Estudio de uso racional de la energía en sistemas de iluminación con nuevas tecnologías en Manufacturas Kaltex, S. A. de C. V.

Transcripción

1 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TULA TEPEJI Organismo Público Descentralizado del Gobierno del Estado de Hidalgo Estudio de uso racional de la energía en sistemas de iluminación con nuevas tecnologías en Manufacturas Kaltex, S. A. de C. V. Proyecto profesional que para obtener el Título de: Ingeniero en Mantenimiento Industrial Presenta: Jaime Márquez Ramírez MAYO DE

2 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE TULA TEPEJI Organismo Público Descentralizado del Gobierno del Estado de Hidalgo Estudio de uso racional de la energía en sistemas de iluminación con nuevas tecnologías en Manufacturas Kaltex, S. A. de C. V. Proyecto profesional que para obtener el Título de: Ingeniero en Mantenimiento Industrial Presenta: Jaime Márquez Ramírez Asesor Académico Asesor Industrial Ing. Eduardo Hernández Tovar Ing. Juan Sergio Magaña Juárez 2

3 AGRADECIMIENTO En primer lugar doy gracias a Dios Jehová, por haberme dado la fuerza y valor para terminar mis estudios. A mi esposa Angélica Benítez e hijos Noemí, Abigail y Bryan. Gracias por compartir y dedicar gran parte de su tiempo conmigo y por darme aliento para la ardua tarea de caminar hacia la perspectiva de un nuevo día; de verdad serán inolvidables. A mis padres Teresa y Vicente, hermanas y hermano. Agradezco la confianza y el apoyo porque contribuyeron positivamente para llevar a cabo esta difícil jornada. Mi cuñado David León. Que siempre me prestó su apoyo y atención para todos los trabajos que me correspondía. Compañero Víctor. Que participó y contribuyó realmente en mi desarrollo profesional durante mi carrera. A mis asesores. Ing. Eduardo Hernández Tovar Ing. Juan Sergio Magaña Juárez Por su comprensión y por la gran calidad humana que me han demostrado con una actitud de respeto. Por el gran apoyo que me han brindado para poder realizar y llevar a cabo este proyecto, por las experiencias y conocimiento que me han compartido. 3

4 Índice Pág. Resumen 7 Summary 8 Introducción 9 ANTECEDENTES 10 Planteamiento del problema 10 Objetivo general 11 Objetivos específicos 11 Justificación 12 CAPÍTULO I MARCO TEÓRICO Principios básicos de iluminación Flujo luminoso Intensidad luminosa Iluminancia Luminancia Exitancia Sistema métrico Características de la lámpara Lámparas incandescentes Características de una lámpara incandescente Características cromáticas Características de duración Partes de una lámpara 23 4

5 Tipos de lámpara Lámparas de descarga Elementos auxiliares Características cromáticas Características de duración de las lámparas Factores externos que influyen en el funcionamiento de las lámparas Partes de una lámpara de descarga Clase de lámparas de descarga Lámparas de vapor de mercurio Lámparas de vapor de sodio LEDs Luminarias Clasificación Fotometría Curva de distribución candlepower Coeficiente de utilización Tabla isofootcandle o isolux 53 CAPÍTULO II SITUACIÓN ACTUAL DEL PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Estudio del sistema de iluminación situación actual y nueva propuesta Niveles de Iluminación requeridos de acuerdo con la NORMA 57 CAPÍTULO III PROPUESTA DE SOLUCIÓN AL PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Niveles de iluminación con el sistema actual con la propuesta de la lámparas tipo LED, en el departamento de Trociles Diseño de la instalación actual con las luminarias tipo zopilote de 61 5

6 2x Consumo de energía eléctrica de las luminarias de 2x75 watts Evaluación de las lámparas FLUORESCENTES contra las lámparas tipo LEDs Propuesta de solución al problema con lámparas tipo LED Elaboración del proyecto con lámparas tipo LED 71 CAPÍTULO IV ESTUDIO DE COSTO Y BENEFICIO 77 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 79 ANEXOS 81 GLOSARIO 87 BIBLIOGRAFÍA 97 ÍNDICE DE MATERIAL GRÁFICO 100 6

7 Resumen El presente proyecto tiene como objetivo buscar la aplicación de nuevas tecnologías de iluminación así como proporcionar información de gran utilidad para todas aquellas personas que se desempeñen en el área de sistemas de iluminación y principalmente enfocado a técnicos e ingenieros que diseñan, calculan y desarrollan proyectos de sistemas de iluminación industrial. Se presenta la teoría de los conceptos básicos de este fenómeno físico, nuevas tecnologías, fichas técnicas, aplicaciones y beneficios. En este proyecto se analizaron y evaluaron diferentes tecnologías de iluminación para determinar sus características, ventajas y desventajas, entre las tecnologías revisadas fueron las de; lámparas fluorescentes y lámparas tipo LEDs. Se desarrollaron diferentes pruebas en campo donde se evaluaron su intensidad lumínica, consumo eléctrico, apariencia visual, desempeño y forma de instalación. Se realizó el análisis de costo beneficio para determinar su retorno de inversión, independientemente de otros beneficios que se tienen con la implementación de esta nueva tecnología, los estudios realizados arrojan que se pueden lograr ahorros importantes con retornos de inversión atractivos para la industria y favoreciendo al medio ambiente. Para cualquier implementación de una tecnología nueva es importante considerar que se deben realizar todos los análisis y evaluaciones necesarias para tener todos los elementos que permitan tomar una decisión adecuada que garantice el éxito del proyecto. 7

8 Summary The present project has as objective to look for the application of new technologies of illumination as well as to provide information of great utility for all those people that act in the area of systems of illumination and mainly focused technicians and engineers that design, they calculate and they develop projects of systems of industrial illumination. It is presented the theory of the basic concepts of this phenomenon physical, new technologies, technical records, applications and benefits. In this project they were analyzed and they evaluated different technologies of illumination to determine their characteristics, advantages and disadvantages, among the revised technologies they were those of; fluorescent lamps and lamps type LEDs. Different tests were developed in field where they were evaluated their light intensity, consummate electric, visual appearance, carry out and installation form. One carries out the analysis of cost benefit to determine their investment return, independently of other benefits that are had with the implementation of this new technology, the carried out studies throw that important savings can be achieved with attractive investment returns for the industry and favoring to the environment. For any implementation of a new technology it is important to consider that they should be carried out all the analyses and necessary evaluations to have all the elements that allow making an appropriate decision that guarantees the success of the project. 8

9 Introducción Es importante destacar que debido al rápido crecimiento de la industria, la explosión demográfica y el alto índice de contaminación ambiental, aunado a los serios problemas de contaminación que tienen los equipos de iluminación fluorescentes que se utilizan hoy en día en las plantas industriales, es necesario buscar nuevas alternativas con tecnologías que sean más eficientes, su vida de uso útil sea mayor y que sean favorables al medio ambiente. En el desarrollo de los proyectos se debe cumplir con las Normas Oficiales Mexicanas, para el caso de la iluminación sería la (NOM-025-STPS-2008, Condiciones de iluminación en los centros de trabajo) a fin de contribuir en la prevención de los riesgos de trabajo debido a efectos de una iluminación deficiente o excesiva en la realización de las tareas de los trabajos y otras que apliquen según sea el caso especifique. Hay valores de niveles de iluminación normalizados para cada tipo de tarea visual o área de trabajo, que garantizarán la comodidad visual, agradable, rendimiento visual y el óptimo desempeño del personal operativo en cada actividad realizada. El alcance de este estudio es específico para un área donde la tarea visual del puesto de trabajo es distinción moderada de detalles: ensamble simple trabajo medio en banco y máquina, inspección simple, empaque y trabajos de oficina para aéreas de trabajo como: talleres área de empaque y ensamble, aulas y oficinas con un nivel mínimo de iluminación de 300 luxes, de acuerdo al anexo I referente a niveles de iluminación de dicha norma. Hoy en día existen nuevas tecnologías con mayor eficiencia lumínica, mayor vida uso útil y que son más favorables al medio ambiente. 9

10 Antecedentes Planteamiento del Problema. La empresa Manufacturas Kaltex, tiene que buscar una mejora continua. Con la aplicación de las nuevas tecnologías, con el objetivo de reducir costos y cuidar el medio ambiente. Existen muchas áreas de oportunidad donde se pueden usar las nuevas tecnologías de iluminación con un potencial de ahorro energético importante. La Planta tiene más de 25 años, durante los cuales no se ha modificado el sistema de iluminación, contando con luminarias obsoletos, por lo que es necesario realizar un proyecto integral que considere todos los factores que afecten el cambio de las luminarias. 10

11 Objetivo general. Desarrollar el proyecto integral para el cambio de la tecnología de iluminación con las lámparas fluorescentes en diferentes departamentos de Manufacturas Kaltex, cumpliendo con las Normas Oficiales Mexicanas vigentes en sistemas de iluminación y a su vez dar confort para personal que trabaja en la Planta de producción y favorecer al medioambiente. Objetivos específicos. Determinar el estado actual del departamento y las condiciones del sistema de iluminación. Elaborar el proyecto de iluminación del área correspondiente con las nuevas tecnologías que cumpla con los niveles de iluminación requeridos por el área y las normatividad vigente. Análisis y evaluación de las lámparas con las nuevas tecnologías. Realizar el cálculo del número de lámparas de acuerdo con el nivel de iluminación requerido y las características de las mismas. Hacer un análisis comparativo de ventajas y desventajas de las lámparas fluorescentes contra las nuevas tecnologías seleccionadas. Determinar la factibilidad técnico económico del proyecto. Análisis del Costo beneficio y el retorno de la inversión. 11

12 Justificación. Actualmente hay instalaciones en las plantas, que tienen más de 30 años y requieren de un proyecto de modernización en sus instalaciones de alumbrado. Es necesario promover tecnologías que favorezcan al medio ambiente, en razón de los graves problemas de contaminación y calentamiento global que generan las lámparas como son las fluorescentes con alto contenido de mercurio y baja eficiencia. Debido al nivel de competencia en el mercado es necesario promover proyectos que permitan reducir costos con la aplicación de tecnologías más eficientes. Con las nuevas tecnologías se puede tener ahorros de energía hasta de un 50% en los sistemas de iluminación. 12

13 Capítulo I. MARCO TEÓRICO Antes de iniciar con el contenido de marco teórico, se presenta un panorama general de la empresa. Manufacturas Kaltex S.A de C.V. es una empresa textil 100 % Mexicana, está ubicada en la Ant. Carret. Méx.-Qro. Km. 11, Santiago Tlautla, Municipio de Tepeji del Río, integrada verticalmente, por empresas que producen: Fibra sintética Hilo Telas Prendas de vestir Productos textiles para el hogar Nuestros resultados nos ubican como: Líderes indiscutibles en el mercado nacional Grandes exportadores con la más amplia aceptación en los mercados internacionales (Estados Unidos, Canadá, Europa, Centro y Sudamérica). Hoy, en Grupo Kaltex estamos orgullosamente preparados para superar los retos del mercado Mundial. 13

14 1.1 Principios básicos de iluminación La iluminación en lo que respecta al área industrial debe tener presente un gran número de luminarias ya que deben abarcar espacios muy grandes y extensos, también deben poseer características distintas a luminarias convencionales o residenciales como poseer mayor potencia, brillo, incandescencia y aceptar los cambios bruscos de niveles de tensión. Estos tipos de luminarias se crearon con el fin de facilitar los procesos producidos de distinto trabajos industriales, además de relacionar la cantidad de luz utilizada con respecto a las labores realizadas. Para esto es necesario analizar la tarea visual a desarrollar y determinar la cantidad y tipo de iluminación que proporcione el máximo rendimiento visual y cumpla con las exigencias de seguridad y comodidad como también seleccionar el equipo de alumbrado que proporcione la luz requerida de la manera satisfactoria. La comprensión de algunos de los términos fundamentales en la tecnología de la iluminación es básica para la práctica del buen diseño. Con este propósito, a continuación se revisan los términos y conceptos más importantes Flujo Luminoso El flujo luminoso es la del paso de la luz medido en lúmenes. Es una medida del total de luz emitida por una fuente y es usada comúnmente para la medición de la salida de lámpara total. 14

15 1.1.2 Intensidad Luminosa La candela es la unidad de intensidad (I) y es análoga a la presión en el sistema hidráulico. A veces es llamada y describe la cantidad de luz (lúmenes) en una unidad de ángulo sólido. Esta unidad de ángulo sólido se llama steradian. Se observará en la Figura 1 que mientras la luz se aleja de la fuente, el ángulo sólido cubre un área más y más grande; pero el ángulo permanece así como la cantidad de luz que contiene. Por lo tanto, la intensidad en una dirección dada es constante independientemente de la distancia. Figura 1.1. Intensidad luminosa Iluminancia (E) La iluminancia es la cantidad de luz que incide en la unidad de área y es medida en Footcandles (pies candela) o luxes. Es definida por la intensidad (I) en candelas, dirigida hacia un punto P, dividida por el cuadrado de la distancia (D) de la fuente (luminario) a la superficie a iluminar. A medida que el área cubierta por un ángulo sólido dado se hace más grande con la distancia desde la fuente, el flujo de luz permanece igual. La densidad de iluminación de la luz en la superficie disminuye, tanto, como el inverso de la distancia al cuadrado. Esta fórmula es válida sólo si la superficie receptora es 15

16 perpendicular a la dirección de la fuente. Si la luz incide en otro ángulo, la fórmula se transforma en: Donde: E = Iluminación en pies candela (fc) o luxes I =Intensidad en candela (cd) hacia el punto P D = distancia en pies o metros Ø= ángulo de incidencia Figura 1.2 Iluminancia Luminancia (L) La luminancia, frecuentemente llamada brillantez, es el nombre dado a lo que vemos. La brillantez es una sensación subjetiva que varía de muy tenue u obscuro a muy brillante. De una forma objetiva, se refiere a ella como luminancia, definida como la intensidad en una dirección dada dividida por un área proyectada tal como la ve un observador. Se refiere a la luminancia de una de dos maneras, ya sea relacionada a un luminario o a una superficie. La luminancia directa o brillantez de luminario a varios ángulos de visión es un factor mayor en la evaluación de confort visual de una instalación que use esos luminarios. En general, es deseable minimizar la brillantez de luminarios con montaje de techo en los ángulos verticales altos, Cuando la intensidad está en candelas, y el área proyectada está en metros, la unidad de luminancia es candelas por metro cuadrado (cd/m²). 16

17 1.1.5 Exitancia (M) Por lo general, se desea calcular la cantidad de luz reflejada en las superficies del cuarto; muchas son difusas por naturaleza y como resultado el término correcto a usar es Exitancia (M), donde: Exitancia = iluminancia x factor de reflexión M = E x p Donde E = Iluminancia en pies candela p = es el factor de reflexión de la superficie expresado como la fracción de luz reflejada sobre la luz incidente M = es la exitancia resultante en pies candela Sistema Métrico A medida que los Estados Unidos de América (USA). Tienda al sistema métrico para concordar con el área científica y el resto del mundo, la ingeniería de iluminación se convertirá al Sistema Internacional de Unidades (SI). Sólo los términos que involucren longitud o área, iluminancia y luminancia, son afectados. La Iluminancia (E) se establece en lux en el Sistema Métrico. 1 fc= luxes. Luminancia (L) se establece en nits en el Sistema Métrico. 1.2 Características de la lámpara Una de las primeras decisiones en el diseño de un buen sistema de iluminación es la elección de una fuente de luz. Hay disponible un número de fuentes de luz, cada una con su combinación única de características operativas. Una de las pocas características de lámpara que el diseñador de iluminación debe considerar 17

18 cuando escoge una fuente de luz, deben incluir la eficacia, o lúmenes por vatio (watt) (W); color; vida de la lámpara; y depreciación de lumen de la lámpara, o el porcentaje de salida que una lámpara pierde durante su vida. A pesar de que hay cientos de lámparas en el mercado hoy en día, estas pueden ser clasificadas por construcción y características operativas: incandescente, fluorescente y alta intensidad de descarga (HID). Las lámparas HID pueden ser agrupadas en cuatro clases principales: sodio de alta presión, aditivos metálicos, mercurio, sodio de baja presión. También incluye las características de las lámparas de LED s Lámparas incandescentes Las lámparas incandescentes fueron la primera forma de generar luz a partir de la energía eléctrica. Desde que fueran inventadas, la tecnología ha cambiado mucho produciéndose sustanciosos avances en la cantidad de luz producida, el consumo y la duración de las lámparas. Su principio de funcionamiento es simple, se pasa una corriente eléctrica por un filamento hasta que este alcanza una temperatura tan alta que emite radiaciones visibles por el ojo humano. La incandescencia. Todos los cuerpos calientes emiten energía en forma de radiación electromagnética. Mientras más alta sea su temperatura mayor será la energía emitida y la porción del espectro electromagnético ocupado por las radiaciones emitidas. Si el cuerpo pasa la temperatura de incandescencia una buena parte de estas radiaciones caerán en la zona visible del espectro y obtendremos luz. 18

19 Figura 1.3 Espectro electromagnético La incandescencia se puede obtener de dos maneras. La primera es por combustión de alguna sustancia, ya sea sólida como una antorcha de madera, líquida como en una lámpara de aceite o gaseosa como en las lámparas de gas. La segunda es pasando una corriente eléctrica a través de un hilo conductor muy delgado como ocurre en las bombillas corrientes. Tanto de una forma como de otra, obtenemos luz y calor (ya sea calentando las moléculas de aire o por radiaciones infrarrojas). En general los rendimientos de este tipo de lámparas son bajos debido a que la mayor parte de la energía consumida se convierte en calor. Figura 1.4 Rendimiento de una lámpara incandescente La producción de luz mediante la incandescencia tiene una ventaja adicional, y es que la luz emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de otra manera, su espectro de emisiones es continuo. De esta manera se garantiza una buena reproducción de los colores de los objetos iluminados. 19

20 Características de una lámpara incandescente Entre los parámetros que sirven para definir una lámpara tenemos las características fotométricas: la intensidad luminosa, el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia. Además de estas, existen otros que nos informan sobre la calidad de la reproducción de los colores y los parámetros de duración de las lámparas Características cromáticas Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en gran medida de las características cromáticas de las fuentes de luz. Por poner un ejemplo, no se ve igual una calle de noche a la luz de las farolas iluminadas por lámparas de luz blanca que con lámparas de luz amarilla. A la hora de describir las cualidades cromáticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos aspectos. El primero trata sobre el color que presenta la fuente. Y el segundo describe cómo son reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta. Para evaluarlos se utilizan dos parámetros: la temperatura de color y el rendimiento de color que se mide con el Índice de rendimiento de color (IRC). La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa. Su valor coincide con la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente considerada. Esto se debe a que sus espectros electromagnéticos respectivos tienen una distribución espectral similar. Conviene aclarar que los conceptos temperatura de color y temperatura de filamento son diferentes y no tienen porque coincidir sus valores. El rendimiento en color, por contra, hace referencia a cómo se ven los colores de los objetos iluminados. Nuestra experiencia nos indica que los objetos iluminados por un fluorescente no se ven del mismo tono que aquellos iluminados por bombillas. En el primer caso destacan más los tonos azules mientras que en el segundo lo hacen los rojos. Esto se debe a que la luz emitida por cada una de 20

21 estas lámparas tiene un alto porcentaje de radiaciones monocromáticas de color azul o rojo. Fuente de luz blanca. Fuente de luz monocromática. Figura 1.5 Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos Para establecer el rendimiento en color se utiliza el índice de rendimiento de color (IRC o Ra) que compara la reproducción de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra fuente con la reproducción de la misma muestra iluminada con una fuente patrón de referencia Características de duración La duración de una lámpara viene determinada básicamente por la temperatura de trabajo del filamento. Mientras más alta sea esta, mayor será el flujo luminoso pero también la velocidad de evaporación del material que forma el filamento. Las partículas evaporadas, cuando entren en contacto con las paredes se depositarán sobre estas, ennegreciendo la ampolla. De esta manera se verá reducido el flujo luminoso por ensuciamiento de la ampolla. Pero, además, el filamento se habrá vuelto más delgado por la evaporación del tungsteno que lo forma y se reducirá, en consecuencia, la corriente eléctrica que pasa por él, la temperatura de trabajo y el flujo luminoso. Esto seguirá ocurriendo hasta que finalmente se rompa el filamento. A este proceso se le conoce como depreciación luminosa. Para determinar la vida de una lámpara disponemos de diferentes parámetros según las condiciones de uso definidas. 21

22 La vida individual es el tiempo transcurrido en horas hasta que una lámpara se estropea, trabajando en unas condiciones determinadas. La vida promedio es el tiempo transcurrido hasta que se produce el fallo de la mitad de las lámparas de un lote representativo de una instalación, trabajando en unas condiciones determinadas. La vida útil es el tiempo estimado en horas tras el cual es preferible sustituir un conjunto de lámparas de una instalación a mantenerlas. Esto se hace por motivos económicos y para evitar una disminución excesiva en los niveles de iluminación en la instalación debido a la depreciación que sufre el flujo luminoso con el tiempo. Este valor sirve para establecer los periodos de reposición de las lámparas de una instalación. La vida media es el tiempo medio que resulta tras el análisis y ensayo de un lote de lámparas trabajando en unas condiciones determinadas. La duración de las lámparas incandescentes está normalizada; siendo de unas 1000 horas para las normales, para las halógenas es de 2000 horas para aplicaciones generales y de 4000 horas para las especiales. Factores externos que influyen en el funcionamiento de las lámparas Los factores externos que afectan al funcionamiento de las lámparas son la temperatura del entorno dónde esté situada la lámpara y las desviaciones en la tensión nominal en los bornes. La temperatura ambiente no es un factor que influya demasiado en el funcionamiento de las lámparas incandescentes, pero sí se ha de tener en cuenta para evitar deterioros en los materiales empleados en su fabricación. En las lámparas normales hay que tener cuidado de que la temperatura de funcionamiento no exceda de los 200 ºC (Grados centígrados) para el casquillo y los 370 ºC para el bulbo en el alumbrado general. Esto será de especial atención si la lámpara está alojada en luminarias con mala ventilación. En el caso de las lámparas halógenas es necesaria una temperatura de funcionamiento mínima en 22

23 el bulbo de 260º C para garantizar el ciclo regenerador del wolframio. En este caso la máxima temperatura admisible en la ampolla es de 520 ºC para ampollas de vidrio duro y 900 ºC para el cuarzo. Las variaciones de la tensión se producen cuando aplicamos a la lámpara una tensión diferente de la tensión nominal para la que ha sido diseñada. Cuando aumentamos la tensión aplicada se produce un incremento de la potencia consumida y del flujo emitido por la lámpara pero se reduce la duración de la lámpara. Análogamente, al reducir la tensión se produce el efecto contrario. Figura 1.6 Efecto de las variaciones de tensión (%) sobre las características de funcionamiento de las lámparas incandescentes Partes de una lámpara Las lámparas incandescentes están formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible. Para evitar que el filamento se queme en contacto con el aire, se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha hecho el vacío o se ha rellenado con un gas. El conjunto se completa con unos elementos con funciones de soporte y conducción de la corriente eléctrica y un casquillo normalizado que sirve para conectar la lámpara a la luminaria. 23

24 Figura 1.7 Partes de una bombilla Tipos de lámparas Existen dos tipos de lámparas incandescentes: las que contienen un gas halógeno en su interior y las que no lo contienen: Lámparas no halógenas. Entre las lámparas incandescentes no halógenas podemos distinguir las que se han rellenado con un gas inerte de aquellas en que se ha hecho el vacío en su interior. La presencia del gas supone un notable incremento de la eficacia luminosa de la lámpara dificultando la evaporación del material del filamento y permitiendo el aumento de la temperatura de trabajo del filamento. Las lámparas incandescentes tienen una duración normalizada de 1000 horas, una potencia entre 25 y 2000 W y unas eficacias entre 7.5 y 11 lm/w para las lámparas de vacío y entre 10 y 20 para las rellenas de gas inerte. En la actualidad predomina el uso de las lámparas con gas, reduciéndose el uso de las de vacío a aplicaciones ocasionales en alumbrado general con potencias de hasta 40 W. 24

25 Tabla 1.1 Lámparas no halógenas Lámparas con gas Lámparas de vacío Temperatura del 2500 ºC 2100 ºC filamento Eficacia luminosa de lm/w lm/w la lámpara Duración 1000 horas 1000 horas Pérdidas de calor Convección y radiación Radiación Lámparas halógenas de alta y baja tensión. En las lámparas incandescentes normales, con el paso del tiempo, se produce una disminución significativa del flujo luminoso. Esto se debe, en parte, al ennegrecimiento de la ampolla por culpa de la evaporación de partículas de Wolframio (Tungsteno) del filamento y su posterior condensación sobre la ampolla. Agregando una pequeña cantidad de un compuesto gaseoso con halógenos (cloro, bromo o yodo), normalmente se usa el CH2Br2, al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de regeneración del halógeno que evita el ennegrecimiento. Cuando el tungsteno se evapora se une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2). Como las paredes de la ampolla están muy calientes (más de 260 ºC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso. Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento, que está muy caliente, se descompone en Wolframio que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno. Y así, el ciclo vuelve a empezar. 25

26 Figura 1.8 Ciclo del halógeno El funcionamiento de este tipo de lámparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda realizarse el ciclo del halógeno. Por eso, son más pequeñas y compactas que las lámparas normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con los dedos para evitar su deterioro. Tienen una eficacia luminosa de 22 lm/w con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a 2000W) según el uso al que estén destinadas. Las lámparas halógenas se utilizan normalmente en alumbrado por proyección y cada vez más en iluminación doméstica Lámparas de descarga Las lámparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera más eficiente y económica que las lámparas incandescentes. Por eso, su uso está tan extendido hoy en día. La luz emitida se consigue por excitación de un gas sometido a descargas eléctricas entre dos electrodos. Según el gas contenido en la lámpara y la presión a la que esté sometido tendremos diferentes tipos de lámparas, cada una de ellas con sus propias características luminosas. 26

27 Funcionamiento. En las lámparas de descarga, la luz se consigue estableciendo una corriente eléctrica entre dos electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado. Figura 1.9 Funcionamiento de una lámpara de descarga En el interior del tubo, se producen descargas eléctricas como consecuencia de la diferencia de potencial entre los electrodos. Estas descargas provocan un flujo de electrones que atraviesa el gas. Cuando uno de ellos choca con los electrones de las capas externas de los átomos les transmite energía y pueden suceder dos cosas. La primera posibilidad es que la energía transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada para poder arrancar al electrón de su orbital. Este, puede a su vez, chocar con los electrones de otros átomos repitiendo el proceso. Si este proceso no se limita, se puede provocar la destrucción de la lámpara por un exceso de corriente. La otra posibilidad es que el electrón no reciba suficiente energía para ser arrancado. En este caso, el electrón pasa a ocupar otro orbital de mayor energía. Este nuevo estado acostumbra a ser inestable y rápidamente se vuelve a la situación inicial. Al hacerlo, el electrón libera la energía extra en forma de radiación electromagnética, principalmente ultravioleta (UV) o visible. Un electrón no puede tener un estado energético cualquiera, sino que sólo puede ocupar unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atómica del átomo. Como la longitud de onda de la radiación emitida es proporcional a la diferencia de energía 27

28 entre el estado inicial y final del electrón y los estados posibles no son infinitos, es fácil comprender que el espectro de estas lámparas sea discontinuo. Figura 1.10 Relación entre los estados energéticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro. La consecuencia de esto es que la luz emitida por la lámpara no es blanca (por ejemplo en las lámparas de sodio a baja presión es amarillenta). Por lo tanto, la capacidad de reproducir los colores de estas fuentes de luz es, en general, peor que en el caso de las lámparas incandescentes que tienen un espectro continuo. Es posible, recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes, mejorar la reproducción de los colores y aumentar la eficacia de las lámparas convirtiendo las nocivas emisiones ultravioletas en luz visible Elementos auxiliares Para que las lámparas de descarga funcionen correctamente es necesario, en la mayoría de los casos, la presencia de unos elementos auxiliares: cebadores y balastros. Los cebadores o ignitores son dispositivos que suministran un breve pico de tensión entre los electrodos del tubo, necesario para iniciar la descarga y vencer así la resistencia inicial del gas a la corriente eléctrica. Tras el encendido, 28

29 continua un periodo transitorio durante el cual el gas se estabiliza y que se caracteriza por un consumo de potencia superior al nominal. Los balastros, por contra, son dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la lámpara y evitar así un exceso de electrones circulando por el gas que aumentaría el valor de la corriente hasta producir la destrucción de la lámpara. Eficacia. Al establecer la eficacia de este tipo de lámparas hay que diferenciar entre la eficacia de la fuente de luz y la de los elementos auxiliares necesarios para su funcionamiento que depende del fabricante. En las lámparas, las pérdidas se centran en dos aspectos: las pérdidas por calor y las pérdidas por radiaciones no visibles (ultravioleta e infrarrojo). El porcentaje de cada tipo dependerá de la clase de lámpara con que trabajemos. Figura 1.11 Balance energético de una lámpara de descarga La eficacia de las lámparas de descarga oscila entre los lm/w de las lámparas de luz de mezcla y los lm/w de las de sodio a baja presión. 29

30 Tabla 1.2 Eficacia de las lámparas. Tipo de lámpara Eficacia sin balastro (lm/w) Fluorescentes Luz de mezcla Mercurio a alta presión Halogenuros metálicos Sodio a baja presión Sodio a alta presión Características cromáticas Debido a la forma discontinua del espectro de estas lámparas, la luz emitida es una mezcla de unas pocas radiaciones monocromáticas; en su mayor parte en la zona ultravioleta (UV) o visible del espectro. Esto hace que la reproducción del color no sea muy buena y su rendimiento en color tampoco. Figura 1.12 Ejemplo de espectro de una lámpara de descarga 30

31 Para solucionar este problema podemos tratar de completar el espectro con radiaciones de longitudes de onda distintas a las de la lámpara. La primera opción es combinar en una misma lámpara dos fuentes de luz con espectros que se complementen como ocurre en las lámparas de luz de mezcla (incandescencia y descarga). También podemos aumentar la presión del gas. De esta manera se consigue aumentar la anchura de las líneas del espectro de manera que formen bandas anchas y más próximas entre sí. Otra solución es añadir sustancias sólidas al gas, que al vaporizarse emitan radiaciones monocromáticas complementarias. Por último, podemos recubrir la pared interna del tubo con una sustancia fluorescente que conviertan los rayos ultravioletas en radiaciones visibles Características de duración de las lámparas Hay dos aspectos básicos que afectan a la duración de las lámparas. El primero es la depreciación del flujo. Este se produce por ennegrecimiento de la superficie de la superficie del tubo donde se va depositando el material emisor de electrones que recubre los electrodos. En aquellas lámparas que usan sustancias fluorescentes otro factor es la pérdida gradual de la eficacia de estas sustancias. El segundo es el deterioro de los componentes de la lámpara que se debe a la degradación de los electrodos por agotamiento del material emisor que los recubre. Otras causas son un cambio gradual de la composición del gas de relleno y las fugas de gas en lámparas a alta presión. 31

32 Tabla 1.3 Características de duración de las lámparas Tipo de lámpara Vida promedio (h) Fluorescente estándar Luz de mezcla 9000 Mercurio a alta presión Halogenuros metálicos Sodio a baja presión Sodio a alta presión Factores externos que influyen en el funcionamiento de las lámparas Los factores externos que más influyen en el funcionamiento de la lámpara son la temperatura ambiente y la influencia del número de encendidos. Las lámparas de descarga son, en general, sensibles a las temperaturas exteriores. Dependiendo de sus características de construcción (tubo desnudo, ampolla exterior...) se verán más o menos afectadas en diferente medida. Las lámparas a alta presión, por ejemplo, son sensibles a las bajas temperaturas en que tienen problemas de arranque. Por contra, la temperatura de trabajo estará limitada por las características térmicas de los componentes (200º C para el casquillo y entre 350º y 520º C para la ampolla según el material y tipo de lámpara). La influencia del número de encendidos es muy importante para establecer la duración de una lámpara de descarga ya que el deterioro de la sustancia emisora de los electrodos depende en gran medida de este factor. 32

33 Partes de una lámpara descarga Las formas de las lámparas de descarga varían según la clase de lámpara con que tratemos. De todas maneras, todas tienen una serie de elementos en común como el tubo de descarga, los electrodos, la ampolla exterior o el casquillo. Figura 1.13 Principales partes de una lámpara de descarga Clase de lámparas de descarga Las lámparas de descarga se pueden clasificar según el gas utilizado (vapor de mercurio o sodio) o la presión a la que este se encuentre (alta o baja presión). Las propiedades varían mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros. 33

34 Lámparas de vapor de mercurio: Baja presión: Lámparas fluorescentes Alta presión: Lámparas de vapor de mercurio a alta presión Lámparas de luz de mezcla Lámparas con halogenuros metálicos Lámparas de vapor de sodio: Lámparas de vapor de sodio a baja presión Lámparas de vapor de sodio a alta presión Lámparas de vapor de mercurio Lámparas fluorescentes Las lámparas fluorescentes son lámparas de vapor de mercurio a baja presión (0.8 Pa). En estas condiciones, en el espectro de emisión del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en la banda de Longitud de onda (nm). Para que estas radiaciones sean útiles, se recubren las paredes interiores del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles. De la composición de estas sustancias dependerán la cantidad y calidad de la luz, y las cualidades cromáticas de la lámpara. En la actualidad se usan dos tipos de polvos; los que producen un espectro continuo y los trifósforos que emiten un espectro de tres bandas con los colores primarios. De la combinación estos tres colores se obtienen una luz blanca que ofrece un buen rendimiento de color sin penalizar la eficiencia como ocurre en el caso del espectro continuo. 34

35 Figura 1.14 Lámpara fluorescente Las lámparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior. Están formadas por un tubo de diámetro normalizado, normalmente cilíndrico, cerrado en cada extremo con un casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos. El tubo de descarga está relleno con vapor de mercurio a baja presión y una pequeña cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar el encendido y controlar la descarga de electrones. La eficacia de estas lámparas depende de muchos factores: potencia de la lámpara, tipo y presión del gas de relleno, propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo, temperatura ambiente... Esta última es muy importante porque determina la presión del gas y en último término el flujo de la lámpara. La eficacia oscila entre los 38 y 91 lm/w dependiendo de las características de cada lámpara. Figura 1.15 Balance energético de una lámpara fluorescente 35

36 La duración de estas lámparas se sitúa entre 5000 y 7000 horas. Su vida termina cuando el desgaste sufrido por la sustancia emisora que recubre los electrodos, hecho que se incrementa con el número de encendidos, impide el encendido al necesitarse una tensión de ruptura superior a la suministrada por la red. Además de esto, hemos de considerar la depreciación del flujo provocada por la pérdida de eficacia de los polvos fluorescentes y el ennegrecimiento de las paredes del tubo donde se deposita la sustancia emisora. El rendimiento en color de estas lámparas varía de moderado a excelente según las sustancias fluorescentes empleadas. Para las lámparas destinadas a usos habituales que no requieran de gran precisión su valor está entre 80 y 90. De igual forma la apariencia y la temperatura de color varía según las características concretas de cada lámpara. Tabla 1.4 Rendimiento de color de las lámparas Apariencia de color T color (K) Blanco cálido 3000 Blanco 3500 Natural 4000 Blanco frío 4200 Luz día 6500 Las lámparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos auxiliares. Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin él. En el primer caso, el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la tensión de arranque. En el segundo caso tenemos las lámparas de arranque rápido en las que se calientan continuamente los electrodos y las de arranque instantáneo en que la ignición se consigue aplicando una tensión elevada. 36

37 Más modernamente han aparecido las lámparas fluorescentes compactas que llevan incorporado el balasto y el cebador. Son lámparas pequeñas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para sustituir a las lámparas incandescentes con ahorros de hasta el 70% de energía y unas buenas prestaciones. Lámparas de vapor de mercurio a alta presión A medida que aumentamos la presión del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga, la radiación ultravioleta característica de la lámpara a baja presión pierde importancia respecto a las emisiones en la zona visible, violeta de Longitud de onda (nm), azul Longitud de onda (nm), verde Longitud de onda (nm) y amarillo 579 Longitud de onda (nm). Figura 1.16 Espectro de emisión sin corregir En estas condiciones la luz emitida, de color azul verdoso, no contiene radiaciones rojas. Para resolver este problema se acostumbra a añadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona del espectro. De esta manera se mejoran las características cromáticas de la lámpara. La temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con índices de rendimiento en color de 40 a 45 normalmente. La vida útil, teniendo en cuenta la depreciación se establece en unas 8000 horas. La eficacia oscila entre 40 y 60 lm/w y aumenta con la potencia, aunque para una 37

38 misma potencia es posible incrementar la eficacia añadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes que conviertan la luz ultravioleta en visible. Figura 1.17 Balance energético de una lámpara de mercurio a alta presión Los modelo más habituales de estas lámparas tienen una tensión de encendido entre 150 y 180 Volts (V) que permite conectarlas a la red de 220 Volts (V) sin necesidad de elementos auxiliares. Para encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar próximo a uno de los electrodos principales que ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos principales. A continuación se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos, caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado, en el que se produce la vaporización del mercurio y un incremento progresivo de la presión del vapor y el flujo luminoso hasta alcanzar los valores normales. Si en estos momentos se apagara la lámpara no sería posible su reencendido hasta que se enfriara, puesto que la alta presión del mercurio haría necesaria una tensión de ruptura muy alta. 38

39 Figura 1.18 Lámpara de mercurio a alta presión Lámparas de luz de mezcla Las lámparas de luz de mezcla son una combinación de una lámpara de mercurio a alta presión con una lámpara incandescente y habitualmente, un recubrimiento fosforescente. El resultado de esta mezcla es la superposición, al espectro del mercurio, del espectro continuo característico de la lámpara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia. Figura 1.19 Espectro de emisión de una lámpara de luz de mezcla 39

40 Su eficacia se sitúa entre 20 y 60 lm/w y es el resultado de la combinación de la eficacia de una lámpara incandescente con la de una lámpara de descarga. Estas lámparas ofrecen una buena reproducción del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K. La duración viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo. Respecto a la depreciación del flujo hay que considerar dos causas. Por un lado tenemos el ennegrecimiento de la ampolla por culpa del wolframio evaporado y por otro la pérdida de eficacia de los polvos fosforescentes. En general, la vida media se sitúa en torno a las 6000 horas. Figura 1.20 Lámpara de luz de mezcla Una particularidad de estas lámparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento actúa como estabilizador de la corriente. Esto las hace adecuadas para sustituir las lámparas incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones. 40

41 Lámparas con halogenuros metálicos Si añadimos en el tubo de descarga yoduros metálicos (sodio, talio, indio...) se consigue mejorar considerablemente la capacidad de reproducir el color de la lámpara de vapor de mercurio. Cada una de estas sustancias aporta nuevas líneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio, verde el talio y rojo y azul el indio). Figura 1.21 Espectro de emisión de una lámpara con halogenuros metálicos Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K dependiendo de los yoduros añadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85. La eficiencia de estas lámparas ronda entre los 60 y 96 lm/w y su vida media es de unas horas. Tienen un periodo de encendido de unos diez minutos, que es el tiempo necesario hasta que se estabiliza la descarga. Para su funcionamiento es necesario un dispositivo especial de encendido, puesto que las tensiones de arranque son muy elevadas ( V). 41

42 Figura 1.22 Lámpara con halogenuros metálicos Las excelentes prestaciones cromáticas la hacen adecuada entre otras para la iluminación de instalaciones deportivas, para retransmisiones de TV, estudios de cine, proyectores, etc Lámparas de vapor de sodio Lámparas de vapor de sodio a baja presión La descarga eléctrica en un tubo con vapor de sodio a baja presión produce una radiación monocromática característica formada por dos rayas en el espectro (589 Longitud de onda (nm) y Longitud de onda (nm)) muy próximas entre sí. Figura 1.23 Espectro de una lámpara de vapor de sodio a baja presión 42

43 La radiación emitida, de color amarillo, está muy próxima al máximo de sensibilidad del ojo humano (555 nm). Por ello, la eficacia de estas lámparas es muy elevada (entre 160 y 180 lm/w). Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual, además de una buena percepción de contrastes. Por contra, su monocromatismo hace que la reproducción de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible distinguir los colores de los objetos. Figura 1.24 Balance energético de una lámpara de vapor de sodio a baja presión La vida media de estas lámparas es muy elevada, de unas horas y la depreciación de flujo luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida útil es de entre 6000 y 8000 horas. Esto junto a su alta eficiencia y las ventajas visuales que ofrece la hacen muy adecuada para usos de alumbrado público, aunque también se utiliza con finalidades decorativas. En cuanto al final de su vida útil, este se produce por agotamiento de la sustancia emisora de electrones como ocurre en otras lámparas de descarga. Aunque también se puede producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior. 43

44 Figura 1.25 Lámpara de vapor de sodio a baja presión En estas lámparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las pérdidas por calor y reducir el tamaño de la lámpara. Está elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es muy corrosivo y se le practican unas pequeñas hendiduras para facilitar la concentración del sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible. El tubo está encerrado en una ampolla en la que se ha practicado el vacío con objeto de aumentar el aislamiento térmico. De esta manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del tubo (270 ºC). El tiempo de arranque de una lámpara de este tipo es de unos diez minutos. Es el tiempo necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neón y argón) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz. Físicamente esto se corresponde a pasar de una luz roja (propia del neón) a la amarilla característica del sodio. Se procede así para reducir la tensión de encendido. Lámparas de vapor de sodio a alta presión Las lámparas de vapor de sodio a alta presión tienen una distribución espectral que abarca casi todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho más agradable que la proporcionada por las lámparas de baja presión. 44

45 Figura 1.26 Espectro de una lámpara de vapor de sodio a alta presión Las consecuencias de esto es que tienen un rendimiento en color (Tcolor= 2100 K) y capacidad para reproducir los colores mucho mejores que la de las lámparas a baja presión (IRC = 25, aunque hay modelos de 65 y 80 ). No obstante, esto se consigue a base de sacrificar eficacia; aunque su valor que ronda los 130 lm/w sigue siendo un valor alto comparado con los de otros tipos de lámparas. Figura 1.27 Balance energético de una lámpara de vapor de sodio a alta presión La vida media de este tipo de lámparas ronda las 20,000 horas y su vida útil entre 8,000 y 12,000 horas. Entre las causas que limitan la duración de la lámpara, además de mencionar la depreciación del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del incremento progresivo de la tensión de encendido necesaria hasta niveles que impiden su correcto funcionamiento. 45

46 Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000 ºC), la presión y las agresiones químicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de descarga. En su interior hay una mezcla de sodio, vapor de mercurio que actúa como amortiguador de la descarga y xenón que sirve para facilitar el arranque y reducir las pérdidas térmicas. El tubo está rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vacío. La tensión de encendido de estas lámparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve. Figura 1.28 Lámparas de vapor de sodio de alta presión Este tipo de lámparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminación de interiores como de exteriores. Algunos ejemplos son en iluminación de naves industriales, alumbrado público o iluminación decorativa. Lámparas de vapor de sodio de alta presión LEDs. Un led (de la sigla inglesa LED: Light-Emitting Diode: diodo emisor de luz ) es un diodo semiconductor que emite luz. Se usan como indicadores en muchos dispositivos, y cada vez con mucha más frecuencia, en iluminación. 46

47 Con un tamaño de pocos milimetros, los LEDs ofrecen decisivas ventajas gracias a su avanzada tecnología, que los convierte en una alternativa real a las lámparas convencionales en muchas aplicaciones. Los LEDs son semiconductores compuestos que convierten la corriente eléctrica directamente en luz, lo cual permite crear disenos creativos para conseguir soluciones luminosas innovadoras con la variedad de colores que irradian y su reducido tamaño. El efecto de producir luz con un diodo semiconductor se observó por primera vez en 1907, pero como la luz que proporcionaba era muy pequena nadie le dio ninguna importancia. Se tuvo que esperar hasta 1962 a que Nick Holonyak, en aquel momento investigador de General Electric redescubriera que los cristales semiconductores podian emitir luz roja (se consiguio una frecuencia de emision de unos 650 nm con una intensidad relativamente baja, aproximadamente 10 mcd a20ma). Los siguientes desarrollos, ya entrada la decada del 70, introdujeron nuevos colores al espectro, asi se consiguieron colores verde, ambar y naranja. Tambien se desarrollaron LEDs infrarrojos, los cuales se hicieron rapidamente populares en los controles remotos de los televisores y otros artefactos del hogar. Ya a mediados de la década de los 90 se usaron nuevos materiales para producir los llamados LEDs de potencia o alto brillo (como por ejemplo: AlInGaP, mezcla de Aluminio, Indio, Galio, Fósforo y tambien InGaN, mezcla de Galio y Nitrógeno) y asi se pudo conseguir una gran gama de colores del espectro visible cambiando la proporción de los materiales que lo componen; su vida útil tambien aumentó hasta alrededor de horas. Los LEDs son una alternativa valida a las fuentes convencionales de luz en muchas áreas de la iluminacion general y están abiertos tambien a oportunidades y perspectivas desconocidas hasta ahora. En la actualidad las prestaciones de los LEDs son amplias, poseen una gama de dispositivos que varian de acuerdo a los colores que producen, distribuciones angulares, geometrías y potencia consumidas. 47

48 1.3 Luminarias Las luminarias son aparatos que sirven de soporte y conexión a la red eléctrica a las lámparas. Como esto no basta para que cumplan eficientemente su función, es necesario que cumplan una serie de características ópticas, mecánicas y eléctricas entre otras. A nivel de óptica, la luminaria es responsable del control y la distribución de la luz emitida por la lámpara. Es importante, pues, que en el diseño de su sistema óptico se cuide la forma y distribución de la luz, el rendimiento del conjunto lámparaluminaria y el deslumbramiento que pueda provocar en los usuarios. Otros requisitos que deben cumplir las luminarias es que sean de fácil instalación y mantenimiento. Para ello, los materiales empleados en su construcción han de ser los adecuados para resistir el ambiente en que deba trabajar la luminaria y mantener la temperatura de la lámpara dentro de los límites de funcionamiento. Todo esto sin perder de vista aspectos no menos importantes como la economía o la estética. Figura 1.29 Ejemplo de luminarias 48

49 1.3.1 Clasificación Las luminarias pueden clasificarse de muchas maneras aunque lo más común es utilizar criterios ópticos, mecánicos o eléctricos. Clasificación según las características ópticas de la lámpara Una primera manera de clasificar las luminarias es según el porcentaje del flujo luminoso emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la lámpara. Es decir, dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo. Según esta clasificación se distinguen seis clases. Directa Semi-directa General difusa Directaindirecta Semi-directa Indirecta Figura 1.30 Clasificación centro de investigacion en energía (CIE) según la distribución de la luz Otra clasificación posible es atendiendo al número de planos de simetría que tenga el sólido fotométrico. Así, podemos tener luminarias con simetría de revolución que tienen infinitos planos de simetría y por tanto nos basta con uno de ellos para conocer lo que pasa en el resto de planos (por ejemplo un proyector o una lámpara tipo globo), con dos planos de simetría (transversal y longitudinal) 49

50 como los fluorescentes y con un plano de simetría (el longitudinal) como ocurre en las luminarias de alumbrado diario. Luminaria con infinitos planos de simetría Luminaria con dos planos de simetría Luminaria con un plano de simetría Figura 1.31 Plano de simetría de las luminarias 1.4 Fotometría El término "Fotometría" se usa para definir cualquier información de prueba que describa las características de la salida de luz de un luminario. El tipo más común de información fotométrica incluye las curvas de distribución Candlepower (candelas), criterios de espaciamiento, eficiencia del luminario, curvas Isofootcandle o isolux, coeficiente de utilización e información de luminancia. El propósito de la fotometría es describir con exactitud el rendimiento de un luminario para permitir al diseñador, seleccionar el equipo de iluminación y diseñar una distribución de luminarios que mejor cubra las necesidades del trabajo. A continuación se revisan los tipos de información fotométrica más utilizados. 50

51 1.4.1 Curva de distribución Candlepower. La curva de distribución fotométrica es una de las herramientas más valiosas de los diseñadores de iluminación. Es un corte "mapa" vertical de intensidad (candelas), medidas en diferentes ángulos. Es una representación gráfica en forma polar y por lo tanto muestra la información sólo para un plano. Si la distribución del flujo emitido por el luminario es simétrica, la curva en un plano es suficiente para todos los cálculos. Si es asimétrica, tal como la iluminación en calles y las unidades fluorescentes, se requieren tres o más planos de medición. En general, los luminarios incandescentes y HID son descritos por un plano vertical único de fotometría. Los luminarios fluorescentes requieren un mínimo de tres planos: uno a través del eje longitudinal del luminario, otro en el sentido transversal y otro en un ángulo de 45. A mayor separación de la simetría, más son los planos que se necesitan para lograr cálculos precisos. 51

52 Figura 1.32 Curva de distribución Candlepower Coeficiente de utilización (CU) (Figura 1.33) El coeficiente de utilización se refiere al número de lúmenes que finalmente alcanzan el plano de trabajo en relación a los lúmenes totales generados por la lámpara. Los valores de CU son necesarios para calcular los niveles de iluminancia promedio y son provistos de dos maneras: una tabla de CU o una curva de utilización. Por lo general, la curva de utilización se provee para luminarios de uso exterior o unidades con una distribución asimétrica. La Tabla 1.33 se provee para luminarios que se usan principalmente en interiores con curva 52

53 de distribución simétrica, donde se aplica el método de Lúmen (cavidad zonal). El uso de la información de CU se discutirá en la sección que cubre los métodos de cálculo. Figura 1.33 Coeficiente de utilización Tabla Isofootcandle o Isolux Las tablas Isofootcandle se usan frecuentemente para describir el patrón de luz cuando un luminario produce una distribución no simétrica. Estas tablas se derivan de la información candlepower y muestran gráficas o líneas de igual valor en luxes o footcandles en el plano de trabajo, cuando el luminario está en la altura de montaje designado. El uso de tablas Isolux o Isofootcandle, para determinar la iluminancia en puntos designados, será discutida en la sección de cálculos punto por punto. Criterio de Espaciamiento. El criterio de espaciamiento le da al diseñador, información referente a qué tan separados deben colocarse los luminarios y mantener una uniformidad de iluminación aceptable en el plano de trabajo. El criterio de espaciamiento es conservador en la mayoría de los casos, por ejemplo, toma en consideración sólo el componente de iluminación directo e ignora el 53

54 componente de luz indirecto que puede contribuir significativamente a la uniformidad. Sin embargo, utilizado dentro de sus límites, el criterio de espaciamiento puede ser útil. Para usarlo, multiplique la altura de montaje neta (luminario a plano de trabajo) por el número de criterio de espaciamiento. En la mayoría de los casos, este rango se utiliza con el método de cálculo de cavidad zonal. Tabla 1.5 Isofootcandle o Isolux 54

55 Capítulo II. SITUACIÓN ACTUAL DEL PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Las instalaciones que se encuentran actualmente en Planta 04, Hilatura, en el departamento de Trociles, cuenta con un total de 60 máquinas instaladas, con dimensiones de metros (m) de largo, 0.80m de ancho y 2.80 m de altura. Estas máquinas están organizadas en paralelo con un pasillo central entre ellas de 1.10 m. En este departamento se desarrolla el proceso de la mecha de algodón para obtener hilo muy delgado que posteriormente se pasa al departamento de coneras donde se obtiene el hilo final para venta o consumo interno. En cada pasillo central que hay entre máquinas se encuentra instalada una hilera de 14 ó 13 luminarias de 2x75 watts del tipo fluorescente con balastro del tipo electromagnético y tubos T12, esta área cuenta con una cantidad de 608 luminarias de 2x75 w con un total de 1,216 lámparas fluorescentes T12-75 w y 608 balastros electromagnéticos de 2x75 W, lo que se busca en este estudio es determinar las condiciones actuales y se realizarán las pruebas con la nueva tecnología para determinar todos los beneficios que se pueden tener, para determinar el sistema más eficiente y que cumpla con los requerimientos del departamento. En la siguiente Figura 2.1 se muestra el departamento de Trociles de Planta 04 de Manufacturas Kaltex. 55

56 Figura 2.1 Departamento de Trociles 2.1 Estudio del sistema de iluminación situación actual y nueva propuesta. Primero se hizo un análisis de las condiciones actuales del sistema de alumbrado del departamento de Trociles. Tabla 2.1 Niveles de iluminación medidos reales (actual) del departamento de Trociles. ZONA No. 1 TIPO DE ÁREA PASILLO ENTRE MAQUINAS ACTIVIDAD ÁREA DE EMPALME DE HILO/ COLGANTE DE BOBINA LUXES (LAMP. FLUOR.) 332/644 2 PASILLO DE TRANSITO SE TRANSITA CONTINUAMENTE CON CARROS MUDADORES MUDADO DE HILO 4 ZONA LIBRE PARTE DONDE SE MUDAN LOS HILOS Y SE DEPOSITAN CANILLAS SE OCUPA PARA TRANSITAR PERSONAL

57 2.1.1 Niveles de Iluminación requeridos de acuerdo con la NORMA En la Tabla 2.2 se indican cada una de las zonas del departamento y las actividades que se realizan con el nivel de iluminación requerido, en esta tabla se determinó el nivel de iluminacion requerido de acuerdo con lo que estipula la NORMA en funcion de la actividad desarrollada: Tabla 2.2 Descripción de las áreas de trabajo y sus niveles de iluminación en el departamento de Trociles ZONA No. 1 TIPO DE ÁREA ACTIVIDAD LUXES* PASILLO ENTRE MÁQUINAS 2 PASILLO DE TRANSITO 3 MUDADO DE HILO ÁREA DE EMPALME DE HILO/ COLGANTE DE BOBINA SE TRANSITA CONTINUAMENTE CON CARROS MUDADORES PARTE DONDE SE MUDAN LOS HILOS Y SE DEPOSITAN CANILLAS 300/ ZONA LIBRE SE OCUPA PARA TRANSITAR PERSONAL 50 TROCIL TROCIL TROCIL TROCIL * Luxes requeridos por la NORMA 25 STPS-2008, condiciones de iluminación en los centros de trabajo, a la altura de trabajo y promedio para la circulación. 57

58 Capítulo III. PROPUESTA DE SOLUCIÓN AL PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Estudio de uso racional de la energía en sistemas de iluminación. Debido al nivel competitivo que se tiene actualmente en el ramo textil, los avances tecnológicos y la exigencia de reducción de costos en los procesos productivos, siendo más eficiente y utilizando nuevas tecnologías, la empresa se ve la necesidad de revisar las opciones posibles que allá para modernizar el sistema de iluminación, es por eso que se están evaluando diversas tecnologías para poder determinar la opción más viable que permita tener ahorros importantes y reducir los costos de operación así como también contribuir el cuidado del medio ambiente. Se desarrollará el proyecto para eficientizar el sistema de iluminación mediante pruebas, cálculos, mediciones y análisis del sistema de iluminación fluorescente T- 12 con balastro electromagnético actual, contra las lámparas tipo LED s, en un departamento de la empresa, para determinar los beneficios que se tienen con la nueva tecnología, siendo este un proyecto piloto que permitirá tomar la decisión para la implementación de la nueva tecnología en todas las plantas de la empresa. El proyecto se desarrollará de acuerdo de las siguientes etapas, que son: 1. Estudio del sistema de iluminación, situación actual y nueva propuesta. 2. Propuesta de solución al problema con lámparas tipo LED. 3. Elaboración del proyecto con lámparas LEDs 58

59 3.1 Niveles de iluminación con el Sistema actual y con la propuesta de lámparas tipo LED, en el departamento de Trociles. Se realizaron mediciones en las diferentes áreas del departamento con un Luxómetro, modelo LM80, marca Amprobe, para determinar los niveles reales de iluminación de ambas tecnologías; sistema actual con lámparas FLUORESCENTES y nueva propuesta con lámparas tipo LED. En la Tabla 3.1 se indica los niveles de iluminación promedios reales tomados en planta. Tabla 3.1. Niveles de iluminación medidos de las áreas del departamento de Trociles. ZONA No. 1 TIPO DE ÁREA PASILLO ENTRE MÁQUINAS ACTIVIDAD ÁREA DE EMPALME DE HILO/ COLGANTE DE BOBINA LUXES (LAMP. FLUOR.) LUXES (LAMP. LEDs) 332/ /768 2 PASILLO DE TRÁNSITO SE TRANSITA CONTINUAMENTE CON CARROS MUDADORES MUDADO DE HILO 4 ZONA LIBRE PARTE DONDE SE MUDAN LOS HILOS Y SE DEPOSITAN CANILLAS SE OCUPA PARA TRANSITAR PERSONAL Puntos de Medición. Para el desarrollo de las mediciones se consideraron tres gabinetes en serie tipo zopilote con 2 lámparas fluorescentes de 75 W, se realizaron las mediciones en varios puntos de referencia los cuales se midieron a diferentes alturas, los puntos que se tomaron se indican en la siguiente Figura

60 Figura 3.1. Puntos de medición de nivel de iluminación. Vista frontal de la máquina Trocil Colgante de pabilo Altura de la lámpara 3.40 m 200 Lux 300 Lux 2 m Empalme de Hilo 1.20 m 50 Lux NPT Lateral Centro Lateral A/T = Área de Trabajo NPT = Nivel de Piso Pasillo 110 cm Figura 3.2. Dimensiones de instalación de la luminaria sobre el pasillo. 60

61 Tabla 3.2 Resultados de las mediciones. Niveles de iluminación medidos en luxes en los puntos marcados para las lámparas FLUORESCENTES y LED PUNTO DE MEDICIÓN LÁMPARA FLUORESCENTE 2x75watts ALTURA (METROS) LÁMPARA TIPO LED 2x32watts ALTURA (METROS) N/P 120 m 200 m N/P 120 m 200 m Lux Lux lux Lux Lux Lux A B C D E F G H I J K L M N Diseño de la instalación actual con las luminarias tipo Zopilote de 2x75 Watts. Datos de Luminarias. Luminaria tipo zopilote incluye una estructura no reflectante sin refractor y sin pantalla difusora cuenta con un balastro electromagnético de 2 x 75 Watts, 127 Volts marca LUMICON y 2 lámparas fluorescente de 75 Watts slim line. Estructura de la lámpara, la lámpara fluorescente está formada por un tubo de vidrio fino revestido interiormente con un recubrimiento que contiene fósforo y otros elementos. El tubo está lleno con un gas inerte, habitualmente argón y una 61

62 pequeña cantidad de mercurio, todo esto a una presión ligeramente inferior a la ambiente. Distribución de las Luminarias. En la siguiente figura se indican todas las dimensiones de instalación actual de las luminarias en el departamento de Trociles; largo del pasillo, dimensiones de la luminaria, separaciones entre ellas así como de las maquinas. Dimensiones de instalación de la luminaria. Distancia de gabinete a gabinete de 1.98 m Altura de piso a gabinete de 3.40 m Ancho de pasillo entre máquina a máquina de 1.10 m Dimensiones de la luminarias; 2.44 x 0.3 m. Luminaria 2x75 W m 1.10 m 1.91 m 0.80 m 1.44 m 2.44 m 1.98 m Figura 3.3 Dimensiones generales de instalación de las luminarias. 62

63 Figura 3.4 Fotografía del pasillo de máquinas Trocil (Área de trabajo) Consumo de energía eléctrica de las luminarias de 2x75 watts. Para determinar el consumo real de las lámparas de 75 watts, se realizaron diferentes mediciones a varias lámparas con el analizador de redes y con un multímetro conectado en serie obteniendo los siguientes resultados: Tabla 3.3 Consumo de energía eléctrica Conceptos Lámpara fluorescente de 2X75 Watts Lámpara LED 2x32 Watts Tensión de alimentación Intensidad de Corriente nominal Consumo de energía eléctrica Watts (W) Volts (Voltios) 127 Volts (Amperios) 1.37 Ampere 0.50 Ampere 169 W 64 W Factor de potencia

64 3.1.3 Evaluación de las lámparas FLUORESCENTES contra las lámparas tipo LEDs. Características Vida útil Tabla 3.4 Características generales de las lámparas Tubo FLUORESCENTE 75 w 12,000 horas (1.49 años) Consumo de energía 75 W 32 W Tubo LED s 32W-T8 80,000 horas (9.96 años) Vida Uso Útil (operando 24 hrs/día) Eficiencia energética 65% 90% Balastro Necesita No necesita Resistencia a impactos No, cuerpo de vidrio Si, cuerpo de aluminio y policarbonato. Daño por calentamiento Alto No Arrancador necesario Si No Encendido Radiaciones reciclajes Un encendido/apagado continuado reduce la vida del fluorescente Emite rayos infra rojos y ultra violeta Contenido de Mercurio Si No Contenido de Fósforo Si No Reciclable No Si Luz instantánea al encender No emite radiaciones 64

65 3.2 Propuesta de solución al problema con lámparas tipo LED. La propuesta de solución al problema del sistema de iluminación actual con lámparas FUORESCENTES es la instalación de una nueva tecnología con lámparas tipo LED TUBO x TUBO, que consiste en cambiar el tubo FLUORESCENTE por un tubo de LEDs sin hacer ninguna modificación del diseño actual de las luminarias, para esta propuesta se está considerando un tubo de LEDs que cumple con las características necesarias para desarrollar el proyecto. El tubo propuesto que cumple con los requerimientos requeridos del proyecto es un tubo T-8, de la Marca NS Desarrollos, modelo NS K- T8K, el cual tiene las siguientes especificaciones y características: Ahorradores de energía, ecológicos y larga vida. Los tubos de LED NS han sido diseñados para reemplazar directa y fácilmente tubos fluorescentes convencionales tipo T8 de 59 W y T12 de T75 W, con diferentes ángulos de apertura, drivers de alta eficiencia para evitar altos niveles de degradación y una vida de 80,000 horas. Figura 3.5 Tubos LED 65

66 Características de la ecología. Ahorros de electricidad hasta de un 70 % No emite CO2 al medio ambiente 80,000 horas de vida Distintos ángulos de dispersión para diferentes aplicaciones Degradación de luz. Tiempo de uso (horas) Degradación de lumens (%) 50,000 trabajadas 15 Ángulo del haz disponible: 90 grados o 120 grados. Figura 3.6 Ángulo del haz 66

67 Dimensiones Base: G13 Nota: todas las dimensiones son en milímetros. 67

68 Parámetros y ficha técnica Parámetros y ficha técnica Modelo NS W-T8 Sustituye a un fluorescente de : >90 W Numero de LED s 696 Voltaje AC 90V-130,AC V Frecuencia 60 Hz Corriente AC 80mA ± 10Ma 3400 Lm Flujo lumínico escotópicos (equivale a 5984 Lm fotópicos) Corte de corriente <5mA Factor de potencia =0.90 Tolerancia de humedad >95% CRI (Índice de rendimiento de color) 84 Ra Consumo (w) 32 W Temperatura de color 3200 K, 4500 K, 5500 K, 6500 K Tolerancia de temperatura -35 C -45 C Temperatura de almacenaje -30 C-45 C Luminancia a 1 metro =650 Lux Tiempo de vida 80,000 horas MCD del LED 4500 mcd Dimensiones 2440 mm Ø 30 mm 68

69 Niveles de iluminación. 69

70 Curva fotométrica 70

71 3.3 Elaboración del Proyecto con lámparas tipo LED. Plano de distribución de alumbrado Diseño y conexión de la luminaria Cronograma del proyecto de instalación Organigrama Lista de materiales, equipo y mano de obra. 71

72 Plano de distribución de alumbrado SUBESTACION ELECTRICA No. 1 72

73 Diseño y conexión de la luminaria 73

74 Tipos de avance Cronograma del proyecto de instalación DIAGRAMA DE GANT PARA EL PLAN DE TRABAJO Nombre de la empresa Proyecto Manufacturas Kaltex, S. A. de C. V. Modificación de Alumbrado con Nuevas Tecnologías, en el departamento de Trociles Planta. 04 Pda Actividades Tiempo en semanas Primer mes Segundo mes Tercer mes Cuarto mes Quinto mes Sexto mes Elaborar proyecto Autorización del proyecto Compra de materiales y equipos Elaborar requisiciones Pedido de material eléctrico entrega de material eléctrico Desmontaje de tubo lámpara Retiro de base para 2 tubos de 74 W Retiro de balastro de 2x75 W Colocación de bases para lámparas LED Montaje de lámparas de LED Conexión de las bases para los tubos LED P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R P R Avance total del proyecto 0% % de Avance Observaciones Nomenclatura P Programado R Real Ing. Juan Sergio Magaña Juárez Firma del Asesor Industrial Ing. Eduardo Hernández Tovar Firma del Asesor Académico F-DC-79/R2 ABRIL,

75 Organigrama Organigrama para la modificación del alumbrado del área de Trociles Planta 04 Director Área de compras Almacén Administración de proyectos Área de manufactura Recursos humanos Responsable del proyecto Área de compras Área de instalaciones eléctrica 3 Electricistas 1ra 3 Ayudantes de electricistas 75

76 Lista de materiales, equipo y mano de obra. LISTA DE MATERIALES PARA EL CAMBIO DE LAMPARAS FLUORESCENTES A LAMPARAS LEDs EN PLANTA 04 DEPARTAMENTO DE TROCILES FECHA IMP. 17-May-11 APROBO: KA LTEX TEPEJI LISTA DE MA TE RIA LE S PTA. 04- CA MBIO DE LA MPA RA S RESPONSABLE: PTA. 04 No. PROYECTO: No. No.REF APLICACIÓN D E S C R I P C I Ó N CANT. UNIDAD MARCA NUMERO NUMERO DE NUMERO DE COSTO POR COSTO PDA. C.S CATAL. REFACCIÓN REQUISICIÓN UNIDAD TOTAL MATERIAL ELECTRICO 1 ILUMINACION LAMPARA LEDs DE DOS PINES DE 32 WATTS PZA. NS 1, ,459, ALUMBRADO BASES PARA LAMPARA DE DOS PINES 2450 MTS. CONDUMEX R , CONDUCTOR CABLE USO RUDO DE 3X14 CAL. 14 AWG MTS. CONDUMEX R , ALUMBRADO CINTA AISLANTE DE VINIL SCOTCH SUPER PZA. 3M R , Trabajo requerido por cada Luminaria: 1. Quitar balastros de 2X75watts. SUBTOTAL $ 1,496, Quitar base para lámpara de un polo 3. Instalar bases para lámpara LED. * MANO DE OBRA $ 3 PAREJAS 7 SEMANAS 44, Instalar bases para lámpara de 2 polos en una luminaria. 6. Montar lámpara LED. TOTAL $ 1,540, REQUERIMIENTOS DE PERSONAL DE CONSTRUCCION: SE REQUIEREN 3 ELECTRICISTAS CON SU AYUDANTE POR 7 SEMANAS. EL ELECTRICISTA DEBE SER DE LA CATEGORIA ELECTRICISTA DE 1ra. Y EL AYUDANTE DEBE SER DE LA CATEGORIA AYUDANTE DE ELECTRICISTA. NOTA: PARA EL PRESUPUESTO DE MANO DE OBRA SE ESTIMO UN SALARIO DE $1, PARA EL ELECTRICISTA Y $ PARA EL AYUDANTE, DE ACUERDO CON SU CATEGORIA. REALIZÓ: REVISÓ: 76

77 Capítulo IV. ESTUDIO DE COSTO BENEFICIO PROYECTO (ROI) Ejercicio con lámparas fluorescentes vs Lámparas de LEDs. Horas promedio Año Horas de paro Año Horas efectivas Horas totales de las lámparas LEDs Años totales de vida 8760 Horas 730 Horas 8030 Horas Horas 9.96 años efectivos F.C. anual= 91.6% Tubo lámpara fluorescente Tubo T12; 75W + 7.5W = 82.5W Tubo lámpara de LEDs Tubo con LEDs - 32W No. de Tubos 1,216 1,216 Balastro Watts totales 95,760 Watts 38,912 Watts KW 38.9 KW Energía Anual Efectiva 768,953 KWh 312,463 KWh Costo Unitario Promedio Año Estimado 1.5 $/KWh 1.5 $/KWh Costo Anual $1,153, $468, Diferencia - AHORRO anual $684, Costo 9.96 años $11,491, $4,669, Diferencia - AHORRO 9.96 años considerar el valor del dinero en el tiempo sin $6,821, Precio tubos de LEDs 32W INVERSION Total p/ 1216 Tubos ROI simple Caso 1 $1, USD $1,459, USD 187, años Precio Dólar pesos Corrida de 9 años de ahorro Variación anual del costo del 10% 1er Año de Ahorro 2do Año de Ahorro 3er Año de Ahorro 4to Año de Ahorro 5to Año de Ahorro 6to Año de Ahorro 7mo Año de Ahorro 8vo Año de Ahorro 9no Año de Ahorro Ahorro Anual Consideraciones importantes del anteproyecto de las lámparas con LEDs 1. El proyecto integral es de fundamental importancia 2. Los precios considerados son sin negociar 3. Una vez aprobado el anteproyecto se deberán analizar todas las ofertas posibles 4. Revisar que muchas empresas ofrecen el financiamiento del proyecto 5. Debemos analizar el costo para cambiar los tubos fluorescentes con los LEDs. Ahorro acumulado $684, $753, $1,437, $828, $2,266, $911, $3,177, $1,002, $4,180, $1,102, $5,283, $1,213, $6,496, $1,334, $7,830, $1,467, $9,298, Elaboró: Revisó: Impresión: Tec. Jaime Márquez Ramírez Ing. Juan Sergio Magaña Juárez/Ing. Eduardo Hernández Tovar Abr-11 77

78 RESUMEN. Inversión Total: $1,540, Ahorro Anual: $684, ROI simple (Retorno de inversión): 2.25 Año Tiempo de realización del Proyecto: 21 semanas Nota: A partir de la autorización del proyecto. 78

79 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones De acuerdo a los análisis realizados y resultados obtenidos se concluye lo siguiente. Se detectó que existen pérdidas de flujo luminoso por la mala distribución de las lámparas así como también las fallas de los dispositivos eléctricos que la conforman. Una vez determinada las luminarias que se van ha utilizar se procede a los cálculos del nivel de iluminación requerido a la zona iluminar. Se determinó que las luminarias no funcionan eficazmente cuando están cubierta de polvo ya que pierden luminosidad y como consecuencia poca visibilidad. Para obtener un buen alumbrado debemos de tomar en cuenta los siguientes factores como son: el plano de trabajo, el tipo de alumbrado, el nivel de iluminación, el área determinada a iluminar, los tipos de luminaria, lámparas a emplear y los colores de la pared y el techo. Para poder desarrollar los cálculos de alumbrado debemos conocer ampliamente los conceptos relacionados con el alumbrado y tener como apoyo tablas de datos y normas que nos sirvan de ayuda para dar solución a las necesidades de alumbrado. Cuando se redacta un proyecto de alumbrado para industrias se hace preciso recabar información sobre la naturaleza de las tareas visuales a desarrollar con el objeto de determinar que cantidad y que tipo de luz hay que suministrar para garantizar un óptimo rendimiento visual y la verificación de las condiciones de seguridad y confort exigidas para cada tipo de actividad. 79

80 Recomendaciones. En función de los resultados y conclusiones que se obtuvieron en este estudio se recomienda lo siguiente: Hacer realidad la propuesta de instalar el sistema de alumbrado lo antes posible, para proporcionar adecuadas condiciones visuales para el departamentio de trociles. Se recomienda considerar los factores que intervienen en la calidad de la iluminación los cuales son muchos y complejos, pero el deslumbramiento, las relaciones de brillo la difusión y el color puede considerarse como lo mas importante. Efectuar limpiezas periódicas de las lámparas para así contribuir a la mejor distribución del flujo luminoso del área que se va a iluminar. Se recomienda hacer un programa de canalizacion de recurso económico de los ahorros obtenidos para la compra de las lámparas una vez que fallen despues de 9 años, debido al nivel de inversion requerido. 80

81 ANEXOS 81

82 Anexo I Tarea visual del puesto de trabajo Tabla niveles mínimos de iluminación normalizados en México (NOM-025-STPS 2008) En exteriores: distinguir el área de tránsito, desplazarse caminando, vigilancia, movimiento de vehículos. En interiores: distinguir el área de tránsito, desplazarse caminando, vigilancia, movimiento de vehículos. En interiores Requerimiento visual simple: inspección visual, recuento de piezas, trabajo en banco y máquina. Distinción moderada de detalles: ensamble simple, trabajo medio en banco y máquina, inspección simple, empaque y trabajos de oficina. Distinción clara de detalles: maquinado y acabados delicados, ensamble e inspección moderadamente difícil, captura y procesamiento de información, manejo de instrumentos y equipo de laboratorio. Distinción fina de detalles: maquinado de precisión, ensamble e inspección de trabajos delicados, manejo de instrumentos y equipo de precisión, manejo de piezas pequeñas. Alta exactitud en la distinción de detalles: ensamble, proceso e inspección de piezas pequeñas y complejas y acabado con pulidos finos. Alto grado de especialización en la distinción de detalles. Área de trabajo Áreas generales exteriores: patios y estacionamientos. Áreas generales interiores: almacenes de poco movimiento, pasillos, escaleras, estacionamientos cubiertos, labores en minas subterráneas, iluminación de emergencia. Áreas de circulación y pasillos; salas de espera; salas de descanso; cuartos de almacén; plataformas; cuartos de calderas Servicios al personal: almacenaje rudo, recepción y despacho, casetas de vigilancia, cuartos de compresores y pailería. Niveles mínimos de iluminación (lux) Talleres: áreas de empaque y ensamble, aulas y oficinas. 300 Talleres de precisión: salas de cómputo, áreas de dibujo, laboratorios. Talleres de alta precisión: de pintura y acabado de superficies, y laboratorios de control de calidad. Proceso: ensamble e inspección de piezas complejas y acabados con pulido fino. Proceso de gran exactitud. Ejecución de tareas visuales: De bajo contraste y tamaño muy pequeño por periodos prolongados: Exactas y muy prolongadas. Y Muy especiales de extremadamente bajo contraste y pequeño tamaño ,000 2,000 82

83 Anexo II 83

84 Cuándo entra en vigor la norma? La nueva legislación energética NOM-028-ENER 2010 fue publicada en el diario oficial de la federación el 6 de Diciembre de Una vez publicada, la industria de la iluminación contará con un periodo no mayor a 60 días para preparar sus Pasados estos 60 días, el mercado, el cual comprende a fabricantes, importadores, distribuidores, mayoristas y detallistas, tendrá un plazo no superior a 90 días para agotar sus existencias. Este periodo permitirá una portafolios, concluir sus procesos de importación y agotar sus sustitución gradual hacia nuevas tecnologías o materias primas a través de sus procesos de producción. sustitutos que cumplan con las eficacias estipuladas en la nueva legislación. Publicación Diario Oficial Periodo de preparación de la Industria Periodo para agotar inventarios de las fuentes prohibidas. Comercialización solo de fuentes luminosas que cumplan con NOM-028- ENER de diciembre días (7 Dic 2010 al 4 Feb 2011) 90 días (5 Feb al 5 Mayo 2011) A partir del 6 Mayo 2011 Cuáles fueron las tecnologías prohibidas y a partir de cuándo? Todas las lámparas fluorescentes lineales T12 convencionales. Todas las lámparas de vapor de mercurio con una eficiencia inferior a los 60 lúmenes por watt Todas las lámparas de luz mixta con una eficacia inferior a los 60 lúmenes por watt consumido. Las lámparas incandescentes de 100W o superiores con una eficacia inferior a los lúmenes por watt. Las lámparas incandescentes de 75W o superiores con una eficacia inferior a los lúmenes por watt. Las lámparas incandescentes de 60W y 40W o superiores con una eficacia inferior a los y 14,00 lúmenes por watt respectivamente. Todas las lámparas Halógenas de Doble Contacto (Yodo Cuarzo) con una eficacia inferior a los 60 lúmenes por watt consumido. 84

85 Cuáles son las excepciones? Incandescentes Fluorescentes LED HID Luz negra Anti-insectos Infrarrojas Automotrices Señalización Minería Crecimiento de plantas Acuarios Antifragmentación Semaforización Reflectores Entretenimiento Fotoproyección Uso terapéutico Longitud menor a 50 cm IRC a 90 Temperatura de color a 7000 K Usos en refrigeración Ultravioletas Compacta sin balastro integrado Circulares Otras aplicaciones especiales Todos Inducción (QL) Sodio de baja presión Aditivos Metálicos de Cuarzo de doble contacto Aditivos Metálicos Cerámicos con tubo de descarga protegido Para uso exclusivo en electrodomésticos en a 40 W Hornos Microondas Refrigeradores Ventiladores Campanas extractoras Máquinas de coser Secadoras Bajo voltaje a 24 volts Rosca izquierda Filamento reforzado Triple potencia Colores Decorativas a 40 W Velas Flamas Coronas Globo en cualquier tipo de base 85

86 86