñido 500 Hilado (fino), torcido y trenzado 750Cosido e inspección 1000Carpinterías y Fábricas de Muebles.Aserraderos 200Trabajos en bancos y ensambles 300Ebanistería y marquetería 500Acabado e inspección final 750 OficinaOficinas normales, mecanografiado y salas de proceso de datos 500Oficinas generales extensas 750Salas de dibujo 750Salas de conferencias 500Escuelas.Salones de clase y auditorios 300Laboratorios, bibliotecas, salas de lectura y pintura 500Tiendas, Comercios y Zonas de exposición.Tiendas tradicionales 300Supermercados 750Museos y galerías de artes:- Objetos sensibles a la luz 150- Objetos insensibles a la luz 300Edificios Públicos.Cines:- Sala de proyección 50- Vestíbulo 150Teatros y salas de conciertos:- Salón 100- Vestíbulo 200Iglesias:- Nave 100- Coro 150
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18.3- Defectos, y remedios en instalaciones En una Instalación Nueva.
DEFECTOS CAUSAS Y REMEDIOS
El nivel de iluminación responde a las exigencias generales del local pero es insuficiente en algunas zonas o con relación a ciertas mesas de trabajo.
La distribución espacial de la luz no es uniforme, ya sea porque las luminarias están demasiado alejadas entre sí o porque se hallan demasiado bajas con relación a los niveles en que se realiza el trabajo; Procúrese elevar las luminarias y eventualmente, aumentar la potencia de las lámparas. Si no es posible modificar la instalación, recúrrase a la iluminación suplementaria o localizada.
Se producen fenómenos de deslumbramiento directo o reflejado.
Empleo de luminarias inadecuadas o colocadas en una posición errónea; Si no es posible sustituirlas, procúrese dotarlas de pantallas de lado donde se produce el deslumbramiento.
Se producen fenómenos estroboscopios.
Alimentación monofásica de las lámparas fluorescentes: Distribuya las lámparas en las tres fases, o recurrir al sistema “dúo”
Nivel de iluminación insuficiente y excesiva falta de uniformidad en la iluminación.
Errores de cálculo y de proyecto: Revisar la distribución de las luminarias y la potencia de las lámparas.
Tabla nº 23
Después de un cierto tiempo de funcionamientoDEFECTOS CAUSAS Y REMEDIOS
Sensible disminución del nivel inicial de iluminación.
Mal mantenimiento (acumulación de polvo o suciedad en las lámparas y luminarias): Efectué una limpieza racional.Compruebe el estado de las paredes y techos, si están sucios, los coeficientes de reflexión disminuyen sensiblemente.
Sensiblemente disminución del nivel inicial de iluminación pese a efectuar un mantenimiento racional y escrupulosos.
Reducción en el flujo luminoso emitido por las lámparas como consecuencia de las horas de funcionamiento: efectuar un control con relación al promedio de vida indicado por el fabricante.Efectuar una reposición cíclica de las lámparas sin esperar a que se consuman (mantenimiento programado).
Elevado número de lámparas quemadas.
Luminarias inadecuadas o saltos bruscos de tensión. Montaje defectuoso de las lámparas (por ejemplo, falta de ventilación; sustituir las luminarias o si es posible, modificarlas de modo que se garantice una buena ventilación.
Tabla nº 24
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Pág. 51
19- Factor de utilización ( u ) de algunas luminarias
Tabla nº 25
Pág. 57
TECHO
75 % 50% 30 %PAREDES
Tipo de Iluminación Luminarias Índice del local K 50 % 30% 10% 50 % 30% 10% 30% 10%0.50 0.700.70 0.900.90 1.101.10 1.401.40 1.751.75 2.252.25 2.752.75 3.503.50 4.504.50 6.50
0.28 0.22 0.180.35 0.25 0.250.39 0.33 0.300.45 0.38 0.330.49 0.42 0.370.56 0.50 0.440.60 0.55 0.500.64 0.59 0.540.68 0.62 0.590.70 0.65 0.62
0.26 0.21 0.180.33 0.27 0.240.37 0.32 0.280.40 0.36 0.320.43 0.39 0.340.49 0.44 0.400.53 0.48 0.440.56 0.51 0.470.61 0.56 0.530.65 0.62 0.60
0.20 0.170.26 0.240.30 0.270.33 0.300.37 0.330.42 0.380.47 0.440.50 0.470.54 0.520.58 0.57
0.50 0.700.70 0.900.90 1.101.10 1.401.40 1.751.75 2.252.25 2.752.75 3.503.50 4.504.50 6.50
0.26 0.23 0.210.32 0.29 0.270.37 0.33 0.310.40 0.36 0.340.42 0.39 0.360.46 0.43 0.400.50 0.46 0.430.52 0.48 0.450.55 0.52 0.490.57 0.54 0.51
0.23 0.21 0.190.28 0.29 0.240.31 0.29 0.270.34 0.31 0.300.35 0.33 0.320.41 0.38 0.350.44 0.40 0.390.46 0.44 0.410.48 0.46 0.451.49 0.47 0.46
0.19 0.170.23 0.210.26 0.240.28 0.260.30 0.280.32 0.300.34 0.330.37 0.360.39 0.380.42 0.41
0.50 0.700.70 0.900.90 1.101.10 1.401.40 1.751.75 2.252.25 2.752.75 3.503.50 4.504.50 6.50
0.38 0.32 0.280.46 0.42 0.380.50 0.46 0.430.54 0.50 0.480.58 0.54 0.510.62 0.59 0.560.67 0.64 0.610.63 0.66 0.630.72 0.70 0.670.74 0.71 0.69
0.37 0.32 0.280.45 0.41 0.380.50 0.46 0.430.53 0.50 0.470.58 0.53 0.600.60 0.58 0.560.65 0.63 0.610.67 0.65 0.630.70 0.68 0.660.72 0.70 0.68
0.31 0.280.41 0.380.46 0.430.49 0.470.52 0.500.58 0.560.62 0.610.64 0.620.67 0.660.69 0.67
0.50 0.700.70 0.90090 1.101.10 1.401.40 1.751.75 2.252.25 2.752.75 3.503.50 4.504.50 6.50
0.35 0.32 0.300.45 0.39 0.370.48 0.45 0.420.53 0.50 0.470.57 0.53 0.500.61 0.57 0.550.64 0.61 0.630.66 0.63 0.610.68 0.66 0.630.69 0.67 0.66
0.35 0.32 0.300.42 0.39 0.370.47 0.44 0.420.52 0.49 0.470.55 0.52 0.500.59 0.57 0.540.62 0.60 0.580.63 0.61 0.600.66 0.64 0.630.67 0.66 0.64
0.32 0.30039 0.370.43 0.410.48 0.460.52 0.500.56 0.540.59 0.570.61 0.590.63 0.620.65 0.63
20-Cálculo para luminarias interiores
20.1-Metodología
Para el proyecto de las instalaciones de iluminación de interiores se adopta el método del flujo total.
E: Iluminación media que se proyecta realizar (en lux); (léase fi), flujo luminoso total emitido exclusivamente por las lámparas para obtener la iluminación deseada (en lúmenes):
S: Superficie total del local que se proyecta iluminar (en m2);
U: Factor de utilización, obtenido experimentalmente en locales normalizados, utilizando luminarias de características fotométricas similares a las que se piensa emplear. Dicho factor depende: del sistema de iluminación, de las características de las luminarias, del índice K del local, del factor de reflexión de techo y paredes (*). El factor de utilización l proporcionan unas tablas destinadas al efecto.
K: Índice del local Fig. 43: toma en consideración el ancho (a) y la profundidad (b) del local en cuestión, así como la altura de las lámparas respecto al plano de trabajo (h). Los valores se expresan en metros.
Índice del localFig. 43
Para distribuciones con luz directa, semidirecta y mixta, el índice del local se calcula con la siguiente fórmula:
Para distribuciones con luz semidirecta o indirecta es necesario tener en cuenta la altura del local /h) respecto al plano de trabajo:
58
m: Factor de mantenimiento: tiene en cuenta la depreciación de las características fotométricas de las luminarias y el envejecimiento de las lámparas. Varía según las condiciones ambientales y la forma como se efectúa el mantenimiento. La tabla adjunta indica los valores apropiados para aparatos de uso corriente.
Tabla nº 26
La fórmula básica para el cálculo de flujo luminoso total necesario para la iluminación de un local, teniendo en cuenta todos los factores que acabamos de describir, es la siguiente:
Llamando L al flujo luminoso emitido por cada una de las lámparas, se puede deducir el número de lámparas () necesarias para obtener el nivel de iluminación deseado:
La potencia instalada será igual a la sumatoria de todas las luminarias instaladas.
20.2--Etapas para el cálculo de alumbrado de interiores
Orden secuencial de las magnitudes o elementos a definir
Símbolo Unidad de Medida
Definir las características del local que se quiere iluminar: Objeto disposición de las mesas, bancos, máquinas etc.
- -
Nivel de iluminación E lux
Superficie del local S m2
Índice del local K -
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Coeficiente de reflexión de techo y las paredes
- -
Tipo de lámpara potencia y rendimiento cromático de la misma - -Tipo de luminaria: - -Facto de utilización U -
Tipo de mantenimiento m -
Cálculo del flujo total Φ lumen
Cálculo del número de lámparas necesarias
n -
Cálculo de la potencia absorbida por la instalación P Watts
Tabla nº 27
21-Cálculo de luminarias externasPara el cálculo utilizaremos el "Método del Flujo Total", un método sencillo que, aunque no muy exacto, nos permite obtener unos valores útiles como primera aproximación, o para alumbrados en los que no son necesarios resultados precisos:
21.1-- Factor de utilizaciónEl factor de utilización es una medida del rendimiento del conjunto de lámparas – luminarias y se define como el cociente entre flujo útil ΦU, el que llega a la calzada, y el emitido por la lámpara ΦL.
Normalmente se representa mediante curvas, que suministran los fabricantes con las luminarias, en función del cociente anchura de la calle/altura (A/H) en el lado de la calzada y acera respectivamente.
21.2--Cálculo de alumbrado externoEl objetivo es calcular la distancia de separación entre las luminarias que garantice un nivel de iluminación Em medio determinado. Se conoce:
Ancho de la calzada a
60
Altura de los puntos de luz h Flujo luminoso de la lámpara (inicial) ФLo
Disposición de los puntos de luz (unilateral, pareado,..)
Em: Iluminassem mediaS: Superfície a iluminar : a x d
: Factor de utilizaciónFm: Factor de mantenimientoCd: Coeficiente de depreciación de las lámparas
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Tablas Útiles nº 26
TipoIluminación media Em
(Lux)
Autopistas, autovías y carreteras con intenso tráfico
20-35
Vías urbanas y plazas importantes 10-20
Vías y paseos residenciales 5-15
Polideportivos 100-500
Flujo de la lámpara (Lm) Altura (m)
3.000 ≤ L< 10.000 6 ≤ H < 8
10.000 ≤ L < 20.000 8 ≤ H < 10
20.000 ≤ L < 40.000 10 ≤ H < 12
L ≥ 40.000 ≥ 12
Disposición Relación anchura/altura
Unilateral ≤ 1
Tresbolillo 1 < A/H ≤1.5
Pareada > 1.5
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Iluminación media Em (lux) Separación / altura
2 ≤ Em < 7 5 ≤ d/h < 4
7≤ Em < 15 4 ≤ d/h < 3.5
15 ≤ Em ≤ 30 3.5 ≤ d/h < 2
Factor de mantenimiento fm
vía Luminaria abierta Luminaria cerrada
Limpia 0.75 0.80
Media 0.68 0.70
Sucia 0.65 0.68
63
64
Cálculo del factor de utilización
65
Cálculo de otros factores de utilización
66
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EJERCICIOS DE AUTO-EVALUACIÓN
Después del estudio de la Unidad II, le sugiero que realice los siguientes ejercicios de auto-evaluación, lo que permitirá fortalecer sus conocimientos.
I. Responda las siguientes preguntas
1. ¿En qué consiste la iluminación directa e indirecta?
2. ¿Qué diferencia existe entre iluminación interna y externa?
3. Mencione los tipos de luminarias
4. Mencione los tipos de lámparas fluorescentes especiales
5. ¿Cómo ahorran las lámparas ahorrativas energía?
6. ¿Qué es nivel de iluminación?
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II. Resuelva los siguientes diseños de alumbrado interior
1. Se tiene un pequeño taller artesanal con las siguientes características:
Definición del localDimensiones: en planta de 5x5 mt; altura del techo 3.30mt.Colores: Paredes y techos de tonos medios.Sistema de iluminación: Directo.
2. Se tiene una sala de Dibujo con las siguientes características:
Definición del localDimensiones: en planta de 17x10 mt; altura del techo 5mt.Colores: Paredes claras y techos blanco.Sistema de iluminación: Mixta, con luminarias suspendidas a 0.3mt del techo.
3. Se tiene un aula escolar con las siguientes características:
Definición del localDimensiones: en planta de 10x6.5 mt; altura del techo 4mt.Colores: Paredes gris claro y techo blanco.Sistema de iluminación: Mixto.
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GLOSARIO
Flujo luminoso (Φ): es la magnitud que mide la potencia o caudal de energía de la radiación luminosa
LUMINOTECNIA: es la ciencia que estudia las distintas formas de producción de luz
Eficiencia luminosa (η): Expresa el rendimiento energético de una lámpara
Iluminancia: es el flujo luminoso incidente por unidad de superficie. Su unidad es el Lux.
Lámparas fluorescentes: son lámparas de vapor de mercurio a baja presión
Lámparas de luz de mezcla: son una combinación de una lámpara de mercurio a alta presión con una lámpara incandescente
Lámparas de vapor de sodio a alta presión tienen una distribución espectral que abarca casi todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada
Luminancia: es Intensidad luminosa reflejada por una superficie
Arco eléctrico: Un arco eléctrico es una conducción gaseosa en la que los portadores de carga son los electrones producidos por una emisión primaria (arrancados del cátodo).
Una descarga luminiscente es una conducción gaseosa en la cual los portadores de carga son los electrones producidos por emisión secundaria (arrancados a los átomos de gas en el que se produce la descarga).
Condensador de filtro: Condensador, generalmente situado en la salida de un circuito rectificador y destinado a reducir el rizado de la tensión continua.
Índice de respuesta cromática –IRC– : Cifra, designada por IRC o Ra, que caracteriza la capacidad de una fuente luminosa para reproducir los diferentes colores del espectro visible de un objeto iluminado, sin pérdida o coloración.
Luminaria: Aparato que sirve para repartir, filtrar o transformar la luz de una o varias lámparas.
Regulador: Convertidor destinado a hacer variar la amplitud de una tensión alterna por medio de un interruptor electrónico cuyo tiempo de conducción se limita a una fracción del periodo de esta tensión.
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Lámparas especiales de vapor de mercurio: Emiten un haz homogéneo de luz blanca-azul utilizándose para reprografía, serigrafía o alumbrado especial para joyerías.
Lámparas generadoras de UVA: Se utilizan para el bronceado de la piel y la fototerapia.
Lámparas halógenas especiales: Se utilizan para la proyección de imágenes (proyectores, retroproyectores, lectura de microfichas); su radiación calorífica hacia la película se reduce un 60% respecto a la de una lámpara clásica.
BLIOGRAFÍA
ING. CIP Eduardo Tiravanti www.stilar.net
Iluminación interna marcombo BOIXAREU EDITORES
Los dispositivos diferenciales Residuales en BT. R. CALVAS. Cuaderno Técnico Nº 114.
Los esquemas de conexión a tierra en BT (regímenes de neutro). B. LACROIX y R. CALVAS. Cuaderno Técnico Nº 172.
Flicker o parpadeo de las fuentes luminosas. R. WIERDA. Cuaderno Técnico Nº 176.
Las peculiaridades del 3er armónico. J. SCHONEK. Cuaderno Técnico Nº 202.
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