MANUAL TÉCNICO VERSION SIMPLIFICADA JUNIO Jordi Matilló Aleix Matilló

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1 MANUAL TÉCNICO VERSION SIMPLIFICADA JUNIO 2015 Jordi Matilló Aleix Matilló jordi@jordimatillo.com aleix@jordimatillo.com

2 ÍNDICE: 1. CONCEPTOS BÁSICOS DE ELECTRICIDAD. 1.1 Corriente Eléctrica. 1.2 Corriente continua y corriente alterna 1.3 Tensión alterna 1.4 Intensidad Alterna 1.5 Desfase entre intensidad y tensión alterna 1.6 Resistencia Eléctrica 1.7 Relación entre Intensidad, Tensión y Resistencia eléctrica. 1.8 Potencia Eléctrica 1.9 Energía Eléctrica 1.10 Resistencias en un circuito de corriente alterna 1.11 Resistencia Óhmica 1.12 Resistencia Inductiva 1.13 Resistencia Capacitiva 1.14 Potencia Eléctrica en corriente alterna 2. MAGNITUDES LUMINOSAS FUNDAMENTALES. 2.1 Naturaleza y producción de luz 2.2 Flujo luminoso 2.3 Rendimiento luminoso 2.4 Intensidad luminosa. Concepto de ángulo sólido. 2.5 Iluminancia 2.6 Luminancia 3. TEORÍA DEL COLOR 3.1 Generalidades 3.2 Composición espectral de la luz 3.3 El color de los cuerpos 3.4 Temperatura de color 3.5 Reproducción cromática 4. FUENTES DE LUZ 4.1 Generalidades. 4.2 Lámparas incandescentes. 4.3 Lámparas de descarga 4.4 LED (Light emitting diodes) 1

3 5. ASUNTOS VARIOS 5.1 Homologaciones. 5.2 Indices de protección IP 5.3 Clases de Proteccion eléctrica 5.4 Cables electricos 2

4 CAPITULO 1º- CONCEPTOS BASICOS DE ELECTRICIDAD CORRIENTE ELÉCTRICA Corriente eléctrica es el paso de electricidad por un circuito. La electricidad es un movimiento de electrones, los cuales forman parte de los átomos que componen la materia. Para que en un circuito circule corriente, es necesario que entre los bornes de conexión, exista una determinada tensión eléctrica y que ésta se mantenga en el tiempo. La tensión eléctrica la suministran los generadores eléctricos. La tensión eléctrica se mide en voltios (V) y se representa por la letra U. A la cantidad de electricidad que circula en un segundo por un conductor, se la denomina intensidad de la corriente eléctrica. La intensidad de corriente se mide en Amperios (A) y se representa por la letra I CORRIENTE CONTINUA Y CORRIENTE ALTERNA Cuando en un conductor los electrones circulan siempre en el mismo sentido, la corriente recibe el nombre de continua. Cuando los electrones cambian alternativamente el sentido de circulación, se llama corriente alterna. La corriente alterna presenta sobre la continua las ventajas de generación, transformabilidad y transporte económico, por lo que es la que suministran las compañías eléctricas TENSIÓN ALTERNA. Fig. 1.1 Representación gráfica de la tensión alterna. 1

5 Fig Representación gráfica de la tensión continua. La tensión da lugar a que circule la corriente eléctrica por un circuito. Al contrarío que la tensión continua, la alterna cambia continuamente de magnitud y sentido a intervalos periódicos. La tensión, tanto continua como alterna, se mide en voltios. Para medir la tensión alterna no se hace uso de sus valores instantáneos ya que estos varían con el tiempo, por ello se recurre al valor eficaz, el cual supone aproximadamente el 71% del valor máximo. Así pues, en la tensión de red de 220 V (valor eficaz), el valor máximo o de cresta es de unos 310 V. Periodo: Es el tiempo en el que se realiza un ciclo completo. Frecuencia: Es el nº de periodos por segundo. La unidad es el Herzio (Hz). La tensión alterna en España es de 50 Hz. En USA es de 60 Hz INTENSIDAD ALTERNA. La corriente alterna es originada por la tensión alterna. Su intensidad se mide en Amperios y se representa gráficamente igual que la tensión alterna y sus valores máximos y eficaces guardan la misma relación DESFASE ENTRE INTENSIDAD Y TENSIÓN ALTERNA. Si la intensidad alcanza el valor 0 al mismo tiempo que la tensión que la produce se dice que ambos están en fase. Si no se da esa circunstancia, se dice que están desfasados. Fig. 1.3 Tensión e intensidad alternas en fase. 2

6 Fig Tensión e intensidad alternas en desfase. Las causas del desfase se deben a las propiedades eléctricas especiales de las resistencias que pueden encontrarse en un circuito de corriente alterna 1.6. RESISTENCIA ELÉCTRICA. La corriente eléctrica, al circular por un conductor, encuentra cierta resistencia que aumenta con la longitud del conductor y disminuye cuanto mayor es la sección. La resistencia además depende de la propia naturaleza del conductor. Así por ejemplo dos conductores de igual longitud y sección, pero uno de cobre y el otro de aluminio, el primero ofrece menor resistencia al paso de la corriente. A la resistencia que presenta al paso de la corriente un conductor de 1 metro de longitud y 1 mm² de sección, se le llama resistividad y se representa por la letra griega ρ (ro). A la inversa de la resistividad se le llama conductividad. La resistencia eléctrica es debida al rozamiento de los electrones en su paso a través del conductor. Este rozamiento produce calor y por eso los conductores se calientan al circular por ellos una determinada corriente eléctrica. La Resistencia se expresa con la letra R y su unidad es el Ω (ohmio). La resistencia de un conductor se calcula por su fórmula: R = ρ x I I = longitud en m. s s = sección en mm² ρ= Resistividad TABLA 1.1 Valores de resistividad y conductividad de algunos conductores más usuales. CONDUCTORES RESISTIVIDAD A 20 C CONDUCTIVIDAD Aluminio... (Al) 0, ,0 Cobre electrolítico.. (C 0, ,1 Cobre industrial.. (C u) 0, ,8 Hierro (Fe u) 0, ,0 Mercurio... (H) 0,9580 1,0 Níquel (Ni g.) 0,1232 8,1 Plata.. (Ag ) 0, ,4 Wolframio. (W) 0, ,5 ) Ejemplo 1.1 3

7 Qué resistencia ofrece al paso de la corriente un conductor de cobre de 250 m. de longitud y 2, 5 mm² de sección? R = ρ x I 0,017 x 250 = s 2,5 = 1,7 Ω 1.7. RELACIÓN ENTRE INTENSIDAD, TENSIÓN Y RESISTENCIA ELÉCTRICA (LEY DE OHM). Si a los extremos de un conductor de resistencia R se le aplica una tensión U, la intensidad I que circula por el conductor es directamente proporcional a la tensión U e inversamente proporcional a la Resistencia R. I (Amperios) = U (Voltios) R (Ohmios) (Ley de Ohm) Esta ley se cumple siempre que el circuito es recorrido por una corriente continua. En la corriente alterna, únicamente cuando se trata con circuitos de resistencia óhmica (circuitos con carga resistiva, como por ejemplo, las bombillas de incandescencia). Las relaciones deducidas de la fórmula anterior son: U = R x I y R = U I Ejemplo 1.2 Qué intensidad de corriente circulará por una lámpara halógena de 50 W/12 V si su resistencia interna es de 2,88 Ω? I = U R = 12 V 2,88 Ω = 4,16 Amperios Ejemplo 1.3 Qué intensidad circulará por una lámpara incandescente de 40 W/220 V si su resistencia interna es de 1215 Ω? I = 220 V 1215 Ω = 0,181 Amperios 1.8. POTENCIA ELÉCTRICA. La potencia de un circuito eléctrico es igual al producto de los valores de la tensión aplicada por la intensidad de corriente que lo recorre. 4

8 Se expresa por la letra P y se mide en Vatios (W). Esta formula, al igual que la ley de Ohm, sólo se cumple en circuitos de corriente continua o en corriente alterna con carga resistiva. Combinando la ley de Ohm y la de potencia se deduce que: P = U x I = R x I² o bien P = U² R Ejemplo 1.4 Qué consumo de potencia tiene una lámpara incandescente por la que conectada a 220 V circula una corriente de 0,181 Amperios? P = U x I = 220 V x 0,181 A = 40 W 1.9. ENERGÍA ELÉCTRICA. El producto de la potencia de una lámpara por el tiempo de servicio, constituye la energía consumida. La energía se expresa por la letra W. W = P x t La unidad de energía eléctrica es el Vatio por hora (Wh) Wh. = 1 Kwh. Se mide mediante los contadores. El costo de la energía eléctrica resulta de multiplicar el precio unitario del Kwh. por el tiempo de consumo. Ejemplo 1. 5 Una lámpara incandescente de 100 W tiene una vida media de 1000 horas. Qué energía consume durante dicha vida media y a cuánto asciende el gasto si el Kwh. vale 0,12 Euros? Energía consumida W = P x t = 100 W x h = Wh = 100 Kwh. Costo del consumo a las horas C = 100 Kwh. x 0,12 Euros/Kwh = 12 Euros 5

9 Ejemplo 1. 6 Una lámpara incandescente funcionando durante 3 horas consume 0, 6 Kwh. Cual es su potencia? P = W t = 0,6 Kwh. 3 h = 0,2 Kw. = 200 W Ejemplo 1.7 Durante cuánto tiempo ha de estar encendida una lámpara incandescente de 40 W para que consuma 1 Kwh? t = W 1 Kwh Wh. = = P 40 W 40 W 25 Horas RESISTENCIAS EN UN CIRCUITO DE CORRIENTE ALTERNA. Los receptores conectados a un circuito de corriente alterna oponen una cierta resistencia eléctrica. En la corriente alterna se distinguen 3 clases de resistencias: Resistencia óhmica Resistencia inductiva Resistencia capacitiva R X L X C Las tres se miden en ohmios RESISTENCIA ÓHMICA (R). Resistencia óhmica de un receptor es la que produce el mismo efecto calorífico en un circuito de corriente continua o de alterna. La energía suministrada a estos receptores, generalmente se transforma en calor, tal es el caso de las lámparas incandescentes, estufas y cocinas eléctricas. Si en un circuito de corriente alterna solo se encuentran conectados receptores con resistencia óhmica, no se produce ningún desfase entre la tensión y la intensidad, cumpliéndose la ley de Ohm. Ejemplo 1.8 Cuál es el valor de la intensidad de corriente que recorre un circuito de resistencia óhmica de 20 Ω, cuando entre sus extremos se aplica una tensión alterna de 120 V? I = U R = 12 V. 20 Ω = 6 Amperios 6

10 1.12. RESISTENCIA INDUCTIVA (X L ). Si se conecta una bobina (balasto o transformador) a un circuito de corriente continua, también se cumple la ley de Ohm y la corriente que circula por el mismo es directamente proporcional a la tensión aplicada en sus extremos e inversamente proporcional a la resistencia óhmica que presenta. Esto quiere decir que con corriente continua, la bobina se comporta como una resistencia óhmica. Sin embargo, si la misma bobina se conecta a un circuito de corriente alterna de la misma magnitud que la continua, su comportamiento es distinto y en la bobina se produce como una inercia al cambio de sentido de la corriente y el resultado es que se reduce la intensidad de corriente que, teóricamente, debería de tener el circuito si aplicamos la ley de Ohm. El efecto es como si la resistencia hubiese aumentado. Este efecto de resistencia se denomina en corriente alterna, resistencia inductiva o reactancia, que, al igual que en las resistencias óhmicas se expresa en ohmios. Es decir, la bobina en si misma tiene una resistencia óhmica (la misma que presenta conectándola a un circuito con tensión continua) y además en corriente alterna presenta una resistencia inductiva o reactiva. Esta mayor resistencia hace que la intensidad que recorre el circuito sea menor que la que tendría alimentado con corriente continua. Las resistencias inductivas conectadas en circuitos, retrasan la intensidad respecto de la tensión, provocando un desfase RESISTENCIA CAPACITIVA (X C ). Si se conecta un condensador a un circuito de corriente continua, se carga instantáneamente con cierta cantidad de electricidad y se interrumpe la corriente. Si se desconecta el condensador del circuito y unimos sus armaduras mediante un conductor, se produce una corriente de brevísima duración. Símbolo de capacidad Fig Circuitos de corriente continua y alterna con resistencia capacitiva. 7

11 Sin embargo, conectando el mismo condensador a un circuito de corriente alterna, presenta la particularidad de que se carga y se descarga en cada sentido de la corriente. Estas cargas y descargas del condensador se suceden con la misma rapidez en que cambia el sentido de la tensión de alimentación, estableciendo una corriente alterna de la misma frecuencia que la tensión de alimentación. Se produce un efecto de resistencia mayor en el circuito debido al condensador que se denomina resistencia capacitiva o capacitancia. También se mide en ohmios. Los condensadores conectados a un circuito de corriente alterna provocan un desfase entre la tensión y la intensidad del circuito. Al contrario que en las resistencias inductivas, en la capacitiva, la intensidad se adelanta respecto de la tensión POTENCIA ELÉCTRICA EN CORRIENTE ALTERNA. La potencia eléctrica se determina por la fórmula P = U x I, que se cumple siempre en circuitos de corriente continua, y en los de corriente alterna cuando en el circuito existen solo cargas resistivas (por ej.: lámparas incandescentes), lo cual se debe como hemos visto a que este tipo de resistencias no produce desfase entre la intensidad y la tensión. En los circuitos en que existen bobinas se produce un desfase entre la intensidad y la tensión. Al coseno del ángulo de desfase (coseno de φ) se le llama factor de potencia. Para compensar el desfase de la intensidad y la tensión cuando en un circuito hay bobinas se colocan condensadores RIGIDEZ DIELÉCTRICA A los cuerpos malos conductores de la electricidad se les llama cuerpos aislantes o dieléctricos. 8

12 Se llama rigidez dieléctrica de un aislante a la tensión necesaria para que, a través de dicho dieléctrico, salte una descarga entre dos placas situadas a 1cm de distancia. La rigidez dieléctrica de los diversos aislantes varía ampliamente de unos a otros como vemos en la tabla siguiente: Aislante o dieléctrico Aire a presión normal Aire a 20 Atm de presión Vidrio Mica Rigidez dieléctrica 30 K Voltios 500 K Voltios de 300 a 1500 K Voltios (según tipos) de de K voltios (según calidades). 9

13 CAPITULO 2º - MAGNITUDES LUMINOSAS FUNDAMENTALES NATURALEZA Y PRODUCCIÓN DE LA LUZ. La luz se puede producir de varías formas: 1. Calentando cuerpos sólidos hasta alcanzar su grado de incandescencia (fundamento de las lámparas incandescentes). 2. Provocando una descarga eléctrica entre 2 placas situadas dentro de un gas o vapor metálico (fundamento de las lámparas de descarga). 3. Haciendo atravesar una corriente continua a un LED ( light emitting diode) lo que hace que sea capaz de producir energía en forma de luz ( fundamento de la Lampara LED) La luz, en cualquier caso se consigue cuando una parte de la energía producida es capaz de afectar al órgano visual. Los focos luminosos emiten energía en forma de ondas electromagnéticas de muy diferente longitud de onda. Solo las ondas cuya longitud de onda está comprendida entre 380 y 780 nanómetros (nm.) son capaces de afectar al ojo humano y dan sensación de luz. Constituyen lo que se llama "espectro visible". (Nanómetro = 10-9 m). La luz solar blanca está compuesta por un conjunto de ondas electromagnéticas. Experimentalmente se observa que cuando la luz blanca atraviesa un prisma triangular de vidrio transparente se descompone en una banda continúa de colores que contiene a todos los del arco iris (rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, añil y violeta). A cada uno de estos colores y sus matices, le corresponde una determinada longitud de onda. Fig Curva de sensibilidad del ojo a las radiaciones monocromáticas El ojo tiene la mayor sensibilidad para una longitud de onda de 555 nm que corresponde al color amarillo - verdoso y la mínima para los colores rojo y violeta. De aquí se deduce que los focos luminosos que presenten unas radiaciones cuyas 10

14 longitudes de onda correspondan a los colores verde - amarillo, tendrán más rendimiento lumínico FLUJO LUMINOSO. La energía transformada por los focos luminosos, no se puede aprovechar totalmente para la producción de luz. Por ejemplo, una lámpara incandescente consume una determinada energía eléctrica que transforma en energía radiante, de la cual solo una pequeña parte es percibida por el ojo en forma de luz, mientras que el resto se pierde en calor y en flujo no luminoso. A la energía radiante cuya longitud de onda esta dentro del espectro visible se le llama flujo luminoso de una fuente de luz, su unidad es el lumen (Im) TABLA Flujo luminoso de algunas lámparas. Tipo de lámpara Flujo luminoso (Im) Vela de cera 10 Incandescente Standard de 100 W Fluorescente L 40 W/20 (Blanco frío) Mercurio a alta presión HQL 400 W Halogenuros metálicos HQI 400 W Sodio a alta presión Na V-T 400 W Sodio a baja presión Na 180 W RENDIMIENTO LUMINOSO. Son los lúmenes que emite una fuente de luz por cada vatio consumido para su obtención. Se mide en lúmenes/vatio. El máximo rendimiento luminoso teórico es de 680 Im/vatio, que se obtendría en el caso hipotético de que un foco luminoso emitiese toda su energía radiante, en la longitud de onda de 555 nm. TABLA Rendimientos luminosos de algunas lámparas. Tipo de lámpara Potencia nominal W Rendimiento luminoso (Im/W) Incandescente Standard 40 W/220 V Fluorescente L 40 W/20 (Blanco frío) Mercurio a alta presión HQL 400 W Halogenuros metálicos HQI 400 W Sodio a alta presión Na V-T 400 W Led COB Daewon 33W 5700K

15 2.4. INTENSIDAD LUMINOSA. La intensidad luminosa es el flujo luminoso en una determinada dirección (ángulo sólido). Para una misma fuente de luz existe una relación directa entre las diferentes magnitudes luminosas como son el flujo luminoso, la intensidad luminosa, La Iluminancia y la Luminancia. Para poder medir la luz se toma como patrón la intensidad luminosa y las otras magnitudes son derivadas de la patrón. La unidad de intensidad luminosa tomada como patrón es la candela (cd) que se define como la sesentava parte de la intensidad luminosa emitida por 1 cm² del cuerpo negro (carbón) perpendicularmente a dicha superficie y a la temperatura de 1770 º centígrados ( temperatura de fusión del platino). Cuando un foco luminoso puntual sin reflector, tenga una intensidad de I candelas el flujo total emitido es de 4π I lúmenes. Cuando a una fuente de luz le ponemos un reflector estamos intentando concentrar el flujo en un ángulo sólido. Por regla general en las lámparas sin reflector se da como medida de luz el flujo en lúmenes y en las lámparas con reflector se da como medida de luz la intensidad luminosa en la dirección del haz en candelas. Al conjunto de la intensidad luminosa de una fuente de luz en todas las direcciones se llama distribución luminosa. Con aparatos especiales se puede medir la intensidad luminosa de un foco en todas las direcciones del espacio. Haciendo pasar un plano por el eje de simetría del foco luminoso se obtiene la curva fotométrica, Fig. 2.4 Curva fotométrica de una lámpara incandescente Standard Fig. 2.4 Curva fotométrica de una lámpara fluorescente. 12

16 2.5. ILUMINANCIA También llamada Iluminación. Es el concepto fotométrico más importante desde el punto de vista práctico, ya que representa el flujo luminoso recibido por una superficie. La unidad de Iluminancia es el Lux 1 lux = 1 candela a un metro de distancia = 1 lumen / m² Dicho de otro modo, un foco de luz de I candelas produce una iluminancia de I lux a un metro de distancia. Para una misma fuente de luz, las iluminancias en diferentes superficies colocadas perpendicularmente a la dirección del haz, son directamente proporcionales a la intensidad luminosa e inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia LUMINANCIA También llamada Brillo. La luminancia se representa por la letra L siendo su unidad la candela por metro cuadrado (cd/m2) llamada nit. En iluminación dónde las luminancias generalmente son grandes se suele emplear la candela por centímetro cuadrado (cd/cm2) llamada también stilb y que lógicamente equivale a nit El brillo o luminancia de los focos es la causa que provoca el deslumbramiento cuando tiene valores elevados. Para lograr un confort óptico adecuado en las luminarias se deben utilizar focos luminosos de poca luminancia (Lámparas mates o mejor con cristal opal) o prever pantallas difusoras que repartan la intensidad en una mayor superficie y en consecuencia disminuyan la luminancia. La luminancia puede ser directa o indirecta, correspondiendo la primera a la que viene de los focos de luz y la segunda de los objetos iluminados La luminancia es lo que produce en el ojo la sensación de claridad, pues la luz no se hace visible hasta que es reflejada por los cuerpos. La mayor o menor claridad con que vemos los objetos igualmente iluminados depende de su luminancia. El libro y la mesa de la figura 2.6 tienen la misma iluminancia ya que están iluminados por un mismo foco, pero se ve con más claridad el libro porque su luminancia es mayor que la de la mesa. 13

17 Fig. 2.6 Con igual iluminancia el libro presenta mayor luminancia que la mesa. La percepción de luz es realmente la percepción de diferencias de luminancia. Se puede decir, por tanto, que el ojo ve diferencias de luminancia y no de iluminación. 14

18 CAPITULO 3º - TEORÍA DEL COLOR GENERALIDADES. En toda radiación luminosa cabe distinguir 2 aspectos: Su intensidad, ligada al flujo luminoso que acabamos de ver en el capítulo anterior y su cromaticidad. Este segundo aspecto es el que vamos a estudiar ahora COMPOSICIÓN ESPECTRAL DE LA LUZ. Como ya sabemos, la luz blanca del día está compuesta por un conjunto de radiaciones electromagnéticas con diferentes longitudes de onda, dentro de la zona visible (380 a 780 nm.) que contiene todos los colores del arco iris. Fig. 3.1 Limites aproximados de radiación de los diferentes colores del espectro visible EL COLOR DE LOS CUERPOS. El color suele emplearse para señalar una propiedad de los cuerpos y así decimos que un cuerpo tiene un determinado color, pero esto no es cierto, pues el color como tal no existe ni se produce en ellos. Los cuerpos solo tienen unas propiedades de reflejar, transmitir o absorber los colores de la luz que reciben. La impresión de color de un cuerpo depende por tanto de la composición espectral de la luz con que se ilumina y de las propiedades que posea de reflejarla, transmitirla o absorberla. Así pues, tenemos que si un cuerpo posee la propiedad de reflejar todos los colores del espectro visible y se ilumina con luz blanca del día, este aparecerá de color blanco. Si se ilumina con luz monocromática de color amarillo, se verá de color amarillo. Si por el contrario el cuerpo posee la propiedad de absorber todos los colores del 15

19 espectro visible, el cuerpo aparecerá del color negro, tanto si se alumbra con luz blanca, como con luz amarilla. Normalmente, los cuerpos tienen la propiedad de absorber unos colores y reflejar otros, por lo que las combinaciones son infinitas y se obtienen los diferentes matices de color TEMPERATURA DE COLOR El color de una fuente luminosa se mide dando un numero que se llama temperatura de color y que se expresa en grados Kelvin (grados Kelvin o grados absolutos = grados centígrados +273) La temperatura de color de una fuente de luz corresponde por comparación a la que habría que calentar el cuerpo negro para que presentase el mismo aspecto de color que la lámpara encendida. Las lámparas cuya temperatura de color es baja (2700 a 3000 ºK), tienen un aspecto de color con predominio del rojo amarillo; por ejemplo, las lámparas incandescentes y algunos tipos especiales de fluorescentes. Se conocen como luces blanco cálido Las lámparas con alta temperatura de color (4000 a 6500 ºK) tienen un aspecto de color con predominio de de azules; por ejemplo, las lámparas fluorescentes tipo luz día. Se conocen como luces blanco neutro o blanco frías REPRODUCCIÓN CROMÁTICA. El dato de temperatura de color se refiere únicamente al color de la luz pero no a su composición espectral que resulta decisiva para la reproducción de los colores. Así, dos fuentes de luz pueden tener un color muy parecido y poseer al mismo tiempo unas propiedades de reproducción cromática muy diferentes. Cada foco luminoso, aparte de su temperatura de color, viene definido por su índice de reproducción cromática ( CRI o Rg), el cual se mide en % respecto al valor ideal que lo da la luz del día. Solo un objeto presenta el mismo aspecto de color al ser iluminado por 2 fuentes de luz diferentes cuando ambos conceptos (temperatura de color e índice de reproducción cromática) en ambas fuentes de luz, coinciden. Así por ejemplo, en las lámparas incandescentes, CRI = 100. Sin embargo, cuando en una tienda se observa el color de una prenda textil bajo la luz de una lámpara incandescente, no es el mismo que cuando se hace a la luz del día. Ello es debido a que la temperatura de color de la lámpara incandescente es muy inferior a la de la luz del día. 16

20 Finalmente hay que saber que en general se tiene que, un alto índice de reproducción cromática implica un bajo rendimiento luminoso, por lo que vimos en el punto 2.1 que el ojo es más sensible para una longitud de onda de 555nm. (color amarillo verdoso), es decir, aquellos focos luminosos que emitan preferentemente en esta longitud de onda del espectro, tendrán una mala reproducción cromática (bajo CRI) pero un buen rendimiento luminoso. Este es el caso de las lámparas de sodio de baja presión que se utilizan en el alumbrado público. EJEMPLOS: DISTRIBUCIÓN ESPECTRAL DE ALGUNAS FUENTES DE LUZ Luz diurna Luz incandescente Fluorescente compacta Vapor de mercurio Vapores de sodio alta presión Vapores de sodio baja presión 17

21 CAPITULO 4º - FUENTES DE LUZ GENERALIDADES. La elección de un foco luminoso estará en función de la aplicación que se le vaya a dar. El foco ideal sería el que tuviera un rendimiento luminoso muy alto, un índice de reproducción cromática CRI=100, una luminancia o brillo que no produjese deslumbramiento, que fuera económico y de larga vida, que pudiera regularse, de encendido y reencendido instantáneo, etc.. Como esto es imposible de conseguir, hay que estudiar para cada caso cual es el foco luminoso mas adecuado, mediante la elaboración de un proyecto en el que se estudian todos estos aspectos, incluido el económico en lo que se refiere a los gastos de instalación y mantenimiento. En la actualidad existen 3 grandes grupos de fuentes de luz: 1) Las Lámparas incandescentes. 2) Las Lámparas de descarga 3) Los Led (Diodos de emisión de luz) A continuación vamos a comentar las características fundamentales de los tipos de lámparas más importantes de cada grupo LÁMPARAS INCANDESCENTES. Las lámparas incandescentes se basan en el fenómeno de la termo-radiación que consiste en producir energía calentando a muy altas temperaturas mediante el paso de la corriente eléctrica un filamento. La parte de energía generada que tenga su longitud de onda dentro del espectro visible es la que se transforma en luz. El resto se pierde en forma de calor y radiaciones no visibles. Por este motivo, en general, se consiguen unos rendimientos luminosos muy bajos. Existen dos grandes grupos de lámparas incandescentes que vamos a analizar separadamente: a) Las lámparas incandescentes clásicas. b) Las lámparas Halógenas Lámparas Incandescentes Clásicas. La lámpara incandescente para alumbrado general esta compuesta por un filamento de tungsteno en forma de espiral alojado en el interior de una ampolla de vidrio en la que se hace el vacío y con sus extremos conectados mediante unos 18

22 hilos de conexión al casquillo metálico que sirve de soporte. Su funcionamiento es muy sencillo ya que no requiere accesorios adicionales de conexión (arrancadores, reactancias, etc.). Por este motivo, son todavía muy utilizadas en el ámbito domestico, para la iluminación de interiores. La luz que producen es de tonalidad cálida. Su temperatura de color es de 2700 ºK a 2900ºK Casquillos de Sujeción. Los casquillos normalizados son del tipo bayoneta (B) o del tipo roscado (E). Los casquillos se designan por la letra B o E seguidas de una cifra que indica el diámetro del casquillo en mm. Los casquillos mas empleado son. En ningún caso es aconsejable el empleo de casquillos tipo bayoneta cuando la intensidad de corriente es superior a 2 amperios, ya que la superficie de contacto entre las espigas del casquillo y los encajes del portalámparas es muy pequeña y habría demasiada densidad de corriente. Por esta razón no existe el equivalente al E40 del tipo bayoneta Vida media y Rendimiento luminoso. El rendimiento luminoso de una lámpara de incandescencia, disminuye a medida que transcurre el tiempo de funcionamiento de la lámpara. Esta disminución es debida a la lenta pero continuada disgregación del filamento de tungsteno que se va depositando en la pared interior de la ampolla, ennegreciéndola. Al ir disminuyendo paulatinamente el espesor del filamento, va aumentando su resistencia eléctrica y esto tiene como consecuencia una disminución de la intensidad de corriente que atraviesa el filamento y por lo tanto, una disminución de su temperatura lo que a su vez se traduce en una disminución del flujo luminoso. A la duración en horas de encendido hasta que el flujo luminoso alcanza un 80 % de su valor inicial se llama vida útil de la lámpara. Las lámparas de incandescencia normales tienen una vida útil media de 1000 horas de encendido en funcionamiento continuo. Los encendidos y apagados provocan pequeñas sobretensiones y acortan la vida de las lámparas. 19

23 Además, la tensión indicada en la lámpara debe corresponder lo más exactamente posible a la tensión de la red de alimentación, pues las fluctuaciones de tensión, aunque sean pequeñas y de carácter regular también acortan extraordinariamente la vida de la lámpara. Por ejemplo, una fluctuación de tensión en red de un 10 % equivaldría a una sobretensión constante de un 4,5% y reduciría la vida útil de la lámpara en más de un 40 %. Por este motivo no se admiten oscilaciones en la tensión de alimentación de una lámpara incandescente superiores a un ± 5% de la tensión nominal de la lámpara. Si la tensión de red con la que ha de funcionar la lámpara es siempre menor que la tensión nominal de la lámpara, su vida media se alargará y su flujo luminoso será inferior al nominal, y, al contrario, cuando la tensión de red es mayor el flujo será mayor pero la vida se acortará. El rendimiento luminoso de una lámpara de incandescencia expresado en lúmenes por vatio, varia en función de la temperatura del filamento que, a su vez, esta en razón directa a la intensidad que lo recorre. Así pues, podemos decir que las lámparas de mayor potencia que tienen filamentos más gruesos y con menor resistencia tienen mejores rendimientos luminosos que las de menor potencia. Del mismo modo las lámparas con tensiones nominales menores, presentan mejor rendimiento luminoso que las de mayor tensión para la misma potencia. Ejemplos de rendimientos luminosos para lámparas con ampolla clara. Tensión (Voltios) Potencia (Vatios) Flujo Luminoso (Lúmenes) Rendimiento (Lm/Vatio) , , , , , , Luminancia del filamento. La luminancia del filamento de las lámparas de incandescencia de ampolla clara presenta para potencias altas valores bastante elevados para que la lámpara pueda mirarse directamente y causan deslumbramientos muy molestos y perjudiciales. Ejemplos de luminancias de lámparas de incandescencia de ampolla clara 20

24 Potencia (Vatios) Luminancia máxima (candelas/cm²) Por este motivo si se utilizan lámparas desnudas puede evitarse el excesivo deslumbramiento utilizando lámparas de ampolla mate o mejor aún cristal opal. En estos casos se disminuye mucho la luminancia aunque la absorción de luz por parte de la ampolla hace que disminuya ligeramente el flujo luminoso y en consecuencia el rendimiento luminoso. Así, por ejemplo, una lámpara de 100 W de ampolla mate tiene una luminancia de 12,5 candelas/cm² y una de cristal opal solo de 2 candelas / cm² frente a los 600 de la lámpara de ampolla clara. La perdida de flujo luminoso es de, aproximadamente, un 2% para la lámpara mate y de un 10% para la opal Modelos mas usuales. Aparte de la lámpara de ampolla clásica Standard los modelos más usuales atendiendo a su forma y aplicaciones son: Lámparas tipo Vela: para los aparatos de iluminación clásicos. Lámparas esféricas: de ampolla esférica de menor diámetro. Se debe tener en cuenta en potencias altas que la mayor proximidad del filamento eleva la temperatura del portalámparas. También existen esféricas decorativas de mayor tamaño (hasta 125 mm de diámetro) llamadas tipo Globe Lámparas lineales: Las hay de dos tipos: - Lámparas tubulares de dos casquillos en sus extremos llamadas también sofitos Utilizan portalámparas de casquillos S15 y S19 según su potencia y diámetro. Para diámetros de 21 y 25 mm y potencias hasta 40W se utiliza el S15 y para diámetros de 38 mm y potencias hasta 100 W el S19. Las longitudes varían desde 221 cm. a 309 cm. 21

25 - Lámparas tubulares de 1 o 2 casquillos llamadas Linestras (Osram) Potencias de 35, 60 y 120 W. Casquillos S14s (2 casquillos) y S14 d (1 casquillo) Estas lámparas lineales proporcionan una agradable y calida iluminación sin deslumbramiento (baja luminancia) y sus aplicaciones son sobre todo para iluminación de espejos, armarios, etc. 22

26 - Lámparas Reflectoras: Estas lámparas (PAR) tienen la ampolla de forma parabólica y plateada interiormente, para que reflejen los rayos emitidos por el filamento. Existen en el mercado las lámparas reflectoras intensivas de haz estrecho llamadas spot (menos de 20º) y las lámparas reflectoras extensivas de haz ancho (más de 30º) En la figura siguiente se han expresado dos ejemplos de curvas de distribución luminosa de lámparas reflectoras intensivas y extensivas de 120W. Obsérvese que siendo dos lámparas de la misma potencia y de los mismos lúmenes la Intensidad luminosa ( candelas) y en consecuencia los lux a diferentes distancias es mucho mayor en la del haz estrecho. 23

27 Las iluminancias en lux tienen los valores máximos en el eje y disminuyen a la mitad en la superficie del cono luminoso. 24

28 Lámparas Halógenas. Este tipo de lámparas fueron la evolución tecnológica de las lámparas tradicionales de incandescencia y revolucionaron a partir de los 80 los diseños de los aparatos de iluminación. Se denominan halógenos a un grupo de elementos químicos entre los que destacan el flúor, bromo, cloro y yodo. Se caracterizan porque son muy agresivos químicamente y se combinan con facilidad con otros elementos El ciclo halógeno. En las lámparas halógenas se introduce a presión en la ampolla un gas halógeno, normalmente yodo o bromo. El gas halógeno y el tungsteno del filamento en estado gaseoso pueden combinarse a temperaturas superiores a 250º centígrados formando yoduro o bromuro de tungsteno y disociarse de nuevo en halógeno y tungsteno puro cuando se rebasan los 1400º centígrados. El ciclo halógeno en el interior de la lámpara se realiza de la forma siguiente: Al encender la lámpara, las partículas de halógeno se combinan con la pequeña cantidad que se volatiliza del tungsteno del filamento antes que se deposite en la pared interior de la ampolla y la ennegrezca. Debido a las corrientes de convección térmica en el interior de la lámpara, esta combinación en forma de gas es llevada hacia el filamento y al llegar a sus proximidades debido a la altísima temperatura del filamento, se disocia, depositándose de nuevo el tungsteno en el filamento y quedando libre el halógeno para repetir el ciclo. Desgraciadamente la regeneración del filamento no se consigue de manera perfecta y por este motivo la duración de la lámpara no es ilimitada, aunque si superior a las lámparas de incandescencia normales Presión del gas en la ampolla La presión del gas cambia en función del tipo de lámpara halógena. Para las halógenas de tensión de red (230V) se llega a valores de 20 a 25 bar. Para las halógenas de baja tensión (12V) de última generación y llamadas de baja presión los valores son inferiores a 2,5 bar. La norma EN obliga, excepto en las de baja presión, a utilizar una protección contra posible explosión de la bombilla. 25

29 Tipos de lámparas halógenas. Existen dos grandes grupos de lámparas halógenas, las de tensión de red (230 V) y las de baja tensión (12V). Los modelos más usuales de tensión de red son: Las bombillas con reflector de Aluminio pueden ser de casquillo GU10 o GZ10. En este caso el calor y la luz van dirigidos en la misma dirección calentándose menos el casquillo del portalámparas. Normalmente las dicroicas con reflector de Aluminio son de casquillo GU10 y por tanto son compatibles tanto con los portalámparas GU10 como los GZ10 En las bombillas con reflector dicroico el calor se dirige en gran proporción hacia el interior de la lámpara. Por este motivo, la normativa exige que sean siempre de casquillo GZ10 y por tanto solo pueden ser usadas con portalámparas homologados GZ10 preparados para resistir la temperatura más alta del casquillo. Los modelos más usuales en baja tensión son: También se utilizan mucho en iluminaciones de comercios las lámparas con reflector de aluminio de diámetro 111 mm y técnica de baja presión que permite que las luminarias sean totalmente abiertas. Se fabrican con casquillo G53, con potencias de 35,50, 75 y 100 W y ángulos de apertura desde 4 º hasta 45º según modelos. 26

30 La lámparas halógenas de baja tensión presentan rendimientos luminosos más elevados que las de tensión de red, y en general mejores prestaciones lumínicas en cuanto a temperatura de color y posibilidad de haces de luz mas reducidos y uniformes debido a su reducido tamaño que la asemejan al foco puntual ideal. Sin embargo, presentan el inconveniente que requieren para su utilización el uso de transformadores que reduzcan la tensión de red de 230V a los 12V de la tensión nominal de la lámpara (también existen lámparas de 24 y 6V) lo cual condiciona el diseño de los aparatos de iluminación y la potencia de los mismos. Los portalámparas halógenos de baja tensión son de reducidas dimensiones y están muy cerca del filamento de la lámpara por lo que deben de ser altamente resistentes a la temperatura. Además, la intensidad que recorre el portalámparas de baja tensión es muy superior (18 veces más) a la intensidad que recorre el portalámparas en tensión de red de 220V., para la misma potencia de la bombilla. Como la cantidad de energía liberada en forma de calor al paso de la corriente eléctrica es proporcional a la resistencia y al cuadrado de la intensidad, la cantidad de calor generada por el propio paso de la corriente es muy grande y los contactos de los portalámparas de baja tensión deben soportar estas altas temperaturas y densidades de corriente. El transformador debe estar ubicado cerca de la lámpara para evitar fuertes caídas de tensión. La caída de tensión es el producto de R. I y como las intensidades son muy elevadas, se requieren cables de mayor sección y resistentes a la temperatura. Como orientación para instalaciones en baja tensión podemos dar los siguientes valores: Potencia total Lámparas(W) Intensidad (A)a 12 V Longitud máx. en metros según la sección 2x1,5 2 x2,5 2x4 2x6 2x10 2x ,2 6 9,7 15, , ,3 3 4,8 7,8 11,6 19, ,5 3,2 5,2 7,7 13, ,6 2,4 3,9 5,8 9, ,8 3,1 4, ,6 27

31 Rendimientos luminosos y vida útil media Debido al ciclo halógeno regenerativo del filamento la vida media de las lámparas halógenas es muy superior a las de las lámparas de incandescencia tradicionales. Según modelos y fabricantes encontramos vidas medias entre las 2000 y 4000 horas. Del mismo modo la mayor temperatura del filamento produce mayores flujos luminosos y en consecuencia mejores rendimientos. Ejemplo: Lámpara incandescente clásica 60W: Flujo luminoso = 720 lm. Rendimiento luminoso = 12 lm/w Lámpara halógena 50 W: Flujo luminoso 930 lm Rendimiento luminoso = 18,6 lm/w Luminancia. Las pequeñas dimensiones de las lámparas halógenas y su elevado flujo luminoso necesariamente implican una alta luminancia que es preciso tener en cuenta en la fabricación de aparatos de iluminación para evitar el deslumbramiento y conseguir un razonable confort óptico. En definitiva, las ventajas de las lámparas halógenas respecto a las incandescentes clásicas son: - Menores dimensiones de la lámpara para conseguir la temperatura necesaria mínima de 250º C lo cual obliga a fabricar la ampolla con un vidrio de cuarzo de mayor resistencia a la temperatura. La menor dimensión permite diseños de los aparatos de iluminación mas reducidos. - Mayores rendimientos luminosos debido a la mayor temperatura del filamento - Vida media útil superior - Temperatura de color superior con lo que la luz es mas blanca - Constancia del flujo luminoso durante la vida de la lámpara 4.3. LÁMPARAS DE DESCARGA Fundamento de las lámparas de descarga Las lámparas de descarga se basan en el fenómeno de la luminiscencia que es la capacidad de emitir energía de algunos gases al ser atravesados por una corriente 28

32 eléctrica. En función del tipo de radiaciones energéticas producidas existen 2 tipos de lámparas de descarga - Las luminiscentes: En estas lámparas la descarga, a través de los gases, produce directamente radiaciones dentro del espectro visible. Es el caso de las lámparas de vapor de sodio, vapor de mercurio y halogenuros metálicos. - Las fluorescentes: En estas lámparas la descarga, a través del gas, produce radiaciones ultravioletas (no visibles) las cuales al incidir sobre las sustancias que recubren las paredes internas de los tubos hace que estas emitan radiaciones visibles. Es el caso de las lámparas fluorescentes que por su importancia las veremos en el punto Reactancias y Factor de potencia de las lámparas de descarga La reactancia o balasto es elemento fundamental en cualquier instalación de alumbrado con lámparas de descarga, ya que las lámparas de descarga tienen una resistencia variable que disminuye a medida que aumenta la intensidad de corriente que la recorre y las reactancias son las encargadas de limitar la corriente que circula por las lámparas a los valores exigidos para un funcionamiento adecuado. Cada tipo de lámpara de descarga requiere para su funcionamiento la reactancia adecuada. De forma general las funciones que cumple la reactancia son: - Proporcionar la corriente de arranque o de precalentamiento de cátodos para conseguir en estos la emisión inicial de electrones - Suministrar la tensión de salida en vacío suficiente para hacer saltar el arco en el interior de la lámpara - Limitar la corriente en la lámpara a los valores adecuados para un correcto funcionamiento. - Controlar las variaciones de la corriente de la lámpara frente a variaciones de la tensión de alimentación. Existen dos grandes grupos de reactancias o balastos: A) Balastos electromagnéticos. B) Balastos electrónicos. A) Balastos electromagnéticos: Son simples bobinas alrededor de un núcleo de chapa magnética. Con los balastos electromagnéticos la lámpara trabaja a la frecuencia nominal de la red y requiere un arrancador.. 29

33 Esta reactancia hace que el factor de potencia de la instalación sea bajo lo cual a su vez es por un lado necesario y beneficioso para el circuito de la lámpara, pero perjudicial en el circuito externo como ya sabemos. Para corregir el factor de potencia del circuito externo se debe conectar en paralelo un condensador. B) Balastos electrónicos: En estos casos la lámpara funciona a elevadas frecuencias. En los balastos electrónicos la tensión de encendido se genera dentro del balasto por lo que no se necesita arrancador y el factor de potencia es > 0,95 por lo que tampoco se necesita condensador para compensar la potencia reactiva Características de la radiación emitida por las lámparas de descarga Solo las lámparas incandescentes tienen un espectro continuo de radiaciones visibles, es decir, contienen todas las longitudes de onda y en consecuencia todos los colores. Las lámparas de descarga presentan una distribución espectral discontinua. Dependiendo del tipo de lámpara de descarga y dentro del tipo de los diferentes modelos se puede disponer de espectros que contienen mayor variedad de colores. Podemos decir que, en general, las lámparas de descarga que ofrecen mayor rendimiento luminoso tienen una mayor concentración de radiación en la zona de los 555 nanómetros, que es el color amarillo - verdoso donde la sensibilidad del ojo es máxima y en general tienen un bajo rendimiento cromático. Los fabricantes de lámparas investigan y sacan al mercado constantemente productos más sofisticados que permiten obtener buenos rendimientos e índices de reproducción cromática aceptables dependiendo de las diferentes aplicaciones Lámparas fluorescentes Generalidades. Las lámparas fluorescentes se basan en la descarga de corriente eléctrica entre los electrodos de un tubo revestido en su pared interior de polvos fluorescentes y que contiene vapores de mercurio a baja presión. Las descargas de corriente excitan los átomos de mercurio y producen emisiones de energía en gran parte ultravioleta, las cuales son convertidas en radiaciones visibles por los polvos fluorescentes que revisten la pared interna del tubo. Según la composición de los polvos fluorescentes que recubren la superficie interior del tubo se obtiene una gran variedad de tonalidades de luz y rendimientos cromáticos. Cada fabricante lo especifica en sus catálogos y el precio varia mucho de unos modelos a otros en función de las diferentes prestaciones de luz y color El éxito de las lámparas fluorescentes esta en sus buenas prestaciones. El rendimiento luminoso de estas lámparas es bastante elevado, dependiendo del 30

34 modelo puede ser incluso superior a los 100 lúmenes por vatio Tipos de lámparas fluorescentes Existen en la actualidad multitud de tipos de lámparas fluorescentes siendo las más importantes atendiendo a su forma: 1. Lámparas fluorescentes compactas. a. Con balasto electrónico incorporado: Se utilizan como alternativa directa de las lámparas incandescentes. Incorporan normalmente casquillos E14 o E27. Se las conoce en el mercado con las siglas ELD (electrónicas doble tubo), ELT (electrónicas triple tubo), ELS (electrónicas tubo espiral). En general no pueden funcionar con reguladores de intensidad luminosa. En algunos casos para mejorar su apariencia se presentan recubiertas por un vidrio en forma de bombilla incandescente tipo globo o vela. También existen en formas circulares. Se ofrecen con diferentes tonalidades de luz. Temp. de color 2700ºK (luz cálida) ; 4000ºK (luz neutra) 6000K ( Luz fría). b. Sin balasto electrónico incorporado: Se las conoce vulgarmente como PL (denominación usada por Philips). Según el número de tubos existen varias tipos: - Tipo TC-S Tubo compacto sencillo: Son de casquillo G23. Las lámparas tienen 2 pins y necesitan para su funcionamiento un balasto de tipo electromagnético. Llevan incorporado el cebador en su casquillo. No son regulables. Potencias bajas, normalmente entre 5 y 11W. 31

35 - Tipo TC-D Tubo compacto doble: A su vez existen 2 tipos: Las de 2 pins. Se utilizan con balastos electromagnéticos. Llevan incorporado el cebador en su casquillo. No son regulables. Según su potencia utilizan diferentes casquillos (G24d -1 hasta 13 W, G24d-2 hasta 18 W y G24d-3 hasta 26 W) No se pueden intercambiar las lámparas con los diferentes casquillos ya que un sistema de encajes (llave) en los portalámparas y en el casquillo de las lámparas lo impide. Las de 4 pins: Se utilizan con balastos electrónicos de alta frecuencia..no llevan el cebador incorporado porque no lo necesitan. Admiten regulación luminosa con dimmer. Según su potencia utilizan diferentes casquillos: G24q -1 las de 13 W, G24q-2 las de 18 W y G24q-3 las de 26 W. - Tipo TC-T Tubo compacto triple: Igualmente 2 tipos: 32

36 Las de 2 pins: Se utilizan con balastos electromagnéticos. Llevan incorporado el cebador en su casquillo. No son regulables. Según su potencia utilizan diferentes casquillos: GX24d -1 las de 13 W, GX24d- 2 las de 18 W y GX24d-3 las de 26 W. No se pueden intercambiar las lámparas con los diferentes casquillos ya que un sistema de encajes (llave) en los portalámparas y en el casquillo de las lámparas lo impide. Los fabricantes de portalámparas generalmente hacen compatibles los modelos G24 con los GX24 de la misma llave. Las de 4 pins: Se utilizan con balastos electrónicos de alta frecuencia..no llevan el cebador incorporado. Admiten regulación luminosa con dimmer. Según su potencia utilizan diferentes casquillos: GX24q -1 las de 13W, GX24q-2 las de 18W, GX24q-3 las de 26W y 32 W, GX24q-4 las de 42 W y GX24q-5 las de 57 W. - Tipo TC S/E: Tienen 4 pins. Se utilizan con balastos electrónicos. Son de casquito 2G7. Potencias bajas de 5, 7, 9 y 11 W. Admiten regulación luminosa con dimmer. Se suelen emplear para señalización de escaleras, pasillos y para equipos de emergencia. 33

37 - Tipo TC-L: Tiene 4 pins. Pueden utilizarse con equipos electrónicos o convencionales. En este segundo caso requieren cebador ya que no lo llevan incorporado. Casquillo 2G11. Potencias de 18, 24, 36, 40 y 55 W. Por su diseño al ser muy planas permiten luminarias cuadradas y compactas - Tipo TC-F: Tiene 4 pins. Pueden utilizarse con equipos electrónicos o convencionales. En este segundo caso requieren cebador ya que no lo llevan incorporado. Casquillo 2G10. Potencias de 18, 24y 36 W. Al igual que las anteriores, por su diseño al ser muy planas permiten luminarias de reducidas dimensiones con buena intensidad de luz. 34

38 2. Lámparas Fluorescentes Lineales: Podemos clasificarlas según el diámetro del tubo: a. Tipo T 8: Diámetro del tubo de 26 mm. Son las más habituales en el mercado. Potencias entre 15 y 55W y diferentes longitudes del tubo. Generalmente son de casquillo G13. Existen versiones especiales de tipo en U con casquillo 2G13 y con forma circular con casquillo G10q. Dado que sus aplicaciones son amplísimas y su implantación en el mercado muy grande, se fabrican con muchas calidades en cuanto a reproducción cromática. Para su funcionamiento según modelos requieren o bien un equipo convencional con su balasto y cebador o bien un equipo electrónico que en algunas casos permiten regulación luminosa. 35

39 b. Tipo T 5: Diámetro del tubo de 16 mm. Por su diámetro menor permiten a los fabricantes de luminarias diseños más compactos. Se alimentan solo mediante balastos electrónicos. Existen 4 versiones de lámparas de 16 mm. en el mercado, las 3 primeras lineales y la ultima circular. - Las denominadas miniaturas o mini Standard: Potencias de 4, 6, 8 y 13W. Casquillo G5 - Las de alta eficiencia luminosa sistema ahorrador. Denominadas Tipo FH (Osram ) o HE (Philips). Tienen un rendimiento luminoso muy alto entre 93 y 104 lm/ W. Se fabrican en potencias de 14,21,28 y 35W. Casquillo G5 - Las de alta emisión luminosa. Denominadas Tipo FQ (Osram) o HO (Philips). Tienen un rendimiento menor que las anteriores entre 79 y 93 lm / W. Se fabrican en potencias de 24, 39, 49, 54 y 80W. Casquillo G5 - Las de forma circular. Potencias de 22, 40 y 55W. Casquillo 2GX13 36

40 c. Tipo T 2: Diámetro del tubo de 7 mm. Potencias de 6, 8, 11 y 13 W. Casquillo W4,3. Se alimentan solo mediante balastos electrónicos Al ser tan delgadas permiten luminarias de diseños muy avanzados, iluminación de cuadros, etc. 37

41 Reactancias y cebadores para lámparas fluorescentes, Las lámparas fluorescentes como todas las lámparas de descarga, presentan una resistencia al paso de la corriente que disminuye a medida que esta aumenta por lo que no pueden conectarse directamente a la red necesitando para su funcionamiento de un equipo auxiliar de encendido. El balasto cumple la función del precalentamiento de los electrodos, de proporcionar la tensión necesaria de encendido y de limitar la corriente eléctrica en el tubo de descarga. Estas tareas las pueden ejecutar tanto los balastos electromagnéticos como los balastos electrónicos. En el caso de los electromagnéticos normalmente necesitan la ayuda de un arrancador o cebador Las ventajas de los balastos electrónicos son importantes respecto de los electromagnéticos y paulatinamente irán sustituyéndolos. Las más importantes son: - Trabajan a alta frecuencia por lo que no se produce el efecto estroboscópico. - La tensión de encendido se genera dentro del balasto por lo que no necesitan arrancador - El factor de potencia es >0,95 por lo que no se necesita condensador para compensar la potencia reactiva. - Mayor duración de la lámpara con el consiguiente ahorro de mantenimiento. - Menores perdidas permitiendo ahorros de hasta un 30 % de energía - Mayor flujo luminoso de la lámpara y posibilidad de regulación mediante dimmer. - Las lámparas defectuosas se apagan sin el molesto parpadeo de las alimentadas convencionalmente. - Menores pesos que los electromagnéticos Los balastos para lámparas fluorescentes atendiendo a las perdidas de energía que producen en las instalaciones se clasifican en los 7 tipos siguientes ordenados de mayor a menor eficiencia. - Clasificación CELMA para balastos electromagnéticos y electrónicos: EEI = A 1 - Balastos electrónicos con regulación luminosa EEI = A 2 - Balastos electrónicos de perdidas reducidas EEI = A 3 - Balastos electrónicos EEI = B 1 - Balastos electromagnéticos de muy bajas perdidas EEI = B 2 - Balastos electromagnéticos de bajas perdidas EEI = C - Balastos electromagnéticos de perdidas moderadas EEI = D - Balastos electromagnéticos de altas perdidas 38

42 Los balastos de tipo D no están permitidos en ningún país de la UE desde el 21 de Mayo de 2002 Los balastos de tipo C no estarán permitidos a partir del 21 de Noviembre de LED ( Light emitting diodes) Generalidades A partir de los experimentos realizados primero por Edison y posteriormente desarrollados por Fleming y Marconi se descubrieron una serie de propiedades de los elementos que revolucionaron la ciencia dando lugar a las comunicaciones inalámbricas y posteriormente al desarrollo de los semiconductores que son el fundamento de toda la tecnología electrónica actual. Los semiconductores son unos elementos que tienen unas propiedades eléctricas especiales que en corriente continua permiten el paso de la corriente con una determinada polaridad comportándose como un conductor y con la polaridad opuesta no permiten el paso de la corriente comportándose como un aislante. Esta propiedad es el fundamento del código binario. Los diodos Led son unos dispositivos fabricados con material semiconductor cristal de silicona que en su interior contienen dos electrodos por los que al pasar una corriente eléctrica son capaces de producir energía dentro del espectro visible en forma de luz. La luz producida es monocromática y dependiendo del tipo y composición del cristal pueden obtenerse diferentes colores. Desde hace más de 50 años se conocía la posibilidad de generar luz con la ayuda de los semiconductores. Sin embargo, ha tenido que transcurrir mucho tiempo hasta que esta tecnología ha evolucionado y permitido fabricar Led de potencia a precios razonables. Las características que presentan los LED son: Larga vida sin prácticamente ningún mantenimiento Ahorro considerable de energía Pequeñas dimensiones Luz monocromática. Hay led de color azul, verde, amarillo, y rojo. Los led de color blanco que se ofrecen es por suma de colores. Posibilidad de unir unos con otros y crear módulos sobre una placa de circuito estampado rígido o flexible haciendo combinaciones serie y paralelo prácticamente sin limitaciones. A estos módulos se les llama COB o Chip Array Rendimiento luminoso que va en aumento conforme la tecnología avanza. Actualmente se consiguen rendimientos superiores a los 130 lúmenes Posibilidad de utilizar ópticas o guías de luz que permitan orientar la luz emitida en una determinada dirección. 39

43 Código Bin de un Led No todos los Leds de una partida fabricada tendrán exactamente las mismas características lumínicas. La matería prima no es absolutamente homogénea y en los procesos de fabricación se producen mínimas variaciones que afectan al producto final. Esto hace que si nominalmente los Leds han de tener una determinada Temperatura de Color y un determinado Flujo Luminoso, en la realidad cada unidad producida tendrá unos valores algo diferentes (eso sí, siempre en torno al valor nominal). Podría darse el caso de que en una placa de Leds que incluya varios elementos, el ojo humano apreciara diferencias en la tonalidad y la intensidad de la luz emitida por cada uno de ellos. Para evitar éste inconveniente una vez producida una partida el fabricante mide las características de cada Led y los coloca en diferentes grupos,a cada uno de los cuales se le dará un código BIN. Empleando Leds de un mismo código BIN al montar las placas, la homogeneidad está garantizada Circuitos LED Para alimentar un circuito LED se debe considerar que los LED no pueden conectarse directamente a una batería de corriente continua ya que se cortocircuitarían. Para construir un circuito LED se debe tener en cuenta que cada LED debe ser recorrido por una determinada corriente y tener una determinada caída de tensión para la que ha sido construido. La caida de tension de un LED es generalmente alrededor de 3 a 4V Por lo tanto para construir un circuito LED se debe tener en cuenta que la resistencia del circuito en total debe ser tal que la corriente que lo recorra y su caída de tensión sea en todo momento la adecuada. Los módulos Led que se ofrecen ya montados, están ya previstos para ser abastecidos directamente por el alimentador, que se recomienda para cada uno de ellos sin necesidad de preocuparse de añadir ninguna resistencia adicional. Los alimentadores para los módulos LED que se ofrecen son convertidores electrónicos con entrada de corriente alterna y salida de corriente continua de baja tensión. Deben ofrecer una tensión continua de salida estabilizada, es decir, que no les debe afectar las variaciones de tensión de la red dentro de unos determinados límites. Con el mismo alimentador es posible hacer funcionar al mismo tiempo varios módulos en función de la potencia absorbida Los alimentadores deben estar protegidos para el cortocircuito y sobrecarga. 40

44 Se ofrecen varios tipos de alimentadores LED Alimentadores a tensión constante. Normalmente a 12V o 24V. se utilizan generalmente para tiras LED y para módulos que deban ser alimentados a tensión constante. La conexión de varios módulos debe hacerse en paralelo para que la tensión que recibe cada uno de ellos sea la nominal. Si se conectan varias tiras led la conexión es en paralelo ya que se conecta el positivo y el negativo de la tira con el positivo y negativo de la tira siguiente. Se pueden conectar tantos módulos como permita la potencia máxima del alimentador. Existen alimentadores industriales de elevadas potencias. Su funcionamiento es que fija la tensión continua de salida a 12V o 24V y según vaya identificando mas carga aumenta la intensidad de salida hasta el máximo del alimentador. Así por ejemplo un alimentador con salida a tensión constante de 24V y 50W ( nuestro código G503150B) tendrá una intensidad de salida variable que según la carga podrá llegar hasta su máximo de 2.08 Amperios Alimentadores a corriente constante Los Led de potencia se alimentan normalmente con alimentadores de corriente constante (llamados normalmente drivers ). Estos alimentadores proporcionan una intensidad de corriente de salida continua fija. Los hay de muchas intensidades de salida siendo los más comunes los de 350mA y de 700mA. La conexión de los módulos led a estos alimentadores debe hacerse en serie. Su funcionamiento es que deja fija la intensidad de salida y según la carga el alimentador proporciona una tensión de salida variable desde un mínimo a un máximo de voltios. Así por ejemplo nuestro alimentador G a 350mA y 20W, tiene una tensión de salida de 6 a 56 Voltios. Esto significa que la carga que se puede conectar va de 2.10W (mínimo) a 19.60W (máximo) Si se utiliza un driver de potencia inferior a la necesaria. Por ejemplo un 700mA de salida constante de 8W y se le conecta un modulo COB de 10W, Si el COB tiene en su ficha técnica un operating voltaje mínimo que el driver lo cumple se encenderá pero dará menos luz. No solo porque el voltaje máximo del driver no da el necesario para la potencia requerida sino porque también la intensidad constante se verá afectada y será menor de 700mA. Si el operating voltaje minimo del cob no llega al minimo del driver lo normal es que no se encienda o parpadee. Flicker Por eso es muy importante elegir el driver adecuado con la suficiente holgura de potencia para que funcione bien. Lo correcto es hacer las mediciones de intensidad y voltaje con los aparatos de medida adecuados 41

45 4.4.5 Alimentadores a tensión y corriente constante Según identifican la carga, se comportan como alimentadores a tensión constante o o corriente constante Alimentadores dimmables Pueden ser alimentadores dimmables tanto a tensión como a corriente constante. Permiten alimentar y al mismo tiempo dimmar una tira o modulo led mediante el uso adicional según los modelos de un elemento de dimerazion que puede ser un dimmer normal de los que se utilizan para lámparas de incandescencia o halógenas o bien un sistema de pulsador o 1-10V. Esta solución es utilizable sobre todo cuando ya se tiene una instalación con un dimmer incorporado ( por ejemplo empotrado en la pared) y se quiere aprovechar. De esta forma con el alimentador dimmable y el dimmer existente se puede dimmar la nueva instalación con Led Los modulos y tiras led son siempre dimables. Para ello se requiere o bien un alimentador dimable + el dimmer normal correspondiente como el caso anterior o bien la ultilizacion de alimentador led normal ( no dimmable) y un dimmer led Dimmer Led a tensión o corriente constante En este caso lo distinguimos del anterior porque la entrada en el primario es a 12 o 24V Necesitan por tanto ser conectados a un alimentador cuya salida sea a 12 o 24VDC Los dimmer de Arditi a corriente constante que tenemos en el catalogo se alimentan a tensión constante 12 o 24V y permiten dimmar modulos a corriente constante Dimmer led a 230V Los dimmer normales a 230V no suelen servir para dimmar modulos Led ya que normalmente no funcionan bien para cargas pequeñas ( circuitos de poca potencia) ya que parpadean Existen dimmer para led a 230V. estos dimmers permiten cargas pequeñas normalmente a partir de 4W. 42

46 5. ASUNTOS VARIOS 5.1 Marcas y Certificaciones. El fabricante de material eléctrico está obligado por ley a introducir en el mercado productos construidos conforme a las normativas en materia de seguridad. La norma 93/68/CEE ha introducido el marcado CE para la libre circulación de los productos en los Países de la Unión Europea. La marca CE tiene un efecto legal. Es obligatoria para los productos de material eléctrico y es una autocerficacion del fabricante o en su caso del importador de que el producto está fabricado con las normativas que están en vigor para cada producto dentro del ámbito de la Unión Europea. La marca CE puede ir sobre el producto o sobre el embalaje de producto. Las Homologaciones de un producto es una marca de calidad voluntaria que el fabricante realiza con un laboratorio autorizado el cual certifica que el producto cumple con las normativas y realiza auditorias periódicas para comprobar que se siguen los procedimientos de control para garantizar que el producto se fabrique siempre siguiendo las pautas de calidad establecidas. Tiene por tanto un valor mayor ante terceros ya que es un laboratorio externo autorizado el que certifica la calidad del producto. Cada Pais tiene su propia marca de certificación. En Junio de 1992 se llego a un acuerdo ( acuerdo LUM) que permitió una marca única para todos los países de la UE. La nueva marca, llamada ENEC ( European Norms Electrical Certification) certifica que un producto esta conforme a las normas europeas armonizadas ( normas EN). La marca ENEC es reconocida actualmente como equivalente a la propia marca Nacional de los organismos de certificación de los siguientes países: AENOR ( España) ;CEBEC ( Belgica) ; IMQ ( Italia) ; CERTIF (Portugal) KEMA ( Holanda); NSAI ( Irlanda) ; SNCH ( Luxemburgo); LCIE ( Francia) ELOT ( Grecia); VDE ( Alemania) ; OVE ( Austria) ; BSI ( Reino Unido); SEV(Suiza) SEMKO ( Suecia); DEMKO ( Dinamarca); FIMKO ( Finlandia); NEMKO ( Noruega); MEEI ( Hungria); BEAB y ASTA( Inglaterra); EZU ( Rep. Checa); SIQ ( Slovenia); 43

47 5.2 Indices de Proteccion IP: El Índice de Protección de un aparato eléctrico se expresa mediante las letras IP seguidas de 2 números. El primer número indica la protección del producto contra cuerpos sólidos externos y va del 0 al 6 Numero: Protección contra: 0 - No Protegido 1 - Cuerpos sólidos superiores a 50 mm ( mano) 2 - Cuerpos sólidos superiores a 12 mm ( dedo) 3 - Cuerpos sólidos superiores a 2.5 mm ( destornillador) 4 - Cuerpos sólidos superiores a 1 mm ( Hilo metalico) 5 - Parcialmente protegido contra el polvo 6 - Totalmente protegido contra el polvo El segundo numero indica el grado de protección contra la penetración de liquidos( en particular la lluvia) Numero: Protección contra: 0 - No Protegido 1 - la caída vertical de agua 2 - la caída vertical de agua con inclinación de 15º 3 - Lluvia con inclinación de hasta 60º 4 - salpicaduras en todas las direcciones 5 - chorros de agua en todas las direcciones 6 - lanzamiento de agua similar a las olas 7 - la inmersión hasta 1 metro 8 - totalmente estanco a la inmersión 44

48 45

49 5.3 Clases de protección eléctrica para aparatos de iluminación La norma de los aparatos de Iluminación EN prevé 4 clases de protección contra la descarga eléctrica. Todas las definiciones indicadas se refieren a los conceptos de: 1. Aislamiento principal: Es el aislamiento de las partes activas necesario para asegurar la protección contra la descarga eléctrica 2. Doble Aislamiento: Aislamiento que comprende un aislamiento principal y un aislamiento suplementario 3. Aislamiento Suplementario: Aislamiento independiente previsto por añadidura al principal para asegurar la protección contra la descarga eléctrica en caso de desperfecto del aislamiento principal 4. Aislamiento reforzado: Sistema de aislamiento único de las partes activas, que asegura una protección contra la descarga eléctrica equivalente a aquel de un doble aislamiento. Las 4 clases de protección contra la descarga eléctrica que contempla la norma son; CLASE 0 La única protección es el aislamiento principal. El aparato no lleva ninguna otra protección CLASE I La protección además del aislamiento principal, se consigue a través del Enlace permanente de las partes conductoras accesibles ( filtros, pantallas, estructuras) a un conductor de protección de toma de tierra. CLASE II Los aparatos llevan un doble aislamiento. Los cables utilizados son siempre de doble aislamiento( tipo manguera) y los empalmes con un aislamiento reforzado, cajas de conexión y mantenimiento de distancias adecuadas entre las partes con tensión y partes accesibles. CLASE III A esta clase pertenecen los aparatos alimentados con tension Inferior a 50V. La protección en este caso es debida al tipo de Alimentación del mismo aparato ( Baja Tension). 46