El siguiente artículo presenta un panorama general

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1 El ahorro de energía en sistemas de iluminación en interiores Guillermo González M. La Gerencia de Uso de Energía Eléctrica inició desde 1992 el desarrollo de bases de datos de equipos de iluminación, así como metodologías para implementar programas de ahorro de energía en edificios, comercios e industria y proporciona asesoría técnica a las personas que no están familiarizadas con la materia de alumbrado. Resumen El siguiente artículo presenta un panorama general de la metodología que debe seguirse para el ahorro de energía en sistemas de iluminación interior, con base en las distintas tareas visuales que son efectuadas con ayuda de alumbrado artificial. Introducción La Gerencia de Uso de Energía Eléctrica inició desde 1992 el desarrollo de bases de datos de equipos de iluminación, así como metodologías para implementar programas de ahorro de energía en edificios, comercios e industria y proporciona asesoría técnica a las personas que no están familiarizadas con la materia de alumbrado. El alumbrado es invariablemente un gran usuario de energía en la mayoría de los edificios comerciales e institucionales y, a menudo, hay oportunidades para obtener grandes ahorros de energía. Sin embargo, se debe tener cuidado en no comprometer el rendimiento visual haciendo cambios en el sistema de alumbrado los cuales puedan reducir el rendimiento de los trabajadores y volver negativo cualquier otro ahorro por una baja productividad, ya que es necesario entender que el objetivo principal de los sistemas de iluminación es proporcionar un nivel de luz adecuado para realizar tareas visuales. Actualmente, se han establecido medidas para reducir la demanda y el consumo de energía eléctrica en sistemas de iluminación a través de utilización de lámparas más eficaces; el uso de reflectores especulares eliminando una lámpara de cada dos y el uso de controles de alumbrado para controlar el sistema. Sin embargo, al aplicar estas medidas algunas veces no se toma en cuenta la tarea visual. Metodología Antes de tomar cualquier decisión para modificar un sistema de alumbrado existente, se debe realizar una inspección al sistema de alumbrado con dos objetivos principales: uno es identificar donde se encuentra instalada la carga de alumbrado para conocer los niveles de iluminancia, la eficiencia de los luminarios, su distribución y estado físico, y el otro es identificar donde se puede reducir el uso de alumbrado. Frecuentemente, las tareas ejecutadas en un área de trabajo cambian con el tiempo, mientras que los sistemas de alumbrado permanecen iguales o son modificados para cubrir las nuevas necesidades. Algunos sistemas pueden haber sido instalados para minimizar costos iniciales sin importar su eficiencia o si fueron diseñados antes del advenimiento de nuevas tecnologías. 74 Instituto de Investigaciones Eléctricas

2 Boletín IIE, marzo-abril del 2001 Al realizar la inspección se debe considerar una serie de preguntas como son: Qué hace la gente en ese espacio? estudia, come, opera máquinas, compra o vende? cuál es la cantidad y calidad del alumbrado necesario para realizar las tareas visuales? Para tener una idea de que medida se puede utilizar, primero es necesario tomar una serie de lecturas del nivel de iluminancia que se tienen en la instalación. En general estas lecturas se obtienen por medio de un luxómetro portátil con el que se toman valores máximos y mínimos de la iluminación en la zona que se propone modificar. El segundo paso es comparar los niveles de iluminancia medidos contra las recomendaciones de niveles que son considerados óptimos para desarrollar las tareas visuales. Las recomendaciones de niveles de iluminancia se muestran en la Tabla 1. Para seleccionar rápidamente el valor adecuado se recomienda lo siguiente: - El valor central de cada rango representa el valor recomendado de iluminancia y debe ser usado en todos los casos normales. El valor más alto de cada rango puede ser usado: - Cuando estén presentes en la tarea bajas reflectancias o contrastes inusuales. - Cuando los errores de ejecución son costosos para rectificar. - Cuando la tarea visual es crítica. - Cuando una mayor productividad o exactitud es de gran importancia - Cuando la capacidad visual de los trabajadores está abajo del promedio Tabla 1. Niveles de iluminancia recomendados Tipo de actividad Categoría Nivel de iluminancia Referencia al plano Lx de trabajo Espacios públicos con A Alumbrado general a alrededores obscuros. través del espacio. Simple orientación para visitas B temporales. Espacios de trabajo donde C las tareas visuales son ejecutadas sólo ocasionalmente. Ejecución de tareas visuales D Iluminancia en la de alto contraste o gran tamaño. tarea. Ejecución de tareas visuales de E mediano contraste o regular tamaño. Ejecución de tareas visuales de F bajo contraste o tamaño muy pequeño. Ejecución de tareas visuales de G Iluminancia en la tarea bajo contraste o tamaño muy obtenida por una compequeño ejecutadas sobre un binación de alumbrado período de tiempo prolongado. general y local (alum- Ejecución de tareas visuales muy H brado suplementario). prolongadas y de exactitud. Ejecución de tareas visuales muy I especiales de extremadamente bajo contraste y tamaño pequeño. Frecuentemente, las tareas ejecutadas en un área de trabajo cambian con el tiempo, mientras que los sistemas de alumbrado permanecen iguales o son modificados para cubrir las nuevas necesidades. El valor más bajo de cada rango puede ser usado: - Cuando las reflectancias o contraste son inusualmente altas - Cuando la velocidad y/o exactitud no son importantes. - Cuando la tarea es ejecutada ocasionalmente Algunos ejemplos de diferentes tipos de actividad realizadas en las distintas categorías de iluminancia son: Categoría A Vestíbulos. Categoría B Corredores, cuartos de almacenamiento. Categoría C Salas de espera, escritorios de recepción. Categoría D Material impreso, originales impresos, escritura a mano en tinta, trabajo industrial rudo. Categoría E Escritura con lápiz medio, material impreso o reproducido pobremente, trabajo industrial medio. Categoría F Escritura con lápiz duro en papel de calidad pobre, duplicados decolorados, trabajo industrial difícil. Categoría G Trabajo industrial Categoría H Categoría I fino, inspección difícil. Trabajo de banco extrafino, maquinado o trabajo de ensamble. Procedimientos quirúrgicos, costura de trajes. Instituto de Investigaciones Eléctricas 75

3 Una vez comparados los niveles de iluminancia y analizada el área de trabajo es posible elegir una estrategia como sigue: a) Si el nivel de iluminancia medido es superior al recomendado se puede reducir la potencia de las lámparas y/o poner reflectores especulares, así como seguir las alternativas mostradas en el punto c. b) Si el nivel de iluminancia medido es inferior al recomendado se pueden elegir lámparas de menor potencia con nuevas tecnologías que proporcionan un flujo mayor, así como cambiar difusores y, en dado caso, instalar reflectores especulares. Para reducir la potencia y consumo también será necesario instalar balastros más eficientes. c) En el caso de que los niveles se encuentren dentro de las recomendaciones, se deben evaluar las siguientes alternativas: - Usar alumbrado de tarea en estaciones de trabajo. - Instalar fuentes de luz más eficientes. - Usar balastros eficientes. - Cambiar lámparas incandescentes por fluorescentes compactas. - Instalar reflectores especulares y/o difusores en luminarios existentes. - Instalar interruptores, relevadores de tiempo, sensores de presencia o atenuadores. - Instalar controles para permitir el mayor uso de la luz natural. - Instalar un sistema de control automático para mantener un nivel de iluminancia constante. Tabla 2. Comparación general de fuentes artificiales de luz. Características Incandescente Tungsteno Fluorescente Vapor Aditivos VSAP VSBP Halógeno Mercurio Metálicos Eficacia (lúmenes por Watt) Vida nominal promedio (horas) Rendimiento de color Bueno Excelente Amplia elección Malo o bueno Excelente Medio Malo Control óptico Bueno a excelente Excelente Medio Medio Bueno Bueno Bueno Mantenimiento de lúmenes Medio Excelente Bueno Bueno Bueno Bueno Bueno Encendido a pleno brillo (min.) Inmediato Inmediato Inmediato Tiempo de reencendido (min.) Bajo Inmediato Inmediato Costo inicial Alto Bajo Moderado Medio Alto Alto Alto Costo de operación Alto Bajo a moderado Moderado Moderado Bajo Bajo Tabla 3. Aplicación de lámparas en iluminación industrial. Uso final Incandescente Fluorescente Alta intensidad de descarga Seguridad y vigilancia Luminarios con lámparas LF se usa para salidas y otras Excelente aplicación, especialmenen exteriores. halógenas son utilizadas, pero áreas relativamente pequeñas. para grandes áreas permitiendo el consumo de energía es alto. su instalación en lugares altos. Naves altas, áreas de Sin aplicación. Algunas aplicaciones para LF tipo Excelente aplicación. AM para proceso / ensamble. VH y VHO con alturas de aplicaciones de color crítico. Almontaje de 2.5 a 5 mts. Útil para tura de montaje 6 a 20 m. alumbrado de tarea. Naves bajas, áreas de Sin aplicación. Excelente aplicación para LF en Excelente aplicación para luminaproceso / ensamble. alturas de montaje de 2.5 a 5 m. rios de AM y VSAP de baja bri- Útil para alumbrado de tarea. llantez. Altura de montaje 3.5 a 7.5 m. Áreas de diseño y dibujo. Sin aplicación. Excelente aplicación para LF, Aplicaciones limitadas para ilumiespecialmente con lámparas de nación indirecta con AM. rendimiento de color mejorado. Áreas de almacenamiento. Sin aplicación. LF para áreas de almacenamiento Excelente para alturas de montacon alturas de montaje bajas. je de más de 6 m. de altura. INC - Incandescente LF - Fluorescente LFC - Fluorescente Compacta AM - Aditivos Metálicos VSAP - Vapor de Sodio de Alta Presión 76 Instituto de Investigaciones Eléctricas

4 Boletín IIE, marzo-abril del 2001 Tabla 4. Aplicación de lámparas en iluminación residencial. Uso final Incandescente Fluorescente Descarga en alta intensidad Seguridad y Bajo costo inicial y alto costo por LFC tiene un costo inicial medio, bajo Alto costo inicial, bajo costo por vigilancia en consumo de energía. No es una costo por consumo, larga vida de consumo. las lámparas de poca exteriores elección eficiente. lámpara. Excelente para áreas pequeñas. potencia pueden ser usadas. Es la opción más eficiente. Decorativo Los sistemas y lámparas de bajo voltaje LFC pueden ser excelente elección para VSAP y AM son excelentes para exterior son aceptables pero son las menos alumbrar pasillos. iluminar áreas grandes de jardines eficientes. Existe gran variedad de lámparas y albercas. y luminarios. Cocina, comedor Las INC son populares en lámparas LF y LFC son elecciones eficientes. Sin aplicación. decorativas. Los luminarios con halógeno Gran variedad de colores y tipos de proporcionan un alumbrado espectacular. lámparas aumentan su aceptación. Existen sistemas de control de intensidad Excelente distribución de la luz en cocinas. muy efectivos para el comedor. Sala, recámara Las INC son usadas en luminarios Los luminarios con lámparas LF de un Sin aplicación. decorativos. Los luminarios de halógeno tubo pueden ser usados para alumbrado pueden ser usados como reflectores. indirecto. LFC son excelentes en luminarios de mesa. Baños Las INC son usadas junto a espejos y LF puede ser la opción eficiente. Sin aplicación. reflectores y A19 para alumbrado general. FLC esta ganando aceptación. Áreas para INC son muy populares con luminarios LF de 122 y 244 cms son excelente Sin aplicación. usos múltiples decorativos y en alumbrado dirigido. elección para alumbrado dirigido. Su bajo deslumbramiento y una distribución de luz uniforme son clave para ejecutar trabajos en forma segura. INC - Incandescente LF- Fluorescente LFC - Fluorescente Compacta AM - Aditivos Metálicos VSAP - Vapor de Sodio de Alta Presión Tabla 5. Aplicación de lámparas de iluminación comercial. Uso final Incandescente Fluorescente Descarga de alta intensidad Seguridad y vigilancia en Lámparas halógenas se usan con LF y LFC son excelentes para Excelente aplicación, especialmente en gran-- exteriores incluyendo reflectores pero el costo por aplicación en pasillos, escaleras des áreas permitiendo su instalación en gran estacionamientos. consumo de energía es alto. y otras áreas relativamente altura. Lámparas de VSAP con baja potencia pequeñas. LF en en estructuras de estacionamientos. estacionamientos de baja altura. Decorativo exterior. Apropiado para algunas aplicaciones LFC pueden tener aplicaciones AM y VSAP son excelentes para reflectores e especiales. Los sistemas de bajo vol- en pasillos áreas comunes y iluminación arquitectónica de edificios bajos taje tienen numerosas aplicaciones. jardines. y otro tipo de estructuras. Aparadores, áreas públicas Luminarios de halógeno son LF es la normalmente aceptada AM y VSAP tienen algunas aplicaciones en y comunes, baños, usados en aparadores; INC en para propósitos de uso en grandes areas donde la altura de montaje es señales de salida. luminarios de baño y señales de áreas comunes y públicas. 4.5 mts o más. salida. Los nuevos colores expanden su uso. LFC para señales de salida y baños. Escuelas y oficinas No tiene mucha aplicación Luminarios fluorescentes son AM para alumbrado de gimnasios y bibliotecas excepto para tareas visuales los comúnmente aceptados para críticas. Algunas aplicaciones iluminación de oficinas y salones decorativas y de acentuación. de clase. Restaurantes y salones. Luminarios de halógeno son muy LF son excelentes para áreas de AM y VSAP pueden ser usados en alumbrado populares. Se pueden utilizar cocinas en restaurantes y para cuya altura de montaje sea mayor de 4.5 mts. sistemas con atenuación. alumbrado en cafeterías o restaurantes de comida rápida. Áreas de almacenamiento. Sin aplicación. LF y LFC excelentes para áreas AM y VSAP en alumbrado de almacenes alde almacenamiento. tos (más de 5 mts). INC - Incandescente LF - Fluorescente LFC - Fluorescente Compacta AM - Aditivos Metálicos VSAP - Vapor de Sodio de Alta Presión Instituto de Investigaciones Eléctricas 77

5 Por último, se recomienda efectuar estudios de costo-beneficio para cualquiera de las estrategias analizadas. Una de las partes más importantes dentro de los estudios de ahorro de energía es la elección del tipo de lámpara a utilizar. Las Tablas 2, 3, 4 y 5 presentan una comparación de lámparas y su aplicación en los sectores doméstico, comercial e industrial, las cuales pueden servir de guía para su selección. En las tablas se puede observar que las lámparas incandescentes se recomiendan sólo en aplicaciones donde se utilicen por unas pocas horas al día. También se han eliminado las lámparas de vapor de mercurio para ser reemplazadas por lámparas de aditivos metálicos y vapor de sodio de alta presión, ya que son más eficaces. Creadas para tener larga vida y usarse en pequeños luminarios, las lámparas de tungsteno halógeno son usadas en la actualidad para iluminación de detalle con lámparas halógenas dicroícas o iluminación de locales comerciales, fachadas de edificios y algunas áreas deportivas. Las lámparas fluorescentes son las preferidas para aplicaciones en alumbrado interior comercial. La producción de una gran variedad de temperaturas y rendimientos de color hacen fácil la introducción de estas lámparas en hogares, restaurantes y en algunas aplicaciones industriales que son sensibles al color y donde la altura de montaje no exceda de 5 metros. El reemplazo de alumbrado incandescente con lámparas fluorescentes compactas ofrece significativos ahorros al usuario. El ahorro a través de menor consumo de energía, menos cambios de lámparas y costos relacionados con el mantenimiento, pueden recuperar rápidamente la inversión inicial. Las lámparas de descarga de alta intensidad son ideales para iluminación de grandes áreas industriales así como para bodegas o patios de maniobras, en alturas de montaje de 6 o más metros, donde el rendimiento de color no es tan importante. El advenimiento de lámparas con menor potencia las hace apropiadas para sustitución de lámparas fluorescentes o de tungsteno halógeno en aplicaciones de seguridad y vigilancia y alumbrado de acentuación. Conclusiones Los sistemas de alumbrado presentan una excelente oportunidad para el ahorro de energía, sin embargo deben tomarse en cuenta las tareas visuales efectuadas ya que una iluminación insuficiente disminuirá la productividad de las personas. Adicionalmente, debe mencionarse que es necesario conocer los avances tecnológicos en luminarios y controles de alumbrado para seleccionar la mejor alternativa. Guillermo González Milla Ingeniero Electricista por la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica del IPN. Labora para el IIE desde Ha participado en el Anteproyecto de norma Energética para Alumbrado de edificios no residenciales como Jefe de proyecto; en la elaboración de diagnósticos energéticos en 3 plantas de Pemex-Región Sur; y también en la elaboración de diagnóstico al sistema de iluminación en plataforma Akal-C, Akal-J y Nohoch-A de Pemex, Activo Cantarel. De 1993 al año 2000 fue Representante ante el Grupo de Consulta de Ahorro de Energía del gobierno federal ante la Conae. ggmilla@iie.org.mx Bibliografía Horowitz J. Marvin. Energy Efficiency Improvements and Investment Behavior in Small Commercial Buildings, Energy, vol.14, num 11, Illuminating Engineering Society Of North America. IES Lighting Hanbook.-Reference % Application, 8 th edition, Pacific Gas & Electric (PGE). Cost Effective Lighting, Control Retrofits. Retro Building Solutions, San Diego Cal., Stewat Frank M. Energy Efficiency Programs for Existing Buildings, Applied Energy, núm 36, pp U.S. Department of Energy. Model Energy Audit Program Guidelines, St Paul Minnesota. 78 Instituto de Investigaciones Eléctricas