UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPÉRIORES CUAUTITLAN SABERLITE SISTEMA DE ILUMINACIÓN BASADO EN AHORRO DE ENERGÍA TRABAJO PROFESIONAL QUE PARA OBTENER EL TITULO DE: INGENIERO MECANICO ELECTRICISTA PRESENTA: FRANCISCO HERMINIO JUAREZ MARTINEZ ASESOR: ING. ANGEL ISAIAS LIMA GÓMEZ. CUAUTITLAN IZCALLI, EDO. DE MEX. 2012 pág. 0 DEDICATORIAS A Dios. Por darme la oportunidad de vivir y por estar conmigo en cada paso que doy, por fortalecer mi corazón e iluminar mi mente y por haber puesto en mi camino a aquellas personas que han sido mi soporte y compañía durante todo el periodo de estudios. A mis padres. Por ser el pilar fundamental en todo lo que soy, en toda mi educación, tanto académica como de la vida, por su incondicional apoyo perfectamente mantenido a través del tiempo. Todo este trabajo ha sido posible gracias a ellos. A mis hermanos. Por estar conmigo y apoyarme siempre los quiero mucho. A mis amigos. Que nos apoyamos en nuestra formación profesional compartiendo buenos y malos momentos y que hasta ahora seguimos siendo amigos. A mis maestros. Aquellos que marcaron cada etapa de nuestro camino universitario, y que me ayudaron en asesorías y dudad presentadas en la elaboración de este trabajo profesional. A todos aquellos familiares y amigos que han sido importantes en mi vida y que gracias a ellos eh podido salir adelante y realizar este trabajo. Ustedes saben quienes son. pág. 1 INDICE PÁG INTRODUCCION…………………………………………………………………………………. 3 CAPITULO I 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 CONCEPTOS DE ILUMINACIÓN………………………………………………………………………………….……………. 5 LÁMPÁRAS DE LUZ ARTIFICIAL CON EL CONCEPTO DE AHORRO DE ENERGIA…………………....... 19 BALASTROS…………………………………………………………………………………………………………………………… 43 LUMINARIAS…………………………………………………………………………………………………………………………. 44 SOFWARE UTILIZADOS PARA LA REALIZACIÓN DE PROYECTOS EN ILUMINACIÓN…………..…… 52 CAPITULO II 2.1 ACERCA DE SABERLITE………………………………………………………………………………………………………… 56 2.2 LA TECNOLOGÍA SABERLITE…………………………………………………………………………………………………… 59 2.3 LOS COMPONENTES DE SABERLITE……………………………………………………………………………………….. 61 CAPITULO III 3.1 COMPARATIVO DE SABERLITE CON OTRAS TECNOLOGÍAS DE ILUMINACIÓN EN AHORRO DE ENERGÍA………………………………………………………………………………………………………………………………..……. 62 3.2 MERCADO………………………………………………………………………………………………………………………........ 65 3.3 IMPACTO AL MEDIO AMBIENTE……………………………………………………………………………………..…….. 68 CAPITULO IV PROYECTO WALMART DE MÉXICO………………………………………………………………………………………………. 69 CAPITULO V CONCLUSIONES…………………………………………………………………………………………………………………………… 77 INDICE DE IMÁGENES….……………………………………………………………………………………………………………… 78 GLOSARIO…………………………………………………………………………………..…………………………………………...... 80 BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………………………………………………………………….. 82 pág. 2 INTRODUCCION Actualmente existen diversas tecnologías de iluminación que se basan en los conceptos de eficacia y eficiencia apoyándose en software y cálculos para tener una calidad óptima de la iluminación por eso existen empresas que se dedican a la mejora constante de los niveles de iluminación requeridos en áreas específicas por lo que con esto se busca mejorar los sistemas de iluminación para un menor consumo de energía eléctrica sin descuidar el medio ambiente, permite reducir la cantidad de tubos fluorescentes por luminario, o bien reducir la potencia que el balastro entrega a éstos, esto provoca un aumento sustancial en su vida como, menos lámparas en operación con mayor vida útil lo que significa una reducción en desechos tóxicos, en lo que se convierten las lámparas fundidas, aumentar la vida útil de las lámparas y balastros, reducir la emisión de calor y así como producir luz libre de radiación uv, de acuerdo a la tendencia ecologista también es utilizable este sistema para edificios con el concepto de edificios verdes. Saber Lite es una empresa innovadora que propone reducir hasta un 75% la emisión de contaminantes, reducción de costos a nivel industrial, así como también colaborar con la preservación de un medio ambiente limpio y libre de tóxicos, con este sistema se reduce hasta un 80% el consumo de energía eléctrica con menor emisión de radiación uv convirtiendo esta en luz útil para su mayor provecho del flujo luminoso ocupado en un espacio. Recordando la historia, durante miles de años el sol y el fuego fueron los únicos elementos que utilizo el hombre para alumbrarse, hasta que a finales del siglo diecinueve Thomas A. Edison desarrollo y comercializo en los Estados Unidos de Norteamérica, la bombilla eléctrica incandescente como fuente de luz artificial. A partir de ese momento histórico se comenzaron a crear otras fuentes de luz artificial, como las potentes lámparas de arco de carbón, las lámparas fluorescentes, halógenas, de mercurio, de arco de sodio, halogenuros metálicos, etc. Entre otras fuentes de luz artificial, se encuentra también el rayo láser, que aunque no se utiliza en alumbrado su haz de luz coherente y de alta energía se emplea ampliamente en diferentes dispositivos científicos y técnicos, incluyendo equipos electrodomésticos como los de sonido y vídeo. En el mundo animal existen algunas especies, sobre todo marinas, que emiten luz mediante reacciones químicas que se producen en su propio cuerpo. A ese fenómeno se le llama “bioluminiscencia” y se manifiesta mayormente en algunos microorganismos denominados dinoflagelados, que habitan en el mar y en especies mucho mayores que viven en grandes profundidades, también marinas. Entre los contados casos de animales que se pueden encontrar en tierra firme y produzcan luz se encuentra, por ejemplo, la luciérnaga. pág. 3 En este trabajo se darán a conocer diferentes sistemas de iluminación que se basan en el ahorro de energía y con el concepto de edificios verdes, sistemas que serán también comparados con el Saberlite, sistema del cual se hablara, tratando de explicar su funcionamiento, componentes, así como también se darán a conocer los beneficios de este con la realización de un proyecto, en el cual se verá el antes y después de los cambios los cuales serán notorios en las los análisis económicos del consumo de energía y la mejora de iluminación. El proyecto fue la prueba de una tienda superama que autorizo el corporativo de Wal-Mart México para comprobar todos y cada uno de los beneficios de Saberlite. Después de ver los resultados Saberlite llega a formar parte de los proveedores de esta gran corporación en supermercados. pág. 4 CAPITULO I 1.1 CONCEPTOS DE ILUMINACION. La luz es la manifestación de la energía en forma de radiaciones electromagnéticas, capaz de afectar el ojo humano produciendo de esta manera la visión. Sin luz no hay visión luz es la causa. Un buen sistema de iluminación es aquel que nos proporciona un buen confort visual, entendiendo esto como la sensación de comodidad y soltura cuando permanecemos en una área correctamente iluminada, para esto debe existir un equilibrio entre calidad de luz y cantidad de luz ¿QUÉ ES LA LUZ? La luz visible es una radiación comprendida dentro de una porción o sección del espectro electromagnético, que permite a los seres vivos ver los objetos que le rodean. Desde el punto de vista de la física, la luz se manifiesta como: 1. Radiaciones de ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias y longitudes. 2. Partículas denominadas fotones. Fig. 1.1. Espectro electromagnético . Fig. 1.2. Porción de luz visible dentro del espectro de radiaciones electromagnéticas. El rango completo que ocupa la luz visible dentro del espectro electromagnético se extiende desde los 430 THz (Tera Hertz) de frecuencia y 627 nm (nanómetro) de longitud de onda, hasta los 750 THz y 436 nm de longitud de onda. (Un Tera Hertz equivale a un billón de Hertz (1012 = 1 000 000 000 000 Hz) y un nanómetro a la milmillonésima parte de un metro (10-9 = 0,000000001 m). La luz blanca procedente del Sol y de la mayoría de las fuentes de luz artificial, se compone de ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias y longitudes de onda, y son las únicas de todo el espectro electromagnético que podemos ver. Debido a la diferencia de frecuencias de los rayos que la integran, la luz blanca se considera incoherente. pág. 5 DESCOMPOSICIÓN DE LA LUZ BLANCA Si hacemos pasar un rayo de sol (luz blanca) a través de un prisma, podremos observar que se descompone en los mismos colores que integran un arco iris. En esta experiencia práctica, el rayo de luz blanca del Sol al atravesar el prisma, se descompone en seis colores, que van del rojo al violeta. Como se puede apreciar en la tabla siguiente, cada uno de esos colores cuenta con su correspondiente longitud de onda fija y, por tanto, con diferentes frecuencias de onda Fig. 1.3 Descomposición de la luz Colores de la luz blanca Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Violeta Longitud de onda ( ) en nm 627 – 770 (ondas de menor energía) 589 – 627 566 – 589 495 – 566 436 – 495 380 – 436 (ondas de mayor energía) Cualquier onda electromagnética posee una determinada cantidad de energía que es inversamente proporcional a la longitud de la onda, es decir, a menor longitud de onda de luz visible, mayor será la propagación de energía. Dada esa propiedad, un rayo láser puede generar energía suficiente para a cortar metales, láminas de plástico o sustituir el bisturí en operaciones quirúrgicas tan delicadas como la de la vista. Al contrario de la luz blanca, cuyos rayos se consideran incoherentes por estar compuesta por ondas magnéticas de frecuencias y longitudes de onda diferentes, la luz que proporciona un dispositivo láser se considera "coherente", porque está compuesta por un rayo de luz de la misma frecuencia y longitud de onda, amplificado miles de veces para incrementar su energía. Por ese motivo la luz del rayo láser es siempre monocromático, siendo la roja la más común y conocida, aunque existen láseres de otros colores. En la tabla que se expone más arriba se puede apreciar que dentro del espectro de luz visible el color violeta posee más energía que el rojo, porque tiene una longitud de onda más corta. La propagación de las ondas de luz constituye el fenómeno físico más rápido del universo, pues sus rayos se desplazan por el espacio, e incluso por el vacío, a una velocidad aproximada a los 300 mil kilómetros por segundo. Esa velocidad tiende a disminuir cuando los rayos tienen que atravesar diferentes sustancias como el aire, el cristal o el agua. En la medida que una sustancia, elemento o materia afecte la velocidad de propagación de las ondas de luz, así será la refracción que sufran sus rayos. pág. 6 PRODUCCIÓN DE FOTONES Como ya conocemos, las ondas de luz visible constituyen en sí una forma de energía. En realidad la luz se compone de infinidad de partículas muy pequeñas, carentes de masa, denominada “fotones”. Los átomos son los encargados de liberar fotones de luz, pero para que eso suceda alguno de sus electrones tienen que ser primeramente excitado. Fig. 1.4 Electrones girando alrededor de un átomo En cualquier átomo los electrones giran siempre dentro de uno o más niveles de energía denominados órbitas, de forma similar a como giran los planetas alrededor del Sol. Para que los electrones (con carga negativa) se mantengan girando en sus propias órbitas sin abandonarlas cambiando de un nivel de energía a otro, el núcleo del átomo (con carga positiva) ejerce una fuerte influencia para retenerlos. Por tanto, resulta prácticamente imposible que un electrón por sí solo abandone la órbita en la que se mantiene girando para desplazarse a otro nivel de energía u órbita más externa. Electrones girando alrededor del núcleo de un. Átomo de fósforo (P). Los electrones que giran en las órbitas más externas o alejadas del núcleo del átomo poseen mayor cantidad de energía que los que giran más cercanos a éste. Como la influencia que en ese caso ejerce la atracción del núcleo sobre ellos es más débil, son estos los más propensos a abandonar su órbita. No obstante, cuando un átomo pierde un electrón por influencia de cualquier factor externo, ya sea físico o químico, su tendencia natural es recuperarlo de inmediato para poder continuar manteniendo un equilibrio eléctrico neutro, es decir, con la misma cantidad de electrones (negativos), que de protones (positivos). Para que se produzca un fotón de luz, es necesario que alguna partícula ajena al átomo choque con uno de sus electrones en movimiento. Ese choque provocará que éste se excite, haciendo que abandone su correspondiente órbita y pase a ocupar, por breves instantes, otra órbita de un nivel superior de energía y más alejada del núcleo del átomo al cual pertenece. La reacción inmediata del núcleo del átomo será atraer el electrón para incorporarlo de nuevo a su órbita original. En el preciso instante que el electrón regresa a su órbita, la energía extra que adquirió al pasar de un nivel inferior a otro nivel superior de energía u órbita más externa, la libera en forma de fotón de luz. fig. 1.5 Electrón liberando energía en. Forma de fotón de luz. pág. 7 Ya conocemos que la luz blanca se compone de rayos de diferentes colores, cada uno con su propia longitud de onda, frecuencia y cantidad de energía. Por tanto, el color de la luz del fotón que emite el electrón cuando se reincorpora a su órbita original después de haber sido excitado, dependerá de la cantidad de energía que libere en ese momento, del elemento químico que le corresponde al átomo a que pertenece y el nivel de energía u órbita donde se encontraba éste girando en el momento que fue excitado (recordemos que los electrones que giran en las órbitas más cercanas al núcleo del átomo poseen menos energía que los que giran en las órbitas más alejadas). El color de la luz que emita un fotón se corresponderá siempre con la frecuencia y longitud de onda propia de ese color y será perceptible para nuestra vista siempre y cuando se encuentre dentro del rango fijado para los rayos que cubren el espectro electromagnético de luz visible. No obstante, existen también otros fotones que emiten rayos de luz invisibles para nuestro sentido de la vista y que son de uso muy común. Entre estos se encuentran los rayos infrarrojos (IR) utilizado en comunicaciones inalámbricas, alarmas, mandos a distancia, etc. y los rayos ultravioletas, comúnmente conocidos como rayos UVA, muy empleados como bronceador de la piel. Dentro del espectro de ondas electromagnéticas los rayos infrarrojos están situados antes del color de luz roja visible y los ultravioletas a continuación del color violeta de luz visible. Este es, a grandes rasgos, el principio en el cual se basa la emisión de fotones de luz por los átomos. En la práctica se utilizan diferentes técnicas para excitar los electrones, de forma que produzcan luz artificial. A continuación se darán más conceptos para el mejor entendimiento del trabajo y sobre lo que es la iluminación. ANGULO SOLIDO. Un ángulo sólido es el espacio que se encuentra dentro de una superficie cónica o piramidal, que se obtiene al cortar con un cono o una pirámide una superficie esférica con un radio cualquiera ‘r’ y centro en el vértice ‘O’ del cono o la pirámide. Los ángulos sólidos (w) se miden en estereorradianes (sr). Fig. 1.6 Angulo solido FLUJO LUMINOSO. Es la cantidad de energía radiante que afecta a la sensibilidad del ojo humano emitida por unidad de tiempo. Se define como la potencia (W) emitida en forma de radiación luminosa. Su unidad es el lumen (lm). También se puede definir al flujo luminoso como la cantidad de luz que emite un foco por segundo y en todas direcciones. pág. 8 INTENSIDAD LUMINOSA. Se conoce como intensidad luminosa al flujo luminoso emitido por unidad de ángulo sólido en una dirección concreta. Su símbolo es I y su unidad la candela (cd). ILUMINACION La iluminación es la acción o efecto de iluminar. En la técnica se refiera al conjunto de dispositivos que se instalan para producir ciertos efectos luminosos, tanto prácticos, como decorativos. Con la iluminación se pretende, en primer lugar conseguir un nivel de iluminación, o iluminancia, adecuado al uso que se quiere dar al espacio iluminado, nivel que dependerá de la tarea que los usuarios hayan de realizar. Se entiende por iluminación la cantidad de flujo luminoso por unidad de superficie o también se puede decir que es el efecto que la luz produce sobre el área. Fig.1.7 Tabla de magnitud, unidad y símbolo LUMINANCIA. Es la magnitud luminotécnica que determina la impresión de mayor o menor claridad producida por una superficie. La luminancia es un concepto propio del brillo de un objeto, bien con relación a la luz de producción propia, bien reflejada (fuente que emite luz, fuente de luz sólo reflejada o fuente de luz de ambas emisiones). Fig. 1.8 Luminancia BRILLANTEZ. La brillantez es un objeto que depende de la intensidad de luz incidiendo sobre él y la proporción de luz reflejada hacia el ojo. pág. 9 REFLECTANCIA. La mayor parte de la luz que percibimos es la que reflejan los objetos que tenemos a nuestro alrededor, por eso es conveniente conocer sus propiedades reflectantes; éstas vienen determinadas por su factor de reflexión (r). Este factor establece la relación entre el flujo luminoso que incide en una superficie y el que es reflejado por ésta. Fig. 1.9 Prefijos en unidades y propiedades de los materiales usados en luminarios TRANSMITANCIA. La propiedad de transmisión de luz de un material viene determinada por su factor de transmisión, es decir, por la relación existente entre el flujo que incide sobre un determinado material y el flujo que transmite. pág. 10 EFICIENCIA. Eficiencia del luminario es igual a la relación del flujo luminoso que entrega el luminario entre el flujo luminoso que genera la lámpara que se encuentra dentro de él. TEMPERATURA DE COLOR. La temperatura de color de una fuente de luz está dada en grados kelvin y corresponde por comparación a aquellas con las que el cuerpo negro presenta el mismo color de la fuente analizada. Fig. 1.10 Grafica de temperatura de color en grados kelvin. LEYES DE ILUMINACION: EL INVERSO DE LOS CUADRADOS. "La iluminación es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia existente entre la fuente de luz y la superficie iluminada". Esta ley es válida únicamente tratándose de fuentes puntuales, superficies perpendiculares a la dirección del flujo y cuando la distancia es grande en relación al tamaño de la fuente. Fig. 1.11 El inverso de los cuadrados. pág. 11 CANDELA. Candela (cd): se define como la intensidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente luminosa que emite una radiación monocromática (540x1012hz-555 nanómetros) y de la cual, la intensidad radiante en esa dirección es de 1/683 watts /steradian. Fig. 1.12 Candela. LUMEN. Lumen: (lm): es el flujo luminoso emitido dentro de la unidad de ángulo sólido (un steradian) por una fuente puntual con una intensidad uniforme de una candela. LUX. Es la densidad de flujo luminoso de un lumen que incide en un metro cuadrado a una distancia de un metro, lux=lumen/M2 Fig. 1.13 1 Lux. pág. 12 LEY DEL COSENO. La iluminación es proporcional al coseno del ángulo de incidencia". (Este ángulo es el formado por la dirección del rayo incidente y la normal a la superficie en el punto de incidencia P. Fig. 1.14 Ley del coseno. REFLEXION. La reflexión es un fenómeno que se produce cuando la luz choca contra la superficie de separación de dos medios diferentes (ya sean gases como la atmósfera, líquidos como el agua o sólidos). La dirección en que sale reflejada la luz viene determinada por el tipo de superficie. Si es una superficie brillante o pulida se produce la reflexión especular en que toda la luz sale en una única dirección. Si la superficie es mate y la luz sale desperdigada en todas direcciones se llama reflexión difusa. Y, por último, está el caso intermedio, reflexión mixta, en que predomina una dirección sobre las demás. Esto se da en superficies metálicas sin pulir, barnices, papel brillante. Fig. 1.15 Tipos de reflexión pág. 13 TRANSMISION. La transmisión se puede considerar una doble refracción. Si pensamos en un cristal; la luz sufre una primera refracción al pasar del aire al vidrio, sigue su camino y vuelve a refractarse al pasar de nuevo al aire. Si después de este proceso el rayo de luz no es desviado de su trayectoria se dice que la transmisión es regular como pasa en los vidrios transparentes. Si se difunde en todas direcciones tenemos la transmisión difusa que es lo que pasa en los vidrios translúcidos. Y si predomina una dirección sobre las demás tenemos la mixta como ocurre en los vidrios orgánicos o en los cristales de superficie labrada. Fig1.16 Tipos de transmisión. ABSORCION. Existen superficies y objetos que absorben la mayor parte de las radiaciones luminosas que les llegan. Estos objetos se ven de color negro. Otros tipos de superficies y objetos, absorben sólo una determinada gama de longitudes de onda, reflejando el resto. Fig. 1.17 Absorción de la radiación luminosa. pág. 14 POLARIZACION. En las ondas transversales es posible que todas las partículas alcanzadas por la onda vibren en la misma dirección, entonces se dice que la onda esta polarizada y se llama plano de polarización al plano formado por la dirección de la vibración y la dirección de propagación. En el caso de que las partículas alcanzadas por la onda tengan varias direcciones de vibración, es posible que al pasar por un filtro determinado solo se propaguen las vibraciones de determinada dirección, es decir la onda se polariza. Fig. 1.18 Polarización. MEDICION El luxómetro sirve para la medición precisa de los acontecimientos luminosos en el sector de la industria, el comercio, la agricultura y la investigación. Además se puede utilizar el luxómetro para comprobar la iluminación del ordenador, del puesto de trabajo, en la decoración de escaparates y para el mundo del diseño. Cumple con las normas internacionales para este tipo de luxómetros. Fig. 1.19 Luxómetro. pág. 15 CURVA DE DISTRIBUCION LUMINOSA. Se mide en candelas (cd) la medición se hace en un fotogoniómetro se mide en uno, dos o tres planos @ 5º generalmente (0º paralelo a la lámpara) se tabulan los resultados se grafica en coordenadas polares. La curva de distribución luminosa es el resultado de tomar medidas de intensidad luminosa en diversos ángulos alrededor de una luminaria y transcribirlas en forma gráfica, generalmente en coordenadas polares. La distancia de cualquier punto de la curva al centro indica la intensidad luminosa de la fuente en esa dirección (a mayor distancia mayor intensidad). Estas mediciones se efectúan en distintos planos verticales de la luminaria, ya que la emisión de luz podrá diferir de uno a otro plano según el tipo de lámpara y de difusor (Louver) En general, la curva de distribución luminosa polar de una luminaria se representa mostrando dos de sus planos verticales; el transversal y el longitudinal (0º y 90º). Cuando la representación es en color, generalmente el plano transversal es rojo y el longitudinal azul o negro. Cuando se presenta en blanco y negro, el transversal es en trazo lleno y el longitudinal en punteado. Habitualmente, la información fotométrica de una luminaria está dada para un flujo luminoso de 1000 Lm. Fig. 1.20 Curvas de distribución. Fig. 1.21 Angulos orizontales y verticales. pág. 16 DESLUMBRAMIENTO. La luz que incide directamente desde la lámpara en nuestros ojos tiene una intensidad bastante superior a la que nos llega reflejada por el suelo y por los obstáculos que en él se presenten, haciendo que los veamos peor, ya que la abertura de las pupilas se ha cerrado hasta adaptarse a aquella mayor intensidad luminosa. Este molesto deslumbramiento nos produce fatiga visual, reduce nuestra percepción y, en consecuencia, aumenta el riesgo de accidentes de tráfico, es decir, reduce la seguridad vial. Pueden producirse deslumbramientos de dos maneras. La primera es por observación directa de las fuentes de luz; por ejemplo, ver directamente las luminarias. Y la segunda es por observación indirecta o reflejada de las fuentes como ocurre cuando las vemos reflejada en alguna superficie (una mesa, un mueble, un cristal, un espejo...) Fig. 1.22 Tipo de deslumbramiento COEFICIENTE DE UTILIZACION. El coeficiente de utilización se refiere al número de lúmenes que finalmente alcanzan el plano de trabajo en relación a los lúmenes totales generados por la lámpara. Los valores de CU son necesarios para calcular los niveles de iluminancia promedio y son provistos de una de dos maneras: una tabla de CU o una curva de utilización. Por lo general, la curva de utilización se provee para unidades escogidas para uso exterior o unidades con una distribución radicalmente asimétrica. La tabla de CU se provee para unidades que se usan principalmente en interiores, donde se aplica el método de cálculo de cavidad zonal. El uso de la información de CU se discutirá en la sección que cubre los métodos de cálculo. Fig. 1.23 Tabla de coeficientes de utilización pág. 17 EFICIENCIA DE LAS LUMINARIAS. Es la relación del flujo luminoso que sale del luminario (lúmenes) tanto para arriba como para abajo, entre los lúmenes iniciales de la lámpara que se encuentran dentro del mismo A).- Luminaria eficiente B).- Luminaria Ineficiente C).- Luminaria eficiente Fig. 1.24 Eficiencia de las luminarias. FACTOR DE MANTENIMIENTO. Las lámparas sufren pérdidas en el flujo luminoso emitido, ya sea por envejecimiento, acumulación de polvo sobre su superficie, efectos de la temperatura, etc. Las pantallas reflectoras de las luminarias pierden eficiencia. Las paredes y cielorrasos se ensucian y disminuye su poder reflectante. Son dos clasificaciones: Factores no recuperables: 1.- variación de tensión 2.- temperatura ambiente 3.- depreciación por deterioro de las superficies del luminario 4.- factor de balas Factores recuperables 5.- suciedad acumulada en las superficie del local. 6.- lámparas fundidas 7.- depreciación de los lúmenes de las lámparas (l.l.d.) (lamp lumen depreciation) 8.- suciedad acumulada en los luminarios (l.d.d.) (luminaire dirt depreciation) COEFICIENTE DE LUMINANCIA. El Coeficiente de Luminancia es la relación entre la luminancia en un punto P determinado y la iluminancia horizontal en ese mismo punto pág. 18 1.2 LAMPARAS DE LUZ ARTIFICIAL CON EL CONCEPTO DE AHORRO DE ENERGIA Desde el surgimiento de la humanidad, la única fuente de luz y calor que conoció el hombre fue el Sol. Cuando éste descubrió el fuego, lo utilizó igualmente, durante miles de años, como fuente de luz artificial y como una forma de proporcionarse calor. Se supone que fue en Mesopotamia, 7000 años a.C., la época en que nuestros remotos antepasados comenzaron a utilizar lámparas de terracota con aceite como combustible para alumbrarse, en sustitución de las antorchas de leña que habían utilizado hasta entonces. Posteriormente, alrededor del año 400 d.C. los fenicios comenzaron a emplear las conocidas velas de cera, que han perdurado hasta nuestros días con la misma función de proporcionarnos luz o ambientar un sitio. Muchos años después, alrededor de 1798 se comienza a utilizar el gas como combustible en las lámparas para alumbrado y a partir de mediados del siglo XIX se le da el mismo uso al petróleo. Fig. 1.25 Evolucion de la luz artificial Durante el propio siglo XIX, los físicos se empeñaron en encontrarle aplicación práctica a la corriente eléctrica poniendo todo su empeño en crear un dispositivo que fuera capaz de emitir luz artificial. El primer experimento dirigido a ese objetivo lo realizó en 1840 el químico británico Sir Humpry Davy. Como resultado de sus experimentos logró obtener incandescencia en un fino hilo de platino cuando le hacía atravesar una corriente eléctrica, pero por no encontrarse protegido al vacío, el metal se fundía o volatilizaba debido al contacto directo con el aire. Diez años después, en 1850, se obtuvo iluminación artificial por arco eléctrico, técnica que aún se continúa utilizando fundamentalmente en escenarios de diferentes tipos de espectáculos artísticos. Pero el primer dispositivo eléctrico de iluminación artificial que permitió verdaderamente su comercialización alcanzando inmediata popularidad fue la lámpara de filamento incandescente desarrollada simultáneamente por el británico Sir Joseph Swan y por el inventor norteamericano Thomas Alva Edison, aunque la patente de invención se le otorgó a este último en 1878. Desde su creación la lámpara eléctrica incandescente no ha sufrido prácticamente variación alguna en su concepto original. Posiblemente sea éste el dispositivo eléctrico más sencillo y longevo que existe y el que más aporte ha brindado también al desarrollo de la humanidad. Fig. 1.26 Diferentes tipos de lámparas incandescentes pág. 19 LÁMPARA INCANDESCENTE Como se puede apreciar al observar una lámpara incandescente normal, ésta posee una estructura extremadamente sencilla. Consta de un casquillo metálico con rosca (en algunos casos liso, tipo bayoneta) y un borne en su extremo, aislado del casquillo. Tanto el casquillo como el borne permiten la conexión a los polos negativo y positivo de una fuente de corriente eléctrica. Lo más común es conectar la parte del casquillo al polo negativo y el borne al polo positivo de la fuente. Al casquillo metálico de la lámpara (con rosca o del tipo bayoneta) y al borne situado en su extremo, se encuentran soldados dos alambres de cobre que se insertan después por el interior de un tubo hueco de cristal ubicado internamente en la parte central de una ampolla del mismo material y de la cual forma parte. Cerca del extremo cerrado de ese tubo hueco los dos alambres lo atraviesan y a sus puntas se sueldan los extremos del filamento de tungsteno. La bombilla de cristal se sella al vacío y en su interior se inyecta un gas inerte como, por ejemplo, argón (Ar), que ayuda a prolongar la vida del filamento. La cantidad de luz que emite una lámpara incandescente depende fundamentalmente de la potencia que tenga en watt. La longitud del alambre del filamento, y el tamaño y forma de la bombilla de cristal dependen directamente también de la potencia que tenga la lámpara, por lo que una de 25 watt será mucho más pequeña si la comparamos con otra de 500 watt. Fig.1.27 Partes de un foco FUNCIONAMIENTO DE LA LÁMPARA INCANDESCENTE En la mayoría de los casos junto con la luz se genera también calor, siendo esa la forma más común de excitar los átomos de un filamento para que emita fotones y alcance el estado de incandescencia. Normalmente cuando la corriente fluye por un cable en un circuito eléctrico cerrado, disipa siempre energía en forma de calor debido a la fricción o choque que se produce entre los electrones en movimiento. Si la temperatura del metal que compone un cable se eleva excesivamente, el forro que lo protege se derrite, los alambres de cobre se unen por la pérdida del aislamiento y se produce un corto circuito. Para evitar que eso ocurra los ingenieros y técnicos electricistas calculan el grosor o área transversal de los cables y el tipo de forro aislante que deben tener, de forma tal que pueda soportar perfectamente la intensidad máxima de corriente en ampere que debe fluir por un circuito eléctrico. Cuando un cable posee el grosor adecuado las cargas eléctricas fluyen normalmente y la energía que liberan los electrones en forma de calor es despreciable. Sin embargo, todo lo contrario ocurre cuando esas mismas cargas eléctricas o electrones fluyen a través de un alambre de metal extremadamente fino, como es el caso del filamento que emplean las lámparas incandescentes. Al ser ese alambre más fino y ofrecer, por tanto, más resistencia al paso de la corriente, las cargas eléctricas encuentran mayor obstáculo para moverse, incrementándose la fricción. Fig. 1.28 Cargas electricas. pág. 20 A. – Las cargas eléctricas o electrones fluyen normalmente por el conductor desprendiendo poco calor. B. – Cuando un metal ofrece resistencia al flujo de la corriente, la fricción de las cargas eléctricas. Chocando unas contra otras provocan que su temperatura se eleve. En esas condiciones las moléculas. Del metal se excitan, alcanzan el estado de incandescencia y los electrones pueden llegar a emitir. Fotones de luz. Cuando las cargas eléctricas atraviesan atropelladamente el metal del filamento de una lámpara incandescente, provocan que la temperatura del alambre se eleve a 2 500 ºC (4 500 ºF) aproximadamente. A esa temperatura tan alta los electrones que fluyen por el metal de tungsteno comienzan a emitir fotones de luz blanca visible, produciéndose el fenómeno físico de la incandescencia. La gran excitación que produce la fricción en los átomos del tungsteno o wolframio (W), metal del que está compuesto el filamento, provoca que algunos electrones salgan despedidos de su órbita propia y pasen a ocupar una órbita más externa o nivel superior de energía dentro del propio átomo. Pero la gran atracción que ejerce constantemente el núcleo del átomo sobre sus electrones para impedir que abandonen sus correspondientes órbitas, hace que regresen de inmediato a ocuparlas de nuevo. Al reincorporarse los electrones al lugar de procedencia, emiten fotones de luz visible para liberar la energía extra que adquirieron al ocupar momentáneamente una órbita superior. Fig. 1.29 Átomo con un electrón excitado. Emitiendo un fotón de luz. Por otra parte la fricción que producen las cargas eléctricas al atravesar el filamento es también la responsable del excesivo calentamiento que experimentan las lámparas incandescentes cuando se encuentran encendidas. En general este tipo de lámpara es poco eficiente, pues junto con las radiaciones de luz visible emiten también radiaciones infrarrojas en forma de calor, que incrementan el consumo eléctrico. Sólo el 10% de la energía eléctrica consumida por una lámpara incandescente se convierte en luz visible, ya que el 90% restante se disipa al medio ambiente en forma de calor. EL FILAMENTO DE TUNGSTENO El filamento de tungsteno de una lámpara incandescente está formado por un alambre extremadamente fino, mucho más que el de un cable cualquiera. Por ejemplo, en una lámpara de 60 watt, el filamento puede llegar a medir alrededor de 2 metros de longitud y de grueso solamente 3 x 10-3 = 0,003 mm. Para que la longitud total del filamento ocupe el menor espacio posible, el alambre se reduce por medio de un doble enrollado. De esa forma se logra que ocupe muy poco espacio cuando se coloca entre los dos alambres de cobre que le sirven de electrodos de apoyo dentro de la lámpara. En las primeras lámparas incandescentes que existieron se utilizaron diferentes materiales como filamentos. La desarrollada por Edison en 1878, tenía el filamento de carbón, con el inconveniente de ser éste un material poco eficiente y también poco duradero. Fig. 1.30 Filamento pág. 21 Después de muchas pruebas, a partir de 1906 se adoptó el uso de alambre de tungsteno, conocido también como wolframio (W), para fabricar los filamentos por ser mucho más resistente y duradero que el de carbón. Al haberse obtenido mejores resultados con el wolframio, este metal se ha continuado utilizando hasta nuestros días, incluso para fabricar otros tipos de lámparas mucho más eficientes que las incandescentes. Como ya se explicó anteriormente, para que un metal llegue al blanco incandescente es necesario calentarlo a una temperatura excesivamente alta, lo que conlleva a que en condiciones ambientales normales se funda o derrita. La ventaja del tungsteno radica en que al ser un metal cuya temperatura de fusión es muy alta, se convierte en un material idóneo para rendir muchas más horas de trabajo que cualquier otro metal, además de ser relativamente barato de producir. No obstante, cuando se completa el triángulo que forma un material inflamable, una temperatura alta y la presencia de oxígeno, se produce la combustión, por lo que en condiciones normales el tungsteno también combustiona o se derrite cuando alcanza una temperatura muy alta. Ese es el motivo por el cual el filamento de las lámparas incandescente se encuentra encerrado en una bombilla de cristal carente de oxígeno. Pero aún bajo esas condiciones de protección, el filamento de tungsteno presenta otro problema y es que el metal se evapora al alcanzar temperaturas tan altas como la que produce la incandescencia. En ese estado, algunos átomos de tungsteno se excitan tan violentamente que saltan al vacío dentro de la bombilla y se depositan en la pared interna del cristal, ennegreciéndolo y volviéndolo opaco a medida que más se utiliza la lámpara. Ese fenómeno ya lo había observado Edison en su época, pero no supo darle ni explicación lógica, ni aplicación práctica útil, aunque en su honor se denominó posteriormente “efecto Edison”. Pocos años después ese efecto constituyó la base para la creación de las primeras válvulas electrónicas de vacío rectificadoras y detectoras "diodo", inventada por Sir John Ambrose Fleming, así como las amplificadoras "tríodo", inventada por Lee de Forest, que abrieron el camino al desarrollo de la electrónica. Debido al propio proceso de evaporación, el filamento de tungsteno se va desintegrando con las horas de uso y la vida útil de la lámpara se reduce. Cuando ese proceso llega a su límite, el filamento se parte por el punto más débil y deja de alumbrar. Decimos entonces que la lámpara se ha fundido. Para evitar el rápido deterioro del filamento por evaporación, desde 1913 se adoptó el uso del gas argón en el interior de las bombillas. De esa forma se logra disminuir en cierta medida la evaporación del metal, pues los átomos del tungsteno evaporados al impactar con los átomos del gas argón rebotan hacia el filamento y se depositan de nuevo en su estructura metálica sin que se produzca una reacción de combustión. Gracias a esta técnica se ha podido lograr que una lámpara incandescente normal pueda llegar a tener aproximadamente entre 750 y mil horas de vida útil. A partir de la tecnología de las lámparas incandescentes se han desarrollado posteriormente otros dispositivos de iluminación más eficientes como, por ejemplo, las lámparas halógenas y, sobre todo, los tubos fluorescentes y las lámparas fluorescentes de bajo consumo. LÁMPARAS FLUORESCENTES En la actualidad las lámparas fluorescentes se han convertido en el medio de iluminación de uso más generalizado en comercios, oficinas, sitios públicos, viviendas, etc. Sin embargo, no todas las personas conocen cómo funcionan, cómo emiten luz sin generar apenas calor, ni cómo pueden desarrollar más lúmenes por watt (lm/W) con menor consumo de energía eléctrica, comparadas con las lámparas incandescentes en igualdad de condiciones de iluminación. pág. 22 La tecnología más antigua conocida en las lámparas fluorescentes es la del encendido por precalentamiento. De ese tipo de lámpara aún quedan millones funcionando en todo el mundo a pesar del avance tecnológico que han experimentado en estos últimos años y las nuevas variantes que se han desarrollado. Sin embargo, su principio de funcionamiento no ha variado mucho desde 1938 cuando se introdujeron las primeras en el mercado. Veamos a continuación cuáles son las partes principales que componen las lámparas fluorescentes más elementales. Tubo de descarga Casquillos con los filamentos Cebador, encendedor o arrancador (starter) Balasto (ballast) Tubo de descarga. El cuerpo o tubo de descarga de las lámparas fluorescentes se fabrica de vidrio, con diferentes longitudes y diámetros. La longitud depende, fundamentalmente, de la potencia en watt (W) que desarrolle la lámpara. El diámetro, por su parte, se ha estandarizado a 25,4 mm (equivalente a una pulgada) en la mayoría de los tubos. Los más comunes y de uso más generalizado tienen forma recta, aunque también se pueden encontrar con forma circular. La pared interior del tubo se encuentra recubierta con una capa de sustancia fosforescente o fluorescente, cuya misión es convertir los rayos de luz ultravioleta (que se generan dentro y que no son visibles para el ojo humano), en radiaciones de luz visible. Para que eso ocurra, su interior se encuentra relleno con un gas inerte, generalmente argón (Ar) y una pequeña cantidad de mercurio (Hg) líquido. El gas argón se encarga de facilitar el surgimiento del arco eléctrico que posibilita el encendido de la lámpara, así como de controlar también la intensidad del flujo de electrones que atraviesa el tubo. Casquillos. La mayoría de los tubos fluorescentes rectos poseen en cada uno de sus extremos un casquillo con dos patillas o pines de contactos eléctricos externos, conectadas interiormente con los filamentos de caldeo o de precalentamiento. Estos filamentos están fabricados con metal de tungsteno, conocido también por el nombre químico de wolframio (W), recubiertos de calcio (Ca) y magnesio (Mg) y su función principal en los tubos de las lámparas fluorescente es calentar previamente el gas argón que contienen en su interior para que se puedan encender. Fig. 1.31 Casquillo A. Patillas o pines de contacto. B. Electrodos. C. Filamento de tungsteno. D. Mercurio (Hg) líquido. E. Átomos de gas argón (Ar). F. Capa o recubrimiento fluorescente de fósforo (P). G. Tubo de descarga. De cristal. pág. 23 El recubrimiento de calcio y magnesio que poseen los filamentos facilita la aparición del flujo de electrones necesario para que se efectúe el encendido de la lámpara. En medio de ese proceso los filamentos se apagan y se convierten en dos electrodos, a través de los cuales se establece ese flujo de corriente o de electrones. Cebador Las lámparas fluorescentes por precalentamiento utilizan un pequeño dispositivo durante el proceso inicial de encendido llamado cebador o encendedor térmico (starter). Fig. 1.32 Cebador Este dispositivo se compone de una lámina bimetálica encerrada en una cápsula de cristal rellena de gas neón (Ne). Esta lámina tiene la propiedad de curvarse al recibir el calor del gas neón cuando se encuentra encendido con el objetivo de cerrar un contacto que permite el paso de la corriente eléctrica a través del circuito en derivación donde se encuentra conectado el cebador. Conectado en paralelo con la lámina bimetálica, se encuentra un capacitor antiparasitario, encargado de evitar que durante el proceso de encendido se produzcan interferencias audibles a través del altavoz de un receptor de radio o ruidos visibles en la pantalla de algún televisor que se encuentre funcionando próximo a la lámpara. Fig. 1.33 Disposición de los elementos internos de un cebador. Otra variante de lámpara fluorescente es la de encendido rápido, que no requiere cebador, pues los electrodos situados en los extremos del tubo se mantienen siempre calientes. Otras lámparas poseen encendido instantáneo y tampoco utilizan cebador. Este tipo de lámpara carece de filamentos y se enciende cuando se le aplica directamente a los electrodos una tensión o voltaje mucho más elevado que el empleado para el resto de las lámparas fluorescentes. Por otra parte, en la actualidad la mayoría de las lámparas fluorescentes de tecnología más moderna sustituyen el antiguo cebador por un dispositivo de encendido rápido, mucho más eficiente que todos los demás sistemas desarrollados anteriormente, conocidos como balasto electrónico. Desde el punto de vista de la operación de la lámpara fluorescente, la función del balasto es generar el arco eléctrico que requiere el tubo durante el proceso de encendido y mantenerlo posteriormente, limitando también la intensidad de corriente que fluye por el circuito del tubo. Los balastos magnéticos de uso más extendidos se fabrican para que puedan trabajar conectados a una línea de suministro eléctrico de 110 ó a una de 220 volt de tensión de corriente alterna y 50 ó 60 Hertz (Hz) de frecuencia. El empleo de uno u otro tipo depende de las características específicas del suministro eléctrico de cada país. pág. 24 De acuerdo con la forma de encendido de cada lámpara, así será el tipo de balasto que utilice. Las formas de encendido más generalizadas en los tubos de lámparas fluorescentes más comunes son los siguientes: Por precalentamiento (El sistema más antiguo) Rápido Instantáneo Electrónico (El sistema más moderno) FUNCIONAMIENTO DE LAS LÁMPARAS FLUORESCENTES Las lámparas fluorescentes funcionan de la siguiente forma: Fig.1.34 Partes de la lámpara fluorescente 1. 2. 3. 4. 5. Cuando activamos el interruptor de una lámpara de luz fluorescente que se encuentra conectada a la red doméstica de corriente alterna, los electrones comienzan a fluir por todo el circuito eléctrico, incluyendo el circuito en derivación donde se encuentra conectado el cebador (estárter). El flujo de electrones de la corriente eléctrica al llegar al cebador produce un arco o chispa entre los dos electrodos situados en su interior, lo que provoca que el gas neón (Ne) contenido también dentro de la cápsula de cristal se encienda. El calor que produce el gas neón encendido hace que la plaquita bimetálica que forma parte de uno de los dos electrodos del cebador se curve y cierre un contacto eléctrico dispuesto entre ambos electrodos. Cuando el contacto del cebador está cerrado se establece el flujo de corriente eléctrica necesaria para que los filamentos se enciendan, a la vez que se apaga el gas neón. Los filamentos de tungsteno encendidos provocan la emisión de electrones por caldeo o calentamiento y la ionización del gas argón (Ar) contenido dentro del tubo. Esto crea las condiciones previas para que, posteriormente, se establezca un puente de plasma conductor de la corriente eléctrica por el interior del tubo, entre un filamento y otro. La plaquita bimetálica del cebador, al dejar de recibir el calor que le proporcionaba el gas neón encendido, se enfría y abre el contacto dispuesto entre los dos electrodos. De esa forma el flujo de corriente a través del circuito en derivación se interrumpe, provocando dos acciones simultáneas a. Los filamentos de la lámpara se apagan cuando deja de pasar la corriente eléctrica por el circuito en derivación. b. El campo electromagnético que crea en el enrollado del balasto la corriente eléctrica que también fluye por el circuito donde éste se encuentra conectado, se interrumpe bruscamente. Esto provoca que en el propio enrollado se genere una fuerza contra electromotriz, cuya energía se descarga dentro del tubo de la lámpara, en forma de arco eléctrico. Este arco salta desde un extremo a otro del tubo valiéndose de los filamentos, que una vez apagados se convierten en electrodos de la lámpara. 6. Bajo estas nuevas condiciones, la corriente de electrones, que en un inicio fluía a través del circuito en derivación de la lámpara donde se encuentra conectado el cebador, comienza hacerlo ahora atravesando pág. 25 interiormente el tubo de un extremo a otro, valiéndose de los dos electrodos. La fuerte corriente que fluye por dentro del tubo provoca que los electrones comiencen a chocar con los átomos del gas argón, aumentando la cantidad de iones y de electrones libres. Como resultado se crea un puente de plasma, es decir, un gas compuesto por una gran cantidad de iones y de electrones libres, que permite que estos se muevan de un extremo a otro del tubo. 8. Esos electrones libres comienzan a chocar con una parte de los átomos de mercurio (Hg) contenidos también dentro del tubo, que han pasado del estado líquido al gaseoso debido a la energía que liberan dichos electrones dentro del tubo. Los choques de los electrones libres contra los átomos de mercurio excitan a sus electrones haciendo que liberen fotones de luz ultravioleta. 9. Los fotones de luz ultravioleta, invisible para el ojo humano, impactan a continuación contra la capa de fósforo (P) que recubre la pared interior del tubo fluorescente. El impacto excita los electrones de los átomos fósforo (P), los que emiten, a su vez, fotones de luz visible, que hacen que el tubo se ilumine con una luz fluorescente blanca. 10. El impacto de los electrones que se mueven por el puente de plasma contra los dos electrodos situados dentro del tubo, hace que estos se mantengan calientes (a pesar de que los filamentos se encuentran ya apagados). Mantener caliente esos dos electrodos se hace necesario para que la emisión de electrones continúe y el puente de plasma no se extinga. De esa forma, tanto el ciclo de excitación de los átomos de vapor de mercurio como el de los átomos de fósforo dentro del tubo continúa, hasta tanto activemos de nuevo el interruptor que apaga la lámpara y deje de circular la corriente eléctrica por el circuito. 7. Fig. 1.35 Esquema del circuito eléctrico de una lámpara fluorescente de 20 watt de potencia: 1. Entrada de la. Corriente alterna. 2. Cebador. 3. Filamentos de tungsteno. 4. Tubo de descarga de luz fluorescente 5. Balasto o inductancia. 6. Capacitor o filtro. VENTAJAS DE LAS LÁMPARAS FLUORESCENTES Entre las ventajas de las lámparas fluorescentes se encuentran las siguientes: Aportan más luminosidad con menos watt de consumo. Tienen bajo consumo de corriente eléctrica. Poseen una vida útil prolongada (entre 5 mil y 7 mil horas). Tienen poca pérdida de energía en forma de calor. La vida útil de una lámpara fluorescente se reduce o termina por los siguientes motivos: Desgaste de la sustancia emisora que recubre el filamento de tungsteno compuesta de calcio (Ca) y magnesio (Mg). Pérdida de la eficacia de los polvos fluorescentes que recubren el interior del tubo. Ennegrecimiento del tubo en sus extremos. Excesivo número de veces que se enciende y apaga de forma habitual la lámpara en períodos cortos de tiempo. pág. 26 CÓDIGO DE IDENTIFICACIÓN DE LOS TUBOS FLUORESCENTES DE ACUERDO CON SU DIÁMETRO. T-12 1,5 pulgadas 38,1 mm T-8 1 pulgada 25,4 mm T-5 5/8 pulgada 15,87 mm T-2 2/8 pulgada 6,3 mm (La cifra a continuación de la letra “T” representa el diámetro del tubo expresado en octavos de pulgada). En la actualidad la mayoría de los tubos de lámparas fluorescentes que se fabrican corresponden al tipo T-8, de 1 pulgada de diámetro (25,4 mm). A continuación se muestra una tabla donde aparecen reflejados los diferentes tipos de lámparas fluorescentes, de acuerdo con las tonalidades de luz blanca que emiten y su correspondiente temperatura de color en grados Kelvin (ºK). Tonalidades de color Temperatura de color (ºK) Blanco cálido (WW) (Warm White) 3 000 Blanco (W) (White) 3 500 Natural (N) (Natural) 3 400 Blanco Frío (CW) (Cool White) 4 100 Blanco Frío Deluxe (CWX) (Cool 4 200 White Deluxe) Luz del Día (D) (Day light) 6 500 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. 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 pág. 27 Generalmente las lámparas o tubos rectos fluorescentes son voluminosos y pesados, por lo que en 1976 el ingeniero Edward Hammer, de la empresa norteamericana GE, 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 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 en aquel momento ese tipo de lámpara. Sin embargo, con el avance de las tecnologías de producción, hoy en día, además de las lámparas CFL con tubos rectos, las podemos encontrar también con el tubo en forma de espiral, tal como fueron concebidas en sus orígenes y que podemos ver en la foto de la derecha. fig. 1.36 Lámpara CFL de 11 watt, con tubo en forma de espiral. 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. PARTES DE UNA LÁMPARA CFL Tubos fluorescentes, rectos Posición de los filamentos de encendido Balasto electrónico Base. (El balasto electrónico va colocado dentro) Casquillo con rosca Fig. 1.37 Partes de un cfl pág. 28 Las lámparas fluorescentes CFL constan de las siguientes partes: Tubo fluorescente Se 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) alojados 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 Fig. 1.38 Filamentos colocados dentro de los tubos de una lámpara CFL BASE La 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. pág. 29 ASÍ FUNCIONA 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 portalámparas (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. A continuación 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. Fig. 1.39 Partes del cfl Para el alumbrado general el efecto estroboscópico es prácticamente imperceptible, pero en una industria donde existe maquinaria funcionando, impulsadas por motores eléctricos, puede resultar peligroso debido a que la frecuencia del parpadeo de la lámpara fluorescente se puede sincronizar con la velocidad de giro de las partes móviles de las máquinas, creando la ilusión óptica de que no están funcionando, cuando en realidad se están moviendo. 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 ioniza 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. A partir de que los filamentos de la lámpara se apagan, la única misión del arco eléctrico será continuar y mantener el proceso de ionización del gas inerte. De esa forma los iones desprendidos del gas inerte al chocar contra los átomos del vapor de mercurio contenido también dentro de tubo, provocan que los electrones del mercurio se exciten y comiencen a emitir fotones de luz ultravioleta. Dichos fotones, cuya luz no es visible para el ojo humano, al salir despedidos chocan contra las paredes de cristal del tubo recubierto con la capa fluorescente. Este choque de fotones ultravioletas contra la capa fluorescente provoca que los átomos de flúor se exciten también y emitan fotones de luz blanca, que sí son visibles para el ojo humano, haciendo que la lámpara se encienda. pág. 30 CARACTERÍSTICAS Y VENTAJAS DE LAS LÁMPARAS CFL Son 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” (Day light) 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. 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. Tienen 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 tonalidades de blanco. OTRAS CARACTERÍSTICAS TONALIDADES DE BLANCO Tonalidades Blanco extra cálido Blanco cálido Blanco Blanco frío Temperatura del color en grados Kelvin (ºK) 2 700 (Igual que una incandescente) 3 500 3 500 4 000 (Predominio del color azul) pág. 31 PRINCIPALES CUESTIONES QUE SE RECOMIENDAN TENER EN CUENTA AL ADQUIRIR LÁMPARAS CFL Marca 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. COMPARACIÓN ENTRE UNA LÁMPARA CFL de 11 W Y OTRA INCANDESCENTE EQUIVALENTE DE 60 W Fluorescente CFL Incandescente común Potencia 11 W (watt) 60 W Entrega de luz 600 lm (lúmenes) 720 lm Eficiencia 600 lm-11W = 54,35 lm-W 720 lm-60W = 12 lm-W Vida útil 8 000 a 10 000 horas 1 000 horas Lámparas necesarias para cubrir 8 000 horas de trabajo 1 8 Consumo de energía para 8 000 horas de trabajo. 11 x 8 000 / 1 000 = 88 kW-h 60 x 8 000 / 1 000 = 480 kW-h Relación del consumo eléctrico en %. 18,3 % 100 % EQUIVALENCIA APROXIMADA DE POTENCIA DE CONSUMO EN WATT ENTRE LAS LÁMPARAS FLUORESCENTES CFL DE USO MÁS GENERALIZADO Y LAS INCANDESCENTES COMUNES Potencia en Flujo luminoso en lúmenes Eficacia en lm-W Potencia aproximada en W necesaria watt (W) (lm) (CFL) en Lámpara CFL (CFL) una incandescente comparada con la CFL 5 180 36 25 7 286 41 35 9 400 44 40 11 600 55 60 18 900 56 90 20 1 200 60 100 pág. 32 LA LÁMPARA DE INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA La Lámpara de Inducción Electromagnética "sin electrodos” (IEM) es un nuevo concepto de muy alta tecnología para el ahorro energético en la iluminación, basado en el principio de gas de descarga de las lámparas fluorescentes y en el principio de la inducción electromagnética de alta frecuencia. Se denomina como "la lámpara sin electrodos" (electrodos), ya que no tiene filamentos ni electrodos como el común de las lámparas. La vida útil de las lámparas de IEM es solo determinada por el nivel de calidad, el diseño de los circuitos y demás componentes electrónicos. Fig. 1.40 Funcionamiento del IEM CÓMO FUNCIONA LA ILUMINACIÓN POR INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA La tecnología básica para la lámpara de inducción no es nada nuevo. Esencialmente, una lámpara de inducción es una lámpara fluorescente sin electrodos. Al no tener electrodos, la lámpara opera bajo los principios fundamentales de la inducción electromagnética y la descarga eléctrica en gas para crear luz. La eliminación de los electrodos y filamentos dan por resultado una lámpara con una prolongada vida. Con una durabilidad de 100,000 horas, este sistema puede equivaler a 100 cambios de lámpara incandescente, o bien cinco cambios de lámpara de descarga de alta intensidad, o, a ocho cambios de lámpara fluorescente. Basados en estos bien conocidos principios, se puede generar luz vía descarga eléctrica en gas a través de simple magnetismo. Transformadores electromagnéticos que consisten de aros con bobinas metálicas, crean un campo electromagnético al rededor del tubo de vidrio que contiene el gas, usando una alta frecuencia generada por un inductor electrónico. El camino de descarga, inducido por las bobinas, forma un ciclo cerrado causando la aceleración de los electrones libres, que chocan con los átomos de Mercurio y excitan sus electrones. Según estos electrones excitados de los átomos regresan de este estado de alta excitación a un nivel estable, emiten radiación ultravioleta. Esta radiación ultravioleta creada es convertida en luz visible al pasar a través del recubrimiento de Fósforo en la superficie del tubo. La forma de la lámpara de inducción maximiza la eficiencia de los campos que son generados. La iluminación por inducción funciona de manera similar a los tubos fluorescentes, que utilizan gases para producir luz blanca; lo que cambia es la forma en que estos gases se unen. Mientras los tubos fluorescentes utilizan electrodos para unir los gases, la iluminación por inducción magnética se produce cuando la energía se transmite por un campo magnético, o lo que se denomina “inducción magnética”. pág. 33 Al igual que las luces fluorescentes de alta calidad, las lámparas de inducción ofrecen un encendido y reencendido instantáneos, estabilidad de color, 80+ CRI, alto factor de poder y bajo THD. Fig. 1.41 Induccion magnetica ¿CÓMO FUNCIONA LA INDUCCIÓN MAGNÉTICA? Gracias a su capa de trifósforo, la lámpara de inducción magnética tiene un bajísimo nivel de radiación UV (0,4%) y de rayos infrarrojos (0,2%). Esto la transforma en una alternativa inocua tanto para el medio ambiente, como para los seres vivos. 1.- Generador de Alta Frecuencia. El generador produce una corriente alterna de 236 KHz que es suministrada a la antena. Contiene un oscilador, que se ajusta a las características de la bobina primaria. 2.- Bobina de Inducción sin Electrodos. La bobina descarga la energía producida por el generador de alta frecuencia a una ampolla de cristal, utilizando para esto una antena –conformada por una bobina primaria de inducción y un núcleo de ferrita. Este equipo consta además de un soporte para la antena, un cable coaxial y anillos magnéticos termo conductor. 3.- Electrones: Ion Plasma y Gas Inerte. El choque de gas argón con las moléculas controladas de mercurio en estado gaseoso, transforma la energía en radiación ultravioleta (0,2%). 4.- Capa de Trifósforo. La capa de trifósforo convierte la radiación ultravioleta producida (0,4%) en luz visible. 5.- Luz Visible ALTERNATIVA EFICIENTE Una de las características que transforman a las lámparas de inducción en una excelente alternativa a las luminarias tradicionales es que tienen la mayor eficiencia en lo que se refiere a conversión de energía, una vez que el factor de corrección es aplicado (tienen un alto rango S/P de 1.96 a 2.25), lo que les permite producir una luminosidad que es mejor aprovechada por el ojo humano, y utilizando para ello menos energía eléctrica. Otro elemento diferenciador es que se encienden en seguida, es decir, generalmente comienzan operando a un promedio de 80% del máximo output, llegando al 100% en máximo 240 segundos. Esto significa que no hay que esperar a que la luz encienda completamente. pág. 34 Energía más Limpia Debido a su casi nula necesidad de mantenimiento y larga vida útil –unos 20 años en promedio- las lámparas de inducción magnética son muy eficientes en ambientes agrestes, carreteras, túneles y pasos bajo nivel, en general lugares de difícil acceso. Estas lámparas son una excelente alternativa para reducir el impacto medioambiental, debido a su ahorro energético, menor utilización de materiales y menor uso de mercurio. Algunas características esenciales Debido a sus características únicas, las lámparas de inducción magnética alcanzan una vida útil de 100.000 horas, es decir, 100 veces más que una lámpara tradicional (incandescente) y el doble de una luminaria LED. 100.000 horas pueden traducirse en 22 años de operación, si se encienden 12 horas al día. Consumen entre un 40% y un 60% menos energía que un sistema iluminación tradicional y las emisiones nocivas al ambiente se reducen en una cifra similar. Eliminan el zumbido característico y molesto de las luces fluorescentes tradicionales. Los componentes utilizados son 100% reciclables, excepto el mercurio que contienen. Pero como éste se presenta en forma de amalgama y no en forma líquida o gaseosa, es mucho más fácil y seguro de manipular. Pueden ser utilizadas en ambientes cálidos y fríos. No parpadean, como los focos fluorescentes típicos. Se encienden en seguida, no necesitan calentarse. Pueden reencenderse de inmediato, lo que no ocurre en el caso del haluro metálico. Tienen un índice de rendimiento de color mucho mejor, con un CRI de 85. La depreciación de la luz es mucho menor en comparación con la tasa de depreciación en un haluro metálico. Rinden 85+ lúmenes por watt. Es la tecnología de iluminación más ambiental del mundo, las lámparas de inducción magnética son altamente económicas por el ahorro de energía y durabilidad, porque no se desgastan como cualquier otra iluminación basada en la fluorescencia. Prácticamente sin necesidad de mantenimiento, la lámpara de inducción ofrece muchas características que la hacen ser una fuente de luz atractiva y que actualmente está emergiendo como una de las más nuevas tecnologías de iluminación. Con una vida útil de 100.000 horas, raramente estos sistemas necesitan sustitución. Son particularmente útiles en aparatos donde es incómodo y costoso el reemplazo de la lámpara, así como en algunos otros aparatos al aire libre y en las áreas difíciles de alcanzar, tales como túneles, aeropuertos, instalaciones públicas, congeladores y muchos otros usos más. Las lámparas de inducción maximizan la vida de la iluminación en comparación a las fluorescentes, quitando los electrodos del envejecimiento que ennegrecen los extremos. • Largo periodo de vida útil: hasta 100,000 horas • 5 años de Garantía de fábrica. • Ahorro de energía: ahorra hasta 50% comparada con las de Haluro Metálico,13 veces más eficiente que los focos de luz incandescente y hasta 2 veces más eficiente que las luces fluorescente compactas • Apagado y encendido instantáneo: no hay necesidad de esperar entre apagado y encendido para volver a prender la luz • Alta eficiencia: eficiencia de iluminación mayor a 80 lm/w • Alto rendimiento de Lúmenes • Altas prestaciones de índice de color: RA mayor o igual que 80 • Rango Flexible de Voltaje: voltaje fijo más/menos 20%, desviación de potencia dentro de 3% • Amplia selección de Temperatura de color: 2720k-6500k • Balastro electrónico de alto factor de poder. • Libre de parpadeos: alta frecuencia que crea una luz mejor y más confortable para los usuarios y que previene lesiones en los ojos cuando se observa directamente • Amplia tolerancia de temperatura: puede operar entre -40ºC Y + 50ºC • Balastro con atenuador integrado opcional para control integrado: linealmente degradable hasta 30% pág. 35 • Al generar poco calor y consumir poca energía contribuye con el no al calentamiento global, coadyuvando a la disminución de la producción del bióxido de carbono. VENTAJAS Y CARACTERÍSTICAS DE LA LÁMPARAS DE INDUCCIÓN . Fig. 1.42 Lámpara de inducción magnética BAJO CONSUMO REAL. El consumo de la lámpara que usualmente hablamos, es el consumo de la fuente de luz que ilumina, es decir, del bulbo o la ampolleta y no del consumo real de la lámpara integrada. Por lo tanto, el cálculo del consumo de energía eléctrica no es exacto. En general, el consumo de energía de los balastros para lámparas de haluro metálico o lámparas de vapor de sodio de alta presión es más de un 20% del consumo de la ampolleta. Es decir, el consumo real total es = Consumo de la ampolleta + el consumo del balastro, (Así por ejemplo, para una lámpara de 250W de sodio o de haluro metálico, el consumo total = 250W + 50W = 300W). Con la lámpara de Inducción Magnética (IM), el consumo de energía para la fuente de luz (bulbo) es tan bajo, que perfectamente puede no ser considerado. Suponemos que con 5% de fluctuación, el consumo de la fuente de alimentación puede compensar el consumo de la fuente de luz Entonces podemos concluir que: el consumo real total = Consumo de la lámpara de IM. Por lo tanto, la lámpara de Inducción Magnética (también llamada “lámpara sin electrodos”) puede ahorrar alrededor del 60% de la energía que utilizan las lámparas comunes con el mismo poder. Y este cálculo sólo ha considerado el principio de diseño de la lámpara de IM, sin tomar en cuenta otras características de eficacia lumínica de la lámpara de IM, que hace que el producto pueda ahorrar más energía aún, Alta Eficacia Lumínica Visual. Por lo general, la “eficiencia lumínica” (Lm/W) se considera como un importante indicador para determinar el ahorro de energía de las diferentes fuentes de luz. pág. 36 Teóricamente, se dice que las lámparas con una eficiencia lumínica superior tienen mejor capacidad para ahorrar energía. De acuerdo a los resultados de las pruebas efectuadas a los diferentes tipos de lámparas, la eficiencia lumínica de las lámparas de sodio de alta presión tienen de 90 a 110 Lm/W; el de las lámparas de Haluro Metálico tienen 85 Lm/W., y las lámparas de IM (sin electrodos) es sólo de 70 a 80 Lm/W. Sin embargo, la conclusión es totalmente diferente según la percepción de las pupilas humanas. A diferencia de los instrumentos, que sólo se limitan a medir la eficiencia lumínica, las pupilas pueden evaluar la “eficacia lumínica real y efectiva” de una lámpara de acuerdo a diferentes ambientes, colores, eficiencias, capacidad de reproducción de color y todos los factores anteriores integrados. Los ojos tienen altos requerimientos de los colores, mientras que muchas fuentes de luz no tienen la capacidad para mostrar los colores. Por ejemplo, las lámparas de sodio sólo tienen una buena representación de los colores amarillo y gama de grises; bajo otras gamas de colores, los ojos solamente pueden identificar los perfiles de los objetos, perdiendo la capacidad de identificar los detalles. En muchos ambientes de trabajo, la gente erróneamente suele aumentar la potencia de las lámparas comunes con el fin de mejorar la “eficiencia lumínica” y así poder distinguir mejor los colores. No sólo no obtienen los resultados de colores esperados, sino además, producen una gran cantidad de pérdidas de energía. Dado que la reproducción de colores de la lámpara de sodio es muy baja (índice de rendimiento del color de la lámpara de sodio es <> 80 CRI), su real “eficacia lumínica” baja considerablemente. Cabe recordar que el CRI es la medida de rendimiento de color o también denominado “índice de menor distorsión del color”, siendo el máximo = 100, que es el color que reproduce la luz solar. Por tanto, las lámparas con un mayor CRI tendrán una menor distorsión del color. Diferentes pruebas realizadas con distintos instrumentos, han arrojado como resultado, que la efectividad de la eficiencia lumínica de la lámpara de sodio es sólo alrededor de 60, mientras que la lámpara de IM alcanza un valor alrededor de 120. Por lo anterior, podemos concluir que con las lámparas de IM se puede lograr un mejor efecto visual con menos potencia (el poder de la lámpara de IM es dos veces más que el de las lámparas de vapor de sodio y haluro metálico, es decir, una lámpara de LM de 200W de consumo puede sustituir a una lámpara de sodio de alta presión de 400W. Larga Vida Útil. Los principios de operación de las lámparas de IM (sin electrodos) determinan su carácter de larga vida útil. La lámpara de IM es una nueva y alta tecnología de iluminación que permite ahorro energético, basado en el principio de gas de descarga de las lámparas fluorescentes y en el principio de la inducción electromagnética de alta frecuencia. Se denomina como "lámpara sin electrodos" ya que no tiene filamentos o electrodos como el común de las lámparas. La vida útil de dichas lámparas está determinada por la vida útil del filamento o electrodo de la lámpara común. La vida útil de la lámpara sin electrodos no se limita, por lo que la vida útil puede prolongarse de manera indefinida. La vida útil teórica para la lámpara sin electrodos es superior a las 100.000 horas y en promedio por sobre las 60.000 horas. La vida útil de la lámpara incandescente es de alrededor de 1.000 horas, la lámpara de sodio alrededor de 3.000 horas, la lámpara común de “ahorro de energía” alrededor de 6.000 horas y la lámpara de haluro metálico de alrededor de 10.000 horas. Fuente de luz Saludable. Las frecuencias de operación de las fuentes de luz, tales como lámparas fluorescentes, lámparas de vapor de sodio y lámparas de haluro metálico, son 50Hz. pág. 37 En esta frecuencia, el ojo humano puede sentir el parpadeo de la luz. En cuanto a la lámpara de alta frecuencia sin electrodos (IM), la frecuencia de funcionamiento es 2.56MHz, que corresponden a más de 50.000 veces la del común de las fuentes de luz, superando el alcance de identificación de los ojos humanos a captar el efecto estroboscópico. Adicionalmente, la lámpara de IM posee un bulbo empavonado con contenidos de fósforo que permiten una mejor reproducción de colores (CRI > 80) y un menor encandilamiento que el producido por las lámparas de sodio y de haluro metálico. Estos dos elementos (bajo efecto estroboscópico y bajo encandilamiento) hacen que la lámpara de IM alivie el daño a los ojos. Es más, el producto no contiene mercurio líquido. Baja atenuación (degradación) de la luz. “Atenuación de la luz” es la reducción de la eficacia lumínica nominal de las fuentes de luz, después de ser utilizada durante un largo período de tiempo y bajo condiciones nominales de funcionamiento. Diferentes fuentes de luz tienen diferentes velocidades de atenuación de la luz ya que tienen diferentes principios de operación lumínica y diferentes materias primas. Gracias al principio de funcionamiento especial de las lámparas de Inducción Magnética (sin filamento), con un bulbo al vacío y un muy buen aislamiento, la lámpara de IM tiene una baja atenuación de la luz (no más de 16% de atenuación de la luz se genera después del funcionamiento de 20.000 horas), mostrando actuaciones de ahorro energético y buen efecto lumínico. Las lámparas normales de ahorro de energía atenuarán el 50% de la luz después de haber sido utilizadas durante 1.000 horas y una lámpara fluorescente común atenuará más del 30% después de haber sido utilizada durante 2.000 horas. La constante de la eficacia lumínica es también un indicador de ahorro de energía, La reducción de la eficacia lumínica (atenuación de la luz) en el marco mismo del consumo eléctrico (potencia), es también un tipo de derroche energético. Encendido Instantáneo. Menos de 0,5 segundos es el tiempo de partida; sin necesidad de precalentamiento, la lámpara de IM enciende instantáneamente. Rendimiento eléctrico óptimo. Un factor de potencia ≥ 0,98, una pequeña corriente armónica; utilizable en un amplio rango de tensión eléctrica. Con variaciones de voltajes de 110V-260V puede trabajar en forma estable. Si bien esta tecnología puede tener costos iniciales altos, la mayor parte de las empresas que la incorporan recuperan la inversión en menos de dos años. pág. 38 ILUMINACIÓN LED Un led1 (de la sigla inglesa LED: Light-Emitting Diode: "diodo emisor de luz", también "diodo luminoso") es un diodo semiconductor que emite luz. Se usan como indicadores en muchos dispositivos, y cada vez con mucha más frecuencia, en iluminación. Presentado como un componente electrónico en 1962, los primeros leds emitían luz roja de baja intensidad, pero los dispositivos actuales emiten luz de alto brillo en el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta. Cuando un led se encuentra en polarización directa, los electrones pueden recombinarse con los huecos en el dispositivo, liberando energía en forma de fotones. Este efecto es llamado electroluminiscencia y el color de la luz (correspondiente a la energía del fotón) se determina a partir de la banda de energía del semiconductor. Por lo general, el área de un led es muy pequeña (menor a 1 mm2), y se pueden usar componentes ópticos integrados para formar su patrón de radiación. Los leds presentan muchas ventajas sobre las fuentes de luz incandescente y fluorescente, principalmente con un consumo de energía mucho menor, mayor tiempo de vida, tamaño más pequeño, gran durabilidad, resistencia a las vibraciones, no es frágil, reduce considerablemente la emisión de calor que produce el efecto invernadero en nuestro planeta, no contienen mercurio (el cual al exponerse en el medio ambiente es altamente venenoso) a comparación de la tecnología fluorescente o de inducción magnética que si contienen mercurio, no crean campos magnéticos altos como la tecnología de inducción magnética con los cuales se crea mayor radiación hacia el ser humano, cuentan con un alto factor de CRI, reducen ruidos en las líneas eléctricas, son especiales para utilizarse con sistemas foto voltaicos (paneles solares)a comparación de cualquier otra tecnología actual, no les afecta el encendido intermitente (es decir pueden funcionar como luces estroboscópicas) y esto no reduce su vida promedio, son especiales para sistemas anti-explosión ya que no es fácil quebrar un diodo emisor de luz (led) y cuentan con una alta fiabilidad. Los leds con la potencia suficiente para la iluminación de interiores son relativamente caros y requieren una corriente eléctrica más precisa, por su sistema electrónico para funcionar con voltaje en alterna y requieren de disipadores de calor cada vez más eficientes a comparación de las bombillas fluorescentes de potencia equiparable. Los leds en la actualidad se pueden acondicionar o incorporarse en un porcentaje mayor al 90% de todas las tecnologías de iluminación actuales, por ejemplo: En casas, oficinas, industrias, edificios, restaurantes, arenas, teatros, plazas comerciales, gasolineras, calles y avenidas, estadios (en algunos casos por las dimensiones del estadio no es posible porque quedarían espacios obscuros), conciertos, discotecas, casinos, hoteles, carreteras, luces de tráfico o de semáforos, señalamientos viales, universidades, colegios, escuelas, estacionamientos, aeropuertos, sistemas híbridos, celulares, pantallas de casa o domésticas, monitores, cámaras de monitoreo, supermercados, en transportes (bicicletas, motocicletas, automóviles, camiones tráileres, etc.), en linternas de mano, para crear pantallas electrónicas de led (tanto informativas como publicitarias) y para cuestiones arquitectónicas especiales o de arte culturales. Todas estas aplicaciones se dan gracias a su diseño compacto. Los leds tienen la ventaja de encenderse muy rápido (aproximadamente en dos segundos) a comparación de las luminarias de alta potencia como lo son las luminarias de alta intensidad de Vapor de Sodio, Aditivos Metálicos, Halogenuro y demás sistemas con tecnología incandescente. Mas aparte que debido a la excelente variedad de colores que producen los leds, han permitido el desarrollo de nuevas pantallas electrónicas de leds de texto monocromáticas, bicolores, tricolores y RGB (pantallas a todo color con la habilidad de reproducción de vídeo para fines publicitarios, informativos o tipo indicadores. Y debido a sus altas frecuencias de operación son también útiles en tecnologías avanzadas de comunicaciones. Los leds infrarrojos también se usan en unidades de control remoto de muchos productos comerciales incluyendo televisores, cámaras de monitoreo, reproductores de DVD, entre otras aplicaciones domésticas. Los LED son dispositivos semiconductores de estado sólido lo cual los hace robustos, fiables, de larga duración y a prueba de vibraciones, que pueden convertir la energía eléctrica directamente en luz. El interior de un LED es un pequeño semiconductor encapsulado en un recinto de resina de epoxi. pág. 39 En contra de otros sistemas, los LED no tienen filamentos u otras partes mecánicas sujetas a rotura ni a fallos por "fundido", no existe un punto en que cesen de funcionar, sino que su degradación es gradual a lo largo de su vida. Se considera que a aproximadamente a las 50.000 horas, es cuando su flujo decae por debajo del 70% de la inicial, eso significa aproximadamente 6 años en una aplicación de 24 horas diarias 365 días/año. Esto permite una reducción enorme de costes de mantenimiento ya que no se necesita reemplazarlas, por lo que el Coste de Iluminación es mucho menor. Asimismo, por su naturaleza el encendido se produce instantáneamente al 100% de su intensidad sin parpadeos ni periodos de arranque, e independientemente de la temperatura. A diferencia de otros sistemas no se degrada por el número de encendidos. La crisis energética mundial ha llevado a extensas investigaciones para reducir el consumo energético. El descubrimiento de la iluminación LED ha venido a ofrecer una eficiencia máxima a un consumo mínimo y promete ser la sustitución futura de todo tipo de iluminación. FUNCIONAMIENTO FÍSICO A Ánodo B Cátodo 1 Lente/encapsulado epóxido 2 Contacto metálico 3 Cavidad reflectora 4 Terminación del semiconductor 5 Yunque 6 Plaqueta 7 8 Borde plano 1.43 Partes del led El OLED (organic light-emitting diode: ‘diodo orgánico de emisión de luz’) es un diodo basado en una capa electroluminiscente que está formada por una película de componentes orgánicos, y que reaccionan a una determinada estimulación eléctrica, generando y emitiendo luz por sí mismos. No se puede hablar realmente de una tecnología OLED, sino más bien de tecnologías basadas en OLED, ya que son varias las que hay, dependiendo del soporte y finalidad a la que vayan destinados. Su aplicación es realmente amplia, mucho más que, en el caso que nos ocupa (su aplicación en el mundo de la informática), cualquier otra tecnología existente. Pero además, las tecnologías basadas en OLED no solo tienen una aplicación puramente como pantallas reproductoras de imagen, sino que su horizonte se amplía al campo de la iluminación, privacidad y otros múltiples usos que se le pueda dar. Las ventajas de esta nueva tecnología son enormes, pero también tiene una serie de inconvenientes, aunque la mayoría de estos son totalmente circunstanciales, y desaparecerán en unos casos conforme se siga investigando en este campo y en otros conforme vaya aumentando su uso y producción. pág. 40 Los grandes beneficios que presentan son: Bajo consumo de electricidad. El ahorro en el consumo de electricidad oscila entre el 70 y el 95%, dependiendo de la iluminación con la cual se compara. Alta duración. Los LED tienen una duración de más de 70,000 horas. Para una casa puede significar cambiar las bombillas cada 50 años. Color. La iluminación LED ofrece 16 millones de colores. Ahorro cable. Una instalación con iluminación LED puede hacerse con un cable de un calibre mucho menor al normal. En lugar de usar calibre 12 para iluminación se puede usar calibre 22. Otro beneficio es que no desgasta el cable eléctrico, a diferencia de las demás tecnologías. Luz fría. Una bombilla incandescente o ahorradora utiliza solamente el 10% de cada vatio para iluminar, el resto se va en calor, mientras la iluminación LED utiliza 90% para iluminar y solamente el 10% de calor. La iluminación LED no calienta, a diferencia de todos los demás. Beneficios directos de esto: no desperdicia la energía en calor, calienta menos las áreas iluminadas (esto puede traducirse a ahorros en aire acondicionado y ambientes más frescos) y elimina peligros de quemaduras al tacto. Menos desperdicio de iluminación. La iluminación LED no tiene pérdidas por la reflexión, todos los demás sistemas de iluminación necesitan de reflectores para concentrar la luz al lugar donde queremos iluminar, lo que supone perder un 60% de efectividad, mientras que el LED no precisa estos sistemas y la luz puede ser dirigida a la zona que queremos iluminar con una eficiencia del 90% Diseño. Por tener tanta durabilidad, color y otras ventajas permite utilizar la luz con más variedad de diseño y formas de instalación. LEDS de alta potencia. Pueden tener una duración de hasta 100.000 horas, ya que no tienen filamentos, este hecho hace que no se fundan como lo hacen las bombillas tradicionales. Estos dispositivos de estado sólido son muy resistentes a los golpes. Reciclable. Los materiales con que están hechas las bombillas LED son de estado sólido, a diferencia de los demás, por lo mismo los LED son reciclables, presentando beneficios claros como protección del medio ambiente. La luz ultravioleta con LED también tiene el potencial de revolucionar la purificación del agua ya que el ultravioleta profundo que emite el LED mata bacteria y virus sin necesidad de químicos. Y por su duración y tamaño son una clara mejor opción. La energía renovable tiene la desventaja de que su producción es baja y costosa, el beneficio de la tecnología LED es que por su bajo consumo funciona muy bien con este tipo de generación renovable. Todos estos beneficios son posibles si el LED es de suprema calidad y la lámpara es capaz de disipar el calor. VENTAJAS DE LA TECNOLOGÍA LED La tecnología LED (Diodos Emisores de Luz) o también llamada Luz Fría se presenta como la mayor revolución en iluminación desde que Edison inventase la lámpara eléctrica y ya se habla de que llegarán a reemplazar las lámparas convencionales utilizadas hasta el momento. Hasta la actualidad la luz de las lámparas se generaba a base de filamentos convencionales en los que el 90% de la energía se transformaba en calor y se perdía. La tecnología LED hace brillar un cristal por lo que la energía se transforma directamente en luz. pág. 41 Máxima autonomía. Las lámparas incandescentes (incluyendo las de Xenón y Kriptón) pierden el 90% de energía al transformarse en calor. Con el LED, la totalidad de la energía se transforma en luz. Una linterna convencional, tras 32 minutos de uso presenta solo el 50% de su ponencia y tras 6 horas pierde completamente su capacidad lumínica, mientras que a una linterna con Leeds esto solo le ocurre tras varios días de uso. Ahorro económico. Debido al bajo consumo y larga duración de los LED, una hora de uso cuesta milésimas de céntimo. Reducción de reparaciones. En caso de utilización interrumpida los LED tienen una vida útil de unos 11 años, por lo que ya no son necesarios los repuestos, en comparación con las lámparas convencionales que solo garantizan un uso de 60 horas. Resistencia a los golpes. El cristal no brilla como un filamento, se encuentra dentro de una lente de plástico transparente (sin cristal), por lo que puede dejarse caer, tirarse o pasar por encima con el coche sin dañarlo. Conservación medioambiental. El menor consumo de energía disminuye la demanda de pilas, reduciendo la cantidad de residuos tóxicos que estas producen. Resistencia al agua. Los LEDs son resistentes al agua. APLICACIONES Fig. 1.44 Aplicaciones Leds aplicados al automovilismo, vehículo con luces diurnas de leds. El uso de leds en el ámbito de la iluminación (incluyendo la señalización de tráfico) es moderado y es previsible que se incremente en el futuro, ya que sus prestaciones son superiores a las de la lámpara incandescente y la lámpara fluorescente, desde diversos puntos de vista. La iluminación con leds presenta indudables ventajas: fiabilidad, mayor eficiencia energética, mayor resistencia a las vibraciones, mejor visión ante diversas circunstancias de iluminación, menor disipación de energía, menor riesgo para el medio ambiente, capacidad para operar de forma intermitente de modo continuo, respuesta rápida, etc. Asimismo, con leds se pueden producir luces de diferentes colores con un rendimiento luminoso elevado, a diferencia de muchas de las lámparas utilizadas hasta ahora, que tienen filtros para lograr un efecto similar (lo que supone una reducción de su eficiencia energética). Cabe destacar también que diversas pruebas realizadas por importantes empresas y organismos han concluido que el ahorro energético varía entre el 70 y el 80% respecto a la iluminación tradicional que se utiliza hasta ahora. Todo ello pone de manifiesto las numerosas ventajas que los leds ofrecen en relación al alumbrado público. Los leds son uno de los desarrollos más recientes y pueden considerarse como un intento muy bien fundamentado para sustituir los focos o bombillas actuales (lámparas incandescentes) por dispositivos mucho más ventajosos. En la actualidad se dispone de tecnología que consume el 92% menos que las lámparas incandescentes de uso doméstico común y el 30% menos que la mayoría de las lámparas fluorescentes; además, estos leds pueden durar hasta 20 años y suponer el 200% menos de costes totales de propiedad si se comparan con las lámparas o tubos fluorescentes convencionales. Estas características convierten a los leds de luz blanca en una alternativa muy prometedora para la iluminación. pág. 42 1.3.- BALASTROS Los balastros son dispositivos electrónicos reguladores de corriente que controlan los parámetros que hacen posible la operación correcta de una lámpara fluorescente. BALASTRO ELECTROMAGNÉTICO El balasto electromagnético fue el primer tipo de inductancia que se utilizó en las lámparas fluorescentes. Consta de un transformador de corriente o reactancia inductiva, compuesto por un enrollado único de alambre de cobre. Los balastos de este tipo constan de las siguientes partes: Núcleo. Parte fundamental del balasto. Lo compone un conjunto de chapas metálicas que forman el cuerpo o parte principal del transformador, donde va colocado el enrollado de alambre de cobre. Carcasa. Envoltura metálica protectora del balasto. Del enrollado de los balastos magnéticos comunes salen dos o tres cables (en dependencia de la potencia de la lámpara), que se conectan al circuito externo, mientras que de los balastos electrónicos salen cuatro. Sellador. Es un compuesto de poliéster que se deposita entre la carcasa y el núcleo del balasto. Su función es actuar como aislante entre el enrollado, las chapas metálicas del núcleo y la carcasa. Capacitor o filtro. Se utiliza para mejorar el factor de potencia de la lámpara, facilitando que pueda funcionar más eficientemente. Fig. 1.45 Balastros BALASTRO ELECTRONICO CFL. Las lámparas CFL son de encendido rápido, por tanto no requieren cebador (encendedor, starter) para encender el filamento, sino que emplean un balasto electrónico en miniatura, encerrado en la base que separa la rosca del tubo de la lámpara. Ese balasto 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 El balasto 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. pág. 43 1.4 LUMINARIAS. Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexión de la red eléctrica a las lámparas. Como esto no basta para que cumplan eficientemente su función, es necesario que cumplan una serie de características ópticas, mecánicas y eléctricas entre otras. Una primera manera de clasificar las luminarias es según el porcentaje del flujo luminoso emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la lámpara. Es decir, dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo. 1.4.1.- LUMINARIAS DIRECTAS. Las luminarias Directas, son luminarias que emiten del 90 al 100% del flujo luminoso hacia el plano de trabajo. Las luminarias directas se utilizan para producir la máxima iluminación eficaz en las áreas de trabajo. Fig. 1.46 Luminaria directa 1.4.2.- LUMINARIAS SEMI – DIRECTAS. Se da el nombre de luminarias Semi – Directas, a las luminarias que emiten del 60% al 90% del flujo luminoso hacia el plano de trabajo, por lo que la fracción de iluminación eficaz que recibe dicho plano de trabajo es la emitida directamente por este tipo de luminarias. La fracción de luz dirigida hacia el techo por este tipo de luminarias hace que las zonas de techo que rodea a estas luminarias resulten más brillantes que el resto del techo, propiciando una disminución de los valores en la relación entre valores de iluminancia en el techo. Fig. 1.47 Luminaria semi-directa pág. 44 1.4.3.- LUMINARIAS GENERAL DIFUSA. Las luminarias general difusa, emiten una importante fracción de flujo luminoso en el plano horizontal que pasa por las lámparas de estas luminarias, como sucede con las luminarias de globo envolvente que distribuyen la luz de un modo uniforme en todas las direcciones del espacio. En las luminarias difusas, para proteger a las lámparas, se utilizan cierres de vidrio, plásticos o de rejillas. Fig. 1.48 Luminaria difusa 1.4.4.- LUMINARIAS DIRECTAS – INDIRECTAS. En este tipo de luminarias, el 40 a 60% de la luz se dirige hacia el plano de trabajo por lo que la mayor parte del flujo luminoso utilizado en la iluminación procede de las luminarias. También estas luminarias emiten hacia el techo y paredes una fracción importante (del orden del 40 al 60%) del flujo luminoso producido. Fig. 1.49 Luminaria directa-indirecta pág. 45 1.4.5.- LUMINARIAS SEMI – INDIRECTAS. Son luminarias que proyectan del 60 al 90% del flujo luminoso hacia el techo, por encima del plano horizontal que pasa por las lámparas de las luminarias. El resto de la fracción de flujo luminoso emitido, se distribuye hacia el plano de trabajo. La iluminación producida por este tipo de luminarias, tiene las ventajas de la iluminación indirecta y mejora su eficacia. Las luminarias Semi – Indirectas se utilizan, a veces, para mejorar la relación de brillo entre techo y luminaria, cuando el alumbrado tiene un alto nivel luminoso. Para difundir la luz, con las luminarias Semi – Indirectas, se utiliza vidrio o plástico de densidad inferior al plástico empleado en la construcción de las luminarias Indirectas. Fig. 1.50 Luminaria semi-indirecta 1.4.6.- LUMINARIAS INDIRECTAS. Son las luminarias que dirigen por encima del plano horizontal que pasa por las lámparas, del 90 al 100% del flujo luminoso hacia el techo. Cuando se ilumina con este tipo de luminarias, toda la luz efectiva que incide en el plano de trabajo es la reflejada hacia abajo por el techo y en menor proporción por las paredes. Utilizando este tipo de luminarias, el techo se convierte en una fuente de luz que emite flujo luminoso de un modo muy difuso. Fig. 1.51 Luminaria indirecta pág. 46 A continuación se presentan algunos luminarios que maneja la empresa Saber Lite. Luminario tipo Canal para colgar o adosar de 1x28W/25W de 0.10 x 1.20 m. de longitud, fabricado en lámina de acero cal. 24, Equipado con Sistema Saberlite compuesto de 1 Tubo de vidrio de 1100 mm con reflector de aleación aluminio plata, balastro electrónico de AFP encendido rápido programado de voltaje universal, para operar 1 lámpara de 28W/25W T-5. Incluye 1 lámpara fluorescentes de 28W/25W T-5 Otras configuraciones: 1 x 14W/13W de 0.60 m. de longitud 1 x 35W/32W de 1.50 m. de longitud Fig. 1.52 Luminario tipo canal Luminario tipo Tira Continua para colgar de 2x28 W/25W para formar tiras continuas pre-alambrado de 0.10 x 2.44 m. De longitud, fabricado en lámina de acero cal. 24, Equipado con Sistema SaberLite compuesto de 2 Tubos de vidrio de 1100 mm con reflector de aleación aluminio plata , balastro electrónico de AFP encendido rápido programado de voltaje universal, para operar 2 lámparas de 28/25W T-5. Incluye 2 lámparas fluorescentes de 28W/25W T-5 y Arnés Eléctrico de conexión automática y Tensores de Sujeción. Otras configuraciones: 1 x 28W/25W 1.20 m. de longitud 2 x 54W/49W 2.44 m de longitud Fig. 1.53 Luminario tipo tira continua pág. 47 Luminario tipo High Bay para colgar en Alto Montaje de 4 x28W/25W T5 de 0,45 x1.20 m. De longitud, fabricado en lámina de acero cal. 24, Equipado con Sistema SaberLite compuesto de 4 Tubos de vidrio de 1100 mm con reflector de aleación aluminio plata , balastro electrónico de AFP encendido rápido programado de voltaje universal, para operar 4 lámparas de 28W/25W T-5. Incluye 4 lámparas fluorescentes de 28W/25W T-5 y Tensores de Sujeción. Otras configuraciones: 3 x 28/25W 3 x 49/54W 4 x 49/54W Fig. 1.54 Luminario tipo high bay para colgar en alto montaje Luminario tipo High Bay sellado a prueba de Polvo y Vapor, para colgar de 4x28W/25W T5 de 0.47 x1.30 m. de longitud, fabricado en plástico PVC y Policarbonato, equipado con Sistema SaberLite compuesto de 4 Tubos de vidrio de 1100 mm con reflector de aleación aluminio plata, balastro electrónico de AFP encendido rápido programado de voltaje universal, para operar 4 lámparas de 28W/25W T-5 Incluye 4 lámparas fluorescentes de 28W/25W T-5 y Tensores de Sujeción. Otras configuraciones: 3 x 28/25W 3 x 49/54W 4 x 49/54W Fig. 1.55 Luminario tipo high bay sellado a prueba de vapor y polvo para colgar pág. 48 Luminario tipo empotrar o sobreponer 0.60 x 1.22 m. Con louver parabólico o acrílico 100%, cuerpo fabricado en lámina de acero cal. 24, Equipado con SaberLite compuesto de 2 Tubos de vidrio de 1100 mm con reflector de aleación aluminio plata , balastro electrónico de AFP encendido rápido programado de voltaje universal para operar 2 lámparas T-5 de 28 watts., Incluye 2 lámparas fluorescentes de 28W T-5. Otras configuraciones: 1 x 28W/25W de 0.30 x 1.20 m. 2 x 28W/25W de 0.30 x 1.20 m. 2 x 14W/13W de 0.60 x 0.60 m. 3 x 14W/13W de 0.60 x 0.60 m Fig. 1.56 Luminario tipo empotrar o sobreponer Luminario Alas de Gaviota tipo empotrar de 0.60 x 1.22 m., cuerpo fabricado en lámina de acero cal. 24, Equipado con SaberLite compuesto de 2 Tubos de vidrio de 1100 mm con reflector de aleación aluminio plata, balastro electrónico de AFP encendido rápido programado de voltaje universal para operar 2 lámparas T-5 de 28W/25W, Incluye 2 lámparas fluorescentes de 28W/25W T-5. Otras configuraciones: 1 x 28W/25W de 0.30 x 1.20 m. 2 x 14W/13W de 0.60 x 0.60 m. 1 x 28W/25W de 0.60 x 1.20 m. Fig. 1.57 Luminario tipo alas de gaviota para empotrar pág. 49 Luminario con Acrílico Envolvente tipo sobreponer 0.30 x 1.22 m. con acrílico 100%, cuerpo fabricado en lámina de acero cal. 24, equipado con Sistema SaberLite compuesto de 2 Tubos de vidrio de 1100 mm con reflector de aleación aluminio plata , balastro electrónico de AFP encendido rápido programado de voltaje universal para operar 2 lámparas T-5 de 28W/25W T5. Incluye 2 lámparas fluorescentes de 28W/25W T-5. Otras configuraciones: 1 x 28W/25W de 0.30 x 1.20 m. 2 x 28W/25W de 0.30 x 1.20 m. 2 x 14W/13W de 0.60 x 0.60 m. Fig. 1.58 Luminario con acrílico envolvente para sobreponer Luminario con Malla Protectora de Alambre de acero tipo sobreponer, de 0.30 x 1.22 m., cuerpo fabricado en lámina de acero cal. 24, equipado con Sistema SaberLite compuesto de 2 Tubos de vidrio de 1100 mm con reflector de aleación aluminio plata , balastro electrónico de AFP encendido rápido programado de voltaje universal para operar 2 lámparas T-5 de 28W/25W. Incluye 2 lámparas fluorescentes de 28W/25W T-5. Otras configuraciones: 1 x 28W/25W de 0.30 x 1.20 m. 2 x 28W/25W de 0.30 x 1.20 m. 2 x 14W/13W de 0.60 x 0.60 m. Fig.1.59 Luminario de sobreponer con malla protectora pág. 50 Sistema SaberLite suelto, compuesto de 1 o más tubos de vidrio con reflector de aleación aluminio plata, balastro electrónico de AFP encendido rápido programado de voltaje universal, incluye lámpara(s) y juego de bases en las siguientes configuraciones: 2 x 35W T5, de 1.50 m. de longitud por tubo 1 x 35W T5, de 1.50 m. de longitud 2 x 25W T5, de 1.20 m. de longitud por tubo 1 x 25W T5, de 1.20 m. de longitud 2 x 13/14W T5, de 0.60 m. de longitud por tubo 1 x 13/14W T5, de 0.60 m. de longitud 3 x 13/14W T5, de 0.60 m de longitud por tubo 1 x 49/54T5, de 1.20 m de longitud 2 x 49/54W T5, de 1.20 m. de longitud por tubo 4 x 49/54W T5, de 1.20 m. de longitud por tubo 6 x 49/54W T5, de 1.20 m. de longitud por tubo Fig.1.60 Saberlite suelto pág. 51 1.5 SOFTWARE UTILIZADO PARA LA REALIZACIÓN DE PROYECTOS EN ILUMINACIÓN. Hoy existen muchos programas que nos facilitan enormemente la tarea de diseñar sistemas de iluminación tanto para interiores como exteriores. Vamos a hacer una breve reseña de los principales exponentes gratuitos que existen y pronto un artículo más extenso para cada uno. Fig.1.61 Software SIMCLI Para facilitar el desempeño profesional de un diseñador de iluminación existen herramientas de cómputo (software) que permiten abordar en detalle todos los elementos que implican un sistema total de alumbrado, a fin de conocer el comportamiento del mismo antes de instalar los equipos para reducir costos y evitar problemas posteriores, entre otros aspectos. Generalmente este tipo de software es extranjero, de manera que en algunos casos significa un problema poder aprovecharlo al máximo, no sólo por el idioma en que está diseñado, sino porque su precio es elevado, su uso está restringido a ciertas marcas comerciales y porque no contempla las normas mexicanas al respecto. Es por ello que un equipo de estudiantes y maestros del Instituto Tecnológico de Puebla desarrollaron en 2004 el proyecto Simulador de Sistemas de Iluminación. Módulo: cantidad y calidad de luz en interiores (SIMCLI), programa en español que ofrece herramientas básicas y convenientes a los diseñadores de iluminación de nuestro país. El proyecto SIMCLI, ganó en 2006 el primer lugar, a nivel licenciatura, en los XXIII Certámenes Nacionales de Tesis (Uso Eficiente de la Energía Eléctrica), concurso al convocan y evalúan cada dos años la Comisión Federal de Electricidad, el Fideicomiso para el Ahorro de Energía y del Instituto de Investigaciones Eléctricas. Fig. 1.62. Curvas de luminaria típica en SIMCLI pág. 52 El ingeniero Humberto García Flores es el responsable técnico del desarrollo SIMCLI y señala en entrevista a Iluminet que el software permite el diseño, simulación y evaluación de sistemas de iluminación en interiores. Asimismo, enfatiza que fue desarrollado de acuerdo a los métodos de cálculo de la IESNA (Illuminating Engineering Society of North America) y bajo las disposiciones de las Normas Oficiales Mexicanas NOM025-STPS-1999 “Condiciones de iluminación en centros de trabajo” y NOM-007-ENER-1995 “Eficiencia energética para sistemas de alumbrado en edificios no residenciales”. SIMCLI, que fue desarrollado en el Laboratorio de Iluminación y Fotometría del Instituto Tecnológico de Puebla, requiere de los conocimientos mínimos de iluminación para su operación, de manera que proporcionándole la información oportuna (tipo de fuente de luz artificial, ubicación de luminarias, tarea visual, entre otros) pueden obtenerse diferentes resultados, como fotometrías, coeficiente de utilización, factor de depreciación de la luz por polvo en luminarias, número de luminarias requeridas en un espacio, iluminancia al plano de trabajo punto por punto, componente interreflejada media, indicadores de cantidad y calidad de luz. El software SIMCLI cuenta además con útiles herramientas para el diseñador de iluminación, como bases de datos de factores de reflexión de la luz en superficies típicas, de luminarias varias y de niveles de iluminación en espacios interiores prototipo. Asimismo, permite la determinación del nivel de iluminación, por el método de la Categoría de IESNA, además de la consideración de los factores de depreciación de la luz para el cálculo de número de luminarias por el método de cavidades zonales. Fig. 1.63 Coeficiente de utilización en SIMCLI García Flores añade que “no hemos intentado comercializar SIMCLI, ni hemos tenido contacto con ninguna firma, ya que el enfoque de distribución del simulador es libre dado su origen académico; sin embargo, no descartamos mejorar la versión para elaborar el modelo de negocio que resulte más conveniente para el mercado mexicano y latinoamericano”. Actualmente el software SIMCLI es usado por estudiantes, diseñadores de iluminación y académicos mexicanos y extranjeros. pág. 53 AGI32 es, ante todo, una herramienta de cálculo de las predicciones precisas fotométricas: una herramienta técnica que se puede calcular la iluminancia en cualquier situación, ayudar en la colocación de luminarias y con el objetivo, y validar el cumplimiento de cualquier número de la iluminación de criterio. Fig. 1.64 Proyectos en AGI32 Sin embargo, hay mucho más que se puede hacer para aumentar la comprensión de los resultados fotométricos. La visualización es muy importante para comprender los cambios de luminancia para diferentes materiales y propiedades de superficie y predecir el efecto de diferentes diseños de luminarias en el mundo real, la luz y la interacción de la superficie. Con la capacidad de ver con claridad los resultados de un proyecto completo, AGI32 se convierte en un simulacro de- hasta sustituto que puede ahorrar tiempo y dinero mediante la creación de un modelo virtual de una propuesta de diseño. Puede revelar las características y los efectos que serían difíciles de detectar en algo menos que la instalación se ha completado. En la práctica del diseño de iluminación profesional y el análisis, AGI32 pueden ser indispensables en su arsenal de herramientas de diseño. Y ahora, con nuestro nuevo multi-procesador motor de cálculo capaz, su trabajo se completa en sólo una fracción del tiempo. El DIALux, es el programa es del Instituto Alemán de Luminotecnia Aplicada (Deutsches Institut für angewandte Lichttechnik) DIAL y es Osram la empresa que más impulso le está dando. El software DIALux permite el análisis cuantitativo rápido y sin problemas de un proyecto, y cuenta con una funcionalidad sencilla de renderización 3D. El formato de datos ULD para luminarias comprende la geometría 3D de la luminaria, la distribución de intensidad luminosa y la descripción del artículo. Los paquetes PlugIn de los fabricantes de luminarias comprenden datos de planificación adicionales, como el factor de mantenimiento o los valores UGR. Es útil para cálculos de iluminación interior, exterior y vial, trabaja con catálogos reales de fábricas europeas. Además permite hacer render raytrace y te calcula todas las variables lumínicas. Fig. 1.65 Software dialux pág. 54 Otro muy bueno es Lumenlux de la empresa Lumenac que tiene la capacidad de realizar proyectos en exterior e interior. Los proyectos se realizan mediante un práctico esquema de pantallas sucesivas. Incluye información de productos a modo de catálogo electrónico con posibilidad de impresión de la ficha técnica del mismo (foto, curva fotométrica, modelos, dimensiones, etc.). Permite la impresión de informes detallados con amplia variedad de gráficos y estimar cantidad de luminarias y niveles medios. Fig. 1.66 Software lumenlux Philips también tiene su producto llamado CALCULUX, que permite calcular luminarias. Saca las curvas de temperatura de los locales según el tipo e intensidad de luminaria, y vuelca los resultados en planillas y gráficos. Como plataforma operativa usa MS Word, si no tienen este programa no lo pueden instalar. Incluye el catálogo de la línea Philips en pdf con sus respectivas características. Fig. 1.67 Software calculux Por último vamos a nombrar a Relux Professional, que cuenta con los datos de luminarias de 51 fabricantes internacionales y está disponible en una nueva versión que sigue siendo gratuito. Incluye Texturas, Representación-3D del espacio con OpenGL, movimiento en el espacio en tiempo real, proyecciones horizontales poligonales y amplia biblioteca-3D de muebles. Realiza el cálculo y ubicación automáticos de las luminarias de emergencia para una vía de evacuación. Permite la Importación/Exportación dxf, Importación/Exportación 3D. Se me había pasado el software, quicklux de le empresa Facalux, es un programa más sencillo de usar y también con menos prestaciones. Para un cálculo rápido. pág. 55 CAPITULO II 2.1 HACERCA DE SABERLITE ¿Qué es el SaberLite? El SaberLite es un sistema integral de iluminación Súper Ahorrador de Energía Eléctrica, que trabaja con lámparas fluorescentes rectas. Reduce el consumo de energía hasta en 80%. Mayor vida útil en lámparas y balastros. Reduce la contaminación y los desechos tóxicos. Mínima emisión de calor. Luz pura libre de radiación UV. Ideal para Edificios Verdes. Mayor Vida del equipo: Más de 36 000 horas en la lámpara, más de 60,000 horas en el balastro y vida ilimitada en el porta tuvo SaberLite. Cambie cada 10 años el tubo fluorescente y cada 20 años el balastro*, el porta tubo SaberLite no necesita reemplazarse. Fig. 2.0 PTF Saberlite Más luz útil. Gracias a su increíble eficiencia de casi 100% en combinación con una lámpara T5 que solo pierde el 4% de luz a lo largo del tiempo. La Tecnología más avanzada su alcance. El gran ahorro de energía en combinación con la larga vida del sistema SaberLite se traducen en increíbles beneficios económicos para usted, al tiempo que mejora radicalmente el entorno luminoso de su empresa o institución. La inversión en el sistema SaberLite se recupera en un periodo de 6 a 36 meses, dependiendo de las horas de uso del sistema de iluminación y tiene una vida hasta 3 veces mayor que un equipo convencional. La mejor opción para cuidar el medio ambiente. Porque la generación de energía eléctrica es un proceso altamente contaminante, ahorrar energía reduce la polución y el calentamiento del planeta, y porque los tubos fluorescentes fundidos son desechos tóxicos, al aumentar su vida casi 4 veces, se reducen casi en 75% estos contaminantes. Fácil colocación y compatible con todo tipo de luminario fluorescente, la mejor opción para sustituir luminarios de vapor de mercurio o aditivos metálicos, el SaberLite es un accesorio que convierte a cualquier luminario, sin importar su estado de conservación, en un sistema de iluminación de súper alta eficiencia. pág. 56 El desempeño del SaberLite está certificado por diversas entidades nacionales y extranjeras, estas son algunas de las más destacadas. ● Sello FIDE de México. ● Reporte Fotométrico Oficial con Eficiencia del 98.1% emitido por el Laboratorio de Alumbrado del Gobierno de la Ciudad de México, avalado por la Entidad Mexicana de Acreditación. ● Certificado de la Unión Europea. ● Certificado de AREAL Agencia Regional de Ahorro de Energía de Portugal. ● Premio Nacional de Ahorro de Energía por el Proyecto UMF 15 del Instituto Mexicano del Seguro Social. ● Desarrollo Tecnológico Avalado por el Instituto Politécnico Nacional IPN. ● Sello UL de Estados Unidos. ● Sello CE de la Unión Europea. ● Sello Energy Star de Estados Unidos en Trámite. ● Laboratorio del Sistema de Transporte Colectivo metro de la ciudad de México. Fig. 2.1 Premio nacional de ahorro de energia otorgado por la conae y la secretaria de energia pág. 57 Fig. 2.2 Certificado del coeficiente de utilizacion de saberlite pág. 58 2.2: LA TECNOLOGIA SABERLITE ¿Cómo funciona el SaberLite? Una lámpara fluorescente es un dispositivo que transforma la energía eléctrica que consume en luz. Esto ocurre en dos etapas. Primero, en el interior del tubo fluorescente la energía eléctrica es convertida en radiaciones ultra violeta (UV), invisibles para el ojo humano. Después, esta radiación se impacta contra la pared interna del tubo fluorescente, que está cubierta con una capa de polvo blanco llamada fósforo. Durante el impacto, la radiación UV pierde energía, se alarga su longitud de onda y se convierte en luz. Desafortunadamente no toda la radiación UV generada en el interior del tubo fluorescente se transforma en luz, por lo que una pequeña parte es emitida al medio ambiente. El principio de operación del SaberLite consiste en atrapar esa radiación desperdiciada para reutilizarla. De esto se encarga el reflector que rodea a la lámpara, como se muestra en la Fig. Fig. 2.3 Disposición del reflector uv sobre la lámpara en el Saberlite La función del reflector es captar y reflejar de regreso a la capa de fósforo, la mayor parte de esta radiación UV desaprovechada. El resultado es un importante aumento en la emisión luminosa de la lámpara fluorescente convencional lo que permite alcanzar ahorros de energía de entre 40% y 80% Fig. 2.4 Conjunto lámpara-reflector protegidos por el tubo de vidrio con filtro uv integrado pág. 59 Para impedir que el polvo o suciedad se acumulen en el reflector o en la lámpara, y para impedir la emisión de radiación UV hacia el exterior, el conjunto lámpara-reflector está alojado dentro de un tubo de vidrio con filtro UV integrado, el cual además está sellado en sus extremos por dos tapas soporte de silicón, como se muestra en la Fig. Este conjunto denominado Porta Tubo Fluorescente PTF (de ahí que a esta tecnología también se le conoce como Sistema PTF) constituye al mismo tiempo el sistema de control óptico del SaberLite, pues también se encarga de controlar la dirección y el ángulo de emisión de la luz. Este es el sencillo, pero sorprendente principio de operación del SaberLite, el cual está protegido por las patentes WO2207/14255 A1 y Pa/a/2006/006505 en México y en todo el mundo. pág. 60 2.3: LOS COMPONENTES DEL SABERLITE. 1.-Porta Lámpara. El porta tubo fluorescente PTF está formado por un tubo de vidrio con filtro U.V integrado y tratado químicamente para que mantenga su transparencia a lo largo del tiempo. Dentro de éste se encuentra un reflector metálico de aleación aluminio plata, del más alto grado de pureza. El reflector cubre 180° de los 360° interiores del tubo de vidrio, el reflector se encarga de captar y descargar sobre la lámpara nuevamente la radiación que ésta no convirtió en luz durante su operación normal, así se obtiene el flujo luminoso adicional que le da su alta eficiencia lumínica. Todo el conjunto está sellado en cada extremo por una tapa de Silicón cuya función es aislar herméticamente del medio ambiente tanto a la lámpara como al reflector, de tal forma que se mantengan siempre limpios y en perfecto estado de conservación. Fig. 2.5 Partes del Saberlite 2.- Lámpara(s). Son del tipo trifósforo T-5 cuya composición de gases especiales constituyen la nueva generación de lámparas fluorescentes ahorradoras de energía, su vida supera las 36,000 horas. 3.- Balastro Electrónico. Proporciona a la lámpara los parámetros adecuados de voltaje, corriente, y frecuencia necesarios para lograr el efecto SaberLite. Esta construido con la tecnología más avanzada, lo que le permite operar con cualquier voltaje de operación; desde 100 hasta 300 Volts y el mismo balastro opera las cuatro potencias de lámparas T5 de alta eficiencia disponible, Es de Arranque Programado, su porcentaje de armónicos es menor al 10% y su factor de potencia es mayor a 99%. pág. 61 CAPITULO III 3.1 COMPARATIVO DE SABERLITE CON OTRAS TECNOLOGÍAS DE ILUMINACIÓN EN AHORRO DE ENERGÍA. El Sistema SaberLite aprovecha la radiación ultravioleta desperdiciada por las lámparas fluorescentes y la convierte en un flujo adicional de luz, alcanzando el máximo aprovechamiento de la energía consumida. Características de funcionamiento: Una lámpara fluorescente emite luz cuando la radiación UV generada en su interior se impacta contra la capa de fósforo que cubre su pared interna. Como consecuencia de la descarga de radiación UV sobre las superficies del luminario, esta se convierte en un imán de polvo y partículas. Las lámparas T5 alcanzan su máxima emisión cuando la temperatura del aire que la rodea es de 35ºC, la emisión disminuye si esta temperatura disminuye. Lámparas fluorescentes emiten luz en todas direcciones. Sistemas tradicionales: Solo una parte de la radiación UV generada se convierte en luz, el resto se fuga de la lámpara dañando irreversiblemente las superficies reflectoras y difusoras. Necesitan ser limpiadas periódicamente para conservar los niveles iniciales de iluminación, generalmente sin lograrlo. Lograr esta temperatura en un luminario convencional es casi imposible, esto se refleja en una bajo aprovechamiento de la energía. Para redirigir la luz se usan gabinetes cuya superficie sirve como reflector esto sacrifica parte de la luz emitida por lo que se obtiene un beneficio parcial en el plano de trabajo. Sistema Saberlite: El reflector SaberLite re direcciona la energía UV que escapa de la lámpara hacia la capa de fosforo de la lámpara donde se convierte en luz adicional. El Porta Tubo que contiene la lámpara y el reflector está cerrado herméticamente por lo que estos no pueden ensuciarse. Las lámparas se mantienen a la temperatura ideal dentro de la manga SaberLite, con lo que se obtiene su máxima emisión luminosa. La emisión de luz es autónoma y toda la luz generada alcanza el plano de trabajo, con lo que se consigue un beneficio total por Watt consumido. Tecnología LED (Diodos Emisores de Luz): El Led (Diodos emisores de luz) es otro tipo de tecnología que se ha desarrollado recientemente y se dice que ofrece una vida útil más larga que la mayoría de los productos. A la cantidad de luz que emite una lámpara por watt consumido se le conoce como eficacia. La gran mayoría de lámparas LED disponibles comercialmente tienen una eficacia menor que una lámpara fluorescentes T8 o T5 de alta eficiencia. La pérdida de luz a lo largo de su vida útil es de más del 30%, lo que reduce aún más su eficacia. Adicionalmente un leve incremento en la temperatura de operación reduce significativamente su vida útil y la emisión de luz. Aparentemente esta tecnología no contamina, sin embargo queda claro que al ser menor su eficacia se requiere más energía para lograr el mismo nivel de iluminación lo que resulta en mayor contaminación ambiental, adicionalmente el sistema LED son varios diodos montados en una tableta impresa, por lo que al final de su vida se convierten en basura electrónica altamente contaminante. Su precio es el más alto del mercado y no es posible la reposición de componentes, se debe reemplazar todo el conjunto completo. Comparación con el sistema Saberlite: El Sistema Saber Lite utiliza sólo lámparas fluorescentes de alta eficiencia, cuando se combina su uso con el Sistema Saber Lite se produce un flujo adicional de luz que hace que la eficacia del todo el conjunto sea la mayor en el mercado. pág. 62 La pérdida de luz de las lámparas T5 convencionales es menor al 5% y su vida alcanza hasta 75,000 horas. Las lámparas y el Porta Tubo del Sistema Saber Lite son 100% reciclables y cumplen con las normas EPA TCLP y RoHS por lo que su poder contaminante es mínimo. El precio del Sistema Saber Lite es suficientemente bajo para permitir tiempos de recuperación de la inversión de 3 a 24 meses. Permite la reposición separada de los diferentes componentes Fig.3.0 Tabla comparativa pág. 63 Fig.3.1 Caracteristicas principales de los luminarios pág. 64 3.2 MERCADO EL mercado de este tipo de industria empieza a tener un gran desarrollo, debido a que es aplicable en todo lugar, es decir desde casa habitación, hasta nivel industrial, saberlite tiene ya en su cartera de clientes a grupo Wal-Mart, Soriana de México por ejemplo: Oficinas: es el producto ideal para edificios verdes debido a que contienen menos mercurio contiene productos reciclables, las lámparas tienen mayor vida útil, elimina el reflejo en las pantallas de computadora sin iluminar uniformemente toda el área de trabajo, crea ambientes de trabajo más agradables y frescos por su mínima emisión de calor y compatible con cualquier sistema de control de encendido como sensores de presencia o fotoceldas gracias a su balastro de encendido programado. Fig.3.2 Uso en oficinas Tiendas de auto servicio: prolonga la vida de los productos exhibidos especialmente los precederos por la ausencia de radiación uv reduce costos en aire acondicionado, gracias a que el control de luz está a cargo del porta tubo SaberLite ahora es posible construir luminarios más sencillos y ligeros, tanto individuales como en tira continua. Fig.3.3 Uso en supermercados pág. 65 Industria ( farmacéutica, alimentaria, automotriz, industrial, pinturas y manufactura ): es la opción con alta definición de color, alturas de montaje de hasta 25 m, sustituye las lámparas de vapor de mercurio, sodio y aditivos metálicos con ahorros de hasta 65%, posibilita la instalación de paneles solares y otras energías renovables pues reduce el monto de instalación de estas tecnologías en la misma proporción que reduce el consumo de energía, reduce el costo de refacciones y mantenimiento gracias a su larga vida de los componentes. Fig. 3.4 Uso industrial Hospitales: en instalaciones con uso de 24 horas la inversión se recupera en menos de 6 meses, luminarios más limpios crean ambientes más limpios, niveles de iluminación que facilitan las actividades de médicos y enfermeras, evita la acumulación de hongos y bacterias. Fig. 3.5 Uso en hospitales Escuelas: protege la vista de alumnos y maestros, luminarios más sencillos y económicos, evita el reflejo directo en cuadernos y pizarrones, aumenta el rendimiento visual, la máxima reproducción de color facilita las actividades docentes, sobre todo en preescolar y primaria. Fig. 3.6 Uso en escuelas pág. 66 Gasolineras: sustituye las lámparas de aditivos metálicos en las islas con ahorro de hasta el 65%, faldones más brillantes y llamativos con ahorros de energía de hasta el 70%, no importa el estado de conservación del faldón el Saberlite siempre emitirá la misma cantidad de luz. Fig. 3.7 Uso en gasolineras Museos y salas de exhibición: realza el color y la textura de los objetos, protege los objetos de los dañinos efectos de la exposición prolongada a los rayos uv pág. 67 3.3 IMPACTO AL MEDIO AMBIENTE Al generar energía eléctrica se producen gases contaminantes y precursores del efecto invernadero, la cantidad de gases emitidos depende de muchos factores como son la tecnología con que se produce la energía, el tipo de combustible utilizado, la eficiencia al quemar el combustible, etc. De acuerdo a datos publicados por la Agencia Internacional de Energía (International Energy Agency IEA) para el caso específico de México estos valores son: Dióxido de Carbono = 439.96 gramos por KW-H Óxido de Nitrógeno = 2.5 gramos por KW-H Dióxido de Sulfuro = 5.8 gramos por KW-H Porque la generación de energía eléctrica es un proceso altamente contaminante, ahorrar energía reduce la polución y el calentamiento del planeta, y porque los tubos fluorescentes fundidos son desechos tóxicos, al aumentar su vida casi 4 veces, se reducen casi en 75% estos contaminantes. Este es un ejemplo real, del impacto que tiene el ahorro de energía en el medio ambiente, sin considerar el ahorro en aire acondicionado. Fig. 3.8 Tabla de impacto al medio ambiente pág. 68 CAPITULO VI PROYECTO WALMART DE MEXICO 4.1.- OBJETIVO DE LA PRUEBA Establecer las diferencias de emisión luminosa y consumo de energía entre el sistema de iluminación actualmente instalado en las tiendas Wal-Mart Superama y el sistema de Iluminación Saber Lite, para establecer de manera clara y objetiva, los beneficios que éste aporta tanto en cantidad y calidad de luz, como en consumo de energía. 4.2.- ANTECEDENTES A principios de este año presentamos a Wal-Mart México la versión más reciente de Nuestro Sistema de Iluminación Saber Lite, el cual alcanza una eficiencia lumínica certificada superior al 98%. Antes de iniciar cualquier prueba de campo el personal de Wal-Mart envió nuestros equipos al Laboratorio de Iluminación de Acuite Brands Lighting México para realizarles pruebas de temperatura y eficiencia lumínica. Gracias a que los resultados obtenidos fueron consistentes con lo esperado, hicimos la primer prueba de campo en una sección de la tienda Wal-Mart Suburbia Satélite, donde se alcanzó un incremento del nivel de iluminación de 32% y un ahorro de energía de 46.4%. Fue así como Superama decidió realizar una prueba en una tienda completa y cuyos resultados se presentan en este reporte. 4.3.- PROTOCOLO DE PRUEBAS Con la finalidad de que los resultados de esta prueba tuvieran el más alto grado de certeza se decidió realizar la prueba de la siguiente manera: 4.3.1.- Se seleccionó la tienda de Vista Hermosa por ser esta, una tienda recién remodelada totalmente y que cuenta con luminarios nuevos equipados con reflectores ópticos del tipo especular de alta eficiencia y lámparas de 54W T5. 4.3.2.- Se midieron los niveles de iluminación en 30 puntos representativos del piso de ventas sin contribución de luz natural para determinar el nivel de iluminación promedio existente. 4.3.3.- Se instaló un analizador de redes en el tablero de alumbrado que controla exclusivamente los luminarios del piso de ventas afectados en esta prueba, para medir todas las variables eléctricas durante 24 horas de un día típico de trabajo, empezando el registro el jueves 30 de septiembre a las 20:55:25 horas y concluyendo el viernes 1 de Octubre a la misma hora. 4.3.4.- Del lunes 4 al jueves 7 se reemplazaron los balastros y lámparas de 54W T5, por balastros y lámparas de 25W T5 a las que se les agregó el Porta tubo Saber Lite. 4.3.5.- El jueves 14 se realizaron nuevamente mediciones de los niveles de iluminación en los mismos 30 puntos registrados con el sistema de iluminación anterior, también sin contribución de luz natural. De acuerdo con las recomendaciones IES (Illuminating Engineering Society of North América) por tratarse de lámparas nuevas, estas mediciones se realizaron al menos 100 horas después que se instalaron las últimas lámparas de 25W T5, y así permitir que su flujo luminoso se estabilizara. 4.3.6.- El mismo jueves 14 se instaló una vez más el analizador de redes en el tablero de alumbrado que controla exclusivamente los mismos luminarios del piso de ventas afectados en esta prueba, para medir todas las variables eléctricas del nuevo sistema de iluminación, de la misma forma en que se hizo con el sistema original, durante 24 horas, el mismo día de la semana, empezando el registro el jueves 14 de Octubre a las 20:54:00 horas y concluyendo el viernes 15 de Octubre a la misma hora. pág. 69 4.4.- RESULTADOS 4.4.1 DIFERENCIAS CUANTITATIVAS.- De acuerdo con los Anexos Técnicos 1,2 y 3, en la siguiente tabla se muestra el resumen de los niveles de iluminación y consumo de energía: TABLA 1 RESULTADOS DE LAS MEDICIONES PARAMETRO MEDIDO SISTEMA CONVENCIONAL 2X54W T5 SISTEMA SABER LITE 2x25W T5 NÚMERO DE LUMINARIOS 166 166 NIVEL DE ILUMINACIÓN PROMEDIO [LUX] 584 555 DEMANDA ELECTRICA [KW] 17.13 8.19 CONSUMO DE ENERGÍA EN 24 HORAS [KW-H] 306 110.8 Fig. 4.0 Resultado de mediciones Como se puede observar en la tabla 1, el Sistema Saber Lite emite un nivel de iluminación 4.96% menor que el equipo original, sin embargo éste último consume 110% más energía, esto implica que el sistema Saber Lite ahorra el 53% de energía con respecto al sistema convencional. Los niveles de iluminación obtenidos en ambos sistemas son iniciales por tratarse de equipos nuevos, sin embargo es importante mencionar que en el sistema convencional tanto la lámpara como el reflector óptico están expuestos al medio ambiente y que al ser ionizados por la descarga de radiación UV (ultra violeta) e IR (Infrarroja) que emite la lámpara fluorescente sobre sus superficies, se convierten en un imán, que atrae todo el polvo y suciedad del propio medio ambiente, lo que resulta en una disminución paulatina del nivel de iluminación promedio de la tienda, día tras día. A este fenómeno se le conoce como Factor de Mantenimiento y la pérdida de luz se calcula de acuerdo con tablas publicadas por el IESNA (Illuminating Engineering Society of North América). Igualmente en el sistema Saber Lite el reflector y la lámpara están ionizados por la radiación UV e I.R pero es evidente que no pueden ensuciarse, simplemente porque la lámpara y el reflector no están expuestos al medio ambiente por lo que es de esperarse que en unos cuántos meses la pequeña diferencia en los niveles de iluminación se vuelva a favor del Sistema Saber Lite y siga creciendo. No obstante, es posible que después de mucho tiempo se acumule algo de polvo en la ventana de salida de luz del tubo Saber Lite, lo cual ya es de por sí difícil por tratarse de vidrio (material no magnético) y porque dicha ventana queda en dirección hacia abajo por lo que la gravedad contribuye a remover el polvo que se acumula, sin embargo, si esto ocurriera, es posible recuperar el 100% de la emisión de luz pasando un trapo húmedo por el exterior, el Tubo Saber Lite es tratado químicamente para esta tarea sea sumamente fácil. 4.4.2 DIFERENCIAS CUALITATIVAS.- Una de las características del Sistema Saber Lite es que proporciona un mejor rendimiento de color y una mayor uniformidad de luz, esto último, resultado de una mayor calidad en su curva de distribución fotométrica, como se muestra en las siguientes curvas obtenidas por Wal-Mart en el Laboratorio de Iluminación de Acuite Brands Lighting México pág. 70 En la fotografía de la izquierda, el pasillo está iluminado por el sistema convencional 2x54W, 4100ºK. En la fotografía derecha el mismo pasillo iluminado por el Sistema Saber Lite 2x25W, 4100ªk, es de notar la diferencia en la reproducción de los colores y el nivel de iluminación vertical (sobre la mercancía exhibida) en cada caso. Este es el resultado visible de la diferencia entre las curvas de distribución fotométricas transversal y 45ª, correspondiente a cada sistema ilustradas arriba. 4.5.- IMÁGENES Fig. 4.1 SISTEMA CONVENCIONAL Fig. 4.2 SISTEMA SABERLITE pág. 71 Fig. 4.3 SISTEMA CONVENCIONAL 2X54W T5, 4100ºK Fig. 4.4 SISTEMA SABER LITE 25W T5, 4100ºK pág. 72 Fig. 4.5 SISTEMA CONVENCIONAL 2X54W T5, 4100ºK, Fi8g. 4.6 SISTEMA SABER LITE 25W T5, 4100K pág. 73 Fig. 4.7 ASPECTO GENERAL DE LA TIENDA CON SISTEMA SABER LITE 2X25W pág. 74 4.6.- ANÁLISIS ECONÓMICO En la tabla 2 se muestra el beneficio económico que resulta de la reducción del consumo de energía que proporciona el Sistema Saber Lite. TABLA 2 BENEFICIO ECONÓMICO PARAMETRO DEMANDA DEL SISTEMA KW SISTEMA CONVENCIONAL 2x54W T5 17.13 CONSUMO DE ENERGÍA AL DIA H 306 111 ENERGÍA CONSUMIDA AL AÑO KW-H 111,690.00 40,515.00 ****** 71,175.00 ENERGÍA AHORRADA AL AÑO SISTEMA SABER LITE 2x25W T5 8.19 COSTO DE LA TARIFA ELECTRICA $/KW-H 1.59 1.59 COSTO ANUAL DE OPERACION MXP$ $ 177,587.10 $ 64,418.85 AHORRO EN OPERACIÓN AL AÑO MXP$ $ 0.00 $ 113,168.25 MONTO DE LA INVERSIÓN INCLUIDA LA INSTALACIÓN MXP$ ****** $ 184,000.00 TIEMPO DE RECUPERACIÓN DE LA INVERSIÓN AÑOS ****** 1.63 4.7.- BENEFICIO AL MEDIO AMBIENTE Como resultado de la dramática disminución en el consumo de energía, se consigue a su vez disminuir la emisión de gases contaminantes y precursores del calentamiento global, en la tabla 3 se muestra esta reducción. TABLA 3 DISMINUCIÓN ANUAL DE EMISIONES DE GASES CONTAMINANTES Y DE EFECTO INVERNADERO CONTAMINANTE UNIDAD TOTAL DIÓXIDO DE CARBONO 691 gr. KW KW-H 49 TONELADAS ÓXIDO DE NITRÓGENO 2.5 gr. por KW-H 178 KG. DIÓXIDO DE SULFURO 5.8 gr. por KW-H 413 KG. pág. 75 Adicionalmente, la vida de las lámparas crecerá de 20 mil horas a 36 mil, (próximamente contaremos con lámparas de hasta 75 mil horas de vida) esto aunado a una reducción del contenido de mercurio por lámpara que baja de 3 mg. a 1.4 mg. Se reducen también los desechos sólidos con contenido de mercurio, los cuales históricamente han sido dispuestos en los rellenos sanitarios en el mejor de los casos, o en los tiraderos al aire libre donde se llevan a cabo emisiones a la atmósfera por la volatilización del mercurio y la infiltración de lixiviados de este tipo de residuos a los depósitos de agua subterránea. Para afrontar este problema las lámparas del Sistema Saber Lite cuentan con la certificación del test de caracterización de toxicidad de residuos EPA/ *TCLP por sus siglas en inglés, que indica su bajo contenido de contaminantes y son 100% libres de plomo. pág. 76 CAPITULO V CONCLUCIONES: Con la realización de este trabajo podemos observar que el Saberlite compite contra los mejores sistemas en iluminación, entre los cuales están los led, que aún existen empresas que buscan la mejora de la iluminación, preocupándose por el medio ambiente y el bienestar de la gente tanto económica como en rendimiento visual. En el proyecto podemos concluir con los siguientes puntos. 5.1.- El Sistema SaberLite ahorra el 53% de energía con un nivel de iluminación inicial prácticamente igual. 5.2.- Los niveles de iluminación mantenidos serán mayores y se mantendrán sin cambio significativo, ya que tanto el reflector como las lámparas se encuentran encerrados herméticamente por el tubo Saber Lite, que si acaso llegara a ensuciarse se puede limpiar fácilmente haciendo pasar un trapo húmedo por el exterior del tubo. 5.3.- El confort y el rendimiento visual aumentaron significativamente y se eliminaron gran parte del brillo deslumbrante y las radiaciones U.V. generadas por las lámparas. 5.4.- El total de la inversión realizada incluyendo la instalación se recupera en menos de 20 meses. 5.5.- Las lámparas y balastros de 54W T5 que se retiran tienen un final útil, de tal manera que no se generan desechos tóxicos por lo que su valor residual se recupera disminuyendo aún más el tiempo de recuperación de la inversión. 5.6.- Se dejarán de emitir al ambiente cada año, por cada tienda de estas dimensiones, 49 toneladas de Dióxido de Carbono, 178 Kg. de Óxido de Nitrógeno y 413 de Dióxido de sulfuro, así como una importante cantidad de desechos sólidos altamente contaminantes. Con esto queda comprobado que este sistema Saberlite cumple con las normas y certificaciones ahorrando realmente hasta un 80% en el consumo de energía y con una eficiencia de casi el 100%. Fig. 5.0 Saberlite pág. 77 INDICE DE IMÁGENES Figura Página 1.1 Espectro electromagnético ……………………………………………………………………………... 05 1.2 Porción de luz visible dentro del espectro de radiaciones electromagnéticas...…………………….….. 05 1.3 Descomposición de la luz …………………………………………………………………………….... 06 1.4 Electrones girando alrededor de un átomo ………………………………………………………...…... 07 1.5 Electrón liberando energía en forma de fotón de luz …………………………………………….......... 07 1.6 Ángulo sólido ……………………………………………………………………………………….…. 08 1.7 Tabla de magnitud unidad y símbolo ………………………………………………………………..… 09 1.8 Luminancia ……………………………………………………………………………………………... 09 1.9 Prefijos en unidades y propiedades usados en luminarios ………………………………………............ 10 1.10 Gráfica de temperatura de color en grados Kelvin………………………………………………….….. 11 1.11 Leyes de iluminación, el inverso de los cuadrados ……………………………………………………. 11 1.12 Candela ………………………………………………………………………………………………… 12 1.13 Lux ……………………………………………………………………………………………………... 12 1.14 Ley del coseno ………………………………………………………………………………………… 13 1.15 Tipos de reflexión……………………………………………………………………………………... 13 1.16 Tipos de transmisión …………………………………………………………………………………... 14 1.17 Absorción de la radiación luminosa …………………………………………………………………… 14 1.18 Polarización ……………………………………………………………………………………………. 15 1.19 Luxómetro ……………………………………………………………………………………………... 15 1.20 Curvas de distribución …………………………………………………………………………………. 16 1.21 Ángulos horizontales y verticales ………………………………………………………………………. 16 1.22 Tipo de deslumbramiento ……………………………………………………………………………… 17 1.23 Tabla de coeficientes de utilización ……………………………………………………………………. 17 1.24 Eficiencia de los luminarios …………………………………………………………………………… 18 1.25 Evolución de la luz artificial …………………………………………………………………………… 19 1.26 Diferentes tipos de lámparas incandescentes…………………………………………………...…........ 19 1.27 Partes de un foco ……………………………………………………………………………………..... 20 1.28 Funcionamiento de la lámpara incandescente …………………………………………..……………... 20 1.29 Átomo con un electrón excitado emitiendo un fotón de luz …………………………………………… 21 1.30 Filamento ………………………………………………………………………………………………. 21 1.31 Casquillo………………………………………………………………………………….…………….. 23 1.32 Cebador ………………………………………………………………………………………………… 24 1.33 Disposición de los elementos internos de un cebador …………………………………………………. 24 1.34 Parte de la lámpara fluorescente ……………………………………………………………………….. 25 1.35 Esquema del circuito interno de una lámpara fluorescente de 20 watt de potencia……………………. 26 1.36 Lámpara CFL de 11 watt con tubo en forma de espiral ……………………………………………….. 28 1.37 Parte de un CFL ………………………………………………………………………………………... 28 1.38 Filamentos colocados dentro de los tubos de una lámpara CFL ………………………………………. 29 1.39 Partes del CFL …………………………………………………………………………………………. 30 1.40 Funcionamiento del IEM ………………………………………………………………………………. 33 1.41 Inducción magnética …………………………………………………………………………………… 34 1.42 Lámpara de inducción magnética ……………………………………………………………………… 36 1.43 Partes del Led ………………………………………………………………………………………….. 40 1.44 Aplicaciones …………………………………………………………………………………………… 42 1.45 Balastros………………………………………………………………………………….…………….. 43 1.46 Luminaria directa ………………………………………………………………………………………. 44 1.47 Luminaria semidirecta …………………………………………………………………………………. 44 1.48 Luminaria difusa……………………………………………………………………………………….. 45 1.49 Luminaria directa-indirecta ……………………………………………………………………………. 45 pág. 78 1.50 Luminaria semi-indirecta ………………………………………………………………………………. 46 1.51 Luminaria indirecta ……………………………………………………………………………………. 46 1.52 Luminario tipo canal ……………………………………………………………………………............ 47 1.53 Luminario tipo tira continua …………………………………………………………………………… 47 1.54 Luminario High Bay para colgar en alto montaje ……………………………………………………... 48 1.55 Luminario High Bay sellado a prueba de vapor y polvo para colgar …………………………….......... 48 1.56 Luminario tipo empotrar o sobreponer ………………………………………………………………… 49 1.57 Luminario ala de gaviota para empotrar ……………………………………………………………….. 49 1.58 Luminario con acrílico envolvente para sobreponer …………………………………………………... 50 1.59 Luminario de sobreponer con malla protectora ……………………………………………………….. 50 1.60 Saber lite suelto ……………………………………………………………………………………....... 51 1.61 Software SIMCLI ……………………………………………………………………………………… 52 1.62 Curvas de luminario típico en SIMCLI ……………………………………………………………….. 52 1.63 Coeficiente de utilización en SIMCLI…………………………………………………….………........ 53 1.64 Proyectos en AGI32 …………………………………………………………………………………… 54 1.65 Software dialux ………………………………………………………………………………………… 54 1.66 Software lumenlux …………………………………………………………………………………....... 55 1.67 Software calculux …………………………………………………………………...…………………. 55 2.0 PTF Saberlite…………………………………………………………………………………………….. 56 2.1 Premio nacional de ahorro de energía otorgado por la CONAE y la Secretaría de Energía….…………. 57 2.2 Certificado del coeficiente de utilización de Saberlite ………………………………………..………… 58 2.3 Disposición del reflector UV sobre la lámpara en Saber lite…………………………………………….. 59 2.4 Conjunto lámpara reflector protegido por el tubo de vidrio con filtro de UV integrado…………...……. 59 2.5 Partes del Saberlite ……………………………………………………………………………………… 61 3.0 Tabla comparativa………………………………………………………………………………….……. 63 3.1 Características principales de los luminarios…………………………………………………………….. 64 3.2 Uso en oficinas………………………………………………………………………………………….. 65 3.3 Uso en supermercados…………………………………………………………………………………... 65 3.4 Uso industrial………………………………………………………………………………………......... 66 3.5 Uso en Hospitales……………………………………………………………………………………….. 66 3.6 Uso en escuelas………………………………………………………………………………………….. 66 3.7 Uso en gasolineras ………………………………………………………………………………………. 67 3.8 Tabla de impacto al medio ambiente ……………………………………………………………………. 68 4.0 resultado de mediciones………………………………………………………………………………….. 70 4.1 Sistema convencional………………………………………………………………………………….… 71 4.2 Sistema Saberlite…………………………………………………………………………………….…... 71 4.3 Sistema convencional 2x54 watts 4100 k... ……………………………………………………………... 72 4.4 Sistema Saberlite 25 watts 4100 °K……………………………………………………………………... 72 4.5 Sistema convencional 2x54 4100 °K………………………………………………………………......... 73 4.6 Sistema Saberlite 25 watts 4100 °K……………………………………………………………………... 73 4.7 Aspecto general de la tienda con sistema Saberlite 2x25 watts ………………………………………… 74 5.0 Saberlite………………………………………………………………………………………………….. 77 pág. 79 GLOSARIO Ángulo sólido: es el ángulo espacial que abarca un objeto visto desde un punto dado, que se corresponde con la zona del espacio limitada por una superficie cónica. Átomo: unidad de materia más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades. Casquillos: la mayoría de los tubos fluorescentes poseen en cada uno de sus extremos un casquillo con dos patillas o pines de contactos eléctricos externos conectados interiormente al filamento de precalentamiento. Cfl: siglas para lámpara fluorescente compacta “compact fluorescet lamp”. Coherente: se considera coherente porque esta compuesto por un rayo de luz de la misma frecuencia y longitud de onda amplificado miles de veces para incrementar su energía en un dispositivo laser. Cri: siglas para el índice de rendimiento de color. Electrones: partícula subatómica de tipo fermionico. Espectro electromagnético: distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Estereorradián: unidad derivada del sistema internacional que mide ángulos sólidos que es el equivalente tridimensional del radian, símbolo sr. Fotón: partícula elemental responsable de la manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético. Hertz: unidad de medida de frecuencia del sistema internacional. Im: siglas para inducción magnética. Kelvin: unidad de temperatura. Led: diodo emisor de luz o diodo luminoso “light emitting diode”. Longitud de onda: es el periodo espacial o la distancia que hay de pulso a pulso, normalmente se considera dos puntos consecutivos que poseen la misma fase, dos máximos y dos mínimos, y dos cruces por cero (en el mismo sentido). Luxómetro: instrumento de medición para el flujo luminoso. Monocromática: a diferencia de la luz blanca que esta formada por muchos componentes, la luz monocromática es aquella que esta formada por componentes de un solo color, es decir que tiene una sola longitud de onda correspondiente al color. Nanómetro: unidad de longitud que equivale a una mil millonésima parte de un metro. Normas: es una regla u ordenación del comportamiento dictada por una autoridad competente, cuyo incumplimiento trae una sanción. Oled: diodo orgánico de emisión de luz “ organic light emitting diode”. pág. 80 Orbita: orbital atómico, es una determinada función de onda espacial e independiente del tiempo para el caso de un electrón. Ptf: siglas para porta tubo fluorescente. Saberlite: nombre asignado por la empresa saber Lite al sistema de iluminación. Simcli: siglas del software de iluminación simulador de sistemas de iluminación. Modulo, cantidad y calidad de luz. Tungsteno: elemento químico que se encuentra en la tabla periódica, es un metal escaso en la corteza terrestre en forma de oxido y de sales en ciertos minerales de color gris acerado duro y denso. Thd: distorsión total de armónicos “total harminc distorsion”. Zócalos o sockets: conexión de la placa base para un foco o lámpara. pág. 81 BIBLIOGRAFIA Instalaciones Electricas. Gilberto Harper Enriquez Limusa. Manual de Instalaciones De Alumbrado y Fotometria. Jorge Chapa Carreon. Limusa. El ABC Del Alumbrado y Las Instalaciones Electricas En Baja Tension. Gilberto Harper Enriquez. Limusa. Cables y Conductores Ectricos. Ferina Alberto Luis. Alsina. Iluminacion Einstalaciones Electricas, Criterio Para El Calculo De Iluminacion De Una Cancha De Foot Ball Americano. Ing. Alejandro Segura Antollin. Facultad De Estudios Superiores Cuautitlan 2002 Induccion Magnetica (nd). La Iluminacion Por Induccion Magnetica Ahorro y Energia. Obtenido el 20 de junio del 2012. http://www.induccionmagnetica.cl/. EnerHelia S.L (2010). Iluminación Por Inducción Magnética. Obtenido el 20 de junio del 2012. http://www.enerhelia.es/iluminacion-por-induccion-magnetica/. COMMAQ Comercializadora (2012). Catalogo Iliminacion Led. Obtenido el 2 de julio del 2012. http://commaq.com.mx/COMMAQ/ILUMINACION_LED_files/CATALOGO%20GENERAL201 2.pdf. wikipedia (2012). Led. Obtenido el 3 julio del 2012. http://es.wikipedia.org/wiki/Led. Todo Productividad (2011). Iluminacion Fluorescente y Eficiencia Energetica. Obtenido el 3 de julio del 2012. http://todoproductividad.blogspot.mx/2011/07/iluminacion-fluorescente-y-eficiencia.html. pág. 82