CAPITULO VI

Electrotecnia Industrial (Ing. Industrial, Sistemas, Mecnica)

CAPITULO VI

LUMINOTECNIA E INSTALACIONES ELECTRICAS

6.1. LUMINOTECNIA.

Luminotecnia es la ciencia que estudia las distintas formas de produccin de luz, as como su control y aplicacin.

Iniciemos su estudio examinando las variaciones electromagnticas simples, que pueden clasificarse bien por su forma de generarse, por sus manifestaciones o efectos, o simplemente por su longitud de onda.

Figura 6.1 Franja de longitud de onda

Las radiaciones visibles se caracterizan por ser capaces de estimular el sentido de la vista y estar comprendidas dentro de una franja de longitud de onda muy estrecha, comprendida aproximadamente entre 380 y 780 m. (1 milimicra = 10-9 m.). Esta franja de radiaciones visibles, est limitada de un lado por las radiaciones ultravioleta y de otro, por las radiaciones infrarrojas, que naturalmente no son perceptibles por el ojo humano.

Una de las caractersticas ms importantes de las radiaciones visibles, es el color. Estas radiaciones, adems de suministrar una impresin luminosa, proporcionan una sensacin del color de los objetos que nos rodean.

Dentro del espectro visible, pueden clasificarse una serie de franjas, cada una de las cuales se caracteriza por producir una impresin distinta, caracterstica peculiar de cada color.

Puesto que el receptor de estas sensaciones de color es el ojo humano, resultaba interesante conocer su sensibilidad para cada una de estas radiaciones. Para ello se dispuso de fuentes de luz capaces de generar cantidades iguales de energa de todas las longitudes de onda visibles, y se realiz el ensayo comparativo de la sensacin luminosa producida a un gran nmero de personas.

El ensayo dio como resultado que no todas las longitudes de onda producan la misma impresin luminosa y que la radiacin que ms impresin causaba era la correspondiente a una longitud de onda de 550 m , propia del color amarillo-verde. Esta impresin iba decreciendo a derecha e izquierda del valor mximo caracterstico, siendo para los colores rojo y violeta los que daban una menor impresin.

Figura 6.2 Curva internacional de sensibilidad del ojo

De estos resultados se obtuvo la "Curva Internacional de Sensibilidad del ojo humano", tal y como se representa en la figura 6.2.

Otro dato digno de tener presente en luminotecnia es el conocido con el nombre de "Temperatura del Color". Considerado el cuerpo negro como radiante tericamente perfecto, este va cambiando de color a medida que vamos aumentando su temperatura, adquiriendo al principio el tono de un rojo sin brillo, para luego alcanzar el rojo claro, el naranja, el amarillo, el blanco, el blanco azulado, y finalmente el azul.

De esta idea nace la "Temperatura del Color", y se utiliza para indicar el color de una fuente de luz por comparacin de esta con el color del cuerpo negro a una determinada temperatura. As, por ejemplo, el color de la llama de una vela es similar al de un cuerpo negro calentado a 1.800 K, por lo que se dice que la temperatura de color de la llama de una vela es de 1.800 K.

La temperatura de color solamente puede ser aplicada a aquellas fuentes de luz que tengan una semejanza con el color del cuerpo negro, como por ejemplo la luz del da, la luz de las lmparas incandescentes, la luz de las lmparas fluorescentes, etc.. El color de las lmparas de vapor de sodio, no coincide con el color del cuerpo negro a ninguna temperatura, por lo que ni pueden ser comparadas con l, ni se les puede asignar ninguna temperatura de color.

Seguidamente damos algunas temperaturas de color, con el fin de que nos familiaricemos con ellas:

Lmparas fluorescentesLmparas incandescentes

Blanco clido 3.000 KNormales 2.600 K

Luz da 6.500 KHalgenas 3.100 K

Existe una cierta relacin entre la temperatura de color y el nivel de iluminacin, de tal forma que a mayor temperatura de color, la iluminacin ha de ser tambin mayor para conseguir una sensacin agradable.

Partiendo de la base de que para poder hablar de iluminacin es preciso contar con la existencia de una fuente productora de luz y de un objeto a iluminar, las magnitudes que deben conocerse y definirse son las siguientes:

MAGNITUDUNIDADSIMBOLO

Flujo luminosoLumen

Nivel de iluminacinIluminanciaLumen / m2 = LuxE

Intensidad luminosaCandelaI

LuminanciaCandela / m2L

El flujo luminoso y la intensidad luminosa son magnitudes caractersticas de las fuentes de luz, indicando la primera la cantidad de luz emitida por dicha fuente en 1 segundo en todas direcciones, mientras que la segunda indica la cantidad de luz emitida en 1 segundo y en una determinada direccin.

Seguidamente pasemos a definir ms detalladamente cada una de estas magnitudes.

A) Flujo luminoso

Es la magnitud que mide la potencia o caudal de energa de la radiacin luminosa y se puede definir de la siguiente manera:

Flujo luminoso es la cantidad total de luz radiada o emitida por una fuente durante un segundo.

f = Flujo luminoso en Lmenes.Q = Cantidad de luz emitida en Lmenes x seg.t = Tiempo en segundos.

El Lumen como unidad de potencia corresponde a 1/680 W emitidos a la longitud de onda de 550 m.

Ejemplos de flujos luminosos:

Lmpara de incandescencia de 60 W.730 Lm.

Lmpara fluorescente de 65 W. "blanca"5.100 Lm.

Lmpara halgena de 1000 W.22.000 Lm.

Lmpara de vapor de mercurio 125 W.5.600 Lm.

Lmpara de sodio de 1000 W.120.000 Lm.

B) Nivel de iluminacin

En nivel de iluminacin o iluminancia se define como el flujo luminoso incidente por unidad de superficie.

A su vez, el Lux se puede definir como la iluminacin de una superficie de 1 m2 cuando sobre ella incide, uniformemente repartido, un flujo luminoso de 1 Lumen.

Ejemplos de niveles de iluminacin:

Medioda en verano100.000 Lux.

Medioda en invierno20.000 Lux.

Oficina bien iluminada400 a 800 Lux.

Calle bien iluminada20 Lux.

Luna llena con cielo claro0,25 a 0,50 Lux.

C) Intensidad luminosa

La intensidad luminosa de una fuente de luz en una direccin dada, es la relacin que existe entre el flujo luminoso contenido en un ngulo slido cualquiera, cuyo eje coincida con la direccin considerada, y el valor de dicho ngulo slido expresado en estereorradianes.

I = Intensidad luminosa en candelas.

= Flujo luminoso en lmenes.

= ngulo slido en estereorradianes.

La candela se define tambin como 1/60 de la intensidad luminosa por cm2 del "cuerpo negro" a la temperatura de solidificacin del platino (2.042 K).

Con el fin de aclarar el concepto de ngulo slido, imaginemos una esfera de radio unidad y en su superficie delimitemos un casquete esfrico de 1 m2 de superficie. Uniendo el centro de la esfera con todos los puntos de la circunferencia que limitan dicho casquete, se nos formar un cono con la base esfrica; el valor del ngulo slido determinado por el vrtice de este cono, es igual a un estereorradin, o lo que es lo mismo, un ngulo slido de valor unidad.

En general, definiremos el estereorradin como el valor de un ngulo slido que determina sobre la superficie de una esfera un casquete cuya rea es igual al cuadrado del radio de la esfera considerada.

Segn podemos apreciar en la figura 6.3, la definicin de ngulo slido nos da idea de la relacin existente entre flujo luminoso, nivel de iluminacin e intensidad luminosa.

Figura 6.3

Ejemplos de intensidad luminosa:

Lmpara para faro de bicicleta sin reflector1 cd.

Lmpara PAR-64 muy concentrada200.000 cd.

Faro martimo ( Centro del haz )2.000.000 cd.

D) Luminancia

Luminancia es la intensidad luminosa por unidad de superficie perpendicular a la direccin de la luz.

La luminancia L suele expresarse indistintamente en candelas/cm2 o en candelas/m2.

Figura 6.4

Cuando la superficie considerada S1 no es perpendicular a la direccin de la luz, habr que considerar la superficie real S2, que resulta de proyectar S1 sobre dicha perpendicular.

S2 = S1 cos

por lo tanto:

Ejemplos de luminancia:

Filamento de lmpara incandescente10.000.000 cd./m2

Arco voltaico160.000.000 cd./m2

Luna llena2.500 cd./m2

Con ayuda de la figura y algunas de las frmulas anteriormente expuestas, podemos llegar a interesantes conclusiones, que ms adelante nos servirn para los clculos.

Siendo:

tendremos que

Figura 6.5

Si tenemos en cuenta que los flujos luminosos y las intensidades luminosas son iguales en ambas superficies, tendremos que:

de donde:

Segn estas frmulas observamos como una fuente de luz con una intensidad luminosa de 200 candelas en la direccin del eje de la figura determina sobre un punto situado a 1 metro de distancia, un nivel de iluminacin de:

Si ahora suponemos que el punto est situado a 3 metros, el nivel de iluminacin se ver reducido en una novena parte.

Cuando la superficie iluminada no es perpendicular a la direccin del rayo luminoso, la iluminancia o nivel de iluminacin, viene modificado por el coseno del ngulo de incidencia, que es el ngulo formado por la direccin del rayo incidente y la normal a la superficie en el punto considerado.

Figura 6.6

As tendremos que:

Suponiendo que el punto de luz se encuentra a una altura H, sobre la horizontal,

y por tanto,

Por ejemplo, si suponemos una fuente de luz a una altura de 8 metros, con una intensidad luminosa de 200 candelas, en un punto que forma 20 con la vertical, el nivel de iluminacin en dicho punto ser:

6.2 ILUMINACIN ELECTRICA. Uno de los usos fundamentales de la energa elctrica es la iluminacin. Para transformar la energa elctrica en energa lumnica se emplean las llamadas lmparas. Se pueden encontrar de diferentes tipos y diseadas para multitud de aplicaciones. Los factores a tener en cuenta a la hora de decidirse por el tipo de lmpara ms adecuada son: Rendimiento: Relacin entre al cantidad de luz emitida y el consumo elctrico. Duracin: Horas de funcionamiento antes de agotarse. Tipo de luz: No se requiere la misma calidad y cantidad de luz en un aula de estudio que para iluminar una calle. Precio: Entre los mltiples modelos y tipos que pueden cubrir nuestras necesidades de iluminacin y esttica, escogeremos, como es lgico, aquella que resulte ms econmica. 6.3 TIPOS DE LAMPARAS. 6.3.1 Lmparas Incandescentes: Se usan principalmente para alumbrado interior (casas, oficinas, negocios) debido a su bajo costo, la facilidad de su instalacin y a que funcionan en cualquier posicin. No obstante su rendimiento es bajo debido a que una gran parte de la energa consumida se transforma en calor. Su funcionamiento se basa en el hecho de que un conductor atravesado por una corriente elctrica se calienta hasta alcanzar altas temperaturas, emitiendo radiaciones luminosas. Cuanto mayor es la temperatura mayor es la emisin, por lo que el material se lleva hasta una temperatura cercana a la de fusin. La ms comn es la lmpara de filamento, compuesta por tres partes: el bulbo, la base y el filamento. El filamento, que es de hilos de tungsteno arrollados, permitiendo alcanzar los 2100C. Est colocado dentro de una ampolla en la que se ha hecho el vaco (en la ampolla de este tipo de lmparas no hay aire, ni ningn otro tipo de gas). Este tipo de lmparas se especifican por la potencia elctrica que consumen (potencia nominal) y la cantidad de luz que producen, teniendo una vida til de alrededor de 1000 horas.

6.3.2 Partes de una lmpara incandescente

Las lmparas incandescentes estn 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 vaco o se ha rellenado con un gas. El conjunto se completa con unos elementos con funciones de soporte y conduccin de la corriente elctrica y un casquillo normalizado que sirve para conectar la lmpara a la luminaria.

Figura 6.7

En general los rendimientos de este tipo de lmparas son bajos debido a que la mayor parte de la energa consumida se convierte en calor.

Figura 6.8 Rendimiento de una lmpara incandescente

La produccin 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 reproduccin de los colores de los objetos iluminados.

6.4 LAMPARAS DE DESCARGA

6.4.1 Lmparas Fluorescentes:

Se componen de un tubo de vidrio que contiene una pequea cantidad de mercurio y de gas argn. Al circular la corriente elctrica por dos electrodos situados a ambos lados del tubo, se produce una descarga elctrica entre ellos, que al pasar a travs del vapor de mercurio produce radiacin ultravioleta. Esta radiacin excita una sustancia fluorescente con la que se recubre la parte interior del tubo, transformado la radiacin ultravioleta en radiacin visible, que en funcin de la sustancia fluorescente utilizada puede tener distintos tonos y colores.

Figura 6.9 Lmpara fluorescente Tienen un mayor rendimiento que las lmparas incandescentes, pero son ms caras y requieren un equipo complementario. Este equipo complementario se encarga de limitar la corriente y desencadenar el proceso de generacin del arco elctrico entre los dos electrodos que da lugar a la radiacin visible. Para limitar la corriente se debe colocar en serie un dispositivo que limite la corriente mxima que lo atraviesa. Para ello, se usa una impedancia inductiva (bobina) denominada balasto o reactancia. Esta bobina produce un desfase negativo de la corriente, por lo que se suele colocar un condensador en paralelo con la lnea para mejorar el factor de potencia del conjunto.

Figura 6.10 Reactancia electromagntica para fluorescencia

Adems, y debido a que en un primer momento los electrodos estn fros, se recurre a un dispositivo para iniciar la descarga denominado arrancador o cebador. Consiste en una cpsula dentro de la cual hay dos electrodos y que permite, junto con el balasto, generar la alta tensin necesaria para el encendido de la lmpara.

Figura 6.11 Cebador Philips S-10 para tubos fluorescentes 220 Voltios y de entre 4 y 65 Watios.La vida til de estas lmparas es del orden de las 7500 horas, dependiendo fundamentalmente del nmero de veces que se enciende y apaga. A mayor numero de ciclos de arranque, menor vida til. Por lo tanto, no debe utilizarse para servicios intermitentes. El diseo de una instalacin de iluminacin con lmparas fluorescentes requiere de conocer ciertas caractersticas de los distintos tipos disponibles, como el denominado "efecto estroboscopio". El mismo consiste en un parpadeo que hace molesta la observacin de piezas mviles iluminadas con luz fluorescente y es debido a la sinuosidad de la corriente alterna. En las lmparas incandescentes este efecto no se nota debido a la inercia trmica de los filamentos pero en la fluorescentes no existe esa inercia. Para objetos fijos el ojo humano no alcanza a percibir el parpadeo, pero si iluminan un objeto en movimiento se produce una descomposicin de la visin aparente. En el extremo, si la velocidad del objeto estuviera sincronizada con la variacin lumnica el objeto parecera detenido. Para corregirlo se utiliza la conexin "TWO-LAMP", que consiste en colocar dos lmparas juntas con reactancias de distinto valor para desfasar la corriente. Si la red fuese trifsica se conectan 3 lmparas una a cada fase de la red. Los fabricantes de tubos fluorescentes suelen contar con distintas alternativas de tonos de luz de acuerdo a la zona que se debe iluminar. Los tonos ms utilizados por los fabricantes son: Blanco Fro (cool white): Para iluminar zonas de trabajos manuales. Blanco de flujo: Usos similares al anterior, pero al contener ms rojo se enfatizan los tonos de la piel y se favorece la apariencia de las personas. Tambin se utilizan para mejorar la presentacin de vegetales verdes, carnes, etc. Blanco clido: Para ambientes con iluminacin general ms agradable. Blanco: Para aplicaciones generales de iluminacin en oficinas, escuelas, almacenes y casas donde la atmsfera de trabajo no es crtica. Enfatizan los colores amarillos, verdes y naranjas; sin embargo son usadas muy raramente. Luz da: Para iluminar actividades que requieran gran precisin en el manejo de los colores. El tipo de blanco a utilizar depende de los efectos deseados. Las versiones "de lujo" emplean una segunda capa de fsforo, lo que permite colores ms naturales, pero a costa de una menor eficiencia. Tambin existen lmparas fluorescentes de colores especiales (verdes, rojos, etc) que se emplean para espectculos, avisos, etc.

6.4.2 Lmparas de vapor de mercurio a alta presin.A medida que aumentamos la presin del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga, la radiacin ultravioleta caracterstica de la lmpara a baja presin pierde importancia respecto a las emisiones en la zona visible (violeta de 404.7 nm, azul 435.8 nm, verde 546.1 nm y amarillo 579 nm).

Figura 6.12 Espectro de emisin sin corregir

En estas condiciones la luz emitida, de color azul verdoso, no contiene radiaciones rojas. Para resolver este problema se acostumbra a aadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona del espectro. De esta manera se mejoran las caractersticas cromticas de la lmpara. La temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con ndices de rendimiento en color de 40 a 45 normalmente. La vida til, teniendo en cuenta la depreciacin se establece en unas 8000 horas. La eficacia oscila entre 40 y 60 lm/W y aumenta con la potencia, aunque para una misma potencia es posible incrementar la eficacia aadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes que conviertan la luz ultravioleta en visible.

Figura 6.13 Balance energtico de una lmpara de mercurio a alta presin

Los modelo ms habituales de estas lmparas tienen una tensin de encendido entre 150 y 180 V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares. Para encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar prximo 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 continuacin 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 vaporizacin del mercurio y un incremento progresivo de la presin del vapor y el flujo luminoso hasta alcanzar los valores normales. Si en estos momentos se apagara la lmpara no sera posible su reencendido hasta que se enfriara, puesto que la alta presin del mercurio hara necesaria una tensin de ruptura muy alta.

Figura 6.14 Lmpara de mercurio a alta presin

6.4.3 Lmparas de luz de mezclaLas lmparas de luz de mezcla son una combinacin de una lmpara de mercurio a alta presin con una lmpara incandescente y , habitualmente, un recubrimiento fosforescente. El resultado de esta mezcla es la superposicin, al espectro del mercurio, del espectro continuo caracterstico de la lmpara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia.

Figura 6.15 Espectro de emisin de una lmpara de luz de mezclaSu eficacia se sita entre 20 y 60 lm/W y es el resultado de la combinacin de la eficacia de una lmpara incandescente con la de una lmpara de descarga. Estas lmparas ofrecen una buena reproduccin del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K.

La duracin viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo. Respecto a la depreciacin 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 prdida de eficacia de los polvos fosforescentes. En general, la vida media se sita en torno a las 6000 horas.

Figura 6.16 Lmpara de luz de mezcla

Una particularidad de estas lmparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento acta como estabilizador de la corriente. Esto las hace adecuadas para sustituir las lmparas incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones

6.4.4 Lmparas con halogenuros metlicosSi aadimos en el tubo de descarga yoduros metlicos (sodio, talio) se consigue mejorar considerablemente la capacidad de reproducir el color de la lmpara de vapor de mercurio. Cada una de estas sustancias aporta nuevas lneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio, verde el talio y rojo y azul el indio).

Figura 6.17 Espectro de emisin de una lmpara con halogenuros metlicosLos resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K dependiendo de los yoduros aadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85. La eficiencia de estas lmparas ronda entre los 60 y 96 lm/W y su vida media es de unas 10000 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 (1500-5000 V).

Figura 6.18 Lmpara con halogenuros metlicos

Las excelentes prestaciones cromticas la hacen adecuada entre otras para la iluminacin de instalaciones deportivas, para retransmisiones de TV, estudios de cine, proyectores, etc.

6.5 Lmparas de vapor de sodio

6.5.1 Lmparas de vapor de sodio a baja presin

La descarga elctrica en un tubo con vapor de sodio a baja presin produce una radiacin monocromtica caracterstica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 589.6 nm) muy prximas entre s.

Figura 6.19 Espectro de una lmpara de vapor de sodio a baja presin

La radiacin emitida, de color amarillo, est muy prxima al mximo de sensibilidad del ojo humano (555 nm). Por ello, la eficacia de estas lmparas es muy elevada (entre 160 y 180 lm/W). Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual, adems de una buena percepcin de contrastes. Por contra, su monocromatismo hace que la reproduccin de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible distinguir los colores de los objetos.

Figura 6.20 Balance energtico de una lmpara de vapor de sodio a baja presinLa vida media de estas lmparas es muy elevada, de unas 15000 horas y la depreciacin de flujo luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida til 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 pblico, aunque tambin se utiliza con finalidades decorativas. En cuanto al final de su vida til, este se produce por agotamiento de la sustancia emisora de electrones como ocurre en otras lmparas de descarga. Aunque tambin se puede producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior.

Figura 6.21 Lmpara de vapor de sodio a baja presinEn estas lmparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las prdidas por calor y reducir el tamao de la lmpara. Est elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es muy corrosivo y se le practican unas pequeas hendiduras para facilitar la concentracin del sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible. El tubo est encerrado en una ampolla en la que se ha practicado el vaco con objeto de aumentar el aislamiento trmico. De esta manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del tubo (270 C).

El tiempo de arranque de una lmpara 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 (nen y argn) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz. Fsicamente esto se corresponde a pasar de una luz roja (propia del nen) a la amarilla caracterstica del sodio. Se procede as para reducir la tensin de encendido.

6.5.2 Lmparas de vapor de sodio a alta presinLas lmparas de vapor de sodio a alta presin tienen una distribucin espectral que abarca casi todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho ms agradable que la proporcionada por las lmparas de baja presin.

Figura 6.22 Espectro de una lmpara de vapor de sodio a alta presin

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 lmparas a baja presin (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 lmparas.

Figura 6.23 Balance energtico de una lmpara de vapor de sodio a alta presin

La vida media de este tipo de lmparas ronda las 20000 horas y su vida til entre 8000 y 12000 horas. Entre las causas que limitan la duracin de la lmpara, adems de mencionar la depreciacin del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del incremento progresivo de la tensin de encendido necesaria hasta niveles que impiden su correcto funcionamiento.

Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000 C), la presin y las agresiones qumicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de descarga. En su interior hay una mezcla de sodio, vapor de mercurio que acta como amortiguador de la descarga y xenn que sirve para facilitar el arranque y reducir las prdidas trmicas. El tubo est rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vaco. La tensin de encendido de estas lmparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve.

Figura 6.24 Lmpara de vapor de sodio a alta presin

Este tipo de lmparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminacin de interiores como de exteriores. Algunos ejemplos son en iluminacin de naves industriales, alumbrado pblico o iluminacin decorativa.

6.6 DEFINICIONES BASICAS.

6.6.1 ENERGIA ELECTRICA ACTIVA.

Es el producto de la potencia activa por el tiempo. La unidad practica de medida es el Kilovatio Hora (KWH).

6.6.2 ENERGIA ELECTRICA REACTIVA.

Es el producto de la potencia reactiva por tiempo. La unidad practica de medida es el Kilovoltio Amperio Reactivo - Hora (KVARH).

6.6.3 CONDUCTOR.

Es el alambre o cable que transporta la corriente elctrica. Los conductores mas comunes son de cobre y aluminio.

6.6.4 ALAMBRE.

Es el conductor que esta fabricado con un solo hilo.

6.6.5 CABLE.

Es el conductor que esta fabricado por varios hilos.

6.6.6 CARGA ELECTRICA.

Es un artefacto que consume energa elctrica, cuando se conecta a una fuente de tensin.

6.6.7 TIERRA.

Es el potencial de referencia o nivel cero de voltaje.

6.6.8 PUESTA A TIERRA.

Es la conexin fsica entre un elemento elctrico y la tierra o llamado tambin suelo.

6.6.9 INTERRUPTOR.

Es el elemento que sirve para interrumpir el paso de la corriente elctrica.

6.7 SISTEMAS ELCTRICOS.

Entre los sistemas mas utilizados, se pueden indicar los siguientes;

6.7.1 SISTEMAS DE DOS CONDUCTORES FASE NEUTRO.

Este sistema utiliza dos conductores, uno llamado la Fase viva y el otro llamado neutro o tierra. El conductor vivo tiene un determinado potencial o voltaje con referencia al potencial de tierra. El neutro o tierra, tiene un voltaje nulo o potencial cero con referencia a la tierra. Este sistema de dos conductores Fase - Neutro se llama monofsico. La tensin que existe entre la fase y el neutro se llama tensin de fase.

a) Ejemplo 1:

Sistema Monofsico de 220 voltios para un sistema neutro aterrado.

N...................................................Neutro

R....................................................Fase

6.7.2 SITEMA DE TRES CONDUCTORES FASE NEUTRO FASE.

Este sistema utiliza tres conductores dos conductores son Fases vivas. Es decir estos dos conductores tienen un determinado potencial o voltaje con referencia al potencial de tierra. El neutro o tierra en este sistema de tres conductores tiene un potencial nulo o cero con referencia al potencial de tierra. este sistema es bifsico. La tensin que existe entre fase y neutro, es la tensin de fase, y la tensin que existe entre fases vivas, se llama tensin de lnea.

b) Ejemplo 1:

Sistema Monofsico de 220/110 voltios para un sistema fase neutro - fase.

N...................................................Neutro

L1....................................................Fase

L2....................................................Fase

6.8 ESQUEMAS PRACTICOS Y ESQUEMAS TERICOS.

6.8.1 Esquemas Prcticos.

En los esquemas prcticos la instalacin se realiza de forma simblica, pero asemejndose a su distribucin y colocacin en la prctica.

6.8.2 Esquemas Tericos.

El esquema terico es el verdadero esquema, ya que la instalacin en esta representacin se halla simplificada al mximo siendo esta la representacin de la verdadera definicin de lo que debe ser un esquema.

6.8.3 LAMPARAS INCANDESCENTES ( Esquema Simple).

El mando se lo realiza desde un interruptor. Se observa la secuencia de instalacin desde fase neutro.

6.8.4 LAMPARAS EN PARALELO.

Se observa que por medio de un interruptor, todas las lmparas puestas en la instalacin tienen la conexin directa a la lnea asegurndose de esta manera que la tensin es la misma en cada lmpara. ( conexin entre entradas y salidas de cada lmpara)

6.8.5 INSTALACIN DE TUBO FLUORESCENTE.

6.9 INSTRUCCIONES TCNICAS.

6.9.1 PREVISIN DE DEMANDAS MXIMAS.

6.9.1.1 NIVELES DE CONSUMO DE INSTALACIONES DOMICILIARIAS .

De acuerdo a los aparatos o equipos instalados en una vivienda unifamiliar se tienen los siguientes niveles de consumo:

6.9.1.1.1 Nivel de consumo mnimo.

Permite la utilizacin de iluminacin, refrigerador, plancha elctrica, radio, televisin y pequeos artefactos electrodomsticos. Previsin de la demanda mxima 3000W.

6.9.1.1.2 Nivel de consumo medio.

Permite la utilizacin de cocina elctrica, lavadora, calentador elctrico de agua refrigerador, radio, televisor y otros aparatos electrodomsticos. Previsin de la demanda mxima 7000 W.

6.9.1.1.3 Nivel de consumo elevado.

Es el que corresponde a aquellas viviendas que cuentan con aparatos electrodomsticos en gran numero o de potencias unitarias elevadas o de un sistema de calefaccin elctrica y de acondicionamiento de aire de gran consumo. Previsin de demanda mxima total mayor de 7000 W.

NIVEL DE CONSUMOSUPERFICIE MAXIMA EN m2

Mnimo80

Medio140

ElevadoMayor a 140

6.9.1.2 Determinacin de la demanda mxima en instalaciones domiciliarias.

En la determinacin de la demanda mxima de una vivienda unifamiliar debe primeramente preverse las cargas que sern instaladas. En instalaciones de este tipo beben localizarse y caracterizarse.

Equipos de iluminacin Tomacorrientes Equipos de potencia igual o mayor a 2000 W6.9.1.3 Potencia instalada de iluminacin.

La potencia de iluminacin estar determinado a partir de los clculos luminotcnicos respectivos de acuerdo con los niveles de iluminacin prescritos tipo de iluminacin tipo de luminaria, tipo de luz, etc.

El tipo de luminaria debe elegirse a criterio

Los puntos de luz deben disponerse en el local tratando de obtener la iluminacin mas uniforme posible.

La suma de las potencias nominales de las lmparas se puede calcular tomando como base los valores de densidad de carga.

DENSIDAD DE CARGA PARA ILUMINACIN (EN W/m2)

NIVEL DE CONSUMO ILUMINACION ILUMINACION FLUORESCENTE

INCANDESCENTE(DE ALTO FACTOR DE POTENCIA

Mnimo106

Medio 156

Elevado208

Para las luminarias fijas de iluminacin incandescente la potencia debe tomarse igual a la suma de las potencias nominales de las lmparas. Cuando estas no fueran conocidas debe considerarse un mnimo de 100W por lmpara.

Para las luminarias fijas de iluminacin con lmparas de descarga (fluorescentes), la potencia debe considerarse la potencia nominal de la lmpara y los accesorios a partir de los datos del fabricante. Si no se conocen datos precisos, la potencia nominal de las luminarias debe tomarse como mnimo a 1.8 veces la potencia nominal de la lmpara en vaci.

6.9.1.4 Potencia instalada en tomacorrientes.

El numero mnimo de toma corrientes se determina de acuerdo a los siguientes criterios.

Local o dependencia de rea igual o inferior a 10 m2. 1 toma Local o dependencia de rea superior a 10 m2, el nmero mayor a partir de las siguientes alternativas.

Una toma por cada 10 m2 Una toma por cada 5 metros de permetro.

En baos una toma

A cada toma se atribuir una potencia de 200 W para efectos de calculo de cantidad como de potencia las tomas dobles o triples instaladas en una misma caja, deben computarse como una sola.

6.9.1.5 Potencia instalada en fuerzas.

Todos los equipos o aparatos con potencias mayores a 2000 W se consideran como ligados a tomas de uso especifico y la potencia instalada ser la suma de las potencias nominales de los aparatos.

6.9.2 DEMANDA MXIMA.

La potencia instalada de iluminacin y la potencia de tomacorrientes se afectaran de los siguientes factores de demanda.

POTENCIA INSTALADAFACTOR DE DEMANDA

Los primeros 3000 W100%

De 3001 W a 8000 W35%

8000 W o ms25%

La potencia instalada de fuerza se afectara de los siguientes factores de demanda.

NUMERO DE EQUIPOSFACTOR DE DEMANDA

2 O ms100%

3 a 575%

6 o ms50%

Luego la demanda ser la suma de las potencias de iluminacin y tomacorrientes y la potencia de fuerza afectados por sus correspondientes factores.

EJEMPLO.

Se tiene el siguiente plano arquitectnico donde la habitacin A es de 20 x 7m, la habitacin B es de 10 x 10 m y un taller C 15 x 10m, tambin se cuenta con tres equipos en el taller C donde cada uno de los equipos es de 4KW y los dos siguientes son de 3KW, calcular.

a. El numero de luminarias en cada habitacin si se utilizan lmparas incandescentes de 100W.b. Numero de tomas en cada habitacin.c. Potencia instalada en la habitacin B.

d. Demanda Mxima.

Solucin:

a. Habitacin A Nivel medio entonces D.C = 15 W/m2

Habitacin B Nivel medio entonces D.C = 10 W/m2

Habitacin C Nivel medio entonces D.C = 20 W/m2

b. Habitacin A. Permetro Total 54 mts.

Habitacin B. Permetro Total 40 mts.

Habitacin C. Permetro Total 50 mts.

c.

BIBLIOGRAFA:

Reglamento para instalaciones Elctricas........................ S.I.B.

Tecnologa Elctrica........................................................... Agustn Castejn Oliva

Electrnica de potencia Curso Superior.......................Woligang Muller

WWW.electricoweb.com ................................................... Iluminacion Electrica

Luminotecnia e Instalaciones Elctricas 168

_1104089475.vsd

_1104092116.unknown

_1104092573.unknown

_1104104384.unknown

_1107462964.unknown

_1104092417.unknown

_1104092455.unknown

_1104092531.unknown

_1104092256.unknown

_1104091794.unknown

_1104092095.unknown

_1104091398.unknown

_1104021427.vsd

_1104022359.vsd

_1104021107.vsd