Optimización de Sistemas de Iluminación y Uso de Baterías e Inversores

Baterías e Inversores

Si queremos aumentar el tiempo de duración del inversor, le agregamos 4 baterías más. Durará el doble, tendrá el mismo voltaje y el doble de corriente. El segundo banco se conectará en paralelo.

Batería: Equipos que se utilizan para acumular energía eléctrica cuando se dispone de la misma desde las distribuidoras y cuando esta cesa la entrega a la vivienda. Las baterías para inversores normalmente son de 6 voltios y los inversores son de 24 voltios.

Inversores: Son dispositivos que básicamente cumplen dos funciones:

1. Dejar pasar la corriente cuando está disponible desde las distribuidoras hacia el panel de distribución, entrando en el servicio el cargador de batería. En este caso hay 2 LEDs encendidos:

• External Source (fuente externa)
• Battery Charger (cargador de baterías)

2. Poner el servicio el banco de batería en el momento que falla el suministro de energía eléctrico desde las distribuidoras:

• Internal Source (fuente interna)

Diseño de Iluminación con Lámparas de Descarga Eléctrica

Este tipo de lámparas se utilizan para iluminar locales tales como supermercados, escuelas, industrias, oficinas, tiendas, etc. y son las que convierten la energía eléctrica en energía luminosa a través del gas mercurio (no se aplica en viviendas).

La finalidad de un diseño de iluminación se inicia analizando el tipo de local y las dimensiones. Se busca hallar una iluminación en la cantidad suficiente con calidad necesaria y precio razonable. La mejor iluminación es la natural. La energía luminosa artificial es la que se consigue con la conversión de la energía eléctrica y mientras más se asemeje a la energía luminosa del sol, mayor es la calidad. A esto se le llama índice de rendimiento del color (IRC).

El IRC mayor que se ha logrado es de 85%, por lo que la lámpara se considera de excelente calidad.

Un IRC <70% se considera de muy mala calidad, entre 75-80% de media calidad.

Factores que Influyen en una Buena Visión

Tamaño del objeto iluminado: Mientras mayor sea el tamaño del objetivo a iluminar, mayor será el ángulo visual y más fácil se verá.

Cantidad de energía luminosa: A mayor cantidad de energía luminosa, mejor visión sin límites. La limitante es el costo.

Contraste: Es la diferencia entre el nivel de iluminación de un plano de trabajo y su entorno. El plano de trabajo es el objetivo a iluminar.

Tiempo de adaptación de los ojos: Se debe tomar en cuenta de un tiempo de iluminación a otro y que se toma de 3-5 minutos.

Intensidad Luminosa: Flujo luminoso que emite una fuente puntual en una sola dirección por cada ángulo sólido, generalmente en dirección horizontal.

I=dQ/dW

I=E*D^2.... E=nivel de iluminación del local

Flujo Luminoso: (Q): Es la iluminación que emite una fuente en todas las direcciones a todo lo ancho de 360 grados en un tiempo determinado. Se mide en lumen.

Q=E*S......S=área y depende de la forma

Candela: Unidad de medida de la intensidad. Es el flujo luminoso que emite una superficie de platino y tiene un área de 1/600,00 m^2 hasta calentarse hasta la incandescencia, es decir, al rojo vivo.

Lumen: Flujo luminoso que emite una fuente de una intensidad luminosa de una candela en una superficie cuya área es 1 m^2, de tal manera que cada punto de la superficie está a una distancia de 1 m de la fuente luminosa. La superficie debe ser circular.

Nivel de Iluminación (E): Es la relación entre el flujo luminoso total que emiten todas las luminarias y el área iluminada, es decir, nos da cuántos lúmenes recibe 1 m^2 de la superficie.

E=Q/S=Lúmenes/m^2=lux

Factor de reflexión: Es la relación entre el flujo luminoso que sale de una superficie y el flujo luminoso que entra en ella.

ρ= Qsaliente/Qentrante

• Colores claros son los que mejor reflejan la energía luminosa
• El factor reflexión depende de los colores en techos y paredes y se busca en las tablas correspondientes

ρ techo=0.5 ρ paredes=0.3

Coeficiente de uniformidad: Relación entre el nivel de iluminación máximo en cualquier punto de un local (debajo de la luminaria) y el nivel de iluminación mínimo en cualquier otro punto (normalmente entre luminarias). Nunca debe ser mayor que 1.5.

Coeficiente= Emax/Emin

Ley de la inversa de los cuadrados: El nivel de iluminación promedio que se alcanza en un local es directamente proporcional a la intensidad luminosa de la luminaria e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre la fuente luminosa y el plano de trabajo.

E=I/D^2

Ángulo de incidencia: Ángulo formado entre un rayo luminoso que entra a una superficie y la perpendicular a dicha superficie.

Ley del coseno: El nivel de iluminación que llega a un plano de trabajo es directamente proporcional al coseno del ángulo de incidencia.

E=(I/D^2)(cos) cuando el ángulo es 0 la iluminación es máxima

Conceptos Básicos sobre la Luz

Luz: Onda electromagnética que viaja por el espacio a una longitud y a una frecuencia dada y que causa la sensación en nuestros ojos.

• Representa una pequeña porción del espectro radiante, que es donde están todas las ondas visibles y no visibles.
• Todas las ondas tienen forma sinusoidal y se diferencian unas de otras en la longitud y en la frecuencia.
• Los colores son apreciaciones de los ojos y dependen de la longitud de la onda que emiten los objetos. Solo se pueden ver aquellos objetos que emiten longitudes de onda en el rango de 3800-7600 angstrons. A esto se le llama curva de sensibilidad.

Fuentes luminosas: Equipos o aparatos que se utilizan para convertir la energía eléctrica en energía luminosa de una manera confiable y eficiente y con la cantidad necesaria.

Las fuentes pueden ser de dos tipos:

1. Lámpara o fuente incandescente: Aquella que convierte la energía eléctrica en energía luminosa a través de un filamento de tungsteno al calentarse al rojo vivo. Emitirá 680 lúmenes por cada watt, pero debido a la pérdida térmica y radiación ultravioleta su emisión es considerablemente menor. Generan en el mejor de los casos 22 lúmenes.

Eficacia Luminosa: Relación entre flujo luminoso total que emite la lámpara y la potencia consumida.

Q/P= lúmenes/watts

Partes de la lámpara incandescente

Bulbo o ampolla: Se utilizan para aislar el filamento del medioambiente y así evitar que este se queme.

Filamento: Es el dispositivo emisor de la energía luminosa al calentarse hasta la incandescencia. Para incrementar la potencia de una luminaria se procede a poner un filamento de mayor grosor.

Rosca o casquillo: Se utiliza para conectar la lámpara al portalámpara (roseta).

Vida útil de la lámpara: 1000 horas de servicio. Se usa para fines residenciales o donde se necesite calor.

2. Lámpara de Descarga Eléctrica:

Aquella que convierte la energía eléctrica en energía luminosa a través del gas mercurio. El mercurio en fase líquida no conduce la energía eléctrica, pero cuando pasa a la gaseosa es un buen conductor de calor y energía eléctrica.

A) Lámpara de Mercurio:

Aquella que convierte la energía eléctrica en energía luminosa por la ionización del mercurio que se deposita con un poco de argón en el bulbo interior.

Características físicas: El bulbo exterior se usa para aislar lámpara del medioambiente y el interior es donde se produce la conversión de energía eléctrica en luminosa. Tiene 3 electrodos: dos principales, uno en cada extremo y un electrodo de arranque en serie con una resistencia.

Funcionamiento: Cuando se conecta la lámpara a la energía eléctrica, la corriente fluye por el electrodo de arranque a través de la resistencia que está en serie y genera una pequeña cantidad de calor para evaporar mercurio y hacerlo conductor, por lo que se establece corriente eléctrica desde un electrodo a otro, incrementando el flujo luminoso. Alcanza su iluminación total en 3-5 min.

Eficacia luminosa=86 lúmenes/watts

Vida útil=24,000 horas

Se usa para iluminar calles, avenidas, parqueos, industrias, almacenes, lugares donde altura es mayor de 5 m.

B) Metal Halide:

Físicamente, esta es idéntica a la de mercurio. Todo lo que se escribió sobre las de mercurio es válido para esta.

Diferencia: Además de mercurio, utiliza sales de bromuro y yoduro que ayudan a mejorar la calidad de la iluminación emitiendo en longitudes de onda de todos los colores, por lo que se obtiene luz blanca.

Eficacia luminosa: 100 lúmenes/watts

Vida útil: 24,000 horas

Aparte de los lugares mencionados en el mercurio, también se usa en estaciones de combustible y en todas las instalaciones deportivas.

C) Lámpara Fluorescente:

Aquellas que convierten en energía luminosa el 90% de la energía ultravioleta a través de la fluorescencia del fósforo y el 10% restante por el arco de mercurio.

Funciona idénticamente a la lámpara de mercurio, pero tiene un balastro para su encendido.

Eficacia: 65 lúmenes/watts Vida útil: 12,000 horas

Se usa en escuelas, oficinas, tiendas, y en aquellos lugares cuya altura no sobrepase 4 m.

D) Lámpara de vapor de Sodio:

Trabajan igual que las lámparas de mercurio a excepción que no tiene electrodos de arranque ya que es sometida a un alto voltaje y el salto luminoso se da sin un electrodo de arranque y contiene mercurio, argón y un poco de sodio. El bulbo interior es un cilindro.

Vida Útil: 24-25 mil horas Eficacia luminosa: 140 lúmenes/watts

Sistemas de Iluminación

Este queda determinado por la dirección que sigue el flujo luminoso emitido por las lámparas si es hacia arriba o por debajo de la línea horizontal. Los aparatos de alumbrado son los dispositivos que ayudan a conseguir la dirección del flujo luminoso.

Sistema de iluminación directo: Aquel que envía hacia el plano de trabajo un flujo luminoso directo que va de un 90%-100%. El flujo enviado a paredes y techo va desde 10%-0%. Es el más económico de todos los sistemas pues disminuye las pérdidas de iluminación en techo y paredes, por lo que se necesita menos lámparas para alcanzar un nivel de iluminación deseado.

Curva fotométrica: Gráfico en coordenadas polares donde se puede ver la distribución luminosa cada 10 grados, es decir en todas las direcciones.

Se utiliza en estacionamientos, glorietas en los parques y en avenidas para fines decorativos.

Sistema de iluminación Semi directo: Es cuando un 60-90% del flujo es dirigido al plano de trabajo y 40-10% a techo y paredes. Con este sistema se disminuye sombras que se generan por encima de las luminarias y entre luminarias. Se usa en los mismos lugares que el directo.

Sistema de iluminación difuso: Se envía al plano de trabajo un flujo de 40-60% y a techo y paredes 60-40%. Se asume que con este sistema se obtiene el mismo flujo luminoso en todas direcciones, lo cual es una desventaja ya que los objetos tienden a verse planos porque no crea relieve.

Se usa en lo mismo que el directo.

Sistema de iluminación Semi Indirecto: Es cuando de un 10-40% del flujo luminoso va al plano de trabajo y de un 90-60% hacia el techo y paredes. Es muy costoso porque aumenta la pérdida de iluminación en techo y paredes, por lo que hay que poner más luminarias. Se usa en restaurantes, cines, salones de eventos.

Sistema de iluminación indirecto: Es cuando un 0-10% del flujo luminoso va al plano de trabajo y un 100-90% se envía a techo y paredes. Es el más costoso.