Evaluación de un prototipo para seguimiento de la operación de lámparas de bajo consumo en

condiciones reales Agustín Chort1, Carlos E. Freyre1

, Diego M. N. Balducci1, José L Frund, Fabio M. Vincitorio1 1Electrónica de potencia - UTN Facultad Regional Paraná

Almafuerte 1033 – Paraná, Entre Ríos. Argentina 1fisicaelectronica@frp.utn.edu.ar

Abstract— The compact fluorescent lamps (CFL) were

imposed throughout the word as a symbol of electrical efficiency. But these lamps present problems well known by consumers. Furthermore, there are many myths related to its potential hazards to the human health. The consumer perspective was never considered because there are many international standards that support the use of this type of lamps.

In this work we present the results obtained from the first step of an evaluation process of a prototype used to study the behaviour of CFL on real use conditions.

The results demonstrate that it is possible to construct and use an economical design with a small error range to record the principal parameters of use for these lamps.

Resumen— Las lámparas de bajo consumo han sido impuestas en todo el mundo como el símbolo de la eficiencia energética. Sin embargo, estas presentan cuestionamientos relacionados con su confiabilidad. Además de ser consideradas onerosas, existe mitos respecto de su peligrosidad para la salud humana [1],[2]. Ciertamente, la perspectiva del usuario ha sido siempre desvalorizada, en gran medida por la existencia de normativas internacionales que avalan su funcionamiento.

En este trabajo se presentan los resultados de la evaluación de un dispositivo desarrollado con el objetivo de permitir conocer las condiciones reales de funcionamiento de esta tecnología en iluminación.

Los resultados obtenidos de la primera etapa de evaluación, muestran que es posible el funcionamiento de un equipo que permita con un bajo costo lograr un igualmente bajo nivel de error en la medición de los parámetros de interés.

I. INTRODUCCIÓN Uno de los aspectos más cuestionados por los

consumidores de lámparas fluorescentes compactas (LFC) guarda relación con la corta duración de su vida útil [14]. Si bien los fabricantes tienen la obligación de indicar el período de vida del producto, el consumidor reconoce a ésta como una información engañosa. Por otra parte el usuario desconoce las condiciones adecuadas para su instalación, así como también las causas del descarte de una lámpara, considerando en todos los casos a éstas como un producto poco confiable.

En los países que han implementado programas de reemplazo voluntario u obligatorio de lámparas incandescentes [12] por LFC/LBC, se ha realizado sin una adecuada difusión de las condiciones de uso, instalación y deposición final. Además, no se ha contemplado el costo económico que la utilización de estos dispositivos impone a

los sectores de bajos recursos, sobre todo cuando no se ha realizado una correcta educación del consumidor [3],[7].

El conjunto de situaciones anteriormente citadas conduce en una sola dirección: el desconocimiento generalizado sobre la duración de esta tecnología en iluminación.

En éste trabajo se presenta el resultado de la evaluación de un nuevo dispositivo, cuya patente se encuentra en proceso de presentación. Este, tiene como principal función medir dos variables fundamentales en la evaluación de la vida útil de los diferentes tipos de lámparas: el número de encendidos y la cantidad de horas de funcionamiento.

Se cree que un gran número de encendidos acorta notablemente la vida útil de éstas lámparas, situación que no ha sido comprobada. Por otra parte, se sabe que el uso continuo con elevadas temperaturas, puede afectar la vida útil de determinados componentes electrónicos. Particularmente los capacitores electrolíticos [8].

Lo novedoso de éste dispositivo es que permite ser instalado en cualquier tipo de luminaria ya que se encuentra diseñado como una interfaz entre la línea y la carga. Así, cualquier lámpara de rosca E27 puede ser conectada al dispositivo y éste a su vez a un portalámparas de la misma norma.

La instalación de estos equipos permitirá conocer con detalles cual es el régimen de uso promedio en los diferentes ambientes en los cuales pueden ser instaladas las LFC.

A. Descripción general y modo de operación. El dispositivo desarrollado consta de tres partes

fundamentales, una rosca E27 para conexión a un portalámparas, un circuito electrónico con capacidad de almacenamiento de información y un portalámparas de norma E27. Para su construcción se usaron diferentes componentes electrónicos y topologías particulares.

El prototipo construido presenta la capacidad de almacenar hasta 9999 horas de funcionamiento y 9999 encendidos. El circuito cuenta con un microcontrolador, una fuente de alimentación sin transformador y elementos pasivos necesarios para el correcto funcionamiento del circuito. Lo cual permite un diseño compacto y de fácil instalación.

Para la descarga de la información almacenada, el equipo dispone de una comunicación serie para la cual ha sido desarrollada una aplicación en el sistema operativo Android, la cual puede ser instalada y ejecutada en cualquier dispositivo compatible con Android 1.4 en adelante. La

2014 IEEE Biennial Congress of Argentina (ARGENCON)

978−1−4799−4269−5/14/$31.00 c©2014 IEEE 328

interfaz utilizada para realizar la comunicación es Bluetooth 2.0 por medio de un adaptador usart-bluetooth.

El conjunto ensamblado opera como una interfaz entre la línea y la carga, permitiendo alimentar en forma directa la lámpara que desea ser estudiada.

Con cada encendido, mediante el interruptor, el dispositivo comienza la rutina de captura de datos, que en su versión más limitada permite almacenar tiempo de funcionamiento y número de encendidos. En la tabla 1 se muestra la estructura de memoria usada para esto

TABLA I

Estructura de memoria usada para el almacenamiento de datos dentro del microcontrolador

DIRECCION REGISTRO DESCRIPCION 0X00 H1000 Miles de horas 0X01 H100 Centenas de horas 0X02 H10 Decenas de horas 0X03 H1 Unidades de horas 0X08 M Minutos 0X04 E1000 Miles de encendidos 0X05 E100 Centenas de encendidos 0X06 E10 Decenas de encendidos 0X07 E1 Unidades de encendidos

Con cada apagado, los valores medidos son almacenados en su memoria interna, la cual puede ser recuperada mediante el uso de una computadora.

Este esquema de funcionamiento tiene como objetivo, mediante la construcción de al menos treinta dispositivos, establecer una población de estudio. Los dispositivos serán instalados en domicilios particulares, empresas y oficinas en las cuales el uso de LFC sea habitual. Los datos recolectados serán posteriormente contrastados con datos documentados en investigaciones precedentes [3],[4],[7].

II. METODOLOGÍA DE ENSAYO Un prototipo del dispositivo diseñado fue sometido a tres

diferentes etapas de calibración. En éstas etapas se controlaron períodos de almacenamiento de corta, media y larga duración. Para optimizar el proceso de calibración de este dispositivo se controló mediante un osciloscopio TEK TDS 1002B la frecuencia de la señal del oscilador interno del microcontrolador. A este, se lo había configurado convenientemente para que provea una interrupción cada 250 ms junto a una señal de referencia.

Posteriormente y habiendo alcanzado las metas inicialmente fijadas, se procedió a la instalación del dispositivo en un banco automatizado para el ciclado de lámparas con rosca E27.

El banco de ciclado, construido para la evaluación y estudio del comportamiento de lámparas fluorescentes compactas, posee como instrumento de registro un analizador de rede eléctricas Entes modelo MPR-63. Éste instrumento, tiene la capacidad de medir tensión y corriente eficaces entre línea y fase de sistemas trifásicos, las potencias activas, reactivas y aparentes, la frecuencia, la distorsión armónica total (THD) de tensión y corriente, el factor de potencia (PF) y el coseno φ de las tres fases entre otras mediciones. Otra característica es que posee registro de datos (data logger) con la capacidad de almacenar tiempos de operación [4]. Los resultados así capturados pueden ser visualizados en tiempo real a partir de la conexión a una computadora mediante un vinculo RS485.

El banco de ciclado es controlado mediante un programa específico que define intervalos de funcionamiento e intervalos de desconexión.

El instrumento de control registra períodos de tiempo con una tasa de muestro mínima de 1 minuto, en los cuales puede observarse la medición de parámetros o períodos de desconexión de la carga (tabla II).

Posteriormente a la realización de cada ensayo de ciclado se compararon los resultados obtenidos del MPR-63 como instrumento de contraste, con el prototipo diseñado.

En ambos casos los resultados fueron posteriormente procesados en una PC, a partir de la posibilidad de acceso directo a las memorias internas de ambos dispositivos.

Fig. 1. Banco de ciclado de equipos de iluminación, en el cual puede observarse el dispositivo de medición de parámetros eléctricos.

III. RESULTADOS. Un total de 11 ensayos de contraste fueron realizados con

el fin de evaluar la respuesta del prototipo. La cantidad de encendidos registrados mediante el instrumento de contraste fue de 1109 con un total de horas de funcionamiento de 1030, descartando períodos menores a 60 minutos en esta observación.

Si comparamos los resultados del número de encendidos registrado por el prototipo, relacionado con el número de encendidos indicados por el Entes MPR-63, encontramos una coincidencia total, registrándose en ambos casos 1109 operaciones.

TABLA II Detalle de las mediciones y su dependencia temporal, registrado por el

MPR-63 durante el proceso de ciclado y prueba de vida

Date Time VLN1 (V) ILN1 (A) THD-I 1 (%)

10/01/2013 07:56:30 a.m. 226.4 0 0

10/01/2013 07:57:30 a.m. 226.7 0 0

10/01/2013 07:58:30 a.m. 226.7 0 0

10/01/2013 07:59:30 a.m. 226.2 0.1 123

10/01/2013 08:00:30 a.m. 225.9 0.1 117.5

10/01/2013 08:01:30 a.m. 225.8 0.1 122.5

10/01/2013 08:02:30 a.m. 225.5 0.1 121.3

10/01/2013 08:03:29 a.m. 225.1 0.1 123.2

10/01/2013 08:04:29 a.m. 224.9 0.1 125.1

10/01/2013 08:05:29 a.m. 224.4 0.1 126

10/01/2013 08:06:29 a.m. 224.7 0.1 128.2

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Respecto del tiempo de funcionamiento, el contraste se realizó sobre la base del total de segundos registrados en cada uno de los dispositivos. El prototipo, tal como se encontraba programado, tenía la capacidad de registrar tiempos con una apreciación mínima de 1 segundo, mientras que el instrumento de contraste presentaba iguales capacidades.

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

1 2 3 4Número de ensayo

Seg

DispositivoEntes MPR63

Fig. 2. Gráfico de barras comparativo del número de segundos registrados por el prototipo y su comparación con el instrumento de contraste, en los ensayos de corta duración.

Los ensayos fueron divididos en ensayos de corta duración con tiempos totales inferiores a 10000 segundos y ensayos de larga duración con tiempos de más de 20000 segundos.

De los valores obtenidos se realizaron cálculos de error relativo, tomando como valor verdadero el provisto por el instrumento de contraste. En el peor de los casos el error relativo porcentual alcanzó el 6 % para el ensayo de menor duración. Mientras que en los ensayos de mayor duración este se ubicó por debajo del 0,5 %.

IV. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS. De los 11 ensayos realizados, 4 fueron de corta duración

y 7 de larga duración, como se muestra en las figuras 2 y 3, usando como instrumento de contraste el Entes MPR – 63. Este instrumento tiene como principal desventaja una frecuencia de muestreo (almacenamiento para el registro de datos) de 1 minuto. Evidentemente, esto introduce error en la determinación de la cantidad de segundos que puede oscilar entre 0 y 120 segundos. Éste error podría ser indicado como un error de sincronización entre ambos dispositivos. Cuando los ensayos son de corta duración, éste puede afectar notablemente el error relativo porcentual.

Dado que en los ensayos, lo que se busca es encontrar el error en la determinación en la medición de tiempos de funcionamiento originados en el prototipo, los de larga duración resultan más representativos de la realidad.

En la gráfica 3, queda en evidencia que los valores registrados por cada uno de los dispositivos es equivalente. Analizando lo errores relativos porcentuales vemos que para

ensayos de larga duración estos se encuentran acotados entre el 0,4% y el 2,4 %.

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

1 2 3 4 5 6 7Numero de ensayo

Seg

DispositivoEntes MPR63

Fig. 3. Gráfico de barras comparativo del número de segundos registrados por el prototipo y su comparación con el instrumento de contraste, en los ensayo de larga duración.

V. CONCLUSIONES En este trabajo se ha mostrado un análisis comparativo de

funcionamiento entre un instrumento comercial usado para el estudio de parámetros eléctricos sobre una carga, con un dispositivo diseñado y fabricado para evaluar en condiciones normales de uso el tiempo de funcionamiento y el número de encendidos a los cuales se vería sometida una lámpara de bajo consumo.

Este dispositivo, del cual no se han dado mayores detalles por encontrarse en proceso de presentación de patente (INPI 20140101585), ha demostrado un funcionamiento de acuerdo con lo previsto. Los errores relativos porcentuales calculados se encuentran acotados a valores bajos, sobre los cuales debemos destacar el error de sincronización entre ambos equipos.

Si bien las etapas de evaluación no han sido concluidas, se plantean a futuro realizar ensayos de repetibilidad a partir de la construcción de al menos 5 equipos.

Así, un equipo capaz de registrar estos dos simples parámetros resultaría de gran utilidad para determinar el régimen de funcionamiento real al cual se encuentran sometidas las lámparas de bajo consumo. Esta información sería, una vez obtenida, de vital importancia a la hora de revisar las normativas de ensayo y prueba de vida [11] a las cuales se somete a éstas lámparas para su validación e introducción al mercado.

REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA [1] Tiendas IKEA – Documentación para el usuario 2011. RECICLAJE

DE BOMBILLAS DE BAJO CONSUMO (BOMBILLAS FLUORESCENTES COMPACTAS INTEGRADAS, LFC-I) Y DE TUBOS FLUORESCENTES (NEONES)

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[7] F. M. Vincitorio, C. Brutti, A. González, F. Ronchi, C. Romano. ESTUDIO DE FALLAS EN LÁMPARAS DE BAJO CONSUMO, DETERMINACIÓN DE LA INCIDENCIA DEL DESCARTE PREMATURO. Lux América 2008.

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