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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÈCTRICA
UNIDAD CULHUACAN
DISEÑO DE UNA LUMINARIA CON UN BAJO CONSUMO DE POTENCIA CON TECNOLOGIA LED
PROYECTO DE INVESTIGACIÒN
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO MECÁNICO
P R E S E N T A :
DAVID GERARDO QUINTERO MIRANDA
DIRECTORES:
M. EN C. SAMUEL CARMAN AVENDAÑO
M. EN C. IRYNA PONOMARYOVA
MÈXICO D.F. AGOSTO 2009
AGRADECIMIENTOS A mi madre María Cristina Miranda Suarez por su cariño, apoyo, orientación, comprensión y motivación que me ha dado a lo largo de toda mi vida. A mi familia por su apoyo brindado y por que hoy veo llegar a su fin una de las metas de mi vida, les agradezco la orientación y apoyo recibido durante mi formación profesional. A mis profesores que me apoyaron durante el trabajo: Dr. Juan Carlos Sánchez, Lic. Raúl Peña, M. en C. Irina Ponomaryova, M. en C. Ramón Martínez. Al Instituto Politécnico Nacional y la ESIME Unidad Culhuacan por darme la oportunidad de formar parte de esta casa de estudios tan importante de México.
A mis Hermanos Edgar, Jorge, y Estefany que con su ternura, cariño y compañía he vivido con ellos grandes momentos en toda mi vida. Al M. en C. Samuel Carman Avendaño por su gran apoyo incondicional y consejos, que me formaron durante la educación superior. A los integrantes del Programa Institucional de Formación de Investigadores PIFI que con trabajo en equipo me apoyaron para desarrollar este proyecto de investigación. David Gerardo Quintero Miranda.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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INDICE Tema Pág.
Introducción 3
Objetivo General 4
Objetivo Especifico 4
Justificación 5
Capítulo 1. LUMINARIAS DE BAJO CONSUMO DE POTENCIA 1.1.-Iluminación con lámparas Incandescentes 6
1.2.-Iluminación con lámparas Fluorescentes 15
1.3.-Iluminación con Lámparas Ahorradoras CFL 28
1.4.-Iluminación con tecnología LED 37
Capítulo 2. ESTUDIO COMPARATIVO DE LUMINARIAS DE BAJO CONSUMO DE POTENCIA 2.1.- Ventajas y Desventajas de Los tubos fluorescentes lineales 52
2.2.- Ventajas y Desventajas de un Tubo con Tecnología LED 54
2.4.-LEDS de Primera Generación 56
2.5.-LEDS de Segunda Generación 59
2.6.-LEDS de Tercera Generación 60
2.6.-LEDS de Cuarta Generación 63
Capítulo 3. DISEÑO DE LA LUMINARIA 3.1.- Dimensionamiento 66
3.2.- Modelado en Computadora 68
3.3.- Diseño del Circuito Electrónico 73
3.4.- Construcción del Prototipo 81
Capítulo 4. PRUEBAS DE LABORATORIO 4.1.- Instalación 84
4.2.- Mediciones de Intensidad Luminosa 86
4.3.- Graficas y Comportamiento 92
CAPITULO 5. CONCLUSIONES 5.1.-Conclusiones 95
5.2.-Glosario 96 5.3.- Fuentes de Información 97
5.4.- Anexos 98
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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INTRODUCCIÒN
El ahorro de energía es hoy en día, una tarea primordial para todos los
habitantes de la tierra, ya que la reducción del consumo de energía produce
efectos beneficiosos a todos los niveles, como:
− Reducción de emisiones a la atmósfera de (CO2). Evitando el efecto
invernadero y la lluvia ácida (GAS, ELECTRICIDAD, DERIVADOS DEL
PETROLEO).
− Reducción de residuos Radiactivos, porque parte de la energía eléctrica
que se consume, se realiza en plantas nucleares (ELECTRICIDAD).
− Disminución del calentamiento global del planeta, ya que parte de la
energía eléctrica que se consume, se realiza en plantas Térmicas queman
combustible para producir (ELECTRICIDAD).
− Preservar la naturaleza para las generaciones venideras (TODOS Y
TODO).
− Disminución de la dependencia energética (PETROLEO).
− Y lo que más notamos individualmente a corto plazo: EL AHORRO EN
NUESTROS BOLSILLOS CADA MES, EN LAS FACTURAS DE GAS, AGUA,
ELECTRICIDAD, GAS-OIL, ETC.
No quiere decir que este sea el más importante, que no lo es, pero sí es el que
nos afecta de inmediato y notamos personalmente.
Con actos sencillos y con una inversión, aproximadamente $1,500.00 por
equipo, se puede reducir el consumo de energía en un porcentaje elevado,
hasta un 70% de la factura anual. Por ejemplo la factura anual total de
Electricidad de una Mediana Empresa oscila entre los $250,000.00 a
$350,000.00 al año, el ahorro puede ser de $40,000.00 a $60,000.00 todos los
años por lo que esto es muy interesante para los directivos y dueños de
corporaciones interesados en el AHORRO DE ENERGIA y obtenciones de
SELLLOS VERDES por contribuir al Medio Ambiente.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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Por lo que este prototipo se realizo con el Objetivo de Ahorro de Energía
eléctrica, contribución al medio Ambiente Reduciendo las Emisiones de CO2 a
la atmósfera, además de ser diseñado para una fácil operación e instalación.
Para este Prototipo se utilizo Tecnología de Punta Disponible en el Mercado
Mexicano como son los LEDS DE TERCERA GENERACION con alta
intensidad luminosa y un mínimo consumo de Corriente Eléctrica.
Objetivo General
Diseñar y Construir una luminaria revolucionaria basada en LEDS blancos con
amplios usos industriales y habitacionales, diseñada para techos, por su
tecnología basada en LEDS tendrá mayor vida útil comparada con la
iluminación tradicional y con un consumo de Energía notablemente bajo con
gran impacto ambiental debido a que no generara Radiación Ultravioleta (UV),
Rayos Infrarrojos (IR) y por supuesto sin mercurio como los tubos fluorescentes
y con menores emisiones de CO2 a la atmosfera.
Objetivo Especifico
Aplicar el prototipo en el Laboratorio de Ingeniería Eléctrica de la ESIME
Unidad Culhuacan para realizar las diferentes pruebas de iluminación y
tramitar la patente para esta novedosa luminaria basada en Tecnología LED y
finalmente promoverla al mercado industrial de iluminación.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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Justificación
Ante la imperiosa necesidad de revertir el daño ecológico por la emisión de
gases efecto invernadero que afectan a la atmosfera y propician el
calentamiento global, es necesario tomar medidas que contribuyan a la
mitigación de este fenómeno.
Una de las maneras más efectivas para lograr resultados inmediatos y de
trascendencia es la aplicación de acciones de Ahorro de Energía Eléctrica
implementando nuevas tecnologías de eficiencia energética, debido a esto se
propone el diseño de una Luminaria a través de Diodos Emisores de Luz
(LEDS) con un consumo mucho menor que las Lámparas que actualmente se
usan por lo que esta es una opción efectiva para alternar o sustituir a las
luminarias tradicionales.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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CAPITULO 1 LUMINARIAS DE BAJO CONSUMO DE POTENCIA.
1.1 Iluminación con lámparas Incandescentes.
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.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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Fig. 1.1.- Primeras Fuentes de Iluminación
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.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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Fig. 1.2.- Lámparas Incandescentes.
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.
Elementos de una 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.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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Fig. 1.3.-Elementos de la Lámpara Incandescente.
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.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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Funcionamiento.
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.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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Fig. 1.4.- Representación de las Cargas Eléctricas.
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.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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Fig. 1.5.- Representación Atómica.
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.
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.
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.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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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. 1.6.- Filamento montado en el tubo central de cristal.
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
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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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
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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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.
1.2 Iluminación con Lámparas Fluorescentes
Introducción.
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.
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.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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Fig. 1.7.- Lámpara Fluorescente.
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
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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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. 1.8.- Elementos de una Lámpara Fluorescente.
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.
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.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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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.
Las lámparas fluorescentes por precalentamiento utilizan un pequeño
dispositivo durante el proceso inicial de encendido llamado cebador o
encendedor térmico (starter).
Fig. 1.9.- Cebador de la Lámpara.
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.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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Fig. 1.10.- 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, conocido como balasto electrónico.
Balasto 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:
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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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.
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.
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)
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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Emisión de Luz Fluorescente.
Representación esquemática de la forma en que el átomo de mercurio (Hg)
emite fotones de luz. Ultravioleta, invisibles para el ojo humano y como el
átomo de fósforo (P) los convierte en fotones de. Luz blanca visible, tal
como ocurre en el interior del tubo de una lámpara fluorescente.
Fig. 1.11.- Representación esquemática del Átomo.
La luz en sí misma constituye una forma de energía que puede liberar como
fotón el átomo de un determinado elemento químico. El fotón se caracteriza por
ser una pequeñísima partícula poseedora de energía, pero carente de masa, a
diferencia de los elementos químicos o de cualquier tipo de materia. Para que
un átomo libere fotones de luz es necesario excitar alguno de sus electrones,
empleando medios físicos o químicos.
Dada la fuerte atracción que ejerce el núcleo de un átomo sobre los electrones
que giran a su alrededor en sus correspondientes órbitas, no es normal que
estos la abandonen por sí mismos si no son excitados por un agente externo.
Sin embargo, cuando eso ocurre el electrón salta a otra órbita superior dentro
del mismo átomo, que al encontrarse más alejada del núcleo posee mayor nivel
de energía.
Debido a la atracción que continúa ejerciendo siempre el núcleo del átomo
sobre sus electrones, aquel que abandona su órbita es obligado a que, en
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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fracciones de segundo, se reincorpore a la suya propia. En ese momento la
energía extra que adquirió el electrón en la otra órbita la libera en forma de
fotón de luz.
El hecho de que un fotón de luz sea visible o no para el ojo humano depende,
fundamentalmente, del tipo de átomo excitado, y de la longitud de onda y
frecuencia que posea dicho fotón dentro del espectro electromagnético.
En el tubo de descarga de una lámpara de luz fluorescente, los electrones
libres y los iones de un gas inerte contenido en su interior, como el gas argón
(Ar) en este caso, crean las condiciones necesarias para la creación de un
puente de plasma a través del cual puede fluir la corriente eléctrica.
Cuando los electrones libres se mueven a través del puente de plasma,
colisionan con los electrones de los átomos de gas mercurio (Hg) contenidos
también dentro del tubo y los saca de sus órbitas. De inmediato el núcleo de los
átomos de mercurio obliga a que los electrones despedidos se reintegren de
nuevo a sus correspondientes órbitas, a la vez que liberan fotones de luz
ultravioleta, invisible para el ojo humano.
Al mismo tiempo, para que se pueda obtener luz visible, los fotones de luz
ultravioleta liberados impactan sobre la capa fosforescente que recubre la
pared interior del tubo de cristal de la lámpara, excitando los electrones de los
átomos de fósforo (P) contenidos en éste.
El impacto saca de sus órbitas a los electrones del los átomos de fósforos, lo
que son atraídos y obligados a reincorporarse de nuevo a sus correspondientes
órbitas. En ese instante liberan fotones de luz blanca fluorescente visibles para
el ojo humano. Ese proceso provoca que el tubo de descarga de la lámpara
fluorescente se ilumine, proporcionando luz.
El color de la luz que emiten los tubos de las lámparas fluorescentes depende
de la composición química de la capa de fósforo que recubre su interior. Es por
eso que dentro de la gama de luz blanca que emiten estos tubos podemos
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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encontrar variantes de blancos más cálidos o más fríos. Incluso se fabrican
también tubos fluorescentes que emiten luz verde, amarilla o roja.
Como en el proceso de encendido las lámparas fluorescentes utilizan sólo por
breves instantes los filamentos de tungsteno, no da tiempo a que se calienten
tanto como ocurre con las lámparas incandescentes. Así, al ser mucho menor
la pérdida de energía por disipación de calor al medio ambiente, el consumo
eléctrico se reduce en un alto porciento.
Esto las convierte en una fuente emisora de luz más económica, eficiente y
duradera si las comparamos con las lámparas o bombillas incandescentes.
Funcionamiento de las Lámparas Fluorescentes.
Las lámparas fluorescentes funcionan de la siguiente forma:
Fig. 1.12.- Partes de la Lámpara fluorescente.
1. 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).
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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 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.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
25
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 interiormente el
tubo de un extremo a otro, valiéndose de los dos electrodos.
7. 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
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
26
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.
Fig. 1.13.- Esquema Eléctrico de la Lámpara Fluorescente.
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.
Breve Historia de las Lámparas Fluorescentes.
El fenómeno de la fluorescencia se conocía incluso mucho antes de existir las
bombillas incandescentes. En 1675 Jean Picard y posteriormente Johann
Bernoulli allá por el año 1700, observaron que al agitar el mercurio se producía
luz.
En 1850 Heinrich Geissler, físico alemán, creó el “tubo Geissler”, capaz de
emitir luz cuando se hacía pasar una descarga eléctrica a través de dicho tubo
relleno con un gas noble.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
27
Fig. 1.14.- Fenómeno de Fluorescencia.
En 1891 el norteamericano Daniel McFarlan Moore comenzó a realizar
experimentos con tubos de descarga eléctrica.
En 1904, empleando un tubo Geissler relleno con gas nitrógeno, logró obtener
luz amarilla y si el mismo tubo lo llenaba con bióxido de carbono, obtenía
entonces una luz rosácea, con un espectro muy similar al de la luz solar.
Ese mismo año se instalaron las primeras “lámparas Moore” en unos
almacenes situados en la ciudad de Newark, New Jersey, Estados Unidos de
Norteamérica.
En realidad las lámparas de Moore no tuvieron aceptación en aquel momento
debido a que eran difíciles de instalar, reparar y darles mantenimiento.
En 1927 Friedirch Meyer, Hans Spanner y Edmund Germer patentaron la
lámpara fluorescente, pero hasta 1934 no se comenzaron a desarrollar de
forma industrial.
Las conocidas lámparas de tubos blancos rectos y encendidos por
precalentamiento, se mostraron por primera vez al público en la Feria Mundial
de New York, en el año 1939.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
28
Hace ya varios años las lámparas fluorescentes por precalentamiento
comenzaron a ser sustituidas por otras de tecnologías más avanzadas, aunque
existen todavía en el mundo millones de lugares donde aún se utilizan las más
primitivas, es decir, con su tecnología original.
Desde su introducción en el mercado a finales de los años 30 del siglo pasado,
las lámparas fluorescentes fueron ganando rápidamente el favor del público por
la luz uniforme sin deslumbramiento que brindan, la ausencia de sombras
duras, su bajo consumo eléctrico y la variedad de colores disponibles.
Entre las lámparas fluorescentes de tecnología más reciente se encuentran las
del tipo CFL (Compact Fluorescent Lamp – Lámpara Fluorescente Compacta),
conocidas también como lámparas económicas o ahorradoras, con una luz y
tamaño similar al de las lámparas incandescentes, pero con las mismas
ventajas que brinda un tubo de luz fluorescente de mayor tamaño.
1.3 Iluminación con Lámparas Ahorradoras CFL
Introducción.
Desde que Thomas Alva Edison patentó la bombilla incandescente, en 1879,
se han venido desarrollando hasta la fecha otros tipos de lámparas menos
consumidoras de energía eléctrica y de características mucho más eficientes.
Desde los albores de la humanidad el método más común de obtener luz ha
sido generando previamente calor, como ocurre cuando hacemos una antorcha
con la rama de un árbol o encendemos una vela, o una lámpara de queroseno
Por otra parte, si calentamos un trozo de metal con una llama intensa, veremos
como a medida que se calienta pasa del color naranja al amarillo intenso. Pero
si además logramos impartirle una temperatura tan alta como para que alcance
el estado de incandescencia, obtendremos entonces luz blanca. Esa es la
manera de lograr que una lámpara incandescente emita luz.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
29
En el caso específico de una lámpara o bombilla incandescente, la corriente
eléctrica que fluye por el delgado filamento metálico de tungsteno provoca que
se caliente a una temperatura tan alta, que al llegar al blanco incandescente
emite luz visible.
Debido a ese fenómeno físico, el 90% del total de la energía eléctrica que
consume una lámpara incandescente para emitir luz se pierde por disipación de
calor al medio ambiente, sin que esa pérdida reporte ningún beneficio útil.
En la práctica, durante todo el tiempo que permanece encendida una lámpara
incandescente disipa más radiaciones infrarrojas (no visibles, pero que se
perciben en forma de calor), que ondas electromagnéticas de luz visible para el
ojo humano.
No obstante, millones de hogares en todo el mundo se alumbran todavía con
lámparas incandescentes, a pesar de que desde finales de los años 30 del
siglo pasado existen otros tipos de lámparas con similares o mejores
prestaciones y menor consumo energético.
Entre esas lámparas se encuentran, por ejemplo, los tubos rectos y circulares
de lámparas fluorescentes y, de aparición más reciente, las lámparas
fluorescentes compactas ahorradoras de energía CFL.
Fig. 1.15.- Diferentes Modelos de Lámparas Ahorradoras CFL
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
30
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. 1.16.- Filamentos colocados dentro de los tubos de una lámpara CFL.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
31
Balasto Electrónico.
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.
Fig. 1.17.- Balasto Electrónico.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
32
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.
Funcionamiento.
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 una porta lámpara (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.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
33
Fig. 1.18.- Lámpara Ahorradora CFL.
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.
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.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
34
En las lámparas CFL no se manifiesta ese fenómeno, pues al ser mucho más
alta la frecuencia del parpadeo del arco eléctrico en comparación con la
velocidad de giro de los motores, nunca llegan a sincronizarse ni a crear efecto
estroboscópico.
Desde el mismo momento en que los filamentos de una lámpara CFL se
encienden, el calor que producen ionizan el gas inerte que contiene el tubo en
su interior, creando un puente de plasma entre los dos filamentos.
A través de ese puente se origina un flujo de electrones, que proporcionan las
condiciones necesarias para que el balasto electrónico genere una chispa y se
encienda un arco eléctrico entre los dos filamentos.
En este punto del proceso los filamentos se apagan y se convierten en dos
electrodos, cuya misión será la de mantener el arco eléctrico durante todo el
tiempo que permanezca encendida la lámpara. El arco eléctrico no es
precisamente el que produce directamente la luz en estas lámparas, pero su
existencia es fundamental para que se produzca ese fenómeno.
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 fluor se exciten también y emitan fotones de luz
blanca, que sí son visibles para el ojo humano, haciendo que la lámpara se
encienda.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
35
Características de las Lámparas Ahorradoras 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” (daylight) y “luz fría” (cool light), sin
que introduzcan distorsión en la percepción de los colores.
Encendido inmediato tan pronto se acciona el interruptor, pero con una luz
débil por breves instantes antes que alcancen su máxima intensidad de
iluminación.
Precio de venta al público un poco mayor que el de una lámpara
incandescente de igual potencia, pero que se compensa después con el ahorro
que se obtiene por menor consumo eléctrico y por un tiempo de vida útil más
prolongado.
Tabla 1.1 Tonalidades en Blanco de las Lámparas Fluorescentes.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
36
Tonalidades
Temperatura del color en grados
Kelvin (°K)
Blanco Extra Cálido 2700 (igual que una incandescente)
Blanco Cálido 3500
Blanco 3500
Blanco Frio 4000 (Predominio del Color Azul)
Tabla 1.2 Comparación entre una Lámpara CFL de 11W Y otra incandescente equivalente de 60 W
fluorescente incandescente
Potencia 11 W 60 W
Entrega de Luz 600 lm (lúmenes) 720 lm
Eficiencia 600 lm – 11W = 54 lm/W 720 lm – 60 W = 12 lm/W
Vida Útil 8000 – 10000 horas 1000 horas
Lámparas Necesarias
Para cubrir 8000 horas de
Trabajo
1 8
Consumo de Energía para
8000 horas de Trabajo
88 kw/h 480 Kw/h
Relación del Consumo 18.3% 100%
Tabla 1.3 Equivalencia Aproximada de Potencia de Consumo en Watt entre las Lámparas fluorescentes CFL de uso mas generalizado y las incandescentes comunes.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
37
Potencia en watt (W)
Lámpara CFL
Flujo luminoso en lúmenes (lm)
(CFL)
Eficacia en lm-W (CFL)
Potencia aproximada en W
necesaria en 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 1200 60 100
1.4 Iluminación con Tecnología LED
LED.
Un LED, siglas en inglés de Light-Emitting Diode (Diodo Emisor de Luz), es un
dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz incoherente de espectro
reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN del mismo y circula
por él una corriente eléctrica. Este fenómeno es una forma de
electroluminiscencia.
El color (longitud de onda), depende del material semiconductor empleado en
la construcción del diodo y puede variar desde el ultravioleta, pasando por el
visible, hasta el infrarrojo. Los diodos emisores de luz que emiten luz
ultravioleta también reciben el nombre de UV LED (UltraV'iolet Light-Emitting
Diode) y los que emiten luz infrarroja suelen recibir la denominación de IRED
(Infra-Red Emitting Diode).
El funcionamiento físico consiste en que, en los materiales semiconductores,
un electrón al pasar de la banda de conducción a la de valencia, pierde
energía; esta energía perdida se puede manifiestar en forma de un fotón
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
38
desprendido, con una amplitud, una dirección y una fase aleatoria. El que esa
energía perdida al pasar un electrón de la banda de conducción a la de
valencia se manifieste como un fotón desprendido o como otra forma de
energía (calor por ejemplo) va a depender principalmente del tipo de material
semiconductor.
Cuando un diodo semiconductor se polariza directamente, los huecos de la
zona p se mueven hacia la zona n y los electrones de la zona n hacia la zona p;
ambos desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el
diodo.
Si los electrones y huecos están en la misma región, pueden recombinarse, es
decir, los electrones pueden pasar a "ocupar" los huecos, "cayendo" desde un
nivel energético superior a otro inferior más estable.
Este proceso emite con frecuencia un fotón en semiconductores de banda
prohibida directa o "direct bandgap" con la energía correspondiente a su banda
prohibida (véase semiconductor).
Esto no quiere decir que en los demás semiconductores (semiconductores de
banda prohibida indirecta o "indirect bandgap") no se produzcan emisiones en
forma de fotones; sin embargo, estas emisiones son mucho más probables en
los semiconductores de banda prohibida directa (como el Nitruro de Galio) que
en los semiconductores de banda prohibida indirecta (como el Silicio).
La emisión espontánea, por tanto, no se produce de forma notable en todos los
diodos y sólo es visible en diodos como los LEDs de luz visible, que tienen una
disposición constructiva especial con el propósito de evitar que la radiación sea
reabsorbida por el material circundante, y una energía de la banda prohibida
coincidente con la correspondiente al espectro visible.
En otros diodos, la energía se libera principalmente en forma de calor,
radiación infrarroja o radiación ultravioleta.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
39
En el caso de que el diodo libere la energía en forma de radiación ultravioleta,
se puede conseguir aprovechar esta radiación para producir radiación visible,
mediante sustancias fluorescentes o fosforescentes que absorban la radiación
ultravioleta emitida por el diodo y posteriormente emitan luz visible.
El dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de
plástico de mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en
las lámparas incandescentes.
Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya
que ello no influye en el color de la luz emitida. Usualmente un LED es una
fuente de luz compuesta con diferentes partes, razón por la cual el patrón de
intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo
Fig. 1.19.- Representación de un LED
Para obtener una buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente
que atraviesa el LED; para ello, hay que tener en cuenta que el voltaje de
operación va desde 1,8 hasta 3,8 voltios aproximadamente (lo que está
relacionado con el material de fabricación y el color de la luz que emite) y la
gama de intensidades que debe circular por él varía según su aplicación.
Valores típicos de corriente directa de polarización de un LED corriente están
comprendidos entre los 10 y los 40 mA.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
40
En general, los LEDs suelen tener mejor eficiencia cuanto menor es la corriente
que circula por ellos, con lo cual, en su operación de forma optimizada, se
suele buscar un compromiso entre la intensidad luminosa que producen (mayor
cuanto más grande es la intensidad que circula por ellos) y la eficiencia (mayor
cuanto menor es la intensidad que circula por ellos).
El primer LED que emitía en el espectro visible fue desarrollado por el ingeniero
de General Electric Nick Holonyak en 1962.
Fig. 1.20.- Diferentes Colores de LEDs
Conexión.
Para conectar LEDs de modo que iluminen de forma continua, deben estar
polarizados directamente, es decir, con el polo positivo de la fuente de
alimentación conectada al ánodo y el polo negativo conectado al cátodo.
Además, la fuente de alimentación debe suministrarle una tensión o diferencia
de potencial superior a su tensión umbral.
Por otro lado, se debe garantizar que la corriente que circula por ellos no
excede los límites admisibles (Esto se puede hacer de forma sencilla con una
resistencia R en serie con los LEDs). Unos circuitos sencillos que muestran
cómo polarizar directamente LEDs son los siguientes:
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
41
Fig. 1.21.- Representación de la Conexión con LEDs
La diferencia de potencial Vd varía de acuerdo a las especificaciones
relacionadas con el color y la potencia soportada.
En términos generales, pueden considerarse de forma aproximada los
siguientes valores de diferencia de potencial:4
Rojo = 1,8 V a 2,2 V
Naranja = 2,1 V a 2,2 V
Amarillo = 2,1 V a 2,4 V
Verde = 2 V a 3,5 V
Azul = 3,5 V a 3,8 V
Blanco = 3,6 V
Luego mediante la ley de Ohm, puede calcularse la resistencia R adecuada
para la tensión de la fuente Vfuente que utilicemos.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
42
El término I, en la fórmula, se refiere al valor de corriente para la intensidad
luminosa que necesitamos. Lo común es de 10 mA para LEDs de baja
luminosidad y 20 mA para LEDs de alta luminosidad; un valor superior puede
inhabilitar el LED o reducir de manera considerable su tiempo de vida.
Otros LEDs de una mayor capacidad de corriente conocidos como LEDs de
potencia (1 W, 3 W, 5 W, etc.), pueden ser usados a 150 mA, 350 mA, 750 mA
o incluso a 1000 mA dependiendo de las características opto-eléctricas dadas
por el fabricante.
Cabe recordar que también pueden conectarse varios en serie, sumándose las
diferencias de potencial en cada uno.
También se pueden hacer configuraciones en paralelo, aunque este tipo de
configuraciones no son muy recomendadas para diseños de circuitos con LEDs
eficientes.
La luz del Futuro.
Este mercado, en plena expansión y que sigue de cerca las nuevas tecnologías
LED (Ligth Emetting Diodes o Diodos Emisores de Luz), interesa a muchos
constructores ya que proporciona una luz menos directa, más potente, etc. Sin
duda, el futuro de la iluminación.
En el campo de la iluminación, como en muchos otros, todo va deprisa y
algunos fabricantes ya han llegado muy lejos. El LED cada día es más habitual
hoy tenemos, por ejemplo, este tipo de iluminación adoptado por linternas,
lámparas de lectura u otros tipos de accesorios similares.
En lo que respecta al precio, una bombilla para luz de navegación o de fondeo,
cuesta entre los 32 y los 70 euros, mientras que la destinada a una lámpara
interior vale del orden de 72 euros. Hay fabricantes que ofrecen conjuntos de
luces de navegación y de fondeo.
Rendimiento y Consumo.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
43
Si volvemos a nuestra comparación con una lámpara incandescente, una LED
tiene mejor rendimiento con menos consumo. Una lámpara incandescente
emite luz mediante el calentamiento de un filamento. Este sistema presenta
tres inconvenientes: la fragilidad del filamento, que no es más que una pequeña
resistencia, el consumo eléctrico y el rendimiento.
En lo que respecta al rendimiento, el de una LED es claramente superior (entre
un 12 y un 30% de más, dependiendo del color) al de una lámpara de
incandescencia. Por lo tanto, tenemos que la gran ventaja del LED es su bajo
consumo en comparación con el de una bombilla incandescente convencional.
El rendimiento de una bombilla incandescente es del orden del 1%, pues el
99% de la energía se convierte en calor. En cuanto a una LED, este
rendimiento es del orden del 30%, lo que significa un consumo de 8 a 16 veces
inferior.
Hemos de tener en cuenta que una LED blanca empleada como luz roja o
verde, situada tras un plástico de color, pierde en torno a un 70% de su
luminosidad. Luces de posición: ¿por qué no con LED? Cuando se navega de
noche, existen dos posibles soluciones para las luces de posición: las
tradicionales bombillas incandescentes o las nuevas lámparas LED.
Las bombillas utilizadas en las luces a tope del palo (tricolores) tienen una
potencia de 25 vatios (o de 12 vatios), lo que significa un consumo superior a
dos amperios (1 amperio para cada 12 vatios). Navegando toda la noche (unas
8 horas) con una luz tricolor provista de una bombilla de 25 vatios, significa que
consumiremos 16 amperios, mientas que si la bombilla es de 12 vatios, el
consumo será de 8 amperios.
Si equipamos la misma luz con una bombilla LED, el consumo medio será de 1
amperio, es decir de 8 a 16 veces menos. En el mercado podemos encontrar
modelos que cumplen las normas en cuanto a alcance y con una luminosidad
superior a la exigida para compensar las pérdidas cuando están situadas
detrás de una luz tricolor. Hemos de tener en cuenta que una LED blanca
colocada detrás de un filtro verde pierde el 70% de su potencia lumínica y
emite una luz algo azulada.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
44
Iluminación Interior.
Cuando se está en un fondeadero o en puerto, donde no hay posibilidad de
conectarse a la red de tierra, a 230 voltios, la energía para iluminar el interior
de la embarcación debe tomarse de las baterías. Y como antes, está claro que
siempre podemos recurrir a una lámpara de petróleo o de gas, lo cual es una
solución económica pero algo embarazosa.
La lámpara de petróleo irradia mucho calor, no siempre es fácil de encender y,
además, emite un olor desagradable. El gas proporciona una luz viva, pero su
funcionamiento es algo ruidoso. Nos queda la electricidad, en cuyo caso hay
varias soluciones: bombillas incandescentes, focos halógenos con mejor
rendimiento que las incandescentes (del 3 al 5%), tubos de neón de
rendimiento mediano (del 7 al 8%), pero cuya iluminación difusa no siempre es
cálida y, naturalmente, los LEDs. En este último caso, el ahorro energético está
totalmente garantizado.
Un foco con diez LEDs (con consumo de 0,03 A) equivale a una bombilla
halógena de 10 vatios (con consumo 0,8 amperios). Entonces, ¿todo son
ventajas?. Pues no, si uno prefiere una luz cálida y resplandeciente. Una
bombilla halógena ilumina un volumen con su resplandor. Un LED tiene una
emisión de luz más dirigida.
Para iluminar una cámara o salón con el mismo poder lumínico que ofrecen las
lámparas halógenas, con los LEDs hay que instalar varios puntos de luz. Pero,
podemos estar tranquilos, a pesar de todo el consumo se verá reducido en
unas 5 o 6 veces. Y todavía queda un tema pendiente: la calidez de la
iluminación. En este sentido, la luz difundida por los LEDs es fría y produce una
tonalidad un poco “cadavérica”.
Nos recuerda algunas luces de neón. Pero, esto es el precio que hay que pagar
por el ahorro. Sin embargo, las principales ventajas de los LEDs en el interior
del barco están en las iluminaciones puntuales, como por ejemplo en la mesa
de cartas, las lámparas de lectura en las cabinas, o las de la cocina.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
45
Para ello en el mercado tenemos luces internas aptas para sustituir las
bombillas tradicionales (que además utilizan las mismas conexiones de
portalámparas, pero las dimensiones son diferentes). Por ejemplo, un LED de
alto rendimiento (tipo Luxeon) sustituye las bombillas halógenas de 5 y 10
vatios, pero su consumo no supera los 0,15 A (que en el caso del halógeno es
de 0,4 a 0,8 A).
Instalación de un sistema LED.
Tal como hemos comentado, los LEDs se hallan en plena evolución. Hace unos
cuatro años eran poco luminosos. Con el fin de incrementar su luminosidad, los
fabricantes han concentrado el haz de luz, que originalmente era de 180º,
mediante una pequeña lente colocada sobre el LED. Gracias a esta técnica se
aumenta la luminosidad, pero siempre a costa de una reducción del ángulo de
emisión del haz luminoso (que es de menos de 30º). Por lo tanto, para
conseguir iluminar los 360º, es preciso disponer una gran cantidad de LEDs en
forma de estrella.
Sin embargo, en el mercado han aparecido numerosos tipos de diodos cuya
potencia hace innecesaria la aplicación del truco de la lente. Ahora, las
investigaciones sobre los LEDs están dirigidas a mejorar el ángulo y la potencia
de emisión, de forma que actualmente ya se pueden encontrar productos cada
vez con mayores prestaciones. Hay que decir que el mercado del LED es muy
importante en el ámbito de la iluminación en general, y en consecuencia, el
sector náutico es ínfimo en comparación a lo que representan las iluminaciones
de espacios públicos y del hogar.
Actualmente, el mercado ofrece bombillas y luces tipo LED para equipar las
embarcaciones. En lo que respecta a las luces de navegación, basta con
cambiar la bombilla estándar por un LED.
Pero, cuidado, no todos los productos que aparecen en los catálogos son
equivalentes. Tomando, como ejemplo, una luz de posición, la bombilla
incandescente estándar no está polarizada. Es decir, que en ésta se puede
invertir el polo positivo y seguirá funcionando igual de bien.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
46
Por el contrario, un LED está polarizado, aunque algunos fabricantes ofrecen
modelos con una pequeña electrónica integrada en el casquillo de la lámpara
para poder conectarlo como si fuera una bombilla no polarizada. En lo que
respecta al casquillo de conexión, existen prácticamente todos los modelos, y
en todo caso los tipos más habituales, BAY15D, BA15S y tipo lanzadera, no
son difíciles de encontrar. Otra opción son las luces LED completas, en cuyo
caso deberemos elegir entre LEDs teñidos, que van colocados detrás de una
protección traslúcida, o bien LEDs blancos, que disponen de un filtro (blanco,
rojo o verde).
En cuanto a las luces interiores, nada nos impide sustituir las lámparas
halógenas por LEDs. Pero, cuidado, aunque el casquillo de conexión sea igual,
su volumen puede ser mayor, lo que impedirá colocar la pantalla protectora.
Tanto si se trata de luces exteriores (de navegación a vela o a motor), de luz
de fondeo o de iluminación de interiores, deberemos inclinarnos por productos
de última generación y, sobre todo, prestar atención al color que emita el LED.
ILUMINACIÒN CON TECNOLOGIA LED
¿QUE ES UN LED?
Los leds básicamente son lámparas de estado sólido, o sea sin filamento ni gas
inerte que lo rodee, ni cápsula de vidrio que lo recubra. El led es un
semiconductor unido a dos terminales cátodo y ánodo (negativo y positivo
respectivamente) recubierto por una resina epóxica transparente. Cuando una
corriente circula por el led se produce un efecto llamado electroluminiscencia o
sea el led emite luz monocromática en frecuencias que van desde el infrarrojo
pasando por todo el espectro de luz visible y llega hasta el ultravioleta.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
47
Fig. 1.22.- Diferentes Colores de LEDs
PARTES DE UN LED
Fig. 1.23.- Partes de un LED
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
48
Lente Epóxico Este lente mantiene todo el paquete estructurado, determina el haz de luz,
protege al chip reflector, además de extraer el flujo luminoso.
Cable Conductor Es un cable muy delgado de oro, el cual conecta cada terminal a cada uno de
los postes conductores.
Chip
Consiste en dos capas de material emisor semiconductor, cuando los átomos
son excitados por un flujo de corriente intercambiando electrones, creando la
luz.
Reflector Está por debajo del Chip reflejando y proyectando luz hacia fuera, sólo un 3%
se queda atrapado.
Cátodo
Poste hecho de aleación de cobre y conduce carga negativa, el cátodo es más
corto que el ánodo para facilitar un ensamble más rápido y preciso en el
circuito.
Ánodo
Poste hecho en aleación de cobre y conduce carga positiva.
HISTORIA DE LOS LEDS
La aplicación más conocida de la energía eléctrica entre la población es la
iluminación, en nuestro país se estima que el 16% del consumo total de
energía eléctrica tiene como destino la iluminación, adicionalmente el factor de
coincidencia de la iluminación con la demanda máxima del sistema eléctrico, es
de los más elevados, lo que hace a esta aplicación uno de los temas más
relevantes y que ha estimulado un importante desarrollo tecnológico.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
49
A partir de la invención de las lámparas incandescentes hace más de 100 años,
una buena parte de los esfuerzos en desarrollo tecnológico de equipos de
iluminación, se ha dirigido hacia el descubrimiento de tecnologías más
eficaces, que también permitan reducir la emisión de calor y prolongar la vida
útil de los sistemas.
Posterior al desarrollo de las lámparas incandescentes salieron al mercado las
lámparas fluorescentes lineales, cuya aplicación va dirigida fundamentalmente
a instalaciones comerciales, que a diferencia de las lámparas incandescentes,
el principio de operación en lugar de ser mediante el calentamiento de un
filamento, la iluminación se logra a partir de la descarga de corriente eléctrica,
en un medio compuesto por gases y mercurio para generar luz visible, con lo
que se reducen las pérdidas por emisión de calor.
A diferencia de una lámpara incandescente, un tubo fluorescente consume
hasta un 75% menos que las lámparas incandescentes.
En el caso de iluminación aplicable tanto al sector comercial como al sector
doméstico, el principal desarrollo se ha logrado a través de la fabricación de
lámparas fluorescentes compactas, en este caso, la tecnología ha ido
evolucionando, del uso de balastros electromagnéticos a balastros electrónicos,
lo que ha permitido reducir el tamaño del conjunto de lámpara-balastro, y en un
amplio número de modelos, hace posible la utilización de éstos dispositivos en
cualquier tipo de luminaria; adicionalmente atendiendo a las necesidades del
usuario, es posible encontrar este tipo de lámparas con diferentes temperaturas
de color, desde el blanco frío hasta la luz cálida.
Los desarrollos tecnológicos se han traducido en mayor eficacia, tanto de las
lámparas fluorescentes lineales como de las fluorescentes compactas, así
como en su mayor comercialización, ya que se ha estimulado una sensible
reducción en sus precios en el caso de estos últimos.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
50
En la actualidad existe una nueva tecnología en el mercado de la iluminación
que son los diodos emisores de luz mejor conocidos como LED’s, sus siglas
provienen del Ingles (Light Emitting Diode), eran prácticamente desconocidos
para el área de iluminación, en general la mayoría de las aplicaciones eran
para electrónica, señalización, la industria automotriz y su utilización era a nivel
industrial, esto es, como un dispositivo integrado a otro equipo.
Actualmente la luz de las lámparas incandescentes se genera basándose en
filamentos convencionales en los que el 90% de la energía se transforma en
calor y se pierde, mientras que la tecnología LED hace brillar un cristal, por lo
que la energía se transforma directamente en luz. Por lo tanto los LED´s logran
ahorrar energía eléctrica en un 90%.
Casi todos estamos familiarizados con los LED´s, los conocemos de verlos en
el frente de muchos equipos de uso cotidianos, como radios, televisores,
teléfonos celulares, etc., sin embargo la falta de una amplia gama de colores y
una baja potencia lumínica han limitado su uso considerablemente.
No obstante eso esta cambiando gradualmente con la introducción de nuevos
materiales que han permitido crear LED´s de prácticamente todo el espectro
visible de colores y ofreciendo al mismo tiempo una eficiencia lumínica que
supera a la de las lámparas incandescentes. Estos nuevos LED´s son
brillantes, eficientes y coloridos están expandiendo su dominio a un amplio
rango de aplicaciones en iluminación desplazando a su anterior campo de
dominio que era el de la mera indicación
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
51
Fig. 1.24.- Diferentes tipos de LEDs
Actualmente es posible atestiguar el inicio de otras aplicaciones de esta
tecnología, fundamentalmente para iluminación decorativa, mientras que en el
caso de iluminación general, es importante avanzar en su desarrollo y, el
propósito del FIDE, es demostrar la viabilidad técnica y rentabilidad económica
del uso de LED’s para ambas aplicaciones, para con ello estar en condiciones
de diseñar un programa a gran escala que permita la incorporación de los
LED’s de manera masiva.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
52
CAPITULO 2 ESTUDIO COMPARATIVO DE LUMINARIAS DE BAJO
CONSUMO DE POTENCIA (TUBOS FLUORESCENTES
LINEALES)
2.1 Ventajas y Desventajas de los Tubos Fluorescentes Lineales Los tubos Fluorescentes son usados sobre todo en oficinas, comercios,
industrias, en menor escala en Residencias. Pese a los esfuerzos de todos, la
versión luz día estándar sigue siendo la mas usada.
Las nuevas versiones, mas eficientes son el T-8 y el T5 trifosforos.
Los tradicionales tienen una eficiencia de 62.5 a 69 lm/W.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
53
Los trifosforos T8 tienen una eficiencia de 93.0 lm/W, su depreciación es más
lenta: aumenta la duración, reduce el factor de mantenimiento. Ventajoso en
instalaciones nuevas, por que permite reducir la cantidad para igual
iluminancia.
Tabla 2.1 Ventajas Y Desventajas de un Tubo T-8
VENTAJAS DESVENTAJAS
Económicos Mayor contaminación Lumínica
Fácilmente Reemplazables Menor tiempo de Vida
Generan muy poco Calor Utilizan Balastro
Gran Cantidad de lm/Wat Mayor Consumo de Potencia
Gran Variedad de Marcas Se requiere Mantenimiento Periódico
Fig. 2.1.- Tubos Fluorescentes Usados en la Industria
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
54
2.2 Ventajas y Desventajas de Un Tubo con Tecnología LED Esta línea de Tubos LED ha estado desarrollándose especialmente para
sustituir los tubos fluorescentes convencionales en aplicaciones donde el
continuo reemplazo de lámparas representa un enorme costo, tanto de material
como de mano de obra.
La tecnología LED tiene considerables ventajas, como la larga vida útil, el
ahorro de Energía al consumir bajos niveles de operación y potencia,
encendido instantáneo, operación confiable a bajas temperaturas; todo esto
aunado a las ventajas especiales de los LED.
Tabla. 2.2.- Ventajas y Desventajas de un Tubo de LEDs
VENTAJAS DESVENTAJAS
Menor Consumo de Potencia Mayor Costo de Inversión
Larga Vida de operación Dificultad para adquirirse en el Mercado
No contiene Mercurio Menor ángulo de Iluminación
Menor Contaminación Lumínica ---
Mayor Cantidad de lm/W ---
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
55
Fig. 2.2.- Propuesta de Luminaria con Tecnología LED
Tabla. 2.3.- Tabla Comparativa entre un Tubo Fluorescente y un Tubo con Tecnología LED
Características Convencional 40W FTL LED Basada Lámpara T8
Tiempo de Vida 10,000 100,000
Voltaje Requerido 120V AC o 240V AC 80-300V AC
Balastro SI NO
Consumo de Potencia (tubo)
45W 18W
Consumo de Potencia (Tubo y Balastro)
60W 18W
Ahorro de Energía -- 70%
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
56
Fig. 2.3.- Luminaria Basada en Tecnología LED
2.3 LEDS de Primera Generación.
Surgiendo los Primeros LEDS de primera generación se inician los proyectos
de iluminación consiguiendo la intensidad luminosa de un foco ahorrador pero
con un menor consumo de potencia debido a su bajo consumo de corriente; a
continuación se muestran los diferentes tipos de LEDS.
Figura 2.4 LED de Primera Generación Blanco
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
57
Tabla 2.4 Datos Técnicos para LED de Primera Generación Blanco.
Figura 2.5 LED de Primera Generación Azul
Características
Símbolo Condición de prueba
Mín. Tipo Máx. Unidad
Voltaje continúo VF IF=20mA - 3.3 3.5 V
Corriente inversa IR VR=5V - - 50 mA
Intensidad luminosa
IV IF=20mA 3500 3800 - mcd
Longitud d’onda dominante
d IF=10mA - - - nm
Angulo de visión
- - 40 - grados
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
58
Tabla 2.5.- Datos Técnicos para el LED de Primera Generación color Azul.
Figura 2.6.- LED de Primera Generación Rojo
Características
Símbolo Condición de prueba
Mín. Tipo Máx. Unidad
Voltaje continúo VF IF=20mA - 3.3 3.5 V
Corriente inversa IR VR=5V - - 50 mA
Intensidad luminosa
IV IF=20mA 3300 3700 - mcd
Longitud d’onda dominante
d IF=10mA - 470 - nm
Angulo de visión
- - 40 - grados
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
59
Tabla 2.6 Datos Técnicos para el LED de Primera Generación color Rojo.
2.4 LEDS de Segunda Generación.
Este tipo de LED evoluciona con un mayor ángulo de apertura y con mayor
intensidad luminosa comparados con los LEDS tipo bulbo o de Primera
Generación. Aunque no fue necesaria la intensidad luminosa que se logra por
lo que fue necesario el desarrollo de un LED con mayor tecnología; dentro de la
Segunda generación se tienen de diferentes colores de los cuales se
mencionan enseguida con sus diferentes datos técnicos.
Figura 2.7.- LEDS de Segunda Generación
Características
Símbolo Condición de prueba
Mín. Tipo Máx. Unidad
Voltaje continúo VF IF=20mA - 1.98 2.4 V
Corriente inversa IR VR=4V - - 10 mA
Intensidad luminosa
IV IF=15mA 2800 3300 - mcd
Longitud d’onda dominante
d IF=15mA - 625 - nm
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
60
Tabla 2.7 Datos Técnicos LEDS de Segunda Generación.
2.5 LEDS de Tercera Generación.
Este tipo de LED evoluciona con su lente integrado con el fin de incrementar la
intensidad luminosa el problema de este tipo es que el ángulo de apertura no
se logro como el de segunda generación por lo que fue necesario realizar mas
estudios y buscar una nueva generación mas; dentro de esta generación se
tienen de diferentes colores de los cuales se mencionan enseguida con sus
diferentes datos técnicos.
Figura 2.8 LED de Tercera Generación “Tipo Piraña”
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
61
Datos técnicos:
Led Tercera Generación color verde: Haz de apertura 65 grados, 3000
milicandelas,V directo de 3.0 a 3.3V ,longitud de onda de 520 a 525 nm.
Figura 2.9 LED de Tercera Generación “Verde”
Led Tercera Generación color azul: Haz de apertura 65 grados, 1300
milicandelas, V directo de 3.2 a 3.4 v, longitud de onda de 465 a 470 nm.
Figura 2.10 LED de Tercera Generación “Azul”
Led Tercera Generación color amarillo: Haz de apertura 65 grados, 350
milicandelas, V directo de 1.9 a 2.1 V, longitud de onda de 590 a 593 nm.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
62
Figura 2.11 LED de Tercera Generación “Amarillo”
Led Tercera Generación color rojo: Haz de apertura 65 grados, 5000
milicandelas, V directo de 1.9 a 2.1 V, longitud de onda de 620 a 625 nm.
Figura 2.12 LED de Tercera Generación “Rojo”
Led Tercera Generación color blanco cálido: Haz de apertura 65 grados, 1500
milicandelas, V directa de 3.2 a 3.4 V, temperatura de color 3300k.
Figura 2.13 LED de Tercera Generación “Blanco Cálido”
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
63
Led Tercera Generación color blanco frio: Haz de apertura 65 grados, 3000
milicandelas, v directa 3.2 a 3.4 v, temperatura de color 5200k.
Figura 2.14 LED de Cuarta Generación “Blanco Frio”
APLICACIONES: Carteles de publicidad, señalizadores, semáforos,
indicadores de transito, decoración de interiores y exteriores, automóviles,
iluminación de piletas, etc.
2.6 LEDS de Cuarta Generación.
Este dispositivo se ha diseñado para cubrir la creciente demanda de Leds
blancos en SMD.
El encapsulado del TLMW3100 es el PLCC2 (equivalente a un condensador de
Tántalo caja B).El patillaje está integrado en un termoplástico blanco.
El reflector dentro de este encapsulado está cubierto con una mezcla de epoxy
y fósforo YAG. El fósforo YAG convierte la emisión azul parcialmente a
amarillo, la cuál se mezcla con el azul remanente paradar blanco.
Fig. 2.15 LED de Cuarta Generación
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
64
Vishay ofrece leds en distintos encapsulados SMD. Los llamados “POWER
LEDS” y “Top LEDs” se ofrecen en encapsulado estándar P-LCC-2. Estos
productos se ofrecen en encapsulados blancos en medidas de 2.3 mmx 1.3
mm y 1.4 mm.
Con un ángulo de visión de 120º, los leds SMD de Vishay son indeles en
aplicaciones de instrumentación, interruptores y retro iluminación de inconos.
Todos son de rango extendido de temperatura (40ºC + 100ºC ), y con una alta
fiabilidad, crucial para las aplicaciones de automoción.
Tabla 2.8 Características y Aplicaciones de LEDS de Cuarta Generación.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
65
Datos Técnicos
Tabla 2.9 Características Generales del LED Standard de Cuarta Generación
Tabla 2.10 Características Generales del LED POWER SMD de Cuarta Generación
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
66
CAPITULO 3 DISEÑO DE LA LUMINARIA.
3.1 Dimensionamiento. En este capitulo se presenta el diseño de cada parte que compone la
Luminaria. La mayor aportación de diseño del circuito electrónico en el cuál se
alimentan los LEDS a un Voltaje de 167 Volts. Este sistema involucra una
tecnología, sencilla y cuyos procesos y materiales pueden fabricarse con gran
facilidad para buscar la venta en diferentes mercados. En cuanto al diseño de
partes, se proponen elementos de rápido y fácil ensamble, y que requiriera de
mínimo mantenimiento.
En la Fig. 3.1 se muestra el Gabinete de LEDS los cuales su ángulo de
emisión de luz es de 120° por lo que en base a este se propone el diseño del
Módulo Fabricado en Aluminio para Garantizar un mínimo peso.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
67
Fig. 3.1.- Modulo de LEDS
En la Figura 3.2 se observa el dimensionamiento del Gabinete de LEDs que se
integra de 4 Módulos de 100 LEDs de Segunda Generación y Tercera
Generación.
Fig. 3.2.- Dimensionamiento del Módulo
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
68
Fig. 3.3.- Vista del Gabinete 3.2 Modelado en Computadora. Como se menciona el modulo de LEDS cuenta con 4 paneles de 100 LEDS c/u
de corriente alterna utilizando el Software PCB WIZARD para la simulación y
ruteado del circuito se pudo simular los paneles de LEDS en operación como
se muestran en las siguientes figuras.
Fig. 3.4.- Panel de 100 LEDS alimentados por AC (PCB WIZARD).
Ya simulado el circuito electrónico en el Programa PCB Wizard se imprimió en
la placa fenolica para proceder a manufacturar todos los paneles de LEDS que
son alimentados con corriente alterna Siguiendo los siguientes pasos.
1.-Se rutia el circuito electrónico con ayuda del Programa PCB WIZARD para
obtener el circuito impreso como se muestra en la siguiente figura.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
69
Fig. 3.6.- Rutiando el Circuito Electrónico en el PCB WIZARD.
2.- Se obtiene el circuito electrónico impreso en Albanene el cuál es necesario
para mandar hacer el enmallado Serigrafiado como se muestra en la figura.
Fig. 3.7.- Malla Serigrafiada del Circuito Electrónico.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
70
3.- Se coloca la malla sobre la placa fenolica, se aplica la tinta plástica, quedando marcado nuestro circuito como se muestra la figura.
Fig. 3.8.-Cicuito grabado en la Placa Fenolica.
3.- Ya obtenido el circuito electrónico en la placa fenolica se procede a
corroerlo con Cloruro Férrico para esto se recomienda lo siguiente:
*Utilizar recipientes de plástico o vidrio para mezclar la solución.
*Mezclar 2 partes de cloruro férrico por una parte de agua para activar la
solución.
*Sumergir la placa fenolica en la solución, esta deberá cubrir completamente la
placa.
*Agitar Suavemente hasta que el cobre sobrante desaparezca de la placa.
*Finalmente lavar la placa con agua para limpiar completamente el cloruro.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
71
Fig. 3.9.-Corrosiòn de la placa Fenolica.
Fig. 3.10.-Preparaciòn de la Placa.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
72
Para el diseño del Prototipo es necesario hacer un modelado previo en
computadora con ayuda del Software AUTOCAD 2008 por lo que en la
siguiente imagen se muestran las vistas de la luminaria.
Fig. 3.11.- Vistas del Gabinete.
3.3 Diseño del Circuito Electrónico. Primeramente tenemos que diseñar un circuito electrónico en el cuál no tenga
un consumo de Potencia mayor a 25 Watts utilizando 400 Leds que deberán
ser alimentados por corriente alterna. Por lo que el primer paso fue diseñar un
circuito que alimentara al LED utilizando corriente alterna como se muestra en
la siguiente figura.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
73
Fig. 3.12.- Circuito de Alimentación con Corriente Alterna.
Para poder convertir la corriente alterna en directa fue necesario el uso del
Puente Rectificador de onda completa utilizando los siguientes materiales:
• 4 Diodos Rectificadores 1N4001
• 1 Capacitor o Filtro de 47 mF a 160 Volts
• 1 Resistencia Cerámica de 7.8 KΩ
Para el diseño del Circuito electrónico fue necesario realizar diferentes pruebas
en el Protoboard para poder llegar al Circuito Definitivo que operara la luminaria
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
74
por lo que en las siguientes imágenes se muestran las distintas pruebas
realizadas junto con su circuito electrónico.
Fig. 3.13.- Circuito Electrónico No. 1
Fig. 3.14.- Primera Prueba
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
75
Fig. 3.15.- Circuito Electrónico No. 2
Fig. 3.16.- Segunda Prueba
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
76
Fig. 3.17.- Circuito Electrónico No. 3
Fig. 3.18.- Tercera Prueba.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
77
Fig. 3.19.- Circuito Electrónico No. 4
Fig. 3.20.- Cuarta Prueba.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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Fig. 3.21.- Circuito Electrónico No. 5
Fig. 3.22.- Quinta Prueba.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
79
Ya obtenida el cambio de corriente de alterna a directa se procede a diseñar el
circuito de LEDS que llevara cada Panel de AC como se muestra la siguiente
figura.
Fig. 3.23.- Circuito Electrónico del Panel de LEDS alimentados por AC. El consumo de Corriente en el Circuito es de 40 mA y se alimenta con una
tensión de 150 Volts Por lo que el Consumo de Potencia en el Módulo es de
6W por lo que la luminaria tendrá un consumo de tan solo 24 Watts utilizando
los 400 LEDS para su iluminación a continuación se muestran los cálculos
realizados que sustentan este consumo de potencia.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
80
CALCULOS PARA EL MODULO
El circuito debe contar con 2 series de 50 LEDS (Arreglo Serie-Paralelo)
DATOS TECNICOS PARA LED DE TERCERA GENERACIÒN.
Vcc= 3 Volts
I= 20 mA
Intensidad Luminosa 45 lm/W
Por lo que nuestra serie de LEDS demandara una tensión de 150 Volts y cada serie 20 mA por lo que requerimos 40 mA para arrancar el Circuito.
Calculamos la Resistencia necesaria para limitar la corriente en el Circuito.
Por lo que colocamos 3 Resistencias en Paralelo para obtener el valor de 250 Ω y son colocadas las 3 para distribuir la Potencia y evitar un sobrecalentamiento en la Resistencia.
Ahora calculamos el Consumo de Potencia en el Módulo por la LEY DE OHM
P= I*V
P = (0.04 Amp.)(150V)
P= 6 Watts
Debido a que la Luminaria contara con 4 de estos módulos el Consumo de
Potencia Total será de 24 Watts siendo la propuesta para sustituir los tubos
Fluorescentes T-12 de 2x39 teniendo un consumo con estos de 90 Watts con
su balastro por lo que con la Luminaria a base de LEDS se tendrá un ahorro
del 80% y con 10 veces mas de vida útil.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
81
4.1 Construcción del Prototipo. La construcción del Prototipo fue realizada en Aluminio como se muestra en la
siguiente figura, esto se debe a que este tipo de material es bastante ligero y
económico, pero pensando en la producción masiva de esta luminaria se
piensa realizar con inyección de plástico para comercializarla con Apoyos
Gubernamentales para las PYMES.
Fig. 3.24 Prototipo Fabricado en Aluminio.
El prototipo fue diseñado para un ensamble y desensamblé rápido gracias a las
canaletas donde se desplazan los módulos de LEDS este mismo mecanismo
se maneja para la instalación del acrílico difusor, todo esto con el fin de facilitar
los trabajos de mantenimiento.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
82
Al gabinete de Leds le fue colocado Vidrio de 6mm de Espesor el cual permite
el paso de la luz en un 98% y este fue asegurado con vinil como empaque para
evitar que el agua se introduzca en los circuitos de Led en caso que presentara
algún goteo. (Prototipo a prueba de goteo)
Fig. 3.25 Acabado del Prototipo a Prueba de Goteo.
En la siguiente figura se muestra el prototipo terminado y listo para ponerse en
operación en el Laboratorio Ligero de Ingeniería Eléctrica de la ESIME UNIDAD
CULHUACAN.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
83
Fig. 3.26 Prototipo Terminado.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
84
CAPITULO 4
PRUEBAS DE LABORATORIO.
4.1 Instalación. Ya finalizado el prototipo se procede a instalar en el Cuarto Oscuro de
Ingeniería Eléctrica con el Fin de Realizar las diferentes pruebas de iluminación
y comportamiento. En la siguiente figura se muestra el prototipo ya instalado.
Figura 4.1 Equipo de Investigación iniciando pruebas en Laboratorio.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
85
Figura 4.2 Prototipo Instalado en el Laboratorio.
En la siguiente figura se muestra la iluminación que emite el prototipo siendo
esta suficiente para sustituir a la iluminación tradicional de los Tubos
Fluorescentes T-12
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
86
Fig. 4.3 Iluminación Emitida por el Prototipo.
4.2 Mediciones de Intensidad Luminosa. Ahora es necesario comprobar que el nivel de iluminación emitido por esta
iluminación es suficiente para la sustitución de los Tubos Fluorescentes por lo
que con ayuda del Luxómetro se realizo una medición de la intensidad
luminosa a diferentes alturas.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
87
Fig. 4.4 Instrumento Utilizado para las Mediciones.
Fig. 4.5 Realizando las Mediciones de intensidad Luminosa en el Prototipo.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
88
Ahora se realizan pruebas de intensidad luminosa con diferentes difusores para
determinar cuál es el adecuado para obtener una mayor eficiencia luminosa.
Fig. 4.6 Acrílico Difusor No. 1 Cracked ice Clear
Fig. 4.7 Acrílico Difusor No. 2 White Egg Crate
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
89
Fig. 4.8 Acrílico Difusor No. 3 Prismatic Clear
Realizando una prueba de Intensidad luminosa con el Acrílico Difusor No. 1 se
Obtiene la siguiente iluminación. Ver fig.
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
90
Fig. 4.9 Iluminación del Prototipo con el Acrílico No. 1 Cracked Ice Clear
Realizando una prueba de Intensidad luminosa con el Acrílico Difusor No. 2 se
Obtiene la siguiente iluminación. Ver fig.
Fig. 4.10 Iluminación del Prototipo con el Acrílico No. 2 White Egg Clear
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
91
Fig. 4.11 Iluminación del Prototipo con el Acrílico No. 3 Prismatic Clear
Fig. 4.12 Iluminación del Prototipo sin Difusor
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
92
4.3 Graficas y Comportamiento. A continuación se detalla la tabla de los valores obtenidos en iluminación del
Prototipo con el Acrílico No.1
DIFUSOR NO.1
DISTANCIA (metros) INTENSIDAD LUMINOSA (luxes) LUMENES EMITIDOS
2,20 170 822,80
1,45 389 817,87
Tabla 4.1 Valores Obtenidos Con el Acrílico Difusor No.1
A continuación se detalla la tabla de los valores obtenidos en iluminación del
Prototipo con el Acrílico Difusor No. 2
DIFUSOR NO.2
DISTANCIA (metros) INTENSIDAD LUMINOSA (luxes) LUMENES EMITIDOS
2,20 165 798,60
1,45 381 801,05
Tabla 4.2 Valores Obtenidos Con el Acrílico Difusor No. 2
Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
93
DIFUSOR NO.3
DISTANCIA (metros) INTENSIDAD LUMINOSA (luxes) LUMENES EMITIDOS
2,20 157 759,88
1,45 360 756,90
Tabla 4.3 Valores Obtenidos Con el Acrílico Difusor No. 3
SIN DIFUSOR
DISTANCIA (metros) INTENSIDAD LUMINOSA (luxes) LUMENES EMITIDOS
2,20 190 919,60
1,45 435 914,59
Tabla 4.4 Valores Obtenidos Sin Difusor
Es importante Mencionar que sin difusor obtenemos mayor intensidad luminosa
como lo muestran los resultados pero con los difusores se consigue confort y
de estos 3 con el primero se tiene el máximo confort facilitando una adecuada
lectura.
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A continuación se muestra una grafica de comportamiento de los niveles de
intensidad luminosa obtenidos de los 3 difusores y sin difusor. Ver fig.
Figura 4.13 Grafica de Comportamiento Altura Vs Intensidad Luminosa.
La grafica anterior nos muestra que sin difusor se alcanza la mayor intensidad
luminosa pero es necesario pensar en el confort en iluminación que se requiere
por lo que la mejor eficiencia en iluminación para esta luminaria se obtiene con
el difusor cracked ice clear. Sabemos que por norma la mayoría de edificios
son construidos a una altura de 3.00 mts. Pero sabemos que la altura entre el
plano de trabajo y la luminaria resulta de 2.20 mts por esto se tomaron las
mediciones a una altura de 2.20 mts. Así como también a una distancia de 1.45
mts esto debido a que el plano de trabajo en algunas lugares así como en el
Laboratorio de Ingeniería Eléctrica es a esta altura.
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CAPITULO 5 CONCLUSIONES.
5.1 Conclusiones. Después de haber echo este estudio de la iluminación con LEDS concluyo que
esta tecnología ha estado evolucionando de tal forma que los costos en su
producción se están abaratando día a día y su iluminación es cada vez mas
intensa, por lo que esta es una opción viable para la sustitución de la
iluminación tradicional por iluminación con Tecnología LED siendo una solución
para el Ahorro de Energía Eléctrica y así mismo con la Adquisición de
Tecnología LED podemos obtener financiamientos por Fideicomisos para el
Ahorro de Energía FIDE y pagando esto con los mismos ahorros de Energía.
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5.2 Glosario
Eficacia. Para emitir una radiación luminosa una fuente tiene que absorber
energía, generalmente eléctrica.
Flujo Luminoso. (F o 0) es la cantidad de luz emitida por una fuente, medida
en lúmenes (lm) a la tensión nominal de funcionamiento.
Potencia absorbida. (p) es la energía eléctrica consumida por una fuente
medida en watts (W).
Eficacia luminosa. Expresada en lm/W es la relación existente entre el flujo
luminoso y la potencia absorbida. Así por un watt consumido, una lámpara
Standard clara produce de 10 a 15 lm, una lámpara fluorescente compacta
DULUX Ò, y una de vapor de sodio a baja presión NA de 100 a 180 lm.
Duración de vida. Es la determinada por un criterio convenido. La vida de las
lámparas está definida cuando el 50% de ellas funcionan todavía, con el 80%
de flujo luminoso.
Angulo de radiación. Es el ángulo sólido producido por un reflector con el
que dirige la luz.
Confort. El flujo luminoso de una fuente es proyectado en todas las
direcciones. De esta forma puede ser difuso, reflejado o dirigido en ciertos
ángulos.
Factor de reflexión. Es la relación entre el flujo luminoso reflejado y el flujo
luminoso incidente
Intensidad luminosa. (I) expresada en candelas (cd) es la intensidad del flujo
proyectado en una dirección determinada.
Iluminancia. (E) dada en luxes, el flujo luminoso que recibe una superficie
determinada (f/S) situada a una cierta distancia de la fuente. Se determina por
la relación entre la intensidad luminosa y la distancia al cuadrado (l/d²).
Luminancia. (L) medida en cd/m² o cd/cm² es la intensidad luminosa producida
o reflejada por una superficie dada. Con ella se puede evaluar el
deslumbramiento.
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5.3 Fuentes de Información.
1. SUNSET. Iluminación Residencial. Segunda Edición. Editorial Trillas 1993. ISBN. 9682441641
2. VITTORIO EX. Iluminación Interna. Boixareu Editores. ISBN 8426703623.
3. MIKE LAWRANCE. Instalaciones Eléctricas e Iluminación. Primera Edición. Ediciones G.Gili S.A de C.V. ISBN. 968-887-300-4.
4. Manual del Instalador de Alumbrado Fluorescente. Quinta Edición. Editorial Gustavo Gili. S.A de C.V Barcelona.
5. GERARD HONEY. Emergency and Security Lighting. First Published 2001. ISBN. 0750650370.
6. FRANCO MARTIN SÀNCHEZ. Instalaciones de Iluminación. Tercera Edición. Editorial Torán. ISBN 978-84-96555-02-0.
7. H.P RICHTER. Manual Practico de Instalaciones Eléctricas. Sexta Reimpresión. México 1995. ISBN 968-26-0235-1.
8. JOHN P.FRIER Y MARY E.GOZLEY FRIER. Sistemas de Iluminación Industriales. Primera Edición 1986. Editorial Limusa. ISBN 968-18-1877
9. RAY MOND KANE AND HEINZ SELL. Revolution in Lamps A chronicle of 50 years of Progress. Second Edition. Published by The Fairmont Press. INC. ISBN. 0-88173-351-2.
10. http://www.agelectronica.com
11. http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_LED
12. http://www.arqhys.com/noticias/tecnologia-ventajas.html
13. http://www.monografias.com/trabajos11/ilum/ilum.shtml
14. http://www.abcdatos.com/tutoriales/tutorial/z1147.html
15. http://www.casadellibro.com/libro-manual-de-iluminacion
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5.4 Anexos.
RESUMEN TECNICO-ECONOMICO
INVERSION PROTOTIPO
INVERSION PRODUCCION SERIE
MATERIAL COSTO MATERIAL COSTO
Leds $ 1.800,00 Leds $ 400,00 Componentes y Cable $ 100,00 Componentes y Cable $ 40,00 Placas Fenolicas $ 100,00 Placas Fenolicas $ 30,00 Cloruro Férrico $ 50,00 Cloruro Férrico $ 18,00 Thiner $ 20,00 Thiner $ 10,00 Pintura Industrial $ 50,00 Pintura Industrial $ 25,00 Malla para Serigrafía $ 150,00 Malla para Serigrafía $ 0,00 Gabinete $ 500,00 Gabinete $ 350,00 Difusor $ 120,00 Difusor $ 80,00
Costo de Ingeniería $ 1.000,00 Costo de Ingeniería $ 1.000,00
Costo Total $ 3.890,00 Costo Total $ 1.953,00
CONSUMO DE ENERGIA Y AHORRO
TIPO DE LUMINARIA
CONSUMO DE
POTENCIA (KW)
HORAS DIA
HORAS MES
KW/H MES
KW/H AÑO
COSTO $ AÑO
AHORRO $ AÑO INVERSION
PAY BACK EN
AÑOS
TIEMPO DE VIDA AÑOS
Sistema T‐12 2X39
Fluorescente 0,0216 12 360 7,776 93,312 229,55 $ 0,00 $500,00 N.A 2,31
Sistema de LEDS de
21,6W IPN‐ESIME
CULHUACAN 0,09 12 360 32,4 388,8 956,45 $ 726,90 $1,953,00 2,68 18,52
Como se muestra en la tabla anterior el Pay Back resulta atractivo pues en menos de 3 años se recupera la inversión sustituyendo por la iluminación tradicional Fluorescente de 2X39 T-12 y con 10 veces mayor de vida útil.
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MANUAL DE OPERACIÒN
INSTRUCCIONES GENERALES Para optimizar el desempeño de esta luminaria, por favor, sírvase leer
completamente y con cuidado este manual de instrucciones para que se
familiarice con esta Tecnología.
ADVERTENCIAS DE SERVICIO En el interior de esta unidad NO existen partes a las que el usuario pueda o
deba dar servicio de mantenimiento o reparación alguna. No intente repararlo
usted mismo. En el poco probable caso de que su Luminaria requiera servicio
o reparación, por favor, contacte a un técnico o Ingeniero Especializado.
ASPECTOS GENERALES • Incluye un armazón para colgarse.
• Fácil acceso para el reemplazo de la lámpara.
• Ligera. GUIA DE SEGURIDAD Aspectos de Seguridad: El fusible de esta Luminaria puede eventualmente
quemarse si se alcanza la carga máxima de .200 Amperes. Si el fusible debe
ser reemplazado, siempre hágalo exactamente por uno del mismo tipo y valor
que el quemado.
TRANSPORTE Y MANEJO • Para desconectar un cable, sostenga el cuerpo de la clavija y tire, nunca tire
del cable.
• No coloque objetos pesados sobre la unidad, ni la golpee, esto puede
ocasionar serios problemas.
LIMPIEZA • Limpie la unidad con un paño suave y seco.
• Retire las manchas con un paño ligeramente humedecido en agua.
• Nunca emplee solventes tales como benceno, gasolina, thinner, o alcohol.
Jamás emplee detergentes ya que estos dañarán el acabado.
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LED DE SEGUNDA GENERACION
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Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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LED DE TERCERA GENERACIÒN
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Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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Diseño de una luminaria con un bajo consumo de potencia con tecnología LED.
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NORMA DE ILUMINACIÒN 2600 SEG293
Niveles de Iluminación por tipos de interiores
Área Funcional Categoría de Iluminancia
Nivel de Iluminación Recomendado
Referencia del Plano de Trabajo
Recomendado Pies-Bujías Lux
Interiores Generales Específicos Bancos
General A 10-20 100-200 Iluminación General
Áreas de Oficinas D 20-50 200-500 Iluminación obtenida con
general y suplementaria
Cajas E 50-100 500-1000
Clínicas Mesas de Exámenes
E 50-100 500-1000 Iluminación obtenida con
general y suplementaria
Cuarto de Emergencias
E 50-100 500-1000
Laboratorios E 50-100 500-1000 Archivos Médicos E 50-100 500-1000 Almacenamiento A 20 200 Iluminación
General Salas de Esperas A 10-20 100-200 Oficinas
Áreas con labores visuales no críticas ni
prolongadas
A 10-20 100-200 Iluminación General
Lectura y escritura con buen papel y
tinta; archivo y labores regulares
de oficina
D 20-50 200-500 Iluminación en la Tarea
Contabilidad, dibujo
D 50 500
Escuelas y Bibliotecas
Bibliotecas D 50 500 Iluminación en la Tarea Salones de clases
general D 30 300
Auditorios A 10 100 Iluminación General
Almacenes Áreas de Circulación
A 10 100 Iluminación General
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Depósitos D 20 200 Áreas de Ventas D 30 300 Iluminación en
la Tarea Interiores Industriales
Ensamble Simple visión fácil D 20-30 200-300 Iluminación en
la Tarea Moderada visión difícil
E 50-75 500-750
Difícil F 100-150 1000-1500
Niveles de Iluminación por tipos de interiores Área Funcional Categoría de
Iluminancia Nivel de Iluminación
Recomendado Referencia del
Plano de Trabajo
Recomendado Pies-Bujías Lux
Automóviles General A 20-30 200-300 Iluminación de
tarea Reparaciones E 50-75 500-750 Inspección
Ordinarias D 20-30 200-300 Iluminación de tarea
Moderadas E 50-75 500-750 Dificultosas F 100-150 1000-1500 Depósitos y Almacenes
Inactivos B 5-10 50-100 Iluminación General Activos C 10-20 100-200
Manejo de Materiales
Área de Trabajo D 20-30 200-300 Iluminación de tarea
Cargando C 10-20 100-200 Iluminación General
Interiores Universales o No Especificados Escaleras, pasillos, elevadores
A 5-10 50-100 Iluminación General
Servicios sanitarios y vestidores
C 10-20 100-200
Iluminación General
C 10-20 100-200