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A. BASES TEÓRICAS
Las bases teóricas de este proyecto la conforman las
variables: Sistema de Control de Iluminación, Lámparas de
Vapor de Mercurio (HDK), Estudio de Factibilidad Técnica y
Económica y reseña histórica de la tienda Makro-Maracaibo.
1. SISTEMA DE CONTROL DE ILUMINACIÓN
Los sistemas de control, cual sea su naturaleza,
intervienen en muchas de las actividades habituales del hombre,
ya sea produciendo movimiento, calor, frío, facilitando la
comunicación, tratamiento de información, desarrollo
tecnológico, o sencillamente, y no por ello menos trascendente,
generando luz.
En el sentido más amplio, un sistema de control es
cualquier interconexión de componentes que satisfacen una
función deseada, tal como lo define Dorf, R. (1992, p.2), es una
interconexión de componentes que conforman una configuración
proporcionando una respuesta deseada del sistema. De la misma
forma Nise (1993, p.2) señala que éste consiste en un
subsistema y proceso o planta, ensamblado con el propósito de
controlar una salida.
En términos más técnicos, los componentes básicos de un
sistema de control para Kúo, B (1996, p.2) son: Objetivos,
Componentes y Resultados del sistema de control. Donde los
primeros se pueden identificar como entradas, o señales
actuantes ¨µ¨, y los resultados llamados salidas, como variables
controladas ¨γ¨. En general, el objetivo de un sistema de control
es controlar las salidas en alguna forma prescrita mediante las
entradas a través de sus elementos. Por otra parte, el significado
de los efectos en un sistema de control es más complejo, con
esto se quiere decir, que la reducción del error del sistema es
sólo uno de los efectos más importantes, por esta razón éste
tiene efectos en características del desempeño del sistema tales
como: la estabilidad, perturbaciones, sensibilidad, respuesta
transitoria, entre otros.
Al hablar de un Sistema de Control de Iluminación,
conviene recordar, que la iluminación no es simplemente
cualquier fuente de luz y, que, por otra parte, el objetivo
principal de un sistema de alumbrado es, precisamente, aportar
una iluminación de calidad en cantidad suficiente para resolver
una tarea visual con comodidad, para proporcionar seguridad o,
bien, para crear un ambiente determinado. Así, la calidad de
iluminación y la eficiencia energética de la instalación de
alumbrado dependen, necesariamente, del diseño del sistema,
entendido éste como la ópt ima solución capaz de integrar el
espacio a iluminar, los requerimientos visuales, la fuente de luz
y sus equipos asociados, la luminaria y el propio sistema de
control.
Como resultado un Sistema de Control de Iluminación, es
un conjunto de componentes comprendidos por toda la
circuitería, equipos y luminarias, que actúan conjuntamente
entre sí para suministrar y controlar una fuente de luz en un
área determinada bien sea exterior o interior, con el propósito de
corregir o limitar la desviación del valor obtenido, respecto al
valor deseado. Agrega Fernández y De Landa (1993, p.18) que,
éste será aquel que proporcione suficiente luminancia para que
la tarea se realice con suficiente confort, comodidad seguridad,
durante el tiempo que se necesite la misma y el resto del tiempo
la iluminación estará desconectada.
- PRINCIPIOS FÍSICOS DE UN CONTROL DE ILUMINACIÓN
Esencialmente, cualquier producción de luz proviene de la
emisión de radiación electromagnética en el espectro visible por
los electrones de la capa exterior de los átomos o las moléculas
cuando pasan de un nivel de energía superior a un nivel de
energía inferior como coinciden varios autores, en los que se
encuentran Westinhouse Electric Coporation (1971), Vittorio R.
(1979), Fernández y De Landa (1993), Taboada, José (1979),
indicando éste último que estas pueden ser naturales o
artificiales, pudiendo producirse estas de forma muy variada,
según las causas que la provoquen, y si la causa se debe
exclusivamente a la temperatura del cuerpo radiante, se habla
de termorradiación; en todos los demás casos se habla de
luminiscencia.
De esta manera, la primera se conoce como la radiación
(calor y luz) emitida por un cuerpo caliente. En la misma orden
de ideas Fernández y de Landa (1993, p.13) indican que la parte
de esta radiación, emitida dentro del espectro visible, se le
denomina incandescencia. Así, la incandescencia es la
producción de luz por elevación de la temperatura de un cuerpo.
La energía de esta radiación depende única y
exclusivamente de la capacidad calorífica del cuerpo radiante,
con ello la intensidad y la distribución espectral energética
están en función de la superficie total del cuerpo y de su
temperatura absoluta (º K = º C + 273), y sólo de la temperatura
si se trata de un cuerpo determinado. Las interacciones entre
los átomos del cuerpo se intensifican a medida que aumenta su
temperatura, de modo que los posibles niveles de energía crecen
y su número llega a ser prácticamente infinito, por lo cual el
espectro de la luz emitida es un espectro continuo (emite en
todas las longitudes de onda visible).
En la termorradiación, la luz que se obtiene va siempre
acompañada de una cuantiosa radiación térmica, que en
algunos casos particulares se puede utilizar como medio secante
o curativo, pero que por lo general constituyen una fuente de
pérdida de energía cuando de lo que se trata es de producir luz.
Al calentar un trozo de carbón, hierro, oro wolframio o cualquier
otro material, se obtiene una radiación visible que se aprecia por
el color de incandescencia que adquiere el cuerpo y que varía
según la temperatura.
Las leyes de la radiación estudiadas y fomuladas por
Kirchhoff, Plank, Stefan/Boltsmann y Wien, para el radiador
ideal (cuerpo negro), pueden resumirse en una sola: ¨ El
porcentaje de radiación visible aumenta en función de la
temperatura del radiador ¨.
En la propia naturaleza se encuentra un ejemplo palpable
de producción de luz a gran escala mediante la termorradiación
natural, que brindan el sol y las demás estrellas fijas similares a
él. De la radiación total emitida por el sol, cerca del 60 % llega
transformada en energía calorífica y en otras radiaciones
invisibles, siendo el porcentaje de radiación transformada en luz
visible de un 40 % aproximadamente, el cual corresponde al
máximo rendimiento óptico a 6500 º K. En este ejemplo de la
naturaleza, la mayor parte de la energía emitida por
termorradiación constituye siempre una fuente de calor, y la
menor una fuente de luz. Por otro lado, cuando la luz se obtiene
calentando a una elevada temperatura cualquier materia o
cuerpo sólido, bien sea por combustión o incandescencia se
trata de termorradiación artificial. Como ejemplo de ésta, se
pueden nombrar la llama, luz de gas, arco eléctrico, lámpara
incandescente y lámpara relámpago.
En cuanto a la luminiscencia, ésta depende esencialmente,
de la estructura atómica de los materiales. De esta forma,
Taboada, José (1979, p.115) afirma, que se conoce con este
nombre aquellos fenómenos luminosos cuya causa no obedece o
al menos no exclusivamente, a la temperatura de la sustancia
luminiscente y dichos fenómenos se caracterizan en que sólo
ciertas partículas de los átomos o moléculas de la materia o sea
sus electrones, son incitados a producir ondas
electromagnéticas. Así por oposición a la incande scencia, la
luminiscencia consiste en la emisión de una radiación
electromagnética visible, cuya intensidad en determinadas
longitudes de onda (características de cada material) es mucho
mayor que la de la radiación térmica del mismo cuerpo a la
misma temperatura. Dependiendo del agente excitador,
Fernández y De Landa (1993, p.14) la clasifican, teniendo en
cuenta sus aplicaciones práctica en:
- Electroluminiscencia: Producida por la acción de un campo
eléctrico en el seno de un gas o un material sólido, de ntro de
esta se pueden encontrar:
• Descarga a través de un gas (lámparas de descarga).
• Diodos emisores de luz (LED).
• Cátodoluminiscencia (tubos catódicos de TV).
- Fotoluminiscencia: Producida por la acción de otras radiaciones
de distinta longitud de onda, a su vez puede ser:
• Fluorescencia.
• Fosforescencia.
• Laceres (gases y sólidos).
- Otras luminiscencias: Producidas por causas diversas y,
normalmente, sin aplicabilidad práctica como fuentes de
producción de luz. Entre otras se pueden citar:
• Quimioluminiscencia
• Bioluminiscencia
• Triboluminiscencia.
• Radioluminiscencia.
Las lámparas que funcionen por incandescencia, se
conectan directamente a la red eléctrica, sin necesidad de
equipos auxiliares de conexión o encendido, y se clasifican en:
Incandescentes convencionales ( Estándar y Reflectoras) e
incandescentes halógenas como por ejemplo las de simple
envoltura, doble envoltura, baja tensión e incandescentes
especiales. Mientras que las lámparas de descarga tienen una
característica de resistencia negativa, es decir, que disminuye a
medida que aumenta la corriente que por ellas circula, teniendo
como consecuencia, la necesidad de utilizar un elemento
limitador de la corriente de arco, para su conexión a la red.
Asimismo, algunas lámparas de descarga necesitan para su
encendido tensiones superiores a la red, y equipos arrancadores
que suministran picos de tensión para el encendido, de esta
forma, se pueden clasificar en: Vapor de mercurio de baja y alta
presión, vapor de sodio de baja y alta presión y especiales (Neón,
Xenón, etc.).
- CARACTERÍSTICAS GENERALES DE UN SISTEMA DE
CONTROL DE ILUMINACIÓN
Un sistema de control de iluminación debe producir luz en
cantidad y calidad suficientes para que se ejerzan las funciones
deseadas en el espacio iluminado, para ello se deben considerar
los siguientes factores: Rendimiento o eficacia visual, bienestar
y placer visual, y economía. En cuanto al primero y al segundo,
estos no dependen únicamente de la cantidad de luz que
suministra la instalación de alumbrado, sino de otros factores
que inciden en los aspectos cualitativos o en el grado de calidad
de las instalaciones de alumbrado como son:
- Equilibrio de luminancias: el cual es un factor importante
en cuanto a la calidad de la visión y el confort de las personas, y
fijará a instalar según su clase fotométrica, así como las
características de reflexión de la tarea y su entorno.
- Deslumbramiento: fenómeno fisiológico que reduce la
capacidad visual, debido a un exceso de luminancia a la que el
ojo no puede adaptarse, y puede producirse directamente
cuando la propia fuente de luz es la que se encuentra dentro del
campo visual, e indirectamente cuando aquella se halla del
campo visual, pero la luz la recibe el ojo reflejada por superficie
que posee un alto grado de reflexión. El valor máximo tolerable
de luminancia para la visión es de 7500 cd/m2.
- Modelado: es la capacidad del sistema de captar el relieve
de los objetos, estos se consiguen mediante la apropiada
combinación de luz difusa y direccional.
- Sensibilidad: La sensibilidad es la relación del cambio
porcentual en la función de transferencia del sistema respecto al
cambio porcentual en la función de transferencia del proceso.
En general, un buen sistema de control debe ser insensible a la
variación de los parámetros pero sensible a los comandos de
entrada.
- Estabilidad: Se define a aquel sistema que tiene una
respuesta limitada. Esto es, se dice que el sistema es estable si
estando sujeto a una entrada o perturbación limitada, su
respuesta es de magnitud limitada, o en general, si dicho
sistema es útil. Para propósitos de análisis y diseño, se clasifica
como estabilidad absoluta y estabilidad relativa. Donde la
primera se refiere a la condición de sí el sistema es estable o
inestable, es una respuesta de si o no. Una vez que se ha
encontrado que el sistema es estable, es interesante determinar
que tan estable es, y este grado de estabilidad es una medida de
la estabilidad relativa.
- Señales Perturbadoras: Son señales extrañas que hacen
que el sistema proporcione una salida inexacta. Ejemplo de
estas señales es el voltaje de ruido térmico en circuitos
electrónicos y el ruido de conmutación en motores eléctricos.
- Color: Para este existen dos cualidades que lo definen: La
apariencia de color de la fuente y la repr oducción cromática
obtenida con una fuente de luz. La primera, consiste en el color
que presenta la propia fuente de luz y, la segunda, cómo son
reproducidos los colores en los objetos iluminados por la fuente
de luz. Ambas dependen de la composición espectral de la luz
emitida, aunque son independiente una de la otra en
determinados casos.
- Temperatura de color: Es el parámetro que caracteriza la
tonalidad de la luz emitida y, ésta se determina por comparación
con una fuente patrón, es decir, las lámparas que basan su
funcionamiento en la termorradiación, la fuente patrón es una
lámpara con unas características de emisión próximas a las del
cuerpo negro, mientras las que se basan en luminiscencia, se
emplea el concepto de temperatura de color similar o
correlacionada, que se define como la temperatura a la que el
cuerpo negro presenta una apariencia de color similar a la de la
fuente de luz ensayada.
En cuanto al último caso, el sistema debe ser eficaz
energéticamente en el tiempo que se realice la misma y
desconectado el resto del tiempo, para ello se debe tomar en
cuenta los siguientes aspectos: Diseño correcto de los sistemas
de control de iluminación con objeto de obtener el más óptimo
nivel de iluminación, utilizar la fuente de luz idónea para cada
aplicación, conservar en perfecto estado y uso racional del
equipo de alumbrado con programas de mantenimiento
adecuados y controles apropiados, respectivamente.
- ESTRATEGIAS DE CONTROL
Estos son los pasos a considerar de programación,
depreciación luminosa, luz natural, optimización de potencia,
programadores, células fotoeléctricas, detectores de presencia,
microprocesadores y microcontroladores, para desarrollar un
sistema de control de iluminación.
- Programación: Cuando se conoce perfectamente la rutina
de actividades diarias, los niveles de iluminación y su
distribución se pueden programar de forma automática. Este es
el caso de muchas áreas de trabajo en el sector industrial y
servicios.
- Depreciación luminosa: Los sistemas de alumbrado se
diseñan para una iluminancia mínima. Esto supone un nivel
inicial que puede exceder en un 20 a un 50 % al nivel mínimo
requerido. La estrategia de control consiste en reducir la
iluminación inicial de la instalación a los valores de diseño.
- Luz natural: Cuando la luz diurna puede suministrar
parte de la iluminación de un área de trabajo, se ajusta el
alumbrado eléctrico en proporción a la luz natural disponible,
supone una reducción del consumo energético. Además, en
muchos casos coincide con periodos de demanda de potencial
alta o de mayor coste.
- Optimización de la potencia: El control de potencia de
alumbrado puede ser útil para reducir la demanda de potencia
global, en corto período de tiempo, mediante la reducción de los
niveles de iluminación de áreas no criticas.
- Programadores: En los últimos años se ha desarrollado
una gran variedad de equipos de control del alumbrado, en
especial equipo electrónicos. Actualmente existe una gran
variedad según su complejidad, desde programadores horarios
hasta microprocesadores. Los más usuales son: Temporizadores,
centralistas programables, programadores tanto electrónicos
digitales como electromecánicos. Estos dispositivos se basan en
desconectarse de la red al cabo de un cierto tiempo que puede
variar desde varios minutos, horas, semanas y hasta múltiples
operaciones por períodos de hasta un año.
- Células fotoeléctricas: Permiten al sistema de
iluminación, responder a cambios del entorno, bien
desconectando el alumbrado o bien enviando una señal
analógica al equipo de control que regula el flujo luminoso de
las lámparas.
- Detectores de presencia: Conectan o desconectan el
alumbrado de un local en respuesta a la presencia o ausencia de
ocupantes en el mismo. El área cubierta por los detectores
puede variar entre 15 y 200 m2. En general, el uso apropiado de
estos dispositivos puede alargar la vida de las lámparas y
equipos auxiliares, siempre que no sea excesivo el número de
encendido y apagados.
- Microprocesadores: Son los que asimilan los datos de
entrada, determinan el cambio requerido e inicia la acción para
efectuar dichos cambio. Su complejidad puede variar desde un
simple relé, un microchip o un microordenador. El sistema más
simple permite una entrada y una salida, mientras que el más
complejo permite responder a diversas entradas simultáneas y
producir diversas salidas.
- Microcontroladores: es un circuito integrado programable
que contiene todos los componentes de un computador, para
controlar el funcionamiento de una tarea determinada y, debido
a su reducido tamaño suele ir incorporado en el propio
dispositivo al que gobierna. En su memoria sólo reside un
programa destinado a gobernar una aplicación, sus líneas de
entrada y salida soportan el conexionado de los sensores y
actuadores del dispositivo a controlar. Dentro de los diferentes
tipos de microcontroladores los hay que procesan datos de 4, 8,
16 y 32 bits, sin embargo, el seleccionado para esta
investigación es uno de 8 bits que es representado por el
PIC16F84 y que presenta las siguientes característica interna:
a) Diagrama de Conexiones: Estas se presentan en la figura 1.
FIGURA 1. DISTRIBUCIÓN Y DENOMINACIÓN DE LAS PATITAS DEL PIC16X84. (ARRIETA, ENIO Y VASQUEZ, NEUMAN; 2000)
b) Memoria de Programa: Esta es de tipo Flash y tiene
implementada 1K palabra de 14 bits cada una, ocupando
las direcciones comprendidas entre la 0x0000 y la
0x03FF. Los módulos de la gama media alcanzan 8K de
capacidad máxima. (Ver Figura 2). Las posiciones DI de
identificación sirve para que el usuario grabe en sus
4bits de menos peso los código que desee. La Palabra de
Configuración sólo tiene 5 bits válidos y sus símbolos y
misiones se muestran en la figura 3.
FIGURA 2. ORGANIZACIÓN DE LA MEMORIA DE INSTRUCCIONES DE LOS PIC16X84. (ARRIETA, ENIO Y VASQUEZ, NEUMAN; 2000)
FIGURA 3. PALABRA DE CONFIGURACIÓN. (ARRIETA, ENIO Y VASQUEZ, NEUMAN; 2000)
c) Memoria de datos RAM: Consta de dos bancos de 128 bytes,
en el PIC16F84 sólo están implementadas las 48
primeras direcciones de cada banco. En las 12 primeras
se ubican los registros de propósito específico (SFR) y en
las 36 siguientes los registro de propósito general
(GPR). Sin embargo, los 68 de registro de propósito
general del banco 1 se mapean sobre el banco 0, dejado
reducidos a 128 los registro operativo.
d) Memoria de Datos EEPROM: Los datos guardado en esta
memoria no se pierden al quitar la alimentación. Consta
de 64 bytes que ocupan direcciones comprendidas entre
la 0x00 y la 0x3F. Para acceder a esta memoria en
lectura o escritura hay que utilizar los registros de
control; EEDATA, EEADR, EECON1 y EECON2. El
proceso de escritura de una posición de esta memoria es
lento y dura 10 ms. Cuando finaliza se activa un
señalizador y se puede provocar una interrupción.
e) Puertas Entrada- Salida (E/S): Estas son dos y se
describen a continuación:
• Puerta A
- Consta de 5 líneas denominadas RA4 –RA0.
- RA3 – RA0 actúan como líneas de E/S, puede funcionar
como entrada de los impulso de reloj para el TMR0.
- Si a un bit de TRISA se pone a 1, la línea de E/S
correspondiente de la Puerta A actúa como entrada y si se
le pone a 0 funcionar como salida.
- Al leer una entrada se lee el estado actual de la patita.
- Las líneas de salida están lacheadas y en ellas se
mantienen el último valor que han sacado.
- Tras un reset todos los bits de TRISA se pone a 1 y las
líneas de la Puerta A quedan configuradas como entradas.
- Cada líneas de la Puerta A suministra una corriente
máxima de 20 mA y puede absorber hasta 25 mA. La
corriente máxima total que puede absorber la Puerta A es
de 8 mA y la que puede suministrar de 50 mA.
• Puerta B
- Cuando las líneas de la Puerta B se configuran como
entrada es posible acoplarlas unas resistencias <<pull-
up>> al positivo, poniendo a cero el bit 7 (RBPU) del
registro OPTION.
- La puerta B puede absorber una corriente máxima de 150
mA y suministrar un total de 100 mA.
- RB0/INT tambiém puede actuar como línea de petición de
interrupción.
- RB7 – RB4 pueden programarse para soportar una misión
especial cuando están configuradas como entradas. Si
cambia el estado lógico de una de ellas se provoca una
interrupción.
- Para la grabación en serie del PIC se usa la patita RB6
para los impulsos de reloj y la RB7 para la entrada de
datos.
- TÉCNICAS DE CONTROL
Una vez decididas las estrategias de control que debe
realizar el sistema de alumbrado es necesario seleccionar las
técnicas específicas a emplear, para determinar el hardware
necesario. Las tres principales categorías son: Regulación o
interrupción (todo / nada), centralizado o modular y grado de
automatización. La primera técnica, es apropiada para
estrategias de programación, luz diurna y depreciación
luminosa, complementándose con una diversificación de
apagados y encendidos (alumbrado de vigilancia, limpieza, etc.),
obteniendo distintos niveles de iluminación. En cuanto a la
segunda técnica, son sistemas organizados generalmente en
grandes zonas, donde los dispositivos (sensores) están
conectados a un procesador central. Con respecto a la tercera
técnica, ésta puede ser manual o altamente automatizada, y en
términos energéticos es muy efectivo, especialmente en el
control automático.
Estos sistemas de control afectan o pueden afectar a la
potencia eléctrica demandada, energía consumida, equipos de
alumbrado y entorno de trabajo. De igual forma, el ahorro de
energía puede conseguirse adoptando las distintas estrategias,
pero su rendimiento puede variar dependiendo de cada caso
concreto. En general, la estrategia de programación puede llegar
a ahorrar un 40 %, la depreciación luminosa entre 19 y 15 % y
la luz natural en espacios con grandes superficies acristaladas
puede generar hasta un 50 % de ahorro.
- DISPOSITIVOS DE CONTROL DE POTENCIA
Son dispositivos que se emplean como interruptores
mediante la aplicación de señales de control, es decir son
elementos que forman parte de la electrónica de potencia , que
consiste según Rashid, Muhammad (1995), ¨ como la aplicación
de la electrónica de estado sólido para el control y la conversión
de la energía eléctrica ¨. En otras palabras, la electrónica de
potencia combina la energía, la electrónica y el control. Donde el
primero, tiene que ver con el equipo de potencia estática y
rotativa, para la generación, transmisión y distribución de
energía eléctrica. El segundo, se ocupa de los dispositivos y
circuitos de estado sólido requeridos en el procesamiento de
señales para cumplir con los objetivos de control deseados. Y el
tercero, se encarga del régimen permanente y de las
características dinámicas de los sistemas a lazo cerrado.
Desde que se desarrolló el primer tiristor de rectificador
controlado de silicio (SCR), a fines de 1957, que se empleaba en
forma exclusiva para el control de la energía en aplicaciones
industriales, ha habido grandes adelantos en los dispositivos
potencia. Pero fue a partir de 1970, que se desarrollaron varios
tipos de dispositivos semiconductores de potencia que quedaron
disponibles en forma comercial. Estos se pueden dividir de la
siguiente manera:
- Diodos de Potencia: elemento que funciona como
interruptor, a fin de llevar a cabo varia funciones, como la de
interruptores en los rectificadores, da marcha libre en los
reguladores conmutados, inversión de carga de capacitores y
transferencia de energía entre componentes, aislamiento de
voltaje, retroalimentación de la energía y recuperación de la
energía atrapada. Los diodos de potencia son similares a los
diodos de señal de unión pn. Sin embargo, los diodos de
potencia tienen mayores capacidades en el manejo de la energía,
el voltaje y la corriente, que los diodos ordinarios. Estos son de
tres tipos: de uso general, de alta velócidad (o de recuperación
rápida) y Schottky.
- Tiristores: Se utiliza en forma extensa en los circuitos
electrónicos de potencia. Se operan como conmutadores
biestables, pasando de un estado no conductor a un estado
conductor. Para muchas aplicaciones estos son interruptores
o conmutadores ideales, aunque los tiristores prácticos
exhiben ciertas características y limitaciones. Estos se
pueden subdividir en ocho tipos: de conmutados forzada,
conmutado por línea, desactivado por compuerta (GTO), de
conducción inversa (RCT), de inducción estático (SITH),
desactivado con asistencia de compuerta (GATT), rectificador
controlado de silicio fotoactivado (LASCR) y los controlados
por MOS (MCT).
- Transistores Potencia: Estos tienen características
controladas de activación y desactivación. Los transistores,
que se utilizan como elementos conmutadores, se operan en
la región de saturación, lo que da como resultado en una
caída baja en estado activo. La velocidad de conmutación de
los transistores modernos es mucho mayor que la de los
tiristores, por lo que se utilizan en forma amplia en
convertidores de ca-cd y cd-ca, con diodos conectados en
paralelo inverso para proporcionar un flujo de corriente
bidireccional. Sin embargo, las especificaciones de voltaje y
de corriente son menores que las de los tiristores y por lo
que, los transistores se utilizan, por lo general, en
aplicaciones de baja a media potencia. Los transistores de
potencia se pueden clasificar de manera general en cuatro
categorías: Bipolares de juntura (BJT), Semiconductores de
metal de óxido de efecto de campo (MOSFET), de inducción
estática (SIT), bipolares de compuerta aislada (IGBT).
1.1. DESCRIPCIÓN DE LUMINARIAS
Las luminarias son los aparatos que distribuyen, filtran o
transforman la luz emitida por una o varias lámparas y que
contienen todos los accesorios necesarios para fijar y proteger
las lámparas y conectarlas al circuito de alimentación, CIE
(Commission Internationale de L´Eclairage). Por tal razón las
luminarias deben poseer una serie de características que
determinen su aptitud a la función que deben realizar, y estas
características son de tres tipos: Ópticas o fotométricas,
mecánicas y eléctricas.
a) Ópticas o Fotométricas: En función del porcentaje de
flujo luminoso saliente de la luminaria y emitido por debajo del
plano horizontal que pasa por el eje fuente de luz, Westinhouse
Electric Corporation (1971), las clasifica en:
- Indirecta : Es aquella donde el 90% de la intensidad de
luz de la luminaria se dirige hacia el techo, en ángulos por
encima de la horizontal. Prácticamente, toda la luz efectiva en el
plano de trabajo se refleja hacia abajo por el techo y en menor
medida en las paredes. Puesto que el techo es en realidad la
fuente de luz, la iluminación producida es bastante difusa.
Aunque el alumbrado indirecto no es tan eficiente como algunos
de los otros sistema en términos puramente cuantitativo, su
distribución uniforme, ausencia de sombras y brillo reflejado lo
hacen frecuentemente el más recomendable para oficinas,
escuelas y otras aplicaciones similares.
- Semiindirecta : Es aquella donde del 60% al 90% de la
intensidad de luz de la luminaria se dirige hacia el techo, en
ángulos por encima de la horizontal, mientras el resto se dirige
hacia abajo. El alumbrado semi-indirecta tiene la mayoría de las
ventajas del indirecto, pero es poco más eficiente y se prefiere a
veces para lograr una mejor relación de brillo entre el techo y la
luminaria en instalaciones de alto nivel luminoso. El medio
difusor empleado en estas luminarias es vidrio o plástico, de
densidad más baja que la de los empleados en los equipos
indirectos.
- General difusa o directa -indirecta : Es cuando la luz se
dirige hacia abajo en ángulo por debajo de la horizontal de un
40 a 60%. La mayor parte de la iluminación existente en el
plano de trabajo es resultado de la luz que procede directamente
de la luminaria, pero hay una porción importante de luz dirigida
al techo y a las paredes laterales. Cuando estas son de calor
claro, la luz dirigida hacia arriba proporciona un fondo más
claro contra el que resulta la luminaria, suministrando una
importante componente indirecta que favorece sensiblemente al
carácter difuso de la iluminación. La diferencia entre las
clasificaciones generales difusa y directa-indirecta estriba en la
cantidad de luz producida en dirección horizontal. Como ejemplo
del tipo general difusa tenemos el globo envolvente que
distribuye luz casi uniformemente en todas las direcciones,
mientras que la luminaria directa - indirecta produce muy poca
luz en dirección horizontal, debido a la mayor opacidad de sus
paneles laterales. Estas luminarias suelen utilizar en la parte
inferior vidrio, plástico o rejillas para proteger a las lámparas.
- Semidirecta : Es aquella donde del 60 al 90% de la luz
se dirige hacia abajo, en ángulo por debajo de la horizontal. En
esencia, el nivel de iluminación eficaz que este sistema
proporciona en el plano de trabajo normal es resultado de la luz
que viene directamente de la luminaria. La porción de luz
dirigida hacia el techo produce una relativamente pequeña
componente indirecta, y su mayor valor se debe a que más
brillante a la zona del techo que rodea a la luminaria,
resultando de ello una disminución del contraste de brillo.
- Directa : Es cuando la luz se dirige hacia abajo, en ángulo
por debajo de la horizontal entre un 90 y 100%. Un sistema de
alumbrado directo es un eficaz productor de luz en la zona
usual de trabajo. Sin embargo, esta eficacia se consigue
frecuentemente a expensa de factores de calidad tale como
sombras y deslumbramiento directo o reflejados. Las sombras,
por ejemplo, pueden causar molestia a no ser que las luminarias
sean de gran área o estén muy cerca unas de otras. El brillo
directo y el reflejado pueden ser satisfactorios a causa de la alta
diferencia de iluminancia entre la fuente (luminaria o lámpara
de exposición) y el techo y parte altas de las paredes, más
oscura. Un techo iluminado de pared a pared es una forma de
luminaria de alumbrado directo. La luz procedente de lámparas
o luminarias montada en cavidades del techo se dirige hacia
abajo a través de rejillas o difusores traslúcidos o materiales
refractantes. Estas a su vez en función del ángulo de apertura
del haz (emisión del 50 % del flujo saliente de la luminaria) se
encuentran: Intensiva (0-30°), semi-intensiva (30°-40°),
dispersora (40°-50°), semi-extensiva (50°-60°), extensiva (60°-
70°) y hiper-extensiva (70°-90°).
Asimismo, las luminarias de acuerdo con la geometría de
la distribución del flujo luminoso pueden ser: Con un eje de
simetría o eje de revolución (luminarias globo, reflectores
parabólicos, etc.), con dos planos de simetría (lámparas
fluorescentes o los proyectos rectangulares) y con un plano de
simetría (luminarias de alumbrado público).
b) Mecánicas: En función del grado de protección que
ejerce sobre la lámpara contra la penetración de cuerpos
extraños (sólidos y líquidos), y el grado de protección contra
daños mecánicos. La norma UNE 20324 en correspondencia con
normas internacionales, indica los grados de protección (IP),
seguida de tres cifras características: La primera cifra indica el
grado de protección de las personas sobre los contactos con las
partes bajo tensión o para pi ezas en movimiento y también el
grado de protección contra la penetración de cuerpos sólidos y
polvo. Se puede ilustrar de la siguiente manera: 0 (ninguna
protección), 1 (protegido contra cuerpos sólidos superiores a 50
mm ), 2 (protegido contra cuerpos sólidos superiores a 12 mm),
3 (protegido contra hilo de acero de diámetro a 2,5 mm ), 4
(protegido contra hilo de acero de diámetro a 1 mm ), 5
(protegido contra el polvo), 6 (protección total contra el polvo).
La segunda cifra indica el grado de protección contra la
penetración de líquidos y se ilustra: 0 (ninguna protección), 1
(protegido contra caída vertical de gotas de agua), 2 (protegido
contra caída de gotas d agua con una inclinación de 15º, 3
(protegido contra la lluvia), 4 (protegido contra las pr oyecciones
de agua), 5 (protegido contra los chorros de agua), 6 (protegido
contra los embates de mar), 7 (protegido contra los efectos de
inmersión), 8 (protegido contra la inmersión prolongada). La
tercera cifra indica el grado de protección contra los daños
mecánicos y es representada por: 0 (ninguna protección), 1
(resistencia al choque de 0,15 Kgcaídos desde 0,15 m, o 0,225 J
de energía), 3 (resistencia al choque de 0,25Kg. a 0,2 m, o 0,5 J
de energía), 5 (resistencia al choque de 1,5Kg. a 0,4 m, o 2 J de
energía de choque), 7 (resistencia al choque de 1,5Kg. a 0,4 m, o
6 J de energía de choque), 9 (resistencia al choque de 5Kg. a 0,4
m, o 20 J de energía de choque).
c) Eléctricas: Las luminarias deben ser capaces de asegurar
la protección de las personas contra los contactos eléctricos.
Según su grado de aislamiento, estas pueden ser: Clase 0
(provista únicamente de aislamiento funcional, sin dispositivos
de puesta a tierra), Clase I (provista de aislamiento funcional y
dotadas de borne de puesta a tierra), Clase II (provista de doble
aislamiento y, lógicamente, sin borne de puesta a tierra), Clase
III (luminaria alimentada a muy baja tensión de seguridad, es
decir, tensiones inferiores a 50 V).
1.1.1. CARACTERÍSTICAS DE LAS LUMINARIAS
Dentro de las características generales que sirven como
fundamento para establecer las distintas clasificaciones, las
luminarias deben tener en cuenta aspectos puntuales, que en
definitiva van a condicionar su nivel de calidad. Algunas de
estas características según Fernández y De Landa (1993) son las
siguientes:
a) Diseño del Sistema Óptico: Para éste debe tomarse en
cuenta: Adecuación del tamaño de la óptica de la luminaria,
disminución de la energía reflejada sobre la propia lámpara, y
una selección de los elementos de acuerdo con las emisiones no
visibles de la fuente de luz utilizada. Donde el primero y el
segundo dependen del tamaño de la fuente de luz y potencia
para permitir un control riguroso del flujo luminoso con una
correcta disipación de calor para evitar elevadas temperaturas
por encima de las condiciones normales de operación que
acortarían su vida útil, y con respecto al tercero, la radiación
ultravioleta puede causar efectos de opacidad en algunos
materiales plásticos y problemas de dilatación térmica en
materiales muy absorbentes (Infrarrojos).
b) Posición de Funcionamiento de la Lámpara: Es un
parámetro que debe respetarse para asegurar las prestaciones
nominales de funcionamiento. Esta posición no es la misma
para todas las fuentes de luz, e incluso distintos fabricantes
ofrecen distintas posiciones de funcionamiento respetándose en
todo momento la posición normal de la lámpara.
c) Rendimiento de la Luminaria: Se define como la relación
entre el flujo saliente de la luminaria (FS) y el flujo de la lámpara
(FL), normalmente expresado en porcentaje. Algunos fabricantes
ofrecen dos valores de rendimiento, superior e inferior, que
corresponde a los obtenidos, considerando los flujos emitidos
por la luminaria por debajo y por encima respectivamente del
plano horizontal que pasa por el eje de la fuente de luz. Otros
valores usuales en catálogos de luminarias de alumbrado
interior son: Utilizancia, que corresponde a la relación entre el
flujo luminoso que llega al plano de trabajo (FT ) que se desea
iluminar y el flujo luminoso saliente de la luminaria (Fs), y
coeficiente de utilización, que es la relación entre el flujo
luminoso que llega al plano de trabajo y el flujo luminoso de la
lámpara.
d) Control de Deslumbramiento: Son sistemas adoptados
por distintos países para evaluar el deslumbramiento por una
luminaria determinada, entre los que destacan: Método VPC
(Probabilidad de Confort Visual) en Norteamérica, sistema
British IES de deslumbramiento en Gran Bretaña, límites de
luminancia en Australia, y curvas límite de luminancia adoptado
en diferentes países de Europa y basado en la CIE (Comisión
Internacional de Iluminación) que establece un sistema
simplificado, en forma de tablas de valores límite de
luminancias, según distintos ángulos de visión en las
direcciones de observación longitudinal y transversal de las
luminarias.
e) Condiciones Térmicas y de Ventilación: Para estas deben
considerarse los siguientes aspectos: Si la luminaria es cerrada
o si es abierta. En vista, que una disipación térmica no
adecuada en el primer caso puede producir calentamiento de la
lámpara por encima de los valores normales de operación,
mientras que el movimiento de aire alrededor de la lámpara y el
sistema óptico, pueden ocasionar disminución del flujo luminoso
por acumulación de suciedad en su superficie para el segundo
caso. Ambos casos, se sitúan entre las luminarias ventiladas, en
las que el paso de aire (a menudo filtrado para evitar la
introducción del polvo) a través de las lámparas ejerce un efecto
de limpieza y adecuación de la temperatura de trabajo de las
mismas, logrando el mantenimiento del flujo luminoso. También
existe posibilidad de mejora, tanto de las prestaciones del
sistema de iluminación como de las condiciones ambientales,
con la integración de las luminarias en los sistemas de
climatización (luminarias aire-luz o agua-luz).
f) Condiciones Acústicas: Generalmente las condiciones
acústicas se encuentran ligadas a las aplicaciones de alumbrado
interior y se puede atribuir la aparición de este ruido a dos
factores: Generación de ruido en la propia luminaria y
transmisión de ruido a través de canalizaciones o falsos techos,
hacia otro lugar distante del de generación.
g) Vibración: Pueden utilizarse elementos de amortiguación
para el acoplamiento de las luminarias, con el fin de evitar que
se transmitan vibraciones a través de los elementos
estructurales y perturbar los equipos de iluminación.
h) Mantenimiento: Previamente a la realización de una
instalación deben considerarse los factores ambientales en los
cuales va a trabajar la luminaria, para seleccionar los materiales
apropiados (estabilidad, duración, etc.) a las condiciones del
entorno. Aún en los casos en que el estudio haya sido riguroso
en este aspecto, debe tenerse en cuenta que la luminaria va a
requerir un mantenimiento para minimizar la depreciación del
flujo luminoso durante el tiempo de operación, además de la
calidad del producto en cuanto a su bajo factor de depreciación
(si ha sido correctamente seleccionado), otros aspectos como la
facilidad de acceso a las lámparas, sistema óptico o equipos
auxiliares revisten importancia en orden a disminuir los costos
de mantenimiento.
1.1.2. TIPOS DE LUMINARIAS
Los tipos de luminarias existentes se pueden clasificar de
la siguiente forma:
a) Luminarias para lámparas incandescentes: Son
luminarias que por su carácter de baja eficacia luminosa
(incluso en su variante halógena), son utilizadas en las
aplicaciones generales de interior, dirigiendo el flujo luminoso
hacia direcciones determinadas mediante sistemas de
proyección, superficiales o empotrados. Se diseñan
fundamentalmente para los sectores doméstico y comercial,
donde las consideraciones de tipos estético priman sobre las
puramente luminotécnicas en el alumbrado doméstico, mientras
que en el alumbrado comercial se tiende a un compromiso entre
ambos factores, prevaleciendo uno otro según la aplicación
concreta que se trate.
b) Luminarias para lámparas fluorescentes: Son las más
utilizadas en aplicaciones de alumbrado comercial interior
(oficina, tienda, almacenes, etc.), e incluso en el sector
industrial cuando la altura de montaje es inferior a 5-6 metros.
La gama de luminarias fluorescentes es la más extensa, desde la
forma más simple, una regleta que soporta una lámpara
desnuda, hasta las luminarias más elaboradas que incorporan
sistemas de reflexión, direccionamiento y apantallamiento de la
luz emitida por la lámpara. En cuanto al número de lámparas
que pueden admitir, pueden encontrarse por lo general,
luminarias capaces de albergar desde 1 hasta 4 tubos, con
variantes para las tres potencias básicas (18, 36 y 58 W).
Además, los sistemas de direccionamiento y control del flujo
luminoso, se basan en la utilización de diferentes superficies
ópticas en las que se encuentran:
- Reflectores: Son superficies de tipo especular que reflejan
la luz emitida por la lámpara, aumentando su intensidad
luminosa en determinadas direcciones, y por lo general van
acompañados de sistemas de apantallamiento, donde los
materiales más utilizados son: Acero esmaltado, aluminio
anodizado, vidrio azogado.
- Refractores: En ocasiones llamados también llamados
difusores prismáticos, refractan la luz procedente de las
lámparas y reflectores, en direcciones privilegiadas de forma que
establecen en control de las intensidades luminosas y,
parcialmente, del deslumbramiento, en estas se emplean
mayoritariamente, los materiales plásticos como: Metacrilato y
policarbonato.
- Difusores: Son elementos que recogen la luz de las
lámparas y la reflejada difundiéndola prácticamente en todas las
direcciones, son de materiales plásticos opalizados que
contribuyen a disminuir la luminancia de la luminaria, entre
ellos se destacan: Poliestireno y metacrilato. Además, el
apantallamiento de las luminarias se asegura de un modo
mucho más eficaz que con los refractores y difusores
prismáticos, mediante la utilización de los sistemas de rejillas
cuadriculadas y rejillas de lamas transversales, donde la
primera forma una retícula cuadrada como elemento de cierre de
la luminaria, asegurando el apa ntallamiento en las dos
direcciones longitudinal y transversal, sus materiales más
utilizados suelen ser plástico (poliestireno) y acero esmaltado.
En cuento a la segunda, ésta proporciona apantallamiento
únicamente en dirección longitudinal y las lanas pueden ser
planas o en forma de V, donde su interdistancia es variable de
acuerdo a los tipos, es decir, dimensiones de retícula
(normalmente superior a 30 mm), y están fabricadas en acero
esmaltado o aluminio anodizado.
c) Luminarias para lámparas de descarga en alta presión:
Estas pueden dividirse en tres grupos:
- Para grandes alturas (Intensivas): Estas existen de dos
versiones, una para lámparas elípticas y otra para lámparas
reflectoras, suelen estar sus rendimientos entre el 80 y 95 % con
una potencia entre 250 y 1000 W. Son adecuadas para alturas
superiores a los 6 metros, dado que las dimensiones verticales
de la luminaria no son críticas se construyen en dos piezas,
donde una de ellas corresponde al sistema óptico (reflector,
alojamiento de la lámpara) y la otra, situada por encima de la
primera, dedicada al alojamiento del equipo auxiliar; esta
disposición trata de facilitar el mantenimiento y desmontaje de
la luminaria. Suelen estar diseñadas para operar en ambientes
de hasta 45-50 °C.
- Para alturas pequeñas (Extensivas): Estas en oposición a
las de grandes alturas, son utilizadas para alturas inferiores a
6 metros, dado que tienen distribuciones mucho más extensivas
que las anteriores. Se diseñan para que sean lo más planas
posibles, con la lámpara en posición horizontal y los equipos
auxiliares situados lateralmente, que generalmente están
separados del sistema óptico y con acceso independiente. Su
rendimiento suele estar entre el 75 y 85 %, emitiendo toda la luz
hacia el hemisferio inferior con una potencia que se encuentra
entre 150 y 400 W.
- Direccionales (Proyectores): Son equipos intensivos, cuyas
formas fotométricas se presentan en coordenadas rectangulares,
puesto que su haz de proyección corresponde a un ángulo muy
limitado, y los valores concretos de intensidad luminosa se
ofrecen en forma de tablas de doble entrada, a partir de los
ángulos B y β, donde B = 0° es el plano longitudinal y β = 0° el
transversal, con una potencia variable entre 150 y 2000 W. Son
destinados a la iluminación exterior de grandes espacios y desde
largas distancias, o en alumbrado interior cuando no es factible
realizar una distribución uniforme de luminarias suspendidas
por razones de seguridad o de obstrucciones en los haces de luz,
y pueden ser de tipo parabólico o rectangulares.
1.1.3. APLICACIONES DE ALUMBRADO DE INTERIORES
En éste existen tres sistemas relacionados con la
distribución de luz sobre el área a iluminar. Taboada, José
(1979), los define de la siguiente manera:
- Alumbrado General: Se denomina de esta forma al
alumbrado en el cual el tipo de luminaria, su altura de montaje
y su distribución se determinan de forma que se obtenga una
iluminación uniforme sobre toda la zona a iluminar. La
distribución luminosa más normal se obtiene colocando las
luminarias de forma simétrica en filas. Este sistema de
alumbrado presenta la ventaja de que la iluminación es
independiente en los puestos de trabajo, por lo que éstos pueden
ser dispuestos o cambiados en la forma que se desee. Tiene el
inconveniente de que la iluminación media proporcionada debe
corresponder a las personas que precisen mayor iluminación, o
a las zonas que por su trabajo requieren niveles más altos.
- Alumbrado General Localizado: Consiste en colocar las
luminarias de forma que además de proporcionar una
iluminación general uniforme, permita aumentar el nivel de las
zonas que lo requieran, según el trabajo en ellas a realizar.
Presenta el inconveniente de que si se efectúa un cambio de
dichas zonas hay que reformar la instalación de alumbrado.
- Alumbrado Localizado: Consiste en producir un nivel
medio de iluminación general más o menos moderado y colocar
un alumbrado directo para disponer de elevados niveles medios
de iluminación en aquellos puestos específicos de trabajo que lo
requieran. Para eliminar en todo lo posible las molestias de
continuas y fuertes adaptaciones visuales que lleva consiga este
sistema de alumbrado, debe existir una relación entre el nivel de
iluminación de la zona de trabajo y el nivel de iluminación
general del local.
La experiencia ha demostrado que un alumbrado general
en locales destinados a oficinas, talleres, etc., proporciona las
mejores condiciones de visibilidad dando al ambiente un efecto
sereno y armonioso, mientras que los alumbrados general
localizado y localizado, van siendo un tanto desusados debido a
la evolución de las lámparas de descarga eléctrica, pues estas
ofrecen un elevado rendimiento luminoso, los altos niveles
requeridos para los mismos se alcanzan de forma económica con
una iluminación general. Para el cálculo del alumbrado interior
debe partirse de los datos fundamentales relativos a: Tipo de
actividad a desarrollar, dimensiones y características físicas del
local a iluminar, conocidos estos datos se puede fijar la
iluminancia media a obtener y las condiciones de calidad que
debe cumplir el alumbrado de acuerdo con los factores que
influyen en la visión, para llegar a determinar el tipo de
luminaria, la clase de fuente de luz más adecuadas, el sistema
de alumbrado más idóneo y la distribución más conveniente.
Con los datos anteriores se efectúan los cálculos
correspondientes para hallar el flujo luminoso necesario y fijar
respecto al mismo la potencia de las lámparas, el número de
puntos de luz y la distribución de las luminarias.
Para efectos de esta investigación la iluminación persigue
tres objetivos principales: Atraer al cliente, iniciar o motivar la
compra y completar la operación de venta, mediante la cantidad,
calidad y efecto de luz sobre los objetos expuestos, reflejando
sus propiedades y el cliente se sienta suficientemente intrigado
para requerir una mayor información visual o aproximarse
físicamente al mismo. A esto se agrega, tomando en cuenta las
necesidades del alumbrado interior aplicado en tiendas y
almacenes, los factores que inciden en el grado de calidad de
las instalaciones, como son:
- Nivel de iluminación: Ésta corresponde al espacio que se
pretende iluminar (escaparates, mostradores, interior general,
etc.), del tamaño del tipo de tienda y del entorno comercial en
que se encuentre. Algunas recomendaciones de diversos países
europeos, dan los siguientes valores de iluminancia: Alumbrado
interior General de 500 a 1000 lux en un entorno muy
iluminado, o de 300 a 500 lux sí el entorno es poco iluminado.
- Relaciones de luminancia: En estas deben evitarse un
aspecto monótono, mediante un adecuado contraste de
luminancias (techo, paredes, suelo, productos y mobiliarios),
pero a la vez debe permitir distinguir con claridad los detalles de
los productos expuestos, y esta relación de luminancias de los
objetos y sus alrededores debe ser superior a 3:1
aproximadamente hasta 5:1.
- Deslumbramiento: Éste se utiliza como un método de
impactar la atención del espectador, aunque su efecto es
discutible, en vista que en general produce el alejamiento del
cliente por un simple mecanismo de confort visual, y éste se
basa en el apantallamiento de las luminarias.
- Color: Este depende del tipo aplicación de la decoración,
y en todos los casos el rendimiento debe ser bueno (85 – 100).
- Modelado: En esta aplicación es esencial el relieve y el
volumen que son las características distintivas que el cliente
requiere, para ello debe aportarse luz desde distintas
direcciones, con el fin de conseguir el relieve del objeto y evitar
la formación de sombras duras excesivamente marcadas.
Asimismo, hay que recordar que para obtener estos
factores de calidad es necesario tener las luminarias que
proporcionen y tengan las características adecuadas para
cumplir la iluminación adecuada. Entre las más usuales se
pueden señalar: Para lámparas de dimensiones reducidas
(incandescentes, halógenas, fluorescentes miniaturizas,
halógenos y sodio), para tubos fluorescentes (empotrado y
superficial o adosado al techo), por último para lámparas de
vapor de mercurio de alta presión y halógenos metálicos.
1.1.4. CÁLCULOS PARA UN PROYECTO DE ILUMINACIÓN
Al proyectar un sistema de alumbrado, lo primero que se
requiere es elegir un equipo que proporcione el máximo confort
visual y él más alto rendimiento compatible con las limitaciones
impuestas al proyectista. Por consideraciones de orden práctico,
la zona a iluminar puede condicionar seriamente dicha
selección. Una vez determinadas las luminarias a utilizar y el
nivel de iluminación requerido, es posible calcular el número de
luminarias necesarias para producir tal iluminación, que en este
caso es el método de los lúmenes, ya que proporciona la
iluminación media de un local y el que suele emplearse para las
áreas amplias en las que la iluminación es sensibl emente
uniforme.
Este método está basado en la definición del lux, que es
igual al lumen por metro cuadrado, y por lo tanto su fórmula
queda de la siguiente manera:
Sistema Métrico Décimal Nivel de Iluminación (Luxes) = Lúmenes Efectivos
Área (mts2)
Sistema Inglés Nivel de Iluminación (Footcandles) = Lúmenes Efectivos
Área (fts2)
Conociendo la emisión luminosa inicial de cada lámpara
(dato suministrado por el fabricante), el número de estas en la
zona y el área en metros cuadrados, pueden calcularse los
lúmenes por metro cuadrado generados inicialmente en una
determinada área. Este valor, sin embargo, difiere del número de
lux en dicha área, ya que algunos lúmenes son absorbidos por la
luminaria, y también debido a otros factores tales como la
suciedad de la luminaria, la disminución gradual de la emisión
de luz de lámparas, etc. Estos factores, entre otros, se toman en
consideración en la fórmula del método de los lúmenes:
Lámparas por luminaria x Lúmenes por lámpara x
Nivel en lux = Coeficiente de Utilización x Factor de Perdidas Área por luminaria
Número de Lámparas = Nivel Luminoso en lux x Superficie
Lúmenes por lámpara x Coeficiente de Utilización x Factor de Conservación
Número de Luminarias = Número de Lámparas Lámparas por Luminarias
2. LÁMPARAS DE VAPOR DE MERCURIO DE ALTA PRESIÓN Estas basan su producción de luz en el principio de la
luminiscencia, obtenida por la descarga eléctrica en el seno de
mercurio gasificado (tubo de Geissler), y consiste en que los
portadores de cargas existentes sean acelerados a grandes
velocidades bajo la acción del campo eléctrico que aparece entre
los electrodos en la atmósfera enrarecida de la lámpara (a
presión de algunos mm de mercurio), de manera que pueden
sobre todos los electrones, producir la excitación luminosa en la
envoltura de los átomos que forman las moléculas de gas o
vapor con que chocan en su camino. Aun sin haber campo,
existen siempre portadores de cargas aislados, pues la radiación
radioactiva terrestre, la radiación cósmica y en pa rte también la
radiación solar producen siempre una cierta ionización, y
gracias a ella puede producirse el paso de corriente. Los
portadores de cargas en movimiento producen a su vez nueva
ionización; en la atmósfera enrarecida recorriendo caminos
libres lo suficientemente largos para alcanzar la energía cinética
necesaria para ionizar las moléculas o átomos que encuentre, y
al chocar con contra el cátodo liberan allí los nuevos electrones,
de este modo el número de portadores de cargas que recorren el
campo eléctrico aumentan en forma de alud, aumentado
naturalmente al mismo tiempo el número de choques de
excitación y la intensidad luminosa.
En otras palabras, afirma Taboada, José (1971) que el
rendimiento luminoso de la descarga en vapor de mercurio y
también las características de la misma dependen
principalmente de la presión del vapor y de la intensidad de la
corriente de arco. A bajas presiones, el vapor de mercurio emite
casi exclusivamente radiaciones ultravioletas (invisibles) con
longitud de onda de 253,7 nm que se emplean para excitar
sustancias luminiscentes en lámparas fluorescentes; al
aumentar la presión dichas radiaciones ultravioletas tienden a
desaparecer, destacando mayor longitud de onda que se
encuentra más próximas a la zona visible del espectro (380 nm a
760 nm), en la cual aparecen cuatro rayas principales con
longitudes de onda e 405 nm (violeta), 436 nm (azul) 546 nm
(verdes), 577 nm y 579 nm (amarillo), estas dos últimas
formando una sola línea por su gran proximidad. En la zona
ultravioleta y a una longitud de onda de 365 nm, aparece una
raya intensa que se aprovecha para la producción de luz negra,
filtrando la radiación de la descarga en vapor de mercurio
mediante un vidrio especial (vidrio de Wood), el cual tiene la
propiedad de absorber todas las radiaciones excepto la de esa
longitud de onda (lámparas de luz negra HQV). Por otra parte,
las rayas correspondientes a 313 y 297 nm en la región
ultravioleta media, se emplean con filtros de cristal de cuarzo
que transmiten esas longitudes de onda, para producir luz
artificial y aprovechar sus efectos en el tratamiento
antirraquítico, formación de vitaminas E y bronceado de la piel.
Por el modo de producirse la luminosidad pueden distinguirse
dos tipos característicos de lámparas de vapor de mercurio: De
ampolla clara, cuyo espectro corresponde a la propia emisión del
tubo de descarga (carente de rayas rojas) y, de color corregido,
donde se incorporan sustancias fluorescentes (vanadato de itrio)
en la pared interna de la ampolla, capaces de aprovechar la
radiación ultravioleta emitida por el tubo de descarga, para su
conversión en radiación visible (fundamentalmente roja entre
610 y 720 nm). Agrega Fernández Salazar y De Landa (1993),
que a estas se suman otros tipos básicos de lámpara: luz
mezcla, halogenuros metálicos y otras basadas en el mismo
principio, destinadas a características especiales. Donde la
primera, no es más que una lámpara de vapor de mercurio de
color corregido con balasto incorporado (filamento de tungsteno)
situada alrededor del tubo de descarga, donde el reparto de
tensión (potencia) entre el filamento y el tubo de descarga
consiste en obtener una duración del filamento acorde a la del
tubo de carga, teniendo en cuenta que en el encendido casi la
totalidad de la tensión de red se aplica al filamento, y
estabilidad suficiente de la descarga. En cuanto a la segunda,
esta contiene diversos aditivos metálicos en el tubo de descarga,
generalmente en forma de yoduros (disprosio, galio, indio, litio,
escandio, sodio, talio, torio, etc.), dado que la mayoría de estos
en estado libre atacan el cuarzo del tubo de descarga, de modo
que las líneas de emisión de estos metales cubran las zonas
apropiadas del espectro visible, con el objetivo de potenciar la
eficacia luminosa, el rendimiento de color o ambas
simultáneamente, y se pueden distinguir dos tipos básicos: Con
ampolla exterior de vidrio y con ampolla exterior de vidrio de
cuarzo. Por último, las lámparas de vapor de mercurio
especiales tienen las mismas aplicaciones que los tubos
fluorescentes especiales.
2.1. COMPONENTES DE LAS LÁMPARAS DE VAPOR DE
MERCURIO DE ALTA PRESIÓN
Estas se describen a continuación tomando en cuenta las
características de cada una sus tipos, en las que se encuentran:
- Tubo de descarga: parte esencial de la lámpara en el que
se produce la descarga, construido de cuarzo debido a la alta
presión del vapor de mercurio producto de la elevada
temperatura de arco (750 °C). Su forma es cilíndrica, con los
extremos semiesféricos con dos electrodos similares a los de las
lámparas fluorescentes con una base de tungsteno en espiral
recubierta de sustancias emisoras de electrones (óxidos o
carbonatos de estroncio, bario, torio y otros aditivos alcalino-
térreos que dependen de la tendencia adoptada por el fabricante)
y, otro electrodo auxiliar de encendido (no presente en las de
halogenuros metálicos), colocado muy próximo a uno de los
electrodos principales, pero conectado al polo opuesto a través
de una resistencia óhmica de 10 – 30, además contiene unos
miligramos de mercurio puro exactamente dosificado y argón o
argón con neón para facilitar la descarga (gas de llenado).
- Ampolla exterior: esta es por lo general de forma ovoide y
vidrio endurecido, aunque se pueden encontrar de diferentes
formas como: Globo, parabólica reflectora, tubular, etc.), su
diseño es para soportar cambios bruscos de temperatura, y
soportar al tubo de descarga, proporcionándole aislamiento
térmico a través del gas de llenado que existe entre el tubo de
descarga y ella (mezcla de argón y nitrógeno), que a la vez evita
la oxidación atmosférica de las partes metálicas, así como
impedir la separación de los componentes halogenados
(lámparas de halogenuros metálicos) por gravedad, para que
ésta pueda funcionar con un grado suficiente de libertad de la
posición de instalación.
- Casquillos: Rosca para la sujeción al portalámpara y
conducir la corriente a los electrodos, generalmente provisto de
rosca Edison (E) para la ampolla exterior, o en algunos casos
Cerámicos (R) para las de tubo de cuarzo.
2.2. CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE LAS
LÁMPARAS DE VAPOR DE MERCURIO DE ALTA
PRESIÓN
Estas lámparas arrancan a tensiones de red (220 V),
empleando aparatos de alimentación adecuados que dependen
del tipo característico de lámpara, bi en sea, de vapor de
mercurio propiamente dicha, o las que se derivan de ellas como:
luz de mezcla y halogenuros metálicos. No obstante, su
encendido, reencendido, temperatura de color, rendimiento de
color y duración, está sujeto a cada tipo característico, como se
explica a continuación:
- Lámparas de Vapor de Mercurio: Al conectar ésta lámpara
a la red, a través de un balasto, se produce una descarga entre
el electrodo principal adyacente y el auxiliar de encendido, que
ioniza el mercurio haciéndolo conductor y disminuye la
resistencia eléctrica del espacio comprendido entre los dos
electrodos principales hasta un valor que permita se establezca
una descarga eléctrica entre ellos, es decir, la descarga
evoluciona, se incrementa la temperatura, el mercurio se
evapora progresivamente y aumenta su presión, confinando la
descarga a una región estrecha en el eje del tubo y la emisión
pasa a ser propia del mercurio, que posteriormente a través del
balasto inductivo logra en definitiva la estabilización de la carga.
El tiempo total de encendido es del orden de 4 a 5 minutos, y la
intensidad de arranque puede llegar a 1,5 a 1,9 veces la
corriente nominal, lo que obliga a sobredimensionar el circuito
de alimentación.
La alta presión hace imposible el reencendido inmediato,
por tal razón, es preciso un período de 3 a 6 minutos para
reducir la presión a valores requeridos. La temperatura de color
está entre 3500 a 4500 K, con un rendimiento de color de 40 a
45 IRC, aunque existen lámparas con reproducción cromática
mejorada que alcanza el valor de IRC 60. Su vida media,
depende de la pérdida de materia emisora de los electrodos, y se
establece en cifras del orden de 24000 horas. Su vida útil, está
determinada por la reducción del flujo luminoso, fijada para una
instalación, encontrándose en unas 8000 horas.
- Luz Mezcla: Esta en la conexión a la red, emite un flujo
luminoso superior al valor de régimen a través del filamento de
tungsteno, que se encarga de soporta la mayor parte de la
tensión de la red, de esta forma, a medida que evoluciona la
descarga y aumenta la tensión en el tubo, disminuye el
filamento hasta llegar a las condiciones de régimen, logrando el
encendido alrededor de los 2 minutos, y de la misma forma que
las lámparas de vapor de mercurio no permite un encendido
inmediato. Su temperatura de color está en el orden de los 3600
K, con un 60 IRC. Su duración, está condicionada a la duración
del filamento, siendo esto la principal limitación de este tipo de
lámparas, y únicamente se ofrece el dato de vida media, que se
establece alrededor de las 6000 horas.
- Lámparas de halogenuros metálicos: El inicio de descarga
en este tipo de lámparas requiere la utilización de tensiones
muy elevadas (1,5 a 5 kV), debido a la presencia de los
halogenuros, por tal razón es necesario un circuito electrónico
(arrancador) que suministre un pico de tensión elevado, y se
desactive ya iniciada la descarga. No obstante, existen
lámparas, que no exigen arrancador externo, sino que
provocan el encendido mediante un interruptor bimetálico
incorporado en la lámpara. El período transitorio, hasta
alcanzar las condiciones de régimen puede alcanzar desde 3
a 5 minutos, o 10 minutos en algunos tipos de lámpara, y
para su reencendido se requiere de varios minutos de
espera, hasta retornar a las condiciones de presión
adecuada, a menos que posean arrancadores especiales que
permite el reencendido en caliente, y suministre picos de
tensión de 35 a 60 kV. En cuanto, a la temperatura de color
y rendimiento de color están sujeto a la tendencia de
fabricación adoptada, es decir, los aditivos empleados para
formar estas lámparas como son: Sodio, talio e indio (4400
K y IRC 65); Sodio y escandio (3000 a 4800 K, y IRC 80-85);
así como disposio y talio (5800 a 6000 K, y IRC 85).
Asimismo, la duración de vida media es de 10000 horas en
las que tienen potencia pequeña y entre 2000 a 6000 horas,
las de grandes potencias.
2.3. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y ENERGÉTICAS
Se indican únicamente las correspondientes a lámparas de
color corregido, considerando que las de ampolla clara
pertenecen a la categoría de aplicaciones especiales. Todos los
datos corresponden a lámparas de ampolla ovoide.
TABLA 1. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y ENERGÉTICAS DE LÁMPARAS DE VAPOR MERCURIO COLOR CORREGIDO (40 –45 IRC). (ARRIETA, ENIO Y VASQUEZ, NEUMAN; 2000) Potencia
(W)
Flujo Luminoso
(lm)
Eficacia
(lm/W)
Eficacia con auxiliares
(lm/W)
50 2000 40 32
80 3800 48 40
125 6300 50 45
250 13500 54 51
400 23000 58 54
700 42000 60 57
1000 60000 60 57
2000 125000 63 60
TABLA 2. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y ENERGÉTICAS DE LÁMPARAS DE VAPOR MERCURIO COLOR CORREGIDO (60 IRC). (ARRIETA, ENIO Y VASQUEZ, NEUMAN; 2000) Potencia
(W)
Flujo Luminoso
(lm)
Eficacia
(lm/W)
Eficacia con auxiliares
(lm/W)
50 2000 40 32
80 4000 50 43
125 6500 52 46
250 14000 56 52
400 24000 60 57
3. ESTUDIO DE FACTIBILIDAD TÉCNICA Y ECONÓMICA.
Todo diseño de ingeniería debe cumplir con las
necesidades del cliente o de la empresa dados sus
requerimientos, así como también tiene que ser factible
técnica y económicamente, aunque un equipo pueda
cumplir con todas las necesidades, pero si no es factible
económicamente se puede considerar que este no es
rentable para la empresa. El diseñador debe considerar
estos dos aspectos antes de comenzar a diseñar y sobre
todo a construir el equipo, por tal motivo se realizó el
estudio sobre estos dos aspectos para desarrollar el
prototipo del sistema de control de iluminación la cual se
expone a continuación.
Estudio Técnico: A través de los planos y el método de
cavidad zonal se determinó que implantando una buena
estrategia de control se puede ahorrar considerablemente el
consumo eléctrico y obtener una iluminación adecuada y
uniforme tal como se muestra en la figura 4 . Se puede
observar que existen cuatro niveles de iluminación, cada
nivel enciende un 25% del sistema de alumbrado, además el
encendido de la misma es uniforme y cada nivel enciende
automáticamente dependiendo del nivel de iluminación del
área, cada zona tiene un área de cobertura de más de
1.225 metros cuadrados y las lámparas tienen una
separación uno del otro de cinco metros.
FIGURA 4. ESTRATEGIA DE CONTROL PARA EL ENCENDIDO DE LAS LÁMPARAS HDK (ARRIETA, ENIO Y VASQUEZ, NEUMAN; 2001).
Además, al aprovechar la luz solar como fuente de luz
para encender solo las lámparas necesaria se estima
obtener un ahorro energético considerable. Esta estimación
obedece al considerar que de la radiación total emitida por
el sol, cerca del 60% llega transformada en energía
calorífica y en resto en otras radiaciones invisible, siendo el
porcentaje de radiación transformada en luz visible de un
40% aproximadamente.
En general, el sistema de control de iluminación
conjuntamente con la estrategia de control se puede llegar
ahorrar un 20% y la luz natural en espacios grandes y con
superficies acristaladas se puede generar hasta un 30% de
ahorro. En conclusión se estima que ofrezca a la empresa
un ahorro energético consumido solo por el sistema de
alumbrado de las lámparas HDK entre un 35% y un 40%.
Estudio Económico: este se basa al realizar el calculo
promedio del consumo eléctrico de la tienda Makro
Maracaibo y compararlo con el consumo eléctrico del
sistema de alumbrado de las lámparas HDK. En el tabla 3,
se muestra el consumo eléctrico mensual de la tienda,
donde se obtiene que el promedio mensual en bolívares es
de 19.726.882.Bs. y en kilovatios por hora es de 517.333
Kwh mensuales, por otro lado al realizar los cálculos del
consumo eléctrico promedio del sistema de alumbrado de
las lámparas HDK a través de los planos eléctrico de la
tienda se determinó que es de 43.000 Kwh
aproximadamente, el cual representa un 8.30% del consumo
eléctrico total de la tienda que al representarlo en bolívares
es de 1.637.331 Bs, el resto es consumido por los equipos
de refrigeración, luminarias, sistemas, bombas, entre otros,
este ultimo calculo se determinó al multiplicar las 348
lámparas HDK por los kilovatios (400W) y sumarlos por las
horas que trabajan cada unos de los circuitos al mes.
TABLA 3. CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE LA TIENDA MAKRO MARACAIBO. (ARRIETA, ENIO Y VASQUEZ, NEUMAN; 2001). AÑO '2000 DEMANDA CONTRATADA DEMANDA FACTURADA CONSUMO
MESES (KVA) Bs Bs./Kva (KVA) Bs. Bs./Kva (KWH) Bs Bs./Kwh
Ene-00 1500 7,119,000 4,746 1500 7,119,0004,746.00463,20018,715,827 40.41
Feb-00 1500 7,164,000 4,776 1500 7,164,0004,776.00453,60018,507,247 40.80
Mar-00 1500 7,163,310 4,776 1500 7,163,3104,775.54 465,60018,727,101 40.23
Abr-00 1500 7,163,310 4,775.54 1500 7,163,3104,775.54 468,00018,761,889 40.09
May-00 1500 7,163,310 4,775.54 1500 7,163,310 4775,54 511,20019,823,877 38.78
Jun-00 1500 7,163,310 4,776 1500 7,163,310 4,776 513,60019,834,792 38.62
Jul-00 1500 7,126,500 4,751 1500 7,126,500 4,751 532,80020,102,579 37.73
Ago-00 1500 7,098,000 4,732 1500 7,098,000 4,732 547,20020,170,686 36.86
Sep-00 1500 7,097,895 4,732 1500 7,097,895 4,732 556,80020,243,073 36.36
Oct-00 1500 7,097,895 4,732 1500 7,097,895 4,732 568,80020,466,073 35.98
Nov-00 1500 7,097,895 4,732 1500 7,097,895 4,732 547,20019,996,441 36.54
Dic-00 1500 7,098,000 4,732 1500 7,098,000 4,732 580,00021,373,001 36.85
Por tanto, se considera un ahorro energético de un
35% a un 40% aproximadamente de los 8.30% que
consumen las lámparas HDK, llevando el consumo eléctrico
de las lámparas HDK entre un 5.40% y 5.10%, obteniendo
un ahorro en bolívares entre 573.065 y 654.932 Bs.
mensual aproximadamente, la cual anualmente obtendría
unas utilidades de 6.876.790 a 7.859.188 Bs. sin
considerar el índice de inflación.
Por ultimo, el costo del equipo y su instalación es
accesible para la empresa, así como también su
mantenimiento y los repuestos, en el cuadro 4, se muestra
el costo del equipo, la cual es de 206.430 Bs.
aproximadamente y los costo de manipulación e instalación
del equipo se estima que este alrededor de 5.000.000 Bs.,
esto suma 5.206.430 Bs., monto que se estima que retorne
a la empresa en diez mes, ya que el ahorro energético esta
entre 573.065 y 654.932 Bs. Mesual, por otro lado el
sistema de control de iluminación no necesita de muchos
mantenimientos en tal caso seria cada seis meses para
librarlo de polvo a execión de los sensores que se
recomendaría que fuera cada tres meses, el costo del
mantenimiento no se refleja en el presupuesto ya que el
mantenimiento es muy sencillo y lo podría realizar el mismo
obrero del departamento de mantenimiento, en cuanto a los
repuestos como se muestra en el tabla 4, es bastante
económico y accesible en el mercado.
Dadas estas dos variables de estudios y despues de
haber analizado cada una de ellas, se concluyo que el
sistema de control de iluminación es retable tecnica y
economicamente para la empresa, ya que los costos del
equipo y su instalación es accesible y sobre todo la
inversión es retornable a mediano plazo.
4. RESEÑA HISTÓRICA DE LA TIENDA MAKRO
MAKRO COMERCIALIZADORA S.A., es una empresa que
se dedica a la comercialización y ventas de productos
alimenticios y no alimenticios, operando en VENEZUELA
desde el año 1991. Ella es una unidad de negocios asociada
a la compañía SHV multinacional con sede en ULTRECHT
HOLANDA, división MAKRO internacional.
Inició sus actividades en Holanda en el año 1968 y en
pocos años ha alcanzado un desarrollo gigantesco por todo
el mundo expandiendo sus operaciones hacia países como
Bélgica, Inglaterra, España, Brasil, Argentina, Taiwan,
TABLA 4. COSTO DEL PROTOTIPO DEL SISTEMA DE CONTROL DE ILUMINACIÓN, (ARRIETA, ENIO Y NEUMAN VASQUEZ; 2001). Cantidad Descripción Precio
unitar io Total
51 Res is tenc ia de 470Ω, ½ Watt , 5% to leranc ia 20 1 .020 02 Capaci tor 10pf , ceramico 120 240 01 Capaci tor 1µ f , 25 vo l t ios 80 80 01 Capaci tor 0 .01µ f ceramico 120 240 02 Capaci tor 150pf , ceramico 120 240 08 Transistor 123AP NPN 80 640 32 Transistor ECG189 300 9 .600 16 LDR Fotores is tenc ia 500 8 .000 13 Pulsadores 200 2 .600 01 Diodo led 80 80 32 Luz pi loto 120Volt 300 9 .600 02 C. I . ECG74148 Codi f icador 530 1 .060 01 C.I . NE555 Temporizador 250 250 32 Relé de 5 Vol t ios 1 .500 48 .000 01 C. I . ECG4051B Mult ip lexor 400 400 01 Convert idor A/D 8 b i t 3 .500 3 .500 08 Potenciometro de 500Ω 120 960 01 Potenciometro de 1MΩ 120 120 01 Potenciometro de 10KΩ 120 120 02 Res is tenc ia 10KΩ, ½ Watt , 5% To leranc ia 20 40 01 Res is tenc ia de 1KΩ, ½ Watt , 5% To leranc ia 20 40 01 Microcontrolador 5 .000 5 .000 06 C. I . ECG74374 reg istro f l ip- f lop D 900 5 .400 03 Dip lay de 7 segmentos , 2 d ig i tos 800 2 .400 02 C. I . ECG7432 450 900 01 C. I . ECG74244 800 800 01 C. I . ECG7404 450 450 01 Cr ista l osc i lador de 4Mhz 500 500 05 C. I . ECG7447 BCD 7 segmentos 800 4 .000 32 Suiche de tres t iempo 300 9 .600 01 20 metros de cable te le fón ico 350mts 7 .000 13 Baquel i ta per forada 14x11 cm 2 .500 32 .500 01 Conso la para e l equipo de 37x48 cm 30 .000 30 .000 01 C. I . ECG74155 Decodi f icador 700 700 02 Pintura en espray color amari l lo 1 .500 3 .000 24 Torni l lo 1 ½ pulgadas 20 480 03 Plus de 2bits hembra/macho 150 450 02 Plus de 4bits hembra/macho 160 320 12 Plus de 8bits hembra/macho 320 3 .800 01 Transformador de 18Volt 3Amp 5 .000 5 .000 01 Capac i tor de 1000µ f , 50Vol t 500 500 01 Regulador de voltage de 5Volt 1Amp 350 350 01 Regulador de voltaje de 5Volt 3Amp 4 .850 4 .850 01 Puente rect i f icador 600 600 02 Regleta p last ica de 12 pares 1 .000 1 .000
Total 206.430
Portugal, Marruecos, Tailandia, Indonesia, Grecia, Polonia,
Colombia y Venezuela. Opera en Venezuela con un socio
local, quien posee un porcentaje de las acciones de la
compañía, éste socio es INDUSTRIAS POLAR. En la
actualidad, cuenta con una oficina corporativa ubicada en
la ciudad de Caracas, sede La Urbina y 9 tiendas en
operaciones y son las siguientes:
Caracas : tienda 1 la Urbina y tienda 2 la Yaguara
Valencia : tienda 3 Valencia
Maracaibo : tienda 4 Maracaibo
Barquisimeto : tienda 5 Barquisimeto
Puerto La Cruz : tienda 6 Puerto La Cruz
Puerto Ordaz : tienda 7 Puerto Ordaz
Maracay : tienda 8 Maracay
Guarenas : tienda 9 Guarenas
Maturín : tienda 10 Maturín
San Cristobal : tienda 11 San Cristobal
B. REVISIÓN DE LITERATURA
En relación con el desarrollo de un prototipo de
sistema de control de iluminación, se han realizados
diversos estudios relacionados con un sistema de
alumbrado, así como los diferentes cálculos que de un
proyecto de alumbrado se derivan y soportan las variables
de estudio de esta investigación, entre los cuales se
encuentran: ¨Diseño e Implementación de un Sistema
Automatizado para el Cálculo y Generación de Planos
Eléctrico en Alumbrado Vial¨, para la empresa PROINCI, C.A.
(González, Carlos. LUZ 1999). Este trabajo sirvió de
referencia para el desarrollo del marco teórico y realización
de cálculos luminotécnicos, puesto que se realizó un
estudio donde se detectan las causas, consecuencias y
posible soluciones presentados en el desarrollo de
proyectos.
De igual forma, Macías, Analía y Morales, Adriana.
(LUZ, 1999) en su trabajo titulado ¨Sowftware para el
Diseño de Sistemas de Iluminación en Ambientes Interiores¨,
desarrollan un programa llamado Luxes 1.0, que permite el
diseño de sistemas de iluminación de interiores de forma
automática mediante el uso de una computadora. Este
programa realiza los cálculos necesarios aplicando los
métodos de la cavidad zonal y punto por punto.
En el mismo orden de ideas, Bracho, Eduard. (LUZ,
1996), desarrolló un ¨Sistema de Análisis y Diseño para los
Proyectos de Iluminación Exterior en las Instalaciones de
Producción de LAGOVEN, S.A.¨, enfocando su investigación
reducir el tiempo dedicado por el ingeniero de diseño a la
elaboración de un sistema de iluminación, presentando un
programa que involucre la realización de los cálculos del
nivel de iluminación en forma rápida y con la mayor
precisión posible. Para ello se desarrolló un programa
llamado Diseño de Sistemas de Iluminación de Exteriores
que permite la realización de los cálculos en forma
automática, tomando en cuenta los criterios de diseño y
manteniendo la flexibilidad para posibles correcciones.
Por último, Pérez, Carlos (LUZ, 1989) en su trabajo
que lleva por título ¨Análisis del proyecto de alumbrado
deportivo e implementación de un programa computarizado
para efectuar cálculos¨, presenta los procedimientos
utilizados para el cálculo de iluminación de áreas exteriores
mediante el uso de las luminarias de descarga de gas,
revisando los conceptos fundamentales y elaborando
algunos programas para computador digital con el propósito
de facilitar los cálculos.
C. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS
- Absorción: Es la transformación de la energía radiante
en otro tipo de energía por interacción con la materia. (Vittorio,
R.; 1979)
- Acomodación: Es la capacidad del ojo humano para
ajustarse automáticamente a las distintas de los objetos
observados, enfocándolos y obteniendo una imagen
nítida.(Fernández y De Landa; 1993)
- Ángulo de apertura de haz: Ángulo correspondiente a
la emisión de luz de un proyector, en que la intensidad luminosa
es superior a un determinado porcentaje de la intensidad
máxima, generalmente 10 o 50 %. (Fernández y De Landa; 1993)
- Balasto: Dispositivo de estabilización de la descarga
eléctrica necesario para el funcionamiento de las lámparas de
descarga. También suele denominarse reactancia. (Taboada,
José; 1979)
- Brillo: Sensación visual subjetiva por la que un área
parece emitir más o menos luz. (Westinhouse Electric
Corporation; 1971)
- Contraste: Estimación subjetiva de una diferencia de
luminosidad. Se conoce como contraste como contraste de
luminancias entre la tarea y el fondo, expresado en proporción
a la luminancia de fondo. (Taboada, José; 1979)
- Cuerpo negro: Radiador térmico que absorbe
completamente la radiación incidente, cualquiera que sea su
longitud de onda, dirección de incidencia o polarización.
(Taboada, José; 1979)
- Deslumbramiento: Pérdida de facultades por parte de
un observador como consecuencia de recibir estímulos
excesivamente intensos. (Taboada, José; 1979)
- Eficacia luminosa: (Unidad: lm/W) Indica el
rendimiento con que una determinada fuente de luz convierte la
energía eléctrica en energía luminosa. Se obtiene dividiendo el
flujo luminoso en lúmenes producido por una determinada
lámpara por potencia, en vatios. (Fernández y De Landa; 1993)
- Flujo directo: Es el flujo luminoso que llega
directamente al plano de referencia desde las luminarias.
(Westinhouse Electric Corporation; 1971)
- Flujo indirecto: Es el flujo que llega al plano de
referencia desde las luminarias. (Westinhouse Electric
Corporation; 1971)
- Flujo luminoso: (Unidad: lumen. Abreviatura: lm) Es la
cantidad de luz emitida por una fuente de luz en cualquier
dirección, por unidad de tiempo. (Vittorio, R; 1979)
- Iluminancia: (Unidad: lux. Abreviatura: lx) Es la
cantidad de flujo luminoso que incide en una superficie por una
unidad de área. Una superficie de 1 m2 en la que incide un flujo
de 1 lm, tiene iluminancia de 1 lx. (Fernández y De Landa; 1993)
- Índice de rendimiento de color (IRC o Ra): Es el grado
de ajuste entre el aspecto coloreado de los objetos iluminados
por la fuente de luz considerada y el de los mismos objetos
iluminados por una fuente de referencia. (Fernández y De
Landa; 1993)
- Intensidad luminosa: (Unidad: candela. Abreviatura:
cd) Puede describirse como la fuerza de la luz en una dirección
determinada. Más técnicamente es el flujo luminoso emitido
dentro de un cono en una dirección determinada dividido por el
ángulo sólido de dicho cono. Una intensidad luminosa de una
candela equivale a un flujo emitido de 1 lm en ángulo sólido de
un estereoradián. (Fernández y De Landa; 1993)
- Longitud de onda: Distancia, en el sentido de la
propagación de una onda periódica, entre dos puntos sucesivos,
en los cuales la fase es la misma. (Taboada, José; 1979)
- Luminancia: Existen de dos tipos, uno es la sensación
que experimenta el ojo humano y que se denomina
luminosidad; y otro es el fotométrico que puede ser medido y
calculado y que se denomina luminancia. (Taboada, José; 1979)
- Luminosidad: Ver Brillo.
- Nivel de iluminación: Ver Iluminancia.
- Refracción: Cambio de la dirección de programación de
la luz al a atravesar un medio translúcido o transparente.
(Fernández y De Landa; 1993)
- Rendimiento luminoso: Ver Eficacia luminosa.
- Rendimiento luminoso de una luminaria: Relación
entre el flujo luminoso de una luminaria medida bajo
condiciones de trabajo, y la suma total dl flujo luminoso de las
lámparas funcionando fuera de la luminaria. (Westinhouse
Electric Corporation; 1971)
- Temperatura de color (K): Es la temperatura de color
del cuerpo negro donde la apariencia de color es similar a la de
la fuente considerada. (Fernández y De Landa; 1993)
- Utilancia: Relación entre el flujo luminoso que llega al
plano de referencia y el flujo que sale de una luminaria.
(Fernández y De Landa; 1993)
D. SISTEMA DE VARIABLES
Al efecto del desarrollo de esta investigación, se
describirán las variables objeto de estudio de la misma.
- Sistema de Control de Iluminación: Es aquel que proporcione
suficiente luminancia para que la tarea se realice con
suficiente confort, comodidad seguridad, durante el tiempo
que se necesite la misma y el resto del tiempo la iluminación
estará desconectada, como lo define Fernández y De Landa
(1993, p.18). Operacionalmente, es el sistema que conecta y
desconecta lámparas de vapor de mercurio, por medio de
contactores en el circuito de iluminación, en la tienda Makro
Maracaibo. Esta variable es medida a través de las
dimensiones e indicadores que se exponen a continuación.
VARIABLE DIMENSIONES INDICADORES
OBJETIVO
Suministro de un nivel de iluminación adecuado.
COMPONENTES
• Fuentes de luz. (Natural y Arti-ficial).
• Equipos de con-trol.
• Luminarias. • Circuitería.
SISTEMA DE CONTROL DE ILUMINACIÓN
RESULTADOS
Iluminación de ca-lidad en cantidad suficiente para re-solver la tarea visual con comodidad, para proporcionar segu-ridad.
- Lámparas de Vapor de Mercurio: Son aquellas que basan su
producción de luz en el principio de la luminiscencia obtenida
por la descarga eléctrica en el seno de mercurio gasi ficado,
donde su rendimiento luminoso y características de la misma,
dependen principalmente de la presión del vapor y de la
intensidad de la corriente de arco. Taboada, José (1979).
Operacionalmente, estas lámparas se encargan de la
producción de luz artificial, en la tienda Makro Maracaibo.
Esta variable es medida a través de las dimensiones e
indicadores que se exponen a continuación.
VARIABLE DIMENSIONES INDICADORES
CARACTERÍSTICAS
• Encendido. • Reencendido. • Estabilización de
la descarga. • Temperatura y
rendimiento de color.
• Duración. • Circuito de igni-
ción.
LÁMPARAS DE VAPOR DE MERCURIO
COMPONENTES
• Tubo de des-carga.
• Ampolla exterior. • Casquillos.