UNIVERSIDAD FERMÍN TORO
VIVE-RECTORADO ACADÉMICO
DECANATO DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LAMPARA PARA EL AHORRO
ENERGETICO, UTILIZANDO TECNOLOGIA LED Y APROVECHANDO
COMO PROPAGACION DE LA LUZ, UN MEDIO ACUOSO CONSTITUIDO
POR AGUA Y CLORO
Autor: Br. Jesús Alberto Palencia Feo Tutor: Ing. Esther Mercades
CABUDARE, SEPTIEMBRE 2014
UNIVERSIDAD FERMÍN TORO
VIVE-RECTORADO ACADÉMICO
DECANATO DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LAMPARA PARA EL AHORRO
ENERGETICO, UTILIZANDO TECNOLOGIA LED Y APROVECHANDO
COMO PROPAGACION DE LA LUZ, UN MEDIO ACUOSO CONSTITUIDO
POR AGUA Y CLORO
(Trabajo de Grado presentado como requisito para optar al Título de Ingeniero
Electricista)
Autor: Br. Jesús Alberto Palencia Feo
Tutor: Ing. Esther Mercades
CABUDARE, SEPTIEMBRE 2014
i
DEDICATORIA
A Dios y la Divina Pastora por haberme permitido llegar hasta este punto y haberme
dado la vida para lograr mis objetivos, iluminándome el camino de Fe, además de su infinita
bondad y amor; Porque sin ellos no hubiese podido lograr llegar a esta instancia.
A mi Madre: ALIDA por haberme apoyado en todo momento, por sus consejos, por
su ejemplo de perseverancia y constancia, por sus valores, por la motivación constante que
me ha permitido ser una persona de bien, por su amor incondicional.
A mis Abuelos: ALIDA, CLEMENCIA, JOSE Y EMILIO, por ser uno de esos seres
que ha que me han enseñado los valores más preciados de la vida como lo son: el respeto, el
amor, la honestidad, y darme ese ejemplo de personas intachable.
A mis padres: JESÚS y MANUEL; mi papa JESÚS por darme la vida y enseñarme
que con trabajo y dedicación se logra todo lo que uno se propaganda, y a mi papa MANUEL
por la crianza académica y personal que me diste que si no hubiese sido así no estuviese
alcanzado esta meta que también es tuya.
A mis Primos, Hermanos y Tíos porque me han brindado su apoyo incondicional y
por compartir conmigo buenos y malos momento.
A mis compañeros y amigos, gracias a su apoyo y conocimientos hicieron de esta
experiencia una de las más especiales.
¡A Todos, con cariño!
ii
AGRADECIMIENTO
Le agradezco a Dios por la vida que medio, por haberme acompañado y guiado a lo
largo de mi carrera, por ser ese ser que estuvo en todo momento conmigo y no me desamparo
y me animo a seguir adelante para lograr mi meta.
A mis padres por apoyarme en todo momento,y por haberme dado la oportunidad de
tener una buena formación académica.
A toda mi famila, por ser parte importante en mi vida, me encantaría agradecerles su
amistad, consejos, apoyo, ánimo y compañía en los momentos de mi vida.
A la escuela de electrica y Profesores, por su apoyo y conocimientos durante toda la
carrera y aquellos profesores que nos brindaron su amistad gratamente, como lo es el Ing.
Alfredo Angulo y Ing. Marcelo de Nobrega
A mi tutor, Ing. Esther Mercades, que aparte de ser mi tutor, profesora de la carrera,
eres mi otra madre que me ha regalado DIOS, por lo cual te estare agradecido eternamente.
Ademas por brindarme tu apoyo, consejos, amistad y los regaños de vez en cuando (jajaja).
Gracias Stephany por ayudarme hacer mejor persona cada dia, por tu apoyo
incondicional y estar en esos momentos dificiles conmigo.
Gracias a los amigos, en especial: Naily, Yoshi, Angi, Carlos, Yosmer, Fernando,
Maribel y Eglis. Ha los que he robado horas de compañía, y me brindaron su apoyo cuando
más lo necesite.
iii
A la universisdad “Fermin Toro” por birndarme la oportunidad de crecer
profesionalmente y cumlir una de mis metas.
¡A Todos, Gracias!
INDICE GENERAL
Pág.
DEDICATORIA ...................................................................................................... iii
AGRADECIMIENTO ........................................................................................... iv
INDICE GENERAL ............................................................................................... vi
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................ ix
LISTA DE TABLAS .............................................................................................. xi
RESUMEN .............................................................................................................. xii
INTRODUCCION ................................................................................................... 1
CAPITULO I
EL PROBLEMA ...................................................................................................... 3
Planteamiento del Problema........................................................................... 3
Objetivos de la Investigación ......................................................................... 5
Justificaciórn e Importancia ........................................................................... 6
Alcances y Limitaciones................................................................................. 7
CAPITULO II
MARCO TEORICO ................................................................................................ 8
Antecedentes de la Investigación ................................................................... 8
Bases Teóricas .............................................................................................. 10
Elementos Líquidos ................................................................................... 10
Iluminancia Eléctrica ................................................................................. 12
Propiedades de la luz ................................................................................. 13
Fuente de luz.............................................................................................. 24
Luminarias................................................................................................. 43
Definición de Términos Básicos .................................................................... 47
Alumbrado Público..................................................................................... 47
Balasto ....................................................................................................... 48
v
Centro Luminoso ....................................................................................... 48
Deslumbramiento ...................................................................................... 48
Electrodo.................................................................................................... 49
Filamento ................................................................................................... 49
Gas Inerte................................................................................................... 49
Halógenos Metálicos ................................................................................. 50
IEC............................................................................................................. 50
Lámpara de Descarga ................................................................................ 50
Oxido de Indio ........................................................................................... 51
Polarización de la luz................................................................................. 51
Rayos X .................................................................................................... 52
CAPITULO III
MARCO METODOLOGICO............................................................................... 53
Naturaleza de la Investigación ..................................................................... 53
Fases de la Investigación ............................................................................. 54
Fase I: Diagnóstico................................................................................... 54
Fase II: Factibilidad de la Investigación .................................................. 55
Factibilidad Técnica ............................................................................. 56
Factibilidad Operativa .......................................................................... 57
Factibilidad Económica........................................................................ 58
Fase III: Diseño del Proyecto ................................................................... 59
CAPITULO IV
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS ................................................................... 62
Fase III: Diseño del proyecto ....................................................................... 62
CAPITULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................... 96
Conclusiones ............................................................................................... 96
Recomendaciones ....................................................................................... 97
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 99
ANEXOS ............................................................................................................... 100
vi
A. Tabla de Eficiencia Luminosa (Lm/W)................................................ 102
B. Cuadro Comparativo de los Diferentes Tipos de Lámparas ............... 104 C. Medición de la Corriente de la Lámpara Diseñada .............................. 106
vii
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Fig. 1. Tipos de Reflexión ........................................................................................ 14
Fig. 2. Refracción ..................................................................................................... 14
Fig. 3. Tipos de Transmisión ................................................................................... 15
Fig. 4. Absorción ...................................................................................................... 16
Fig. 5. Como se Divide el Flujo Luminoso .............................................................. 18
Fig. 6. Intensidad Luminosa ..................................................................................... 19
Fig. 7. Diferencia entre Flujo Luminoso e Intensidad Luminosa............................. 20
Fig. 8. Iluminancia ................................................................................................... 21
Fig. 9. Luminancia .................................................................................................. 22
Fig. 10. Potencia Eléctrica Consumida .................................................................... 23
Fig. 11. Rendimiento Luminoso............................................................................... 23
Fig. 12. Cantidad de Luz .......................................................................................... 24
Fig. 13 Lámpara Incandescente ............................................................................... 25
Fig. 14. Color de la Luz Según Longitud de Onda. ................................................. 26
Fig. 15. Distribución de la Potencia Consumida ...................................................... 27
Fig. 16. Composición de Lámpara Fluorescente...................................................... 29
Fig. 17. Disipación de la Potencia Consumida......................................................... 30
Fig. 18. Partes de un Led.......................................................................................... 33
Fig. 19. Lámparas Halógenas ................................................................................... 34
Fig. 20. Lámpara Fluorescente Compacta................................................................ 35
Fig. 21. Lámpara de Vapor de Mercurio .................................................................. 37
Fig. 22. Lámpara Metal Halide ................................................................................ 38
Fig. 23. Lámpara de Luz Mixta. ............................................................................... 39
Fig. 24. Lámpara de Vapor de Sodio a Baja Presión ............................................... 40
Fig. 25. Lámpara de Vapor de Sodio a Alta Presión................................................ 41
Fig. 26. Partes de una Luminaria ............................................................................. 43
viii
Fig. 27. Regleta Led. ................................................................................................ 64
Fig. 28. Recipiente de Acrílico................................................................................. 65
Fig. 29. Casquillo de la Lámpara Diseñada ............................................................. 65
Fig. 30. Luxómetro Digital ...................................................................................... 66
Fig. 31. Luxómetro Analógico. ................................................................................ 66
Fig. 32. Multímetro Digital ...................................................................................... 67
Fig. 33. Lámpara Fluorescente en Estudio ............................................................... 67
Fig. 34. Regleta Led ya Encapsulada ....................................................................... 71
Fig. 35. Lámpara Diseñada ...................................................................................... 72
Fig. 36. Laboratorio en el que se Realizaron las Mediciones de Iluminancia .......... 77
Fig. 37. Transformador de 120/12 Vca de 150 VA.................................................. 90
Fig. 38. Esquema de la Lámpara Diseñada .............................................................. 93
ix
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla. 1. Apariencia y Temperatura del color.......................................................... 31
Tabla. 2. Diferencia Entre Algunos Tipos de Lámpara............................................ 42
Tabla. 3. Normas IEC-529 ....................................................................................... 46
Tabla. 4. Protección Contra Descargas Eléctricas.................................................... 47
Tabla. 5. Materiales para el Diseño .......................................................................... 56
Tabla. 6. Lámpara Fluorescente para el Estudio ...................................................... 57
Tabla. 7. Especificaciones de la Regleta Led ........................................................... 68
Tabla. 8. Especificaciones de la Lámpara Fluorescente ........................................... 69
Tabla. 9. Cuadro Comparativo Entre la Lámpara Fluorescente y la
Lámpara Diseñada .................................................................................................... 70
Tabla. 10. Valores de Corriente y Voltaje de las Lámparas en Estudio ................... 73
Tabla. 11. Especificaciones del Luxómetro Analógico............................................ 75
Tabla. 12. Especificaciones del Luxómetro Digital ................................................. 76
Tabla. 13. Medición con el Luxómetro Digital (Muestra #1) .................................. 78
Tabla. 14. Medición con el Luxómetro Digital (Muestra #2) .................................. 78
Tabla. 15. Medición con el Luxómetro Digital (Muestra #3) .................................. 78
Tabla. 16. Medición con el Luxómetro Digital (Muestra #4) .................................. 79
Tabla. 17. Medición con el Luxómetro Digital (Muestra #5) .................................. 79
Tabla. 18. Resultado Promedio de las Medición con el Luxómetro Digital ............ 81
Tabla. 19. Medición con el Luxómetro Analógico (Muestra #1)............................. 81
Tabla. 20. Medición con el Luxómetro Analógico (Muestra #2)............................. 82
Tabla. 21. Medición con el Luxómetro Analógico (Muestra #3)............................. 82
Tabla. 22. Medición con el Luxómetro Analógico (Muestra #4)............................. 82
Tabla. 23. Medición con el Luxómetro Analógico (Muestra #5)............................. 83
Tabla.24. Resultado Promedio de las Medición con el Luxómetro Analógico ........ 84
Tabla.25. Costo de Adquisición de 1 Lámpara Fluorescente para el Estudio.......... 93
Tabla.26. Costo de la Inversión del Diseño ............................................................. 94
x
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DISEÑO Y CONSTRUCCION DE LAMPARA PARA EL AHORRO
ENERGETICO, UTILIZANDO TECNOLOGIA LED Y APROVECHANDO
COMO PROPAGACION DE LA LUZ, UN MEDIO ACUOSO CONSTITUIDO
POR AGUA Y CLORO
Autor: Br. Jesús Alberto Palencia Feo
Tutor: Ing. Esther Mercades
RESUMEN
La investigación que se estará realizando está enmarcada en la modalidad de proyecto factible, apoyada en la investigación de campo de tipo descriptiva y tiene como objetivo principal diseño y construcción de luminaria con lámpara para el ahorro de
energía eléctrica, utilizando tecnología led y aprovechando como propagación de la luz un medio acuoso constituido por agua y cloro. Cuya idea nace de la problemática
detectada que se tiene en el país debido al crecimiento del consumo de energía eléctrica, para ello se realizara el estudio de ahorro de energía eléctrica para determinar la factibilidad económica, se estudiara el comportamiento de la luz de los
LED cuanto atraviesa un medio acuoso constituido por agua y cloro. Todo ello con el fin de ayudar al país en lo que se refiere ahorro de energía eléctrica, ya que estos
bombillos con luminaria serán de bajo consumo. La investigación que se estará desarrollando estar ubicado en el Polo de Investigación N° 1, Promoción de la Paz. Eje Conceptual N° 5, Diseño, Operación y mantenimiento de sistema de media y baja
tensión. Línea de Investigación N° 9, Diseño de Proyecto de Iluminación para garantizar visibilidad, estética y bellezas en pueblos y comunidades.
Descriptores: Ahorro de energía eléctrica, tecnología led, construcción, propagación.
1
1
INTRODUCCIÓN
La iluminación es hoy en día, uno de los elementos más importantes dentro de
cualquier recinto o bien fuera de él. Independientemente del lugar, bien sea centros
comerciales, hoteles, casas, edificios, locales comerciales, oficinas, centros
educativos, industrias, entre otros. Siempre se busca que este tenga una iluminación
apropiada que permita desarrollar cómodamente las actividades propias del lugar, por
ello es el excesivo consumo de energía eléctrica que se tiene en el país porque la
población ha crecido y para mantener la comodidad es necesario que se aumente el
consumo.
Sin embargo, es bien sabido que la luz solar, no se aprovecha lo suficiente
para la iluminación de dichos recintos y por ello se ha hecho cada vez más
imprescindible el uso de la luz artificial proveniente de distintos de lámparas, que
algunas consumen más potencia o menor cantidad de potencia según sea el tipo de
lámpara que se esté utilizando. Pero muchas veces no se aprovecha la reflectancia de
techos, pisos y paredes, así mismo, en ocasiones las lámparas y luminarias utilizadas
no son las apropiadas y se presentan un exceso de luz o falta de la misma.
La solución a esto la ofrece la ingeniería eléctrica, la cual permite diseñar de
forma correcta sistemas o dispositivos de iluminación que se adapten perfectamente a
la necesidad real de luz que puede tener cualquier lugar.
2
2
En la investigación que se estará realizando se diseñara y construirá una
lámpara para el ahorro energético, utilizando tecnología LED y aprovechando como
medio de propagación de la luz un medio acuoso constituido por agua y cloro.
CAPITULO I, en este capítulo se titula El Problema, en él se encuentra el
planteamiento del problema, los objetivos de la investigación, tanto generales como
específicos y se plantea la justificación e importancia del proyecto, así como los
alcances y limitaciones.
CAPITULO II, titulado marco teórico, consiste en la presentación de
antecedentes que han representado un aporte significativo para la realización de este
proyecto. También se encuentran en este capítulo las bases teóricas, que sirven como
sustento de la investigación y la definición de términos básicos, que no es más que un
glosario para aclarar distintos términos que son propios del área de ingeniería
eléctrica e iluminación.
CAPITULO III, lleva por título marco metodológico. En él se indica la
naturaleza de la investigación, y se explica en forma detallada cada una de las fases
de la investigación, como lo son diagnósticos, factibilidad y diseño del proyecto
3
3
CAPITULO I
EL PROBLEMA
Planteamiento del Problema
Hoy en día la iluminación es un factor importante dentro de la vida cotidiana
de los seres humanos, ya que es necesaria para iluminar sitios de uso común, como lo
son: hogares, universidades, oficinas, entre otros. Para ello es indispensable contar
con iluminación adecuada, ya que la deficiencia lumínica trae consigo distintas
consecuencias que perjudican a quienes realizan labores, actividades, entre otros.
Debido que la iluminación es indispensable en lugares donde se realizan
labores o actividades, y para ello se deben encontrar las lámparas o bombillos
encendidos por grande periodos de tiempo, lo que ocasiona que se obtenga un
consumo de energía eléctrica que es representativo para el sistema, debido a que en la
mayoría de lugares se encuentra lámparas incandescentes los cuales consumen mayor
potencia.
Por otra parte, existen lugares con lámparas fluorescentes las cuales fueron la
generación de relevo de las lámparas incandescentes, cuya lámpara consiste de una
bombilla con gas que se activa al momento que circulan los electrones por dicho gas
por esta característica es una lámpara de bajo consumo de potencia, que está formado
por componentes electrónicos que aportan potencia reactiva pero en cantidades
4
4
mínimas, pero al aumentar la demanda de estas lámparas representara una potencia
reactiva.
Si esta situación continúa la demanda seguirá incrementando porque la
población cada año va aumentando, porque cada vez se van construyendo más casas,
escuelas, universidades, oficinas, entre otros. Y si la población no cambia estas
lámparas incandescentes la potencia será más grande ya que estas lámparas consumen
más energía que las lámparas fluorescentes.
La solución planteada para esta problemática que se presenta, es realizar una
lámpara de bajo consumo utilizando tecnología LED para aprovechar al máximo los
lúmenes del LED, se utilizara como propagación de la luz un medio acuoso
constituido por agua y cloro, la cual estará contenida en un material refractario que
puede ser plástico transparente o acrílico transparente.
Para realizar esta lámpara se necesitó una regleta LED, agua desmineralizada,
cloro, un transformador de voltaje y un recipiente transparente, la cual es la que va a
contener el agua con el cloro, que será el medio de propagación de la luz que se
produce por las propiedades del cloro y el agua al momento que circula la luz por la
solución acuosa.
Adicionalmente se realizara el análisis de como el cloro se comporta cuando
recibe la luz y la propaga con mayor intensidad. Se estudiara el ahorro tanto
5
5
económico como de energía eléctrica comparándolo con las lámparas fluorescentes
que son las que menos consume energía que se encuentran en la actualidad, lo cual
nos indicara cuan factible será la lámpara.
Los beneficios que se apreciaran con la construcción e implementación de
estas lámparas será reducir el consumo de potencia y produciendo al mismo instante
la misma intensidad de luz que las demás lámparas de uso residencial como lo son:
los incandescentes o los fluorescentes. Adicionalmente la vida útil de estas lámparas
será mayor debido que a los LED su vida útil es aproximadamente de 50.000 horas y
para su mantenimiento solo consistirá de vaciar el contenido acuoso y sustituirlo con
uno limpio, que será agua y cloro, lo cual será practico y no es necesario que lo
realice una persona con experiencia.
Objetivos de la Investigación
Objetivo General
Realizar el diseño y la construcción de lámpara para el ahorro Energético,
utilizando tecnología LED y aprovechando como propagación de la luz un medio
acuoso constituido por agua y cloro.
Objetivos Específicos
1. Estudiar el comportamiento de la luz de los LED cuando atraviesa un medio
acuoso constituido por agua y cloro.
6
6
2. Realizar el estudio de ahorro de energía eléctrica y factibilidad económica
para su realización.
3. Diseñar y construir la lámpara para ahorrar energía eléctrica.
Justificación e Importancia
La importancia del diseño y construcción de la lámpara para el ahorro de
energía eléctrica, radica principalmente en los beneficios de que se puede obtener la
misma cantidad de luz pero consumiendo menor cantidad de energía eléctrica, lo cual
beneficiaria al país respecto al ahorro de energía.
A medida que va pasando el tiempo, la tecnología buscara la manera de seguir
haciendo las mismas cosas que se hacían antes, pero consumiendo la menor cantidad
de energía eléctrica y con diseños en tamaños reducidos. Por la siguiente razón se
buscara con el diseño y construcción de la lámpara, ir mejorando la calidad de
iluminación y a su vez consumiendo menor cantidad de energía eléctrica.
La investigación que se estará realizando enmarcado en el POLO I
¨Promoción de la Paz̈ , el cual se basa en el bienestar de la humanidad brindándole la
misma iluminación pero consumiendo menor potencia. Conformado por el EJE V
¨diseño, operación y mantenimiento en sistemas de media y baja tensión¨ y
complementado por la LINEA #9 ¨diseño de proyecto de iluminación para garantizar
la visibilidad, estética y belleza a pueblos y comunidades¨.
7
7
Alcances y Limitaciones
Alcances
Con realización de este diseño y construcción de la lámpara se pudo
evidenciar el efecto que produce el agua cuando es atravesada por la luz, lo que
provoca que la iluminancia sea mayor que sin el agua, todo esto se realizó para
construir el prototipo de la lámpara. La cual tiene algunas características como lo son:
fácil instalación, bajo consumo, alta eficiencia y larga vida útil.
Sera muy beneficioso para el lugar donde se llegue implementar ya que se
ahorraría energía eléctrica, lo que se traduce en ahorro económico; que se puede
aprovechar para invertir en cualquier otra actividad, servicios, entre otros; que brinde
mejor calidad de vida en el área donde se ejecute.
Limitaciones
No se encontraron limitaciones para la realización de este diseño y
construcción de la lámpara.
8
8
CAPITULO II
MARCO TEORICO
Antecedentes de la Investigación
Distintas investigaciones realizadas previamente, han proporcionado un aporte
significativo para la realización de este trabajo. Se hace referencia a estas
investigaciones a continuación.
Castejón A. (2010), en su trabajo de grado el cual es “Diseño de un sistema
de iluminación eficaz y estético para la Universidad Fermín Toro sede Cabudare Edo.
Lara”, la cual estuvo enmarcada en la modalidad de proyecto factible, teniendo como
objetivo general realizar mejoras en el sistema de iluminación eficaz y estético. Para
el cumplimiento de este objetivo, se evaluó la situación actual de la Universidad
Fermín Toro a nivel de iluminación y se desarrolló un nuevo sistema de iluminación
aplicando conocimientos teóricos, prácticos y la ingeniería eléctrica, para la
obtención de una solución que satisfaga los requerimientos planteados y
proporciones a la institución un sistema de iluminación que garantice la visibilidad,
estética y ahorro de energía en la comunidad ufetista.
Lo cual traerá beneficios para la salud de quienes realicen actividades dentro
de la Universidad Fermín Toro debido a que espacios bien iluminados, ayudan a
conservar la capacidad visual de las personas y ahorro de energía eléctrica, para
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9
contribuir con el sistema eléctrico a disminuir el consumo lo cual se traduce en dinero
que se puede invertir en otro sector de la Universidad Fermín Toro.
Este antecedente se vincula a la investigación debido a que plantea un diseño
de un sistema de iluminación eficaz y estético de una institución. Ambos estudios
proponen ideas de eficiencia lumínica, ya que esta investigación se puede proponer
para cualquier tipo institución, hogares, entre otros; así como la investigación que se
está realizando. Por qué este sistema de iluminación eficaz se basa en ahorro de
energía eléctrica entregando la misma intensidad de luz y esto se asocia con la
investigación.
Dr. Rovira L. (2010), profesor titular de la cátedra de Investigación en
creatividad, inventiva e innovación en Ingeniería del Tecnológico de Monterrey,
campus Monterrey, el cual realizo un novedoso “Mecanismo de sistema de barrido de
LED”, que consiste en crear una composición numérica de LEDs que de manera
alternada encienden y apagan de forma coordinada con una frecuencia tan rápida que
parece que todos estuviesen encendidos al mismo tiempo, con lo cual se busca
mejorar con eficiencia y ahorrar energía en los sistemas de iluminación públicos y
privados.
Como se ha estado observando gradualmente los focos incandescentes han
venido siendo sustituidos por focos fluorescentes, pero la tendencia está dirigida
hacia la iluminación LED, pues esta es más eficiente que otros sistemas de
10
10
iluminación. Los focos incandescentes son más económicos, pero los focos
fluorescentes son un poco más costosos y los LED son aún más costosos. Sin
embargo, no hay que sumarlo que cuesta el aparato con el que iluminamos, sino
cuánto cuesta iluminarnos. El costo energético de la iluminación es lo que impacta
aquí, que al final el costo total es menor con los Leds.
Por consiguiente este desarrollo del Dr. León Rovira, se relación con la
investigación ya que buscan un mismo objetivo el cual es iluminar con la misma o
mayor cantidad de flujo e intensidad luminosa, y consumiendo menor potencia lo
cual se expresa en ahorro de energía eléctrica que a su vez se traduce en ahorro de
dinero.
Bases Teóricas
Para llevar a cabo la investigación fue necesario la revisión y análisis de
algunas teorías y términos, que pudieran facilitar la compresión de técnicas lumínicas,
flujos luminosos, para el diseño y construcción de la lámpara para el ahorro
energético, así como los elementos que se utilizara para la realización de dicha
lámpara.
Elementos Líquidos
Es un estado de agregación de la materia en forma de fluido altamente
incomprensible con un volumen definido pero no tiene una forma fija porque el
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11
tomara la forma del recipiente que lo contenga y está formado por pequeñas
partículas vibrantes de la materia como lo son los átomos y las moléculas unidas por
enlaces intermoleculares. Entre los que tienen relevancia para la investigación que se
desarrollara son los siguientes:
Agua
Es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y
uno de oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas
conocidas de vida. El término agua generalmente se refiere a la sustancia en su estado
líquido, aunque la misma puede hallarse en su forma sólida llamada hielo, y en su
forma gaseosa denominada vapor. Para este caso el agua que se utilizara será agua
desmineralizada.
Cloro
Es un elemento químico de número atómico 17 situado en el grupo de los
halógenos (grupo VII A) de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Cl, y
es 2,5 veces más pesado que el aire, de olor desagradable y tóxico. Es un elemento
abundante en la naturaleza y no se encuentra en estado puro ya que reacciona con
rapidez con muchos elementos y compuestos químicos, por esta razón se encuentra
formando parte de cloruros (especialmente en forma de cloruro de sodio), cloritos y
cloratos, en las minas de sal y disuelto en el agua de mar.
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12
Iluminancia Eléctrica
Uno de los usos fundamentales de la energía eléctrica es la iluminación. Para
transformar la energía eléctrica en energía lumínica se emplean las llamadas
lámparas. Se pueden encontrar de diferentes tipos y diseñadas para multitud de
aplicaciones. Los factores a tener en cuenta a la hora de decidirse por el tipo de
lámpara más adecuada son:
Rendimiento
Es la relación que existe entre la cantidad de luz emitida por una lámpara y el
consumo de potencia eléctrica de dicha lámpara, es decir, que tan eficiente es la
lámpara y se mide en (Lm/w)
Duración
Son las horas que puede funcionar una lámpara antes de agotarse su tiempo de
servicio, es decir, cuánto será el tiempo aproximado de su vida útil o el tiempo que
puede durar funcionando.
Tipo de luz
Se refiere al color de la luz la cual puede ser según el área donde se quiere
iluminar, que puede ser blanca, amarilla o entre otras. En el caso de un salón de clase
tiene que ser una luz blanca.
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13
Costo
Entre los múltiples modelos y tipos que pueden cubrir nuestras necesidades
de iluminación estética, escogeremos, como es lógico, aquella que resulte más
económica.
Propiedades de la Luz
La luz está sujeta a cuatro fenómenos debido a que puede ser reflejada,
absorbida, y transmitida, dependiendo de la condiciones de opacidad o transparencia
del cuerpo con el que choque. Estos 4 fenómenos son:
Reflexión
Este fenómeno se produce cuando la luz choca contra la superficie de
separación de dos medios distintos, bien sea un medio líquido, solido o gaseoso.
Existen a su vez tres tipos de reflexión, el tipo de reflexión es determinada por el tipo
de superficie. Las cuales se observan en la figura No.1
1. Reflexión regular, cuando la superficie es brillante o pulida, la luz saldrá en
una sola dirección.
2. Reflexión difusa, cuando la superficie es mate y la luz al chocar sale en
distinta direcciones.
3. Reflexión mixta, cuando las superficies son metálicas sin pulir, barnizadas o
constituidas por papel brillante, la dirección de la luz al chocar es una mezcla
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de la reflexión difusa y la regular, aunque siempre predominara alguna de las
dos.
Figura No.1
Tipos de reflexión
Fuente: http://fotodigitalartecurico.blogspot.com/2008_05_01_archive.html
Refracción
Este fenómeno ocurre cuando la luz es desviada de su trayectoria al atravesar
una superficie de separación entre dos medios diferentes, esto se debe a que lo
velocidad de propagación de la luz es distinta en cada medio. Como se aprecia en la
figura No.2
Figura No.2
Refracción
Fuente: http://fotodigitalartecurico.blogspot.com/2008_05_01_archive.html
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Transmisión
Es considerada una doble refracción, ya que en este fenómeno la luz es
desviada cuando atraviesa un medio sólido, líquido o gaseoso, y vuelve a cambiar su
dirección al salir de este medio. En la figura No. 3 se puede observar los tipos de
transmisión y cómo se comporta.
Figura No.3
Tipos de transmisión de la luz
Fuente: http://foto.difo.uah.es/curso/nociones_basicas_sobre_la_luz.html
Absorción
La absorción es un proceso o fenómeno ligado al color. Si un objeto absorbe
todas las componentes de la luz, el ojo humano percibirá este objeto como negro,
mientras que si el objeto refleja todas las componentes de la luz, este se verá blanco.
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16
Por ello el color que se observa en un cuerpo u objeto, depende de los colores que es
capaz de reflejar y del tipo de luz que se le envía. Se puede observar en la figura No.4
Figura No.4
Absorción
Fuente: http://fotodigitalartecurico.blogspot.com/2008_05_01_archive.html
Índice de rendimiento cromático
El índice de rendimiento del color, también conocido como IRC o Ra, expresa
la relación que existe entre el color real del objeto y la veracidad de color del objeto
bajo determinada fuente lumínica. Cuando la distribución del espectro luminoso
sobre un cuerpo u objeto determinado, genera un color muy similar o idéntico al color
real del objeto, se dice que su IRC es muy bueno y es cuando este alcanza un valor de
17
17
100. La lámpara incandescente, es una de las fuentes de luz artificial que proporciona
un IRC aproximadamente igual a 100 (entre 65 y 97). Por su parte la lámpara de
sodio de alta presión, proporciona un IRC de 21 a 25 aproximadamente.
Temperatura del Color
Es la comparación del color dentro del espectro luminoso con el de la luz que
emitiría un cuerpo negro calentado a una temperatura determinada. Por este motivo
esta temperatura de color se expresa en kelvin, a pesar de no reflejar expresamente
una medida de temperatura por ser la misma, solo que es una medida relativa.
Flujo Luminoso
Es la medida de la potencia luminosa percibida, que está ajustada para reflejar
la sensibilidad del ojo humano a diferentes longitudes de onda. Su unidad de medida
en el sistema internacional de unidades es el lumen (Lm) y se define a partir de la
unidad básica del SI, la candela (Cd). Por lo que el flujo luminoso se obtiene
ponderando la potencia para cada longitud de onda con la función de sensibilidad
luminosa que es la cantidad de luz mínima para aprovechar la calidad de una imagen,
por lo tanto, será la suma ponderada de la potencia en todas las longitudes de onda
que no es más que la distancia real que recorre una perturbación durante un periodo,
del espectro visible que se define como la región del espectro electromagnético que el
ojo humano es capaz de percibir. La radicación fuera del espectro visible no
18
18
contribuye al flujo luminoso, en la figura No.5 se puede observar cómo se divide el
flujo de una luminaria.
Figura No.5
Como se divide el flujo luminoso
Fuente: http://fisicasantosjosejavier.blogspot.com/2009/11/definicion-de-flujo-luminosointensidad.html
Magnitudes y Unidades Luminosas
Son los valores que nos indican la magnitud de los elementos que componen
la luz emitida por una lámpara de cualquier tipo y su expresión en términos de
energía eléctrica, es decir su unidad los cuales son los siguientes:
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19
Intensidad Luminosa
El flujo luminoso da una idea de la cantidad de luz que emite una fuente de
luz, por ejemplo una bombilla, en todas las direcciones del espacio. Por el contrario,
se piensa en un proyector es fácil ver que solo ilumina en una dirección. Parece claro
que se necesita conocer cómo se distribuye el flujo en cada dirección del espacio y
para eso definimos la intensidad luminosa, en la figura No. 6 se puede observar su
unidad de medida, su fórmula para calcularlo y su símbolo de representación.
Figura No.6
Intensidad luminosa
Fuente: Castejón A, Diseño de un Sistema de Iluminación Eficaz y Estético para la Universidad Fermín Toro (Sede Cabudare), Universidad Fermín Toro Cabudare Edo.
Lara, Facultad de ingeniería, Venezuela, (2010).
Se conoce como intensidad luminosa al flujo luminoso emitido por unidad de
ángulo solido cuyo eje coincida con la dirección concreta, cuyo valor ( , expresado
en estereorradianes, en la figura No. 7 se observa la diferencia entre flujo luminoso e
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20
intensidad luminosa, ya que el flujo luminoso sale en varias direcciones mientras que
la intensidad luminosa sale en una dirección.
Figura No.7
Diferencia entre flujo luminoso e intensidad luminosa
Fuente: http://grlum.dpe.upc.edu/manual/fundamentosIluminacion-magnitudesLuminosas.php
Estereorradianes
Es el ángulo solido que comprende a un casquete esférico cuya superficie es
igual al cuadrado del radio de la esfera ( . Además se utiliza para cuantificar tramos
angulares de dos dimensiones en el espacio tridimensional, de forma análoga como el
radian cuantifica los ángulos en un plano, el cual es necesario para saber el ángulo de
inclinación que debe tener la luz.
Iluminancia
La iluminancia o nivel de iluminación se define como el flujo luminoso que
incide sobre una superficie. Su unidad de medida es el Lux. Y para calcularlo se
Flujo Luminoso Intensidad Luminosa
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requiere la fórmula siguiente que se observa en la figura No.8, que la conforma el
flujo luminoso y el área.
Figura No.8
Iluminancia
Fuente: Castejón A, Diseño de un Sistema de Iluminación Eficaz y Estético
para la Universidad Fermín Toro (Sede Cabudare), Universidad Fermín Toro Cabudare Edo. Lara, Facultad de ingeniería, Venezuela, (2010).
Al iluminar con una linterna objetos situados a diferentes distancias. Si se
coloca la mano delante de la linterna es posible verla fuertemente iluminada por un
circulo pequeño y si se ilumina una pared lejana se nota que el circulo es grande y la
luz débil. Esta sencilla experiencia recoge muy bien el concepto de iluminancia, en la
figura No. 5 se puede observar su unidad, símbolo y formula.
Luminancia
Hasta ahora se ha hablado de magnitudes que informan sobre propiedades de
las fuentes de luz (flujo luminoso o intensidad luminosa) o sobre la luz que llega a
una superficie (iluminancia). Pero no se ha dicho nada de la luz que llega al ojo que a
fin de cuentas es la que vemos. De esto trata la luminancia. Tanto en el caso que
veamos un foco luminoso como en el que veamos luz reflejada procedente de un
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22
cuerpo la definición es la misma, en la figura No.9 se observa su fórmula, unidad y
símbolo.
Figura No.9
Luminancia
Fuente: Castejón A, Diseño de un Sistema de Iluminación Eficaz y Estético
para la Universidad Fermín Toro (Sede Cabudare), Universidad Fermín Toro Cabudare Edo. Lara, Facultad de ingeniería, Venezuela, (2010).
Se llama luminancia a la relación entre la intensidad luminosa y la superficie
aparente vista por el ojo en una dirección determinada. Su símbolo es L y su unidad
es la ( .
Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa
Ya se mencionó al hablar del flujo luminoso que no toda la energía eléctrica
consumida por una lámpara (bombilla, fluorescente, entre otros.) se transformaba en
luz visible. Parte se pierde por calor, parte en forma de radiación no visible (infrarrojo
o ultravioleta), entre otros, en la figura No.10 se puede observar cómo se divide la
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23
potencia eléctrica consumida en un bombillo, las cual un porcentaje la consume luz
visible, otro radiaciones invisibles y otra parte por calor.
Figura No.10
Potencia eléctrica que se aprovecha
Fuente: http://recursos.citcea.upc.edu/llum/fotometria/magnitud.html
Para hacer una idea de la porción de energía útil se define el rendimiento
luminoso como el cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eléctrica
consumida, que viene con las características de las lámparas (25W, 60W, entre
otros.). Mientras mayor sea mejor será la lámpara y menos gastara. La unidad es el
lumen por vatios (Lm/W), en la figura No.11 se muestra
Figura No.11
Rendimiento Luminoso
Fuente: Castejón A, Diseño de un Sistema de Iluminación Eficaz y Estético para la
Universidad Fermín Toro (Sede Cabudare), Universidad Fermín Toro Cabudare Edo. Lara, Facultad de ingeniería, Venezuela, (2010).
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Cantidad de luz
Esta magnitud solo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que es
capaz de dar un flash fotográfico o para comparar diferentes lámparas según la luz
que emiten durante un cierto periodo de tiempo. Su símbolo es Q y su unidad es el
lumen por segundo (Lm.S), en la figura No.12 se muestra el símbolo, unidad y
fórmula para calcular la cantidad de luz de una lámpara.
Figura No.12
Cantidad de luz
Fuente: Castejón A, Diseño de un Sistema de Iluminación Eficaz y Estético para la
Universidad Fermín Toro (Sede Cabudare), Universidad Fermín Toro Cabudare Edo. Lara, Facultad de ingeniería, Venezuela, (2010).
Fuente de Luz
Existen distintos tipos de fuentes luminosas, cada una con distintas
características, formas, principios de funcionamiento y materiales de fabricación
distintos.
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25
Incandescentes
Son lámparas cuya luz es generada al pasar la corriente eléctrica por un
filamento de tungsteno, hasta alcanzar una temperatura tan elevada que emite
radiaciones visibles. Para evitar que el filamento haga combustión, se cubre con una
ampolla de vidrio sellada al vacío o rellenada con gas. En general, el rendimiento de
este bombillo es bajo puesto que la mayor parte de la energía se convierte en calor. Su
ventaja es que garantiza la reproducción de los colores de los objetos iluminados, en
la figura No. 13 se observa un bombillo incandescente.
Figura No.13
Lámpara Incandescente
Fuente: http://recursos.citcea.upc.edu/llum/lamparas/lincan.html
Se usan principalmente para alumbrado interior (casas, oficinas, negocios)
debido a su bajo costo y la facilidad de su instalación; no obstante su rendimiento es
bajo debido a que una gran parte de la energía consumida se transforma en calor. Su
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funcionamiento se basa en el hecho de que un conductor atravesado por una corriente
eléctrica se calienta hasta alcanzar altas temperaturas, emitiendo radiaciones
luminosas. Cuanto mayor es la temperatura mayor es la emisión, por lo que el
material se lleva hasta una temperatura cercana a la de fusión.
Figura No.14
Color de la luz según la longitud de onda
Fuente: http://recursos.citcea.upc.edu/llum/lamparas/lincan.html
Las más comunes es la lámpara de filamento, compuesta por tres partes: el
bulbo, la base y el filamento. El filamento, que es de hilo de tungsteno arrollado,
permitiendo alcanzar los 2100 . Esta colocado dentro de una ampolla en la que se ha
hecho vacío (en la ampolla de este tipo de lámparas no hay aire, ni ningún otro tipo
de gas). Este tipo de lámparas se especifican por la potencia eléctrica que consumen
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(potencia nominal) y la cantidad de luz que producen, teniendo una vida útil de
alrededor de 1000 horas, en la figura No. 14 se observó el color según la longitud de
onda porque dependiendo de la frecuencia se emitirá un color que pueden ser visibles
o no y entre los visibles se encuentran rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta.
La incandescencia se puede obtener de dos maneras. La primera es por
combustión de alguna sustancia, ya sea sólida como una antorcha de madera, liquida
como en una lámpara de aceite o gaseosa como en las lámparas de gas. La segunda es
pasando una corriente eléctrica a través de un hilo conductor muy delgado como
ocurre en las bombillas de corrientes. Tanto de una forma como de otra, obtenemos
luz y calor (ya sea calentando las moléculas de aire o por radiaciones infrarrojas). En
general los rendimientos de este tipo de lámparas son bajos debido a que la mayor
parte de la energía consumida se convierte en calor.
Figura No.15
Distribución de la potencia consumida
Fuente: http://recursos.citcea.upc.edu/llum/lamparas/lincan.html
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28
La producción de la luz incandescente tiene una ventaja adicional, y es que la
luz emitida contiene todas las longitudes de onda que forman la luz visible o dicho de
otra forma, su espectro de emisiones es continuo. De esta manera se garantiza una
buena reproducción de los colores de los objetos iluminados, en la figura No.15 se
observó cuanto de la energía consumida es utiliza para luz visible y cuanto se pierde
por calor.
Fluorescentes
Según Ereú y otros (2003), las lámparas fluorescentes son lámparas de vapor
de mercurio a baja presión (0.8Pa). En estas condiciones, en el espectro de emisiones
del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en la banda de 253.7nm. Para
que estas radiaciones sean útiles, se recubren las paredes interiores del tubo con
polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles. De
la composición de estas sustancias dependerá la cantidad y calidad de la luz, y las
cualidades cromáticas de la lámpara. En la actualidad se usan dos tipos de polvos; los
que producen un espectro continuo y los trifosforos que emiten un espectro de tres
bandas con los colores primarios. De la combinación de estos tres colores se obtienen
una luz blanca que ofrece un buen rendimiento de color sin penalizar la eficiencia
como ocurre en el caso del espectro continuo. En la figura No.16 se observa como
está compuesta, las partes y con interactúa los átomos internamente para que se
produzca la luz dentro de una lámpara fluorescente.
29
29
Figura No.16
Composición de lámpara fluorescente
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Luminaria_fluorescente
Las lámparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampollas exterior.
Están formadas por un tubo de diámetro normalizado, normalmente cilíndrico,
cerrado en cada extremo con un casquillo de dos contactos donde se alojan los
electrodos. El tubo de descarga este relleno con vapor de mercurio a baja presión y
una pequeña cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar el encendido y controlar
la descarga de electrones, en la figura No. 17 se aprecia cómo se divide la potencia
consumida.
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30
Figura No.17
Disipación de la potencia
Fuente: http://recursos.citcea.upc.edu/llum/lamparas/lincan.html
La eficacia de esta lámpara depende de muchos factores: potencia de la
lámpara, tipo y presión del gas relleno, propiedades de la sustancia fluorescentes que
recubre el tubo, temperatura ambiente. Esta última es muy importante porque
determina la presión del gas y en último término el flujo de la lámpara. La eficacia
oscila entre los 38 y 91 lm/W dependiendo de las características de cada lámpara
La duración de esta lámpara se sitúa entre 5000 y 7000 horas. Su vida termina
cuando el desgaste sufrido por las sustancia emisora que recubre los electrodos, este
desgaste se incrementa con el número de encendidos, lo que impide el encendido lo
que requieres de una tensión de ruptura superior a la suministrada por la red. Además
de esto, hemos de considerar la depreciación del flujo provocado por la pérdida de
eficacia de los polvos fluorescentes y el ennegrecimiento de las paredes del tubo
donde se deposita la sustancia emisora.
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Tabla No.1
Apariencia y Temperatura de color
Apariencia de color Temperatura de color (
Blanco cálido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco frio 4200
Luz día 6500
Fuente: Palencia (2013)
El rendimiento del color de esta lámpara es moderado debido a la sustancia
fluorescentes empleadas. Para las lámparas destinadas a usos habituales que no
requieran de gran precisión su valor esta entre 80% y 90%. De igual forma la
apariencia y la temperatura del color varía según las características concretas de cada
lámpara, en la tabla No.1 se explica la temperatura y apariencia del color, lo que
representa para el entorno que esta iluminando y como lo percibe las personas que se
encuentren en él.
Las lámparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de
elementos auxiliares. Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga
utilizan balasto y para el encendido existen varias posibilidades que se pueden
resumir en arranque con cebador o sin él. En el primer caso, el cebador se utiliza para
calentar los electrodos antes de someterlos a la tensión de arranque. En el segundo
caso tenemos las lámparas de arranque rápido en las que se calientan continuamente
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32
los electrodos y las de arranque instantáneo en que la ignición se consigue aplicando
una tensión elevada.
Mas modernamente han aparecido lámparas fluorescentes compactas que
llevan incorporado balasto y el cebador. Son lámparas pequeñas con casquillos de
rosca o bayoneta pensadas para sustituir a las lámparas incandescentes con ahorros de
hasta el 70% de energía y unas buenas prestaciones.
Led
Es una lámpara de estado sólido que usa leds (Light-Emitting Diode, Diodos
Emisores de Luz) como fuente luminosa. Debido a que la luz capaz de emitir un led
no es muy intensa, para alcanzar la intensidad luminosa similar a las otras lámparas
existentes como las incandescentes o las fluorescentes compactas las lámparas LED
están compuestas por agrupaciones de leds, en mayor o menor número, según la
intensidad luminosa deseada.
Actualmente las lámparas de led se pueden usar para cualquier aplicación
comercial, desde la iluminación decorativa hasta de avenidas y jardines, presentado
ciertas ventajas, entre las que destacan su considerable ahorro energético, arranque
instantáneo, aguante a los encendidos y apagados continuos y su mayor vida útil, pero
también con ciertos inconvenientes como su elevado costo inicial. En la figura No.18
se muestra una lámpara led.
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Figura No.18
Partes de un Led
Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Led
1. Funcionamiento de una lámpara led
Los diodos funcionan con energía eléctrica de corriente continua (CC), de
modo que las lámparas de led deben incluir circuitos internos para operar desde el
voltaje CA estándar. Los leds se dañan a altas temperaturas, por lo que las lámparas
de led tienen elementos de gestión del calor, tales como disipadores y aletas de
refrigeración. Las lámparas de led tienen una vida útil larga y una gran eficiencia
energética, pero los costos iniciales son más altos que los de las lámparas
fluorescentes.
A Ánodo
B Cátodo
1 Lente/encapsulado epóxido (cápsula
plástica)
2 Contacto metálico (hilo conductor)
3 Cavidad reflectora (copa reflectora)
4 Terminación del semiconductor
5 Yunque
6 Plaqueta
7 Pieza que lo conforma yunque y
plaqueta
8 Borde plano
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Halógenas
Las lámparas halógenas también son llamadas de cuarzo-yodo, estas
funcionan bajo el mismo principio que las incandescentes, deben su nombre a un
componente halógeno agregado al gas con el que se rellena la ampolla de la lámpara,
este componente halógeno trabaja como elemento regenerativo del filamento que
poseen.
Figura No.19
Lámpara de Halógeno
Fuente: http://www.asifunciona.com/electrotecnia/af_halogenas/af_halogena_2.htm
Las lámparas halógenas tienen un rendimiento lumínico entre los 10 a 20
Lm/W, su vida útil puede superar las 2000 horas, gracias a la regeneración de su
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filamento. La ampolla que cubre el filamento no se ennegrece, debido a que no se
deposita el tungsteno sobre las paredes de la lámpara. Existen con casquillo de rosca
(con o sin reflector) y con casquillo bayoneta (lineal o con reflector), en la
figuraNo.19 se observó la forma de una lámpara de halógeno.
Compactas fluorescentes
Este tipo de bombillos tiene el mismo principio de funcionamiento que la
lámpara fluorescente, pero está fabricado en las dimensiones de la lámpara
incandescente. Como ventaja principal de esta lámpara se encuentra su rango de vida
útil, bajo consumo de energía y buenas características de reproducción del color.
Existen cuatros tipos de compactas fluorescentes, las integrales con casquillo, las
integrales con dos electrodos, las que no poseen equipo de arranque y poseen cuatro
electrodos y las que tienen arrancador incorporado y dos electrodos.
Figura No.20
Lámpara fluorescente compacta
Fuente:http://www.iluminacion.net/sylvania/lamparas-
fluorescompacta_minilynxspi.html
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36
En la figura No.20 se observó la forma de una luminaria fluorescente, la cual
hoy en día se encuentra en muchos lugares debido a que es la que menos consume
energía eléctrica y adicional genera armónicos porque utiliza componentes
electrónicos pero en cantidades mínimas.
Vapor de Mercurio Alta Presión
Estas lámparas emiten un color azul verdoso, característico de la alta presión,
están constituidas por un tubo de descarga (capsula de cuarzo), electrodos principales
y auxiliares y resistencias, todo esto está cubierto por una ampolla exterior de cristal.
Para su encendido se recurre a un electrodo auxiliar próximo a uno de los electrodos
principales, el cual ioniza el contenido de la lámpara y facilita la descarga, logrando
así el encendido de la luminaria. La duración de este proceso es de 4 minutos
aproximadamente, a medida que la lámpara va encendiendo va pasando de un tomo
violeta a un blanco azulado. Para regular la corriente de encendido de esta lámpara y
para evitar la ruptura de la capsula de cuarzo, se emplean equipos auxiliares, como
balastros, además utiliza un condensador para mejorar el factor de potencia de la
lámpara, en la figura No.21 se observara como está compuesta una lámpara de vapor
de mercurio, y es muy utiliza por el color de luz que emite porque es un color blanco
que provoca la sensación de tranquilidad y no cansa la vista cuando vas manejando
pero es más costosa que la de vapor de sodio y la esta lámpara provoca una sensación
de calor.
37
37
Figura No.21
Lámpara de vapor de mercurio
Fuente: http://recursos.citcea.upc.edu/llum/lamparas/ldesc2.html
El rendimiento de las lámparas de mercurio oscila entre 50 y 75 Lm/W y
aumenta a medida que aumenta la potencia, su vida útil oscila alrededor de las 7000
horas. Las lámparas de vapor de mercurio más común, es aquella que posee
sustancias fluorescentes en el interior de la ampolla exterior de cristal, permitiendo
así una mejor definición de colores y un buen rendimiento.
Vapor de Mercurio con Halógenos Metálicos
Conocidos también como lámparas metal halide, son una variación de las
lámparas de vapor de mercurio tradicionales, están constituidas por tubo de descarga
relleno de mercurio a alta presión y compuesto por una mezcla de halógenos
metálicos los cuales permiten obtener mejores propiedades de reproducción
cromáticas que otras lámparas y rendimiento más elevados. Para su funcionamiento
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38
se emplean equipos auxiliares tales como balasto, arrancador y condensador. Es una
lámpara altamente eficiente, con un buen mantenimiento de lúmenes, en la figura
No.22 se observa la forma real de una lámpara metal halide.
Figura No.22
Lámpara Metal Halide
Fuente: http://iluminaciondeinteriores.blogspot.com/2009/03/lamparas-halogenuro-
metalico.html
Luz mixta
Esta lámpara se denomina también de luz mezcla o de luz combinada, debido a
que es una combinación de la lámpara incandescente, debido a que posee un
filamento que actúa como estabilizador de la corriente y la de mercurio por poseer
electrodos y tubo de descarga. Al conectar esta lámpara a la red eléctrica, su tiempo
de encendido será de 2 o 3 minutos, primero se enciende el filamento y transcurrido
el tiempo se enciende la ampolla de vapor de mercurio. La vida útil de esta lámpara
está limitada por el filamento, y debido a la presencia de este no necesitan balasto. La
ventaja de esta lámpara es su gran definición de colores y su vida útil esta alrededor
39
39
de las 3000 horas, mientras que su rendimiento está comprendido entre los 18 y 25
lm/W, en la figura No.23 siguiente se muestra la composición de una lámpara de luz
mixta.
Figura No.23
Lámpara Luz Mixta
Fuente: http://slideplayer.es/slide/153170/
Vapor de Sodio a Baja Presión
Las lámparas de sodio de baja presión están formadas por un tubo de descarga
en forma de U, el cual está contenido en una cubierta exterior de vidrio tubular vacío
con capa de óxido de indio en la superficie interna, la cual actúa como un reflector
selectivo de infrarrojo y en conjunto con el vacío ayudan a mantener la pared del tubo
de descarga a una temperatura menor a 259 . Debido a esto el sodio que se condensa
en las hendiduras del vidrio, se evapora con una mínima perdida de calor, logrando
40
40
así una mayor eficiencia luminosa. Estas lámparas son las de mayor rendimiento
lumínico alcanzando valores entre los 140 y 180 lm/W. Su vida útil es de
aproximadamente 5000 horas, pero el inconveniente de esta lámpara es su gran
tamaño y su lento proceso de encendido que oscila entre 5 y 15 minutos, en la figura
No.24 se muestra como está constituida una lámpara de vapor de sodio a baja presión
la cual tiene forma de U el tubo de descarga.
Figura No.24
Lámpara de Vapor de Sodio a Baja Presión
Fuente:http://www.construmatica.com/construpedia/L%C3%A1mpara_de_Vapor_de_Sodio_de_Baja_Presi%C3%B3n
Vapor de Sodio a Alta Presión
Estos bombillos contienen mucho más sodio que los de baja presión, también
poseen xenón y mercurio, para facilitar el encendido de la lámpara y limitar la
conducción de calor desde el arco de descarga, hacia el tubo de descarga, que en lugar
de ser de vidrio, es de óxido de aluminio sintetizado. Estos bombillos tienen la
capacidad de acentuar los elementos iluminados por lo que son usados
frecuentemente en iluminación de exteriores. Su uso va acompañado de equipos
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41
auxiliares como balastos, arrancadores y condensadores, en la figura No. 25 se
observa la diferencia entre las lámparas: de vapor de sodio a baja y alta presión, vapor
de mercurio y vapor de mercurio con halogenuros metálicos entre las que se
encuentra el color de luz que emiten.
Figura No.25
Lámpara de Vapor de Sodio de Alta Presión
Fuente:http://www.construmatica.com/construpedia/L%C3%A1mpara_de_Vapor_de
_Sodio_de_Alta_Presi%C3%B3n
Lo que tienen en común estos tipos de lámparas, es que todas ellas necesitan
de equipos auxiliares para su encendido como por ejemplo arrancadores, balastros,
condensadores, entre otros. A continuación se muestra la tabla No.2 que explica la
diferencia entre los tipos de lámparas.
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Tabla No.2
Diferencia Entre Algunos Tipos de Lámparas
Tipo de Lámpara Uso de Lámpara
Vapor de Mercurio con Halógenos
Metálicos
Y
Vapor de Mercurio Alta y Baja Presión
Iluminación ornamental de
edificios públicos, monumentos y
jardines.
Alumbrado de instalaciones
deportivas y de recreo.
Vapor de Sodio de Alta Presión Para todo tipo de alumbrado
(excepto letreros luminosos).
En la isla de la palma solo se
permite su uso en zonas urbanas.
Vapor de Sodio de Baja Presión Se permite su uso en todo tipo de
alumbrado.
Fluorescente Sirve para iluminación de
interiores como: cuartos, salas de
estar, entre otros.
Leds Se utiliza para iluminar
interiores, para realizar letreros
luminosos, entro otros.
En el caso de los letreros
luminosos pueden ser:
señalización, avisos, entre otros.
Fuente: Palencia, (2013)
43
43
Luminarias
Las luminarias son aparatos que distribuyen, filtran o transforman la luz
emitida por una o varias lámparas y que contienen todos los accesorios necesarios
para su fijación, protección y conexión con el circuito de alimentación. En la figura
No.26 se muestra las partes de una lámpara residencial.
Figura No.26
Partes de una luminaria
Fuente: http://www.iluminet.com/iluminacion-retrofit- led/
Para el funcionamiento de las luminarias es necesario que estas cumplan con
características ópticas, mecánicas y eléctricas. A nivel óptico la luminaria debe ser
diseñada tomando en cuenta la distribución luminosa y el control de la luminancia.
Desde el punto de vista mecánico y eléctrico, la luminaria debe poseer solidez,
ser fabricada con materiales adecuados, que garanticen condiciones de trabajo y
temperatura adecuadas para su funcionamiento, facilidad de instalación,
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mantenimiento y desinstalación. Todo esto sin olvidar el aspecto estético para que las
luminarias entonen perfectamente con el medio ambiente en el que se incluyan.
Partes de las Luminarias
Las luminarias están compuesta de un cuerpo, grupo óptico, porta lámparas,
filtro carbón, entre otros.
Cuerpo de la Luminaria
El cuerpo de la luminaria puede ser hecho de materiales como: plancha de
acero, aleación de aluminio, acero inoxidable (ambiente corrosivo), aluminio
inyectado (buen acabado), entre otros.
Grupo Óptico
Es la parte de la luminaria encargada de distribuir la luz en distintas
direcciones de la forma más uniforme posible, además el grupo óptico puede servir
para ocultar las lámparas de la vista, evitando así que causen deslumbramiento.
Portalámparas
Los portalámparas son realizados con el fin de evitar el contacto directo con
las partes energizadas de la lámpara, es decir, bajo tensión. Son fabricados
normalmente de porcelana, y en algunos casos puede utilizarse plástico o goma de
altas temperaturas para su realización. Esta parte que componen una luminaria es de
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45
vital utilidad ya que es la que protege a los seres humanos del contacto de las piezas
energizadas de la luminaria como lo son: el sócate, el cable que alimenta el bombillo
desde él toma corriente hasta el sócate para que se pueda encender la lámpara
Filtros Carbón
Las luminarias herméticas poseen este dispositivo, el cual se emplea para
mantener en el exterior partículas contaminantes y para facilitar el intercambio de aire
en el interior y el exterior del grupo óptico.
Clasificación de las Luminarias
Las luminarias pueden ser clasificadas por distintos criterios, según su uso se
clasifican en:
1. Residenciales
2. Comerciales
3. Industriales
4. Decorativas
5. Exteriores
6. Alumbrado publico
Así mismo las luminarias también son clasificadas según normas de seguridad y
protección contra inflamación IEC-598, protección contra entrada de cuerpos sólidos,
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polvos y humedad IEC-529 (tabla No.2), protección contra el choque mecánico EN-
50102 y niveles de seguridad de acuerdo a la protección (tabla No.3)
Tabla No. 3
Norma IEC-529 para protección contra polvo y humedad
Fuente: www.enchufix.com
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Tabla No.4
Protección contra descargas eléctricas
Fuente: www.Phillips.com
Glosario de Términos Básicos
Alumbrado Público: Consiste en la iluminación de vías públicas, parques públicos y
demás espacios de libre circulación que no se encuentren a cargo de ninguna persona
natural o jurídica de derecho privado o público, diferente del municipio, con el objeto
de proporcionar la visibilidad adecuada para el normal desarrollo de las actividades.
Arrancador: son dispositivos que suman un pico de tensión entre los electrodos del
tubo, necesario para iniciar la descarga y vencer la resistencia inicial del gas a la
corriente eléctrica. Son conocidos también como ignitores.
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Balasto: son dispositivos que limitan la corriente que circulan por el gas, de otro
modo aumentaría hasta producir la destrucción del bombillo.
Brazo: parte del poste que soporta a la luminaria.
Centro luminoso: está constituido por una o más luminarias instaladas sobre el mismo
poste.
Candela: Es la intensidad luminosa en una dirección dada, de una fuente que emite
una radiación monocromática de frecuencia 540×1012 hercios y de la cual la
intensidad radiada en esa dirección es 1/683 W vatios por estereorradián, su símbolo
es (Cd).
Condensador: en vista de que la inductancia del reactor tiene un factor de potencia
entre 0.4 y 0.5, se debe incrementar hasta 0.8 o 0.9, agregando una carga capacitiva
paralela a la entrada del circuito de conexión de la lámpara.
Covenin: comisión venezolana de normas industriales. Es el organismo encargado de
programar y coordinar las actividades de normalización y calidad en el país.
Deslumbramiento: condición visual que produce molestia, interferencia en la
eficiencia visual y/o fatiga visual, debido a la gran luminosidad de una porción del
campo de visión (lámparas, luminarias, ventanas u otras superficies que son mucho
más luminosas que el resto del campo visual).
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E: es el símbolo de la iluminancia, que es el flujo luminoso recibido por una
superficie y su unidad de medida es (lux).
Efecto Fotoeléctrico: consiste en la emisión de electrones por un material cuando se
ilumina con radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta en general). El
efecto fotoeléctrico es la base de la producción de energía eléctrica por radiación
solar y de su aprovechamiento energético.
Electrodo: es un conductor utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de
un circuito, por ejemplo un semiconductor o un electrolito.
Espectro Electromagnético: es el conjunto completo de todos los tipos de radiación
electromagnética, cada tipo de radiación tiene una frecuencia y una longitud de onda
que la caracteriza. El espectro abarca; los rayos gamma, los rayos X, la luz
ultravioleta, la luz visible, la luz infrarroja, las ondas de radio, entre otros.
Filamento: es el hilo en espiral que genera la luz por la acción del aumento de la
temperatura en las lámparas incandescentes. Están fabricados de tungsteno o
wolframio y recubierto con calcio y magnesio.
Gas Inerte: gas no reactivo bajo determinadas condiciones de trabajo químico que
puede presentarse en estado líquido, solido o gaseoso. Los gases inertes más comunes
son el nitrógeno y los gases nobles.
50
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Halogenuros Metálicos: también llamados haluros metálicos. Son una mezcla de
haluros (compuesto binario de un halógeno y un radical menos electronegativo que el
halógeno), que afecta la naturaleza de la luz, variando correlacionadamente la
temperatura del color y su intensidad.
IEC: la comisión electrotécnica internacional (CEI/CIE o IEC, por sus siglas del
idioma ingles International Electrotechnical Commission), es una organización de
normalización en los campos eléctricos, electrónicos y tecnológicos relacionadas.
Numerosas normas se desarrollan conjuntamente con la ISO (normas ISO/IEC).
L: es el símbolo de la luminancia, que no es más que la densidad angular y superficial
de flujo luminoso que incide, atraviesa o emerge de una superficie siguiendo una
dirección determinada su unidad es .
Lámparas de Descarga: las lámparas de descarga constituyen una forma alternativa
de producir luz de una manera más eficiente y económica que las lámparas
incandescentes. La luz emitida se consigue por excitación de un gas sometida
descarga eléctrica entre dos electrodos. Según el gas contenido en la lámpara y la
presión a la que esté sometido tendremos diferentes tipos de lámparas, cada una de
ellas con sus propias características luminosas.
Lm: es el símbolo del flujo luminoso, que es la medida de la potencia luminosa
percibida y su unidad es (Cd).
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Lx: es la unidad que derivada del Sistema Internacional de Unidades para la
iluminancia o nivel de iluminación, que es el equivalente de: 1lx = .
Oxido de indio: el óxido de indio (metal poco abundante y maleable), se utiliza en
pantallas liquidas de cristal, permite dar color azul a diodos led y se emplea en la
fabricación de paneles electroluminiscentes.
Polarización de la luz: fenómeno que puede producirse en las ondas
electromagnéticas, como la luz, por el cual el campo eléctrico oscila solo en un plano
determinado, denominado plano de polarización.
Polvos fluorescentes: son polvos encargados de convertir la luz ultravioleta en luz
visible.
Radiaciones infrarrojas: es un tipo de radiación electromagnética, de mayor longitud
de onda que la luz visible. su rango de longitud de onda va de 700 nano micros a 1
mili micros.
Rayos gamma: radiación electromagnética de muy alta frecuencia y por lo tanto de
alta energía, es emitida como consecuencia de la radioactividad.
Reflectancia lumínica: la reflectancia lumínica de una superficie es la propiedad de
esta para reflejar la luz. La medida de reflectancia lumínica es la fracción de luz
incidente especifica que una superficie reflejada.
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Rayos X: es la radiación electromagnética invisible, capaz de atravesar cuerpos
opacos. Su longitud de onda va de 0.1 a10 nano micros.
Sr: es el símbolo de los estereorradianes, que es la unidad en la que se expresa un
ángulo sólido.
Tungsteno: es un metal y uno de los elementos de mayor utilidad, se usa en filamento
de lámparas, en resistencias eléctricas, entre otros. Es duro y denso, tiene el punto de
fusión más importante de todos los metales y el punto de ebullición más alto de todos
los elementos conocidos.
UV, radiación ultravioleta: se denomina radiación ultravioleta o radiación UV a la
radiación electromagnética cuya longitud de onda está comprendida
aproximadamente entre los 4002 nm y los 15 nm. Su nombre proviene de, que su
rango empieza desde longitudes de onda más cortas de lo que los humanos
identificamos como el color violeta.
Watts: es la unidad que representa la potencia activa en corriente alterna y la potencia
en corriente continua y su símbolo es (W)
CAPITULO III
MARCO METODOLOGICO
Naturaleza de la Investigación
Esta investigación está enmarcada bajo la modalidad proyecto factible, basada
en el diseño que incluye las dos modalidades, que son investigación de campo o
investigación documental. Pero la modalidad de proyecto factible basada en diseño
puede referirse a formulación de políticas, programas, técnicas, métodos o procesos ,
debido a que la información necesaria para la ejecución debe ser recopilada y
evaluada para así poder sostener la estrategia en la cual está orientada el estudio.
Por su parte Arias (2006), describe el proyecto factible como fórmula o
propuesta de acción y/o modelo de operativos como alternativa de solución al
problema planteado.
En cuanto al proyecto factible la Universidad Simón Rodríguez (1980), lo
define como una proposición sustentada en un modelo operativo factible, orientado a
resolver un problema planteado o satisfacer las necesidades en una institución o
campo de interés nacional.
Como se mencionara al principio esta investigación también se basa en
investigación documental porque son estudios del problema con el propósito de
ampliar y profundizar el conocimiento, con apoyo, principalmente, de trabajos
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previos, información y datos divulgados por medios impresos, audiovisuales y
electrónicos. La originalidad del estudio se refleja en el enfoque, criterio,
conceptualizaciones, reflexiones, conclusiones, recomendaciones y en general, en el
pensamiento del autor.
Se compara con la investigación que se realizara porque se descubrirá nuevos
hechos como lo son el ahorro de energía en lámparas de iluminación entregando la
misma cantidad de flujo luminoso pero consumiendo menor potencia.
Fases de la Investigación
El modelo de estudio de proyecto factible se desarrolla en tres fases
indispensables para la mejor ejecución del trabajo, las cuales son: (I) Fase de
Diagnóstico, (II) Fase de Factibilidad, y (III) Fase de Diseño.
Fase I: Diagnóstico
El diagnostico de este proyecto nace de la necesidad que se tiene hoy en día
en el país en materia de ahorro energético, porque cada vez la demanda de potencia
eléctrica sigue aumentado debido al incremento de la población, pero una de las
causas es que no se ha aumentado la generación de energía eléctrica para poder suplir
la demanda eléctrica.
Por ello una de las recomendaciones es el ahorro energético para así poder
contribuir con el sistema nacional de energía eléctrica, pero eso no ha sido suficiente,
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por ende es que han existido tantos racionamientos de energía hoy en día, para que
no colase el sistema. Y esta ha sido una de las principales necesidades que se quiere
solventar en el país.
Por ello que cada vez se están creando más dispositivos eléctricos pero con
características de ahorro energético, como por ejemplo, en el caso de iluminación se
tiene que uno de los primeros dispositivos fue la lámpara incandescente, luego se
evoluciono a la lámpara fluorescente que fue un avance notorio, ya que se redujo la
potencia consumida, pero hoy en día ya no es suficiente.
Por estas razones mencionadas anteriormente se determinó realizar el diseño y
construcción de la lámpara para el ahorro energético, utilizando tecnología led porque
consumen menor potencia y aprovechando como propagación de la luz un medio
acuoso constituido por agua y cloro con el fin de aumentar la iluminancia de los led y
poder iluminar al igual que una lámpara fluorescente pero de mayor potencia.
Fase II: Factibilidad
Para realizar el diseño de un proyecto en la actualidad y satisfacer las
necesidades de los usuarios, se requiere de estudios y análisis de varios aspectos
necesarios para desarrollar la solución del problema planteado. Es por ello que antes
del diseño del proyecto es necesario determinar las diferentes factibilidades para la
garantía del diseño.
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Factibilidad Técnica
Esta investigación es factible técnicamente porque se reunieron todos los
elementos para realizar la lámpara que se propuso en este proyecto que se desarrolló.
En la misma se establecen los recursos técnicos, que fijan los parámetros del diseño
y construcción de la luminaria utilizando tecnología led y aprovechando como
propagación de la luz un medio acuoso constituido por agua y cloro, para ello se
considera, el tipo de led a utilizar, recipiente transparente que contiene el agua con el
cloro, tipo de rosca la cual será E14, todo esto se puede observar en la Tabla No.5,
que se muestra a continuación.
Tabla No.5
Materiales para el Diseño
Descripción Unidad Cantidad
Recipiente de acrílico Unidad 1
Regleta led conformada por 9
led
Unidad 1
Casquillo con rosca E14 Unidad 1
Silicón Unidad 1
Lamina de plástico 25
Fuente: Palencia, (2014)
Hasta el momento se estudió todo lo referente a una lámpara fluorescente
cuyo equipo se observa en la Tabla No.6, aunque el funcionamiento es parecido
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porque se necesita conectar a un sócate pero dicho elemento debe estar alimentado
con voltaje en corriente continua para que pueda funcionar dicho dispositivo.
Tabla No.6
Lámpara fluorescente para el Estudio
Descripción Unidad Cantidad
Lámpara fluorescente de rosca
E14 de 7w
Pieza 01
Fuente: Palencia, (2014)
Factibilidad Operativa
Esta investigación es factible operativamente porque constituye un equipo
novedoso, lo que establece una solución a los requerimientos de ahorro energético
del país; para la implementación de dicho equipo no es necesario un personal
entrenado o tener algún estudio especial, una vez instalado no es necesario realizar
alguna configuración en especial, sino que es creado para utilizarse como una
lámpara común como los que se usan en cada uno de los hogares.
Por lo que ahora se explicara la puesta en marcha del diseño y construcción de
la lámpara para el ahorro energético, utilizando tecnología led y aprovechando como
medio de propagación de luz un medio acuoso constituido por agua y cloro, por lo
tanto se debe considerar las siguientes exigencias:
1. Se verifica voltaje de alimentación el cual debe ser 12 Vcc.
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2. Conectar la lámpara en un sócate con rosca E14, ya que la rosca de la lámpara
es E14. No se utilizó rosca E27 porque el casquillo que más se adaptó a la
regleta Led fue el de rosca E14, pero también se puede utilizar dicha rosca si
se encuentra un casquillo que se adapte a la regleta led.
3. Para realizar el mantenimiento de esta lámpara solo se necesita despegar el
recipiente del caparazón y cambiarle el agua de dicho recipiente y agregarle 2
gotas de cloro cuya cantidad se especificara más adelante en la parte del
diseño del proyecto. El cloro es quien permite que el agua se mantenga limpia
por más tiempo, es decir, que no se coloque verde el agua y le salga moho al
recipiente acrílico.
En fin por todo lo antes mencionado el estudio es factible desde el punto de
vista operativo, dado que se ha analizado tomando en cuenta los criterios ya
señalados.
Factibilidad Económica
Esta investigación es factiblemente económicamente porque corresponde a los
recursos económicos que se precisan para el diseño y construcción de la lámpara
para el ahorro energético, utilizando tecnología led y aprovechando como medio de
propagación de la luz un medio acuoso constituido por agua y cloro, dichos recursos
se estiman a través de un presupuesto definido en costo de inversión, en el cual se
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especifica el valor unitario y cantidad de material, lo cual facilito el costo total del
diseño.
Las partes y componentes necesarias para el diseño, son fácil de encontrar en
el país, por lo que no requieren gastos de importación, lo que no representa contras
para el diseño y la construcción de la lámpara.
Fase III: Diseño de la Investigación
Según Balestrini (1987), define el diseño de investigación como el plan o la
estrategia global en el contexto del estudio propuesto, que permite orientar desde el
punto de vista técnico, y guiar todo el proceso de investigación, desde la recolección
de los primeros datos hasta el análisis e interpretación de los mismos en función de
los objetivos definidos en el presente trabajo.
Pasos a desarrollar para la investigación del proyecto:
1. Levantamiento de la información necesaria para la ejecución del proyecto.
Para este paso se debe recolectar toda la información necesaria
referente a la composición del cloro y el agua, para determinar el efecto que
produce como medio de propagación cuando es atravesado por la luz. En esta
fase se debe buscar diferentes datos que sirvan de información que está
contenida en materiales bibliográficos e internet para poder estudiar los
diversos desarrollos e investigaciones que se han realizado a nivel mundial
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para el ahorro de energía eléctrica en la parte de iluminación y así tener una
base para esta investigación.
2. Recolección de los Materiales y Dispositivos para la Construcción
Para este paso se deben adquirir todos los materiales y dispositivos
para construir la lámpara, los cuales son los siguientes: cinta LED, recipiente
transparente, transformador de 120v a 12v, resistencias, condensadores y
diodos para realizar un puente rectificador, adicional el agua desmineralizada
y cloro.
3. Construcción de la Lámpara
Se construirá la lámpara para poder realizar las medidas de consumo
de energía y la cantidad de flujo luminoso que estará entregando para poder
realizar los cálculos con respecto ahorro de energía y comprarlos con los
demás tipos de lámparas que existen el mercado.
4. Realizar las medidas de consumo de energía y flujo luminoso
Con este paso se tomaran los datos para poder realizar los cálculos del
consumo de energía, los cuales son: consumo de energía, cantidad de flujo
luminoso, entre otros.
5. Cálculos del consumo de energía traducido en dinero
Aquí se realizaran los cálculos de una lámpara fluorescente que sería la
equivalente a la lámpara diseñada con respecto al flujo luminoso entregado,
por ello se calculara el consumo de energía de una lámpara fluorescente y el
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de la lámpara que se realizara, todo este consumo se traducirá en dinero para
compararlo y determinar la factibilidad económica.
Adicional se calculara la cantidad de cloro para que tenga el más
óptimo desempeño a la hora que es atravesado por la luz.
6. Calculo de la Cantidad de Lámparas Diseñada que puede Alimentar un
Transformador y el Esquema del Diseño
El cálculo de un transformador va a depender de la cantidad de
lámparas que se quieran alimentar, pero para este caso se va a considerar un
transformador de 150 VA con alimentación 120Vca y un voltaje de salida de
12 Vca y partiendo de esta potencia se calculara la cantidad máxima que
puede alimentar dicho transformador.
Y el esquema del diseño es para saber cómo se va a conectar la
lámpara diseñada y saber lo componentes que se requieren para su
funcionamiento.
CAPITULO IV
ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
Diseño de la Investigación
Para la realización de este proyecto se tuvieron que seguir una serie de paso
los cuales se presentan a continuación:
1. Levantamiento de la Información Necesaria para la Ejecución del Proyecto
Para el levantamiento de la información del presente trabajo, se realizó la
observación de un video el cual consiste en el diseño de una luminaria con agua y
cloro aprovechando la luz solar, la cual ilumina igual que lámpara incandescente de
60 w, lo que implica que no se necesita energía eléctrica la cual contribuye al ahorro
energético.
El inventor de este novedoso dispositivo de luz el cual consiste en una botella
de refresco que la lleno con agua y cloro y con la luz del sol funciona como una
lámpara incandescente, fue el brasileño ALFREDO MOSER en el año 2002, por lo
que se ha implementado en muchas países de bajos recursos como por ejemplo:
Brasil, Filipinas, India, entre otros. A partir de ese video nació la idea de construir
esta lámpara, pero utilizando tecnología led como la fuente de luz, ya que en el video
utiliza como fuente de luz la emitida por el sol por lo que no funciona de noche,
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entonces se determinó utilizar led porque consume menor potencia lo que contribuye
al ahorro energético del país y brinda menor tamaño de la luminaria.
2. Recolección de los Materiales y Equipos para la Construcción
Para la recolección de los materiales se determinó todo lo que necesitaba para
la construcción, pero se presentó el inconveniente de que algunos materiales tienen
variedad como en el caso del recipiente transparente que podía ser de vidrio, plástico
o acrílico, así como el tipo de fuente de luz artificial que existen como lo son las
lámparas fluorescente, incandescente y led.
Para determinar el tipo de recipiente se realizaron varias pruebas ya que se
necesitaba que fuera transparente y tuviera la mayor eficiencia de refracción, para los
experimentos se utilizaron recipientes de vidrio, plástico y acrílico. Se comenzó
utilizando el recipiente de vidrio el cual era el que mejor producía la refracción de la
luz pero tenía el problema que con el agua pesaba mucho y además a la hora de que
se cayera se partiría lo cual produciría que no se pudiera utilizar más la lámpara,
luego se realizó la prueba con el recipiente de plástico pero resulta que el peso era
adecuado pero la refracción no era la adecuado ya que no ayudaba aumentar la
refracción. Por último se experimentó utilizar con un recipiente de acrílico el cual era
eficiente en la refracción, y el peso era accesible y además soportaba caídas lo cual es
muy beneficioso. Por lo cual se determinó utilizar el recipiente de acrílico porque fue
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el más factible de todos, ya que con el agua no pesa mucho, soporta caídas y tiene una
buena eficiencia a la hora de refracción.
Con respecto a la fuente de luz artificial de todas las que existen como lo son:
lámparas incandescentes, lámparas fluorescentes y lámparas led. Por consiguiente se
determinó utilizar tecnología LED debido a que son los que consumen menor
potencia eléctrica y su vida útil es más duradera, ya que su vida útil es de 50.000
horas,
De esta manera se pudo recolectar todos los materiales que servirán de base
para la realización de este diseño, y estos materiales que se seleccionaron se
explicaran detalladamente con su respectiva imagen, como se aprecia a continuación:
1. Una regleta de led que está conformada por 9 led internamente, quien
será la fuente de luz necesaria para que funcione dicho diseño, como se
puede observar en la figura No.27.
Figura No.27
Regleta Led
Fuente: Palencia, (2014)
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2. Un envase de acrílico transparente, el cual contiene lo que es el medio
acuoso constituido por agua y cloro. El cual se puede apreciar en la figura
No.28.
Figura No.28
Recipiente de acrílico
Fuente: Palencia, (2014)
3. Agua desmineralizada la cual tiene mayor propiedad de refracción de la
luz que el agua común.
4. Casquillo que protege la regleta led y ayuda a mantener el recipiente del
agua y cloro sujeto a la regleta led, el cual se puede se puede apreciar en la
figura No.29
Figura No.29
Casquillo de la lámpara diseñada
Fuente: Palencia, (2014)
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5. Para realizar la medición de la iluminancia se utilizaron 2 luxómetros
ya que uno fue digital como se observa en la figura No.30
Figura No.30
Luxómetro Digital
Fuente: Palencia, (2014)
Y el otro luxómetro que se utilizo fue el analógico que se muestra en la figura
No.31.
Figura No.31
Luxómetro Analógico
Fuente: Palencia, (2014)
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6. Cloro el cual ayuda a mantener el agua limpia por mayor tiempo.
7. Lamina de acrílico que va sujeta al caparazón para proteger los led del
agua de que se mojen y provoquen que se dañen.
8. Para realizar las medidas de corriente y voltaje se utilizó un multímetro
cuyo equipo se observa en la figura No.32, con el fin de poder calcular la
potencia que consumen cada una de las lámparas estudiadas como lo son
la lámpara fluorescente y la lámpara diseñada.
Figura No.32 Multímetro digital
Fuente: Palencia, (2014)
Adicional de determinar los materiales a utilizar, se seleccionó la lámpara
fluorescente con la cual se realizó el estudio, que se observa en la figura No.33.
Figura No.33
Lámpara fluorescente en Estudio
Fuente: Palencia, (2014)
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También se obtuvieron las especificaciones de cada una de las lámparas como
lo de la regleta led que la suministro el fabricante que se aprecia en la tabla No.7, que
se muestra a continuación:
Tabla No.7
Especificaciones de la Regleta Led
Características Especificaciones
Lugar de origen Guangdong China (Continental)
Tipo de lámpara Led
Marca Led Dome Light
Voltaje 12 Vcc
Tipo Lámpara interior
Cantidad de Leds Está conformada por 9 Leds
Potencia 1 watts
Temperatura del Color 6400 K
Vida útil 50.000 horas
Fuente: Dome Light
En el caso de las especificaciones de la lámpara fluorescente la suministro el
fabricante que se aprecia en la tabla No.8, todo ello con el fin de saber cuánto es el
consumo de potencia eléctrica, la vida útil, iluminancia, entre otros. Y así poder
calcular la diferencia de potencia que consumen al cabo de 1 el cual se muestra más
adelante.
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Tabla No.8
Especificaciones de la Lámpara Fluorescente
Características Especificaciones
Lugar de origen China
Tipo de lámpara Fluorescente
Marca Lumistar
Voltaje 110-130 Vca
Potencia 7 watts
Temperatura del Color 6400 K
Vida útil 8.000 horas
Emisión de Luz 224 Lm
Fuente: Lumistar
Con todas estas especificaciones que fueron suministradas por los fabricantes
tanto (Lumistar) que se apreció en la Tabla No.8 y (Dome Light) que se apreció en la
Tabla No.7. Con ello se realizó un cuadro comparativo con el fin de saber las
diferencias que existe entre la lámpara fluorescente y la regleta led que es la fuente de
luz de la lámpara diseñando, lo que contribuyó a determinar las factibilidades del
proyecto como lo son: técnica y operativa. Entre los aspectos de comparación se
tomaron en cuenta lo que es: vida útil, dispositivo electrónico para su encendido,
tensión de alimentación, potencia, riesgo eléctrico, entre otros. Todos estos
parámetros se puede observar en la Tabla No.9, que se muestra a continuación
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Tabla No.9
Cuadro Comparativo Entre la Lámpara Fluorescente con Respecto a la
Lámpara que se Diseño
Cuestiones Técnicas a Tomar en Cuenta Lámpara
Fluorescente
Lámpara
Diseñada
Contiene mercurio y metales pesados Si No
Usa balastro Si No
Genera potencia reactiva Si No
Emite infrarrojos (IR) Si No
Emite ultravioletas (UV) Si No
Peligro de rotura Si No
Vida útil (horas) 6.000/17.000 50.000
Tensión de trabajo 110 Vca 12 Vcc
Degradación lumínica por cada 3.000 horas 30% 2%
Potencia 7 W 1 W
Riesgo eléctrico Si No
Oscurece techo Si No
Fuente: http://www.denia.com/los-tubos- led-se-imponen-a-los- fluorescentes-a-pesar-de-su-arraigo-en-el-mercado/
3. Construcción de la Lámpara Diseñada
Se comenzó se parando el casquillo de la lámpara fluorescente de 12w con
rosca E14, una vez que se obtuvo el casquillo se le hicieron unas orificios en la parte
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superior los cuales sirven para darle ventilación a los led ya que se encuentran
encerrados y todo esto se aprecia en la figura No.26 de la Pag.66 y debido al calor
producirá que se empañe el acrílico protector, después se soldó con estaño los cables
que alimenta la regleta led a la parte enroscable del casquillo la cual es quien va a
servir de conector con la fuente de alimentación que existe entre el sócate y el
casquillo.
Luego que ya que encontraba fijada la regleta led en el casquillo como se
observa en la figura No.34, se realizó el cierre del casquillo en su parte inferior con la
lámina de acrílico transparente que se pegó con silicón de pecera ya que es hermético
y no permite el paso del agua, el cual protege la regleta led del contacto con el agua.
Figura No.34
Regleta Led ya Encapsulada
Fuente: Palencia, (2014)
Por último se llenó el recipiente de acrílico con el medio acuoso conformado
por el agua desmineralizada con las 2 gotas de cloro y se le coloco al casquillo en su
parte superior una goma de silicón la cual permite el cierre y apertura del recipiente
de una fácil manera y soporta para que el recipiente no se suelte en pleno
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funcionamiento y derrame todo el líquido que contiene, por lo siguiente quedo
culminada la lámpara diseñada como se observa en la figura No.35, que se muestra a
continuación.
Figura No.35
Lámpara Diseñada
Fuente: Palencia, (2014)
4. Medición del Consumo de Potencia y de la Iluminancia
Medición de Corriente y Voltaje para Calcular el Consumo de Potencia
Las mediciones se realizaron en el laboratorio multifuncional de la
Universidad Fermín Toro, en el cual se obtuvieron los valores de corriente de la
lámpara fluorescente en estudio como los valores de corriente y voltaje de la lámpara
diseñada,
Para realizar la medición de la corriente de la lámpara diseñada se aplicó el
método de medir corriente que dice se mide en serie, el cual consiste en abrir el
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circuito en el punto donde se quiere saber la corriente y se cierra mediante el
multímetro, esto solo se puede realizar cuando son voltaje bajo y recomendable en
corriente continua. Estas mediciones se pueden observar en la Tabla No.10.
Tabla No.10
Valores de Corriente y Voltaje de las Lámparas en Estudio
Tipo de lámpara Lámpara Fluorescente Lámpara Diseñada
Voltaje de alimentación
Nominal
120 Vca 12 Vcc
Voltaje medido 118,8 Vca 12,2 Vcc
Corriente medida 73,6 mA 93,6 mA
Fuente: Palencia, (2014)
En el caso de la lámpara fluorescente no se aplicó el mismo método, ya que
esta lámpara trabaja con alimentación en corriente alterna y de una magnitud de 120
Vca, por ello se utilizó un multímetro con pinza perimétrica, el cual se utiliza de una
manera sencilla que es colocando el conductor de la fase entre la pinza y debido al
campo magnético que crea dicho conductor, el multímetro lo lee y así muestra en
pantalla del multímetro el valor de dicha corriente.
Con estos valores medidos que se obtuvieron de las mediciones, se prosigue a
calcular la potencia que consumen cada una de las lámparas mediante sus respectivas
formulas, ya que la lámpara fluorescente se alimenta con voltaje en corriente alterna
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tiene su respectiva formula y la lámpara diseñada se alimenta con voltaje en corriente
continua también tiene su respectiva formula.
1. Potencia de la lámpara fluorescente
Con respecto al factor de potencia de dicha lámpara se asume de 0.8,
ya que dicha lámpara internamente la constituye componentes electrónicos,
como lo son bobinas, condensadores, entre otros. Y su fórmula para calcularla
es la siguiente:
Dónde:
V: Voltaje con que se está alimentando la lámpara fluorescente
I: Corriente que está circulando por la lámpara fluorescente
: Factor de potencia de la lámpara fluorescente
Con los datos de las mediciones se pudo calcular la potencia correspondiente
de la lámpara fluorescente con la formula anterior
2. Potencia de la lámpara diseñada
Como esta lámpara se alimenta con voltaje en corriente continua no
existe el factor de potencia, por lo tanto no hay que asumirlo y su fórmula
tampoco lo requiere, la cual se muestra a continuación:
75
75
Dónde:
V: Voltaje de alimentación de dicha fuente.
I: Corriente que está circulando por la lámpara diseñada.
Con los datos de las mediciones se pudo calcular la potencia correspondiente
de la lámpara diseñada con la formula anterior.
Medición de la Iluminancia de cada una de las Lámparas
Para realizar estas mediciones se utilizaron 2 luxómetros, uno es Analógico
cuyas especificaciones se observan en la tabla No.11.
Tabla No.11
Especificaciones del Luxómetro Analógico
Características Especificaciones
Lugar de origen Reino Unido
Rango de medición 1-5000 lux
Certificación ISO 9001:2000, CE
Marca Metrix
Fuente: Metrix-electronics
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Y el otro es digital cuyas especificaciones se aprecian en la Tabla No.12, lo
que tienen en común estos dispositivos es que sirven para medir la iluminancia de
cualquier tipo de fuente de luz, que en este caso fue la de la lámpara fluorescente y la
lámpara diseñada.
Tabla No.12
Especificaciones del Luxómetro Digital
Características Especificaciones
Lugar de origen Texas, Estados Unidos
Rango de medición 1-200.000 lux
Resolución 1 lux/ 1 Fc
Tiempo de respuesta 1 seg
exactitud Es de
Certificación ISO 9001:2000, CE
Marca Smart Sensor
Fuente: Smart Sensor Company
Debido a que no se contaba con un laboratorio de iluminación se decidió
hacer un laboratorio a escala, el cual consta de una maqueta que es una caja de cartón
con una altura de 55 cm, ancho 25cm y largo 40cm como se observa en la figura
No.36, y se pintó negra toda por dentro ya que los laboratorios de iluminación son lo
más oscuro posible. Todo esto para que se pudiera observa la diferencia de
iluminancia a diferentes distancias entre las lámparas en estudio como lo son la
fluorescente de 7 (w) y la lámpara diseñada.
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77
5.
Figura No.36
Laboratorio en el que se Realizaron las Mediciones de la Iluminancia
Fuente: Palencia, (2014)
Para ello se realizaron 5 mediciones como muestras, con el propósito de
obtener una iluminancia promedio en cada distancia, estas muestras se aprecian en las
Tablas No.13, No.14, No. 15, No.16 y No.17; y a partir de estos valores se promedió
para determinar la iluminancia promedio de cada lámpara a las distancias
predeterminadas como lo son: 55cm, 45cm y 35cm.
Para tomar las mediciones dentro del laboratorio a escala, se realizó colocando
cada uno de los Luxómetros como lo es el analógico y el digital, y luego se colocó
una de las lámparas y se cerró toda la caja por completo y se fue tomado las medidas
a las alturas prefijadas que se observan en sus respectivos cuadros de datos obtenidos.
Y así sucesivamente con la otra lámpara.
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Tabla No.13
Mediciones con Luxómetro Digital (Muestra #1)
Altura Lámpara Fluorescente Lámpara Diseñada
55 Cm 137 Lux 135 Lux
45 Cm 225 Lux 270 Lux
35 Cm 496 Lux 489 Lux
Fuente: Palencia, (2014)
Tabla No.14
Mediciones con Luxómetro Digital (Muestra #2)
Altura Lámpara Fluorescente Lámpara Diseñada
55 Cm 131,3 Lux 130 Lux
45 Cm 231 Lux 269 Lux
35 Cm 509 Lux 506 Lux
Fuente: Palencia, (2014)
Tabla No.15
Mediciones con Luxómetro Digital (Muestra #3)
Altura Lámpara Fluorescente Lámpara Diseñada
55 Cm 134 Lux 132,7 Lux
45 Cm 230 Lux 275 Lux
35 Cm 509 Lux 498 Lux
Fuente: Palencia, (2014)
79
79
Tabla No.16
Mediciones con Luxómetro Digital (Muestra #4)
Altura Lámpara Fluorescente Lámpara Diseñada
55 Cm 136 Lux 133 Lux
45 Cm 230 Lux 264 Lux
35 Cm 495 Lux 483 Lux
Fuente: Palencia, (2014)
Tabla No.17
Mediciones con Luxómetro Digital (Muestra #5)
Altura Lámpara Fluorescente Lámpara Diseñada
55 Cm 133 Lux 132 Lux
45 Cm 231 Lux 273 Lux
35 Cm 508 Lux 500 Lux
Fuente: Palencia, (2014)
Ahora se calculó el promedio de todas estas mediciones para así saber cuál es
la iluminancia de cada una de estas lámparas a las alturas predeterminadas como se
observan en sus respectivos cuadros. Para ello se sumaran cada una de las muestras y
se dividirán entre el número de muestras
80
80
Dónde:
: Sumatoria de cada una de las muestras
#muestras: Número de muestras
%lux: porcentaje de lux en cada medida
Se sustituyó los valores correspondientes en la formula anterior para calcular
la iluminancia promedio de la lámpara fluorescente a cada distancia:
Se sustituyó los valores correspondientes en la formula anterior para calcular
la iluminancia promedio de la lámpara diseñada a cada distancia:
81
81
En la Tabla No.18, que se muestra a continuación se puede observar el
resumen todos los valores obtenidos de cada una de las operaciones, con los cuales se
obtuvo la iluminancia promedio a cada distancia.
Tabla No.18
Resultado Promedio de las Mediciones con el Luxómetro Digital
Altura Lámpara Fluorescente Lámpara Diseñada
55 Cm 134,26 Lux 132,54 Lux
45 Cm 229,4 Lux 270,2 Lux
35 Cm 503,4 Lux 495,2 Lux
Fuente: Palencia, (2014)
Luego se realizaron las mediciones con el luxómetro analógico y se
obtuvieron sus respectivas Tablas como son la No.19, No.20, No.21, No.22 y No.3;
como se muestras a continuación. Todo esto con el propósito de poder compararlo
con al medidas del luxómetro digital y al igual se realizaron 5 muestras y se obtuvo el
promedio de todas las medidas realizadas.
Tabla No.19
Mediciones con Luxómetro Analógico (Muestra #1)
Altura Lámpara Fluorescente Lámpara Diseñada
55 Cm 134 Lux 136 Lux
45 Cm 228 Lux 267 Lux
35 Cm 500 Lux 492 Lux
Fuente: Palencia, (2014)
82
82
Tabla No.20
Mediciones con Luxómetro Analógico (Muestra #2)
Altura Lámpara Fluorescente Lámpara Diseñada
55 Cm 135 Lux 132 Lux
45 Cm 232 Lux 270 Lux
35 Cm 505 Lux 503 Lux
Fuente: Palencia, (2014)
Tabla No.21
Mediciones con Luxómetro Analógico (Muestra #3)
Altura Lámpara Fluorescente Lámpara Diseñada
55 Cm 132 Lux 131 Lux
45 Cm 230 Lux 273 Lux
35 Cm 498 Lux 506 Lux
Fuente: Palencia, (2014)
Tabla No.22
Mediciones con Luxómetro Analógico (Muestra #4)
Altura Lámpara Fluorescente Lámpara Diseñada
55 Cm 130 Lux 128 Lux
45 Cm 226 Lux 267 Lux
35 Cm 492 Lux 485 Lux
Fuente: Palencia, (2014)
83
83
Tabla No.23
Mediciones con Luxómetro Analógico (Muestra #5)
Altura Lámpara Fluorescente Lámpara Diseñada
55 Cm 133 Lux 130 Lux
45 Cm 228 Lux 266 Lux
35 Cm 490 Lux 495 Lux
Fuente: Palencia, (2014)
Ahora se calcula la iluminancia promedio de las mediciones realizadas con el
luxómetro analógico de la lámpara fluorescente.
Se sustituyó los valores correspondientes en la formula anterior para calcular
la iluminancia promedio de la lámpara diseñada:
84
84
En la Tabla No.24 que se muestra a continuación se puede observar el
resumen todos los valores obtenidos de cada una de las operaciones, con los cuales se
obtuvo la iluminancia promedio a cada distancia.
Tabla No.24
Resultado Promedio de las Mediciones con el Luxómetro Analógico
Altura Lámpara Fluorescente Lámpara Diseñada
55 Cm 132,8 Lux 131,4 Lux
45 Cm 228,8 Lux 268,6 Lux
35 Cm 497 Lux 496,2 Lux
Fuente: Palencia, (2014)
Con todos los valores que se obtuvieron en cada una de las mediciones se
comprobó que se puede entregar el mismo flujo luminoso pero consumiendo menor
potencia todo esto gracias a la investigación realizada, con lo cual se puede ayudar a
contribuir al ahorro energético del país.
5. Calculo del Consumo de Potencia Eléctrica y la Cantidad de Cloro
Consumo de Potencia Eléctrica
Para realizar estos cálculos se tomaron en cuentas los valores nominales de
cada una de las lámparas, los cuales fueron suministrados por sus fabricantes. Con
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85
respecto a la lámpara fluorescente se le realizó a la lámpara en estudio y con la
lámpara diseñada se le realizo los cálculos fue a las regleta leds.
1. Lámpara fluorescente
1 lámpara fluorescente consume 7w/h se toma como referencia que la lámpara
va funcionar con un promedio de tiempo de 8 horas diarias:
Dónde:
Pd: potencia eléctrica diaria
Ph: potencia eléctrica que consume en 1 hora
Tf: tiempo promedio que va a durar funcionando dicha lámpara
A partir de la potencia eléctrica diaria por una lámpara fluorescente que se
calculó anteriormente, se prosigue a calcular la cantidad de potencia eléctrica al cabo
de 1 mes y ello se logró con la siguiente formula que se muestra a continuación:
Dónde:
86
86
Pm: potencia mensual
Pd: Potencia eléctrica diaria
mes: 30 días
2. Lámpara diseñada
1 lámpara de la que se diseñó consume 1w/h se toma como referencia que la
lámpara va funcionar con un promedio de tiempo de 8 horas diarias:
Dónde:
Pd: potencia eléctrica diaria
Ph: potencia que consume en 1 hora
Tf: tiempo promedio que va a durar funcionando dicha lámpara
87
87
A partir de la potencia eléctrica diaria por una lámpara fluorescente que se
calculó anteriormente, se prosigue a calcular la cantidad de potencia eléctrica al cabo
de 1 mes y ello se logró con la siguiente formula que se muestra a continuación:
Dónde:
Pm: potencia mensual
Pd: Potencia eléctrica diaria
mes: 30 días
Por lo tanto el ahorro energético es:
Dónde:
Pahorrada: es la potencia que se está ahorrando.
Plf: potencia que consume la lámpara fluorescente al cabo de 1 mes.
Pld: potencia que consume la lámpara diseñada al cabo de 1 mes.
88
88
Lo que da un porcentaje de potencia ahorrada:
Dónde:
%P: porcentaje de potencia ahorrada
Pahorrada: es la potencia que se está ahorrando.
Plf: potencia que consume la lámpara fluorescente al cabo de 1 mes.
Lo que equivale a un ahorro en potencia eléctrica de 1440w/mes por lámpara
usada, que se traduce en un 85,71% de ahorro energético.
Por estas razones expuestas es que se considera que el proyecto es factible
económicamente, ya que hay una diferencia significativa en lo que respecta a dinero.
Calculo de la Cantidad de Cloro
Debido a que el cloro no tiene ninguna influencia en el aumento del flujo
luminoso de la lámpara diseñada, como lo indica Rafael Moser en su reportaje que
dice: que el cloro no es más para mantener el agua limpia, es decir, que el agua no se
89
89
coloque verde o al recipiente le nazca moho. Según la AMSE (asociación de médicos
sanitario de exteriores) establece que por cada litro de agua se debe colocar 4 gotas
para hacer el agua potable y en el caso de mantener el agua limpia recomiendan
colocar 10 gotas de cloro. Partiendo de esto se calcula la cantidad de cloro para la
lámpara diseñada la cual contiene 250 mili- litros, de la siguiente manera:
Dónde:
Xg: cantidad de gotas para la lámpara diseñada
Con este resultado fue que se determinó la cantidad de cloro requerida para la
lámpara diseñada, cuya cantidad es 2 gotas de cloro por cada 250 mili-litros de agua,
6. Calculo de la Cantidad de Lámparas Diseñada que puede Alimentar un
Transformador y el Esquema del Diseño
La cantidad de lámparas diseñada que puede soportar un transformador va a
depender de la potencia de dicho transformador, para este caso se seleccionó un
90
90
transformador de 120/12 Vca de una potencia aparente de 150VA como se observa en
la figura No.37. Todo esto para tener una referencia a la hora de alimentar cierta
cantidad de estas lámparas, es decir que se va a seleccionar un transformador
dependiendo de la cantidad de lámparas que quiere alimentar. Para estos cálculos se
tiene la fórmula de potencia aparente que se muestra a continuación:
Figura No.37
Transformador de 120/12 Vca de 150 VA
Fuente: Palencia, (2014)
Dónde:
V: voltaje de alimentación
I: Corriente que circula por el transformador
91
91
Como se sabe que el voltaje es 12 Vca y la potencia aparente es 150 VA se
despeja de la fórmula de potencia aparente para calcular la corriente, el cual queda de
la siguiente forma:
Como la corriente que puede soportar el transformador es de I=12,5A, y en el
cuadro No.12 se observa que la corriente que circula por la lámpara diseñada es de
I= 40mA. Con estos valores se divide y se obtienen la cantidad de lámparas que se
puede alimentar dicho transformador
Donde:
x: cantidad de la lámparas diseñadas
Por lo tanto:
92
92
Lo que equivale que un transformador de una potencia aparente de 150 VA,
puede alimentar 133 lámparas de las que se diseñó en este proyecto, adicional hay
que mencionar que a la salida de este transformador se necesita tener un circuito
rectificador de onda completa, el cual es el que se encarga de transformar el voltaje
de corriente alterna en voltaje de corriente continua.
Esquema del Diseño
Lo que se aprecia en el esquema de la lámpara diseñada, es el transformador
el cual es quien reduce el voltaje de 120 a 12 Vca, el puente rectificador es quien se
encarga de rectifica la onda sinodal que provine del transformador para convertirla en
corriente continua y el filtro RC es quien limpia la señal que proviene del puente
rectificador ya que la señal que recibe viene con picos de voltaje; y todos estos
componentes se encuentran internamente en los cargadores de baterías de celular,
pero tiene que ser con un voltaje de salida de 12 Vcc.
Y para que la lámpara diseñada funcione lo que se tiene que hacer es
conectarla a un sócate con rosca E14, el cual va a estar conectado en los terminales
del esquema que se muestra a continuación, con el fin de alimentar la lámpara
diseñada, porque ya internamente se hizo el proceso para poder tener voltaje en
corriente continua, el cual es la tensión que necesita para funcionar ya que está
conformada por leds. Todo esto se puede apreciar en la figura No. 38 que se muestra
a continuación
93
93
Figura No.38
Esquema de la Lámpara Diseñada
Fuente: Palencia, (2014)
Partiendo del esquema anterior se obtuvieron los precios de adquisición de
cada lámpara los cuales se observan en la Tabla No.25 y Tabla No.26
Tabla No.25
Costos de Adquisición de 1 Lámpara Fluorescente para el Estudio
Descripción Unidad Cantidad Costo Unitario
(Bs. F)
Total
(Bs. F)
Lámpara fluorescente de rosca
E14 de 7w
Pieza 01 220 220
Total 220,00
Fuente: Palencia, (2014)
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94
Tabla No.26
Costo de la Inversión del Diseño
Descripción Unidad Cantidad Costo Unitario
(Bs. F)
Total
(Bs. F)
Recipiente de acrílico Unidad 1 200 200
Regleta led conformada por 9 led Unidad 1 150 150
Silicón Unidad 1 20 20
Lamina de plástico 25 20 20
Total 390,00
Fuente: Palencia, (2014)
A partir de estas tablas se calcula la diferencia de ahorro en costo de dinero,
como se puede observar en dichas tablas la lámpara diseñada es más costosa pero
debido a que su vida útil es mayor, a la larga sale más económica y todo esto se puede
observar a continuación:
1. Una lámpara fluorescente cuesta 220 bs.f pero su vida útil es de 8.000 horas
2. Una lámpara de la que se diseño tiene un costo total de 390 bs.f pero su vida
útil es de 50.000 horas.
Dónde:
95
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x: cantidad de lámparas fluorescentes que equivalen a 1 lámpara diseñada
Lo que da como resultado que una lámpara de la diseñada equivale a 6
lámparas fluorescentes con respecto a la vida útil por siguiente se traduce en un costo
total de 1.320bs.f, lo que da una diferencia de dinero de 930bs.f.
CAPITULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Conclusiones
Durante el desarrollo de la investigación se analizaron e interpretaron cada
una de las fases de la propuesta del diseño para determinar los resultados y
conclusiones obtenidas en las mismas.
Se concluye que el diseño y construcción de una lámpara para el ahorro
energético, utilizando tecnología led y aprovechando como medio de propagación de
la luz un medio acuoso constituido por agua y cloro, es de gran importancia, ya que
se demostró que contribuye al ahorro energético de manera significativa, por lo cual
ayudaría al país en la situación en que nos encontramos hoy en día.
De acuerdo a los resultados obtenidos y mostrados en el capítulo previo, cabe
destacar que mediante las mediciones realizadas se comprobó que se está ahorrando
un 25% con respecto a la lámpara fluorescente. Por esta razón sería factible lograr
implementarlo en el país para contribuir al ahorro energético. Además que el costo a
la hora de adquirir el diseño es más costos que la lámpara fluorescente, pero debido a
que la lámpara diseñada tiene una vida útil mayor que la vida útil de la lámpara
fluorescente y además consume menos potencia, al cabo de un tiempo el costo va
hacer menor y se estaría ahorrando tanto en dinero como en energía eléctrica.
97
97
Se determinó utilizar un recipiente de acrílico debido a que soporta caídas y
sería una ventaja del diseño, ya que la mayoría de las lámparas no soportan caídas
debido a que están hechas con vidrio el cual no soporta caídas. Para complementar
esta ventaja es que este diseño es bastante confiable y practico desde el punto de vista
de factibilidad técnica y operativa, porque desde el punto operativo es de fácil
manipulación y no se necesita cursos especiales para manejar la lámpara diseñada
para su instalación y mantenimiento.
Este estudio sirve de un plan piloto que puede ser modificado según nuevos
estudios, ya que se le puede aplicar para un ahorro energético por medio de la
iluminación y aplicar a mayor escala, todo esto tomando como base los resultados
obtenidos en esta investigación.
Recomendaciones
Tomando en cuenta el desarrollo del proyecto, se podrá obtener ciertas
recomendaciones que van a complementar dicho estudio:
1. Se recomienda la implementación de este proyecto, el cual lleva por nombre
¨diseño y construcción de lámpara para el ahorro energético, utilizando
tecnología led y aprovechando como propagación de la luz un medio acuoso
constituido por agua y cloro¨.
2. Se recomienda a la persona que le vaya a realizar el mantenimiento a la
lámpara, desconectarla de la fuente, es decir, desenroscar la lámpara del
98
98
sócate y así poder destapar el recipiente para cambiarle y colocarle el agua
limpia con su gota de cloro.
3. Se deja abierta la posibilidad de realizar nuevos trabajos de grado, partiendo
del diseño de la lámpara realizada, ya que al cual se le puede hacer la
aplicación en una universidad, oficinas, entre otros. Con el fin de ayudar al
ahorro energético del país.
4. Además se recomienda aplicarlo a mayor escala con el fin de patentarlo, para
así poder distribuirlo a nivel nacional y mundial en un futuro, con lo cual
ayudaría en lo que es el ahorro energético.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Fuentes Impresas
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las Instalaciones Eléctricas en Baja Tensión. (Quinta Edición). Editorial Episteme.
Roldan Viloria, José. (2004). La Electricidad y sus Aplicaciones al Alcance de
Todos. (Cuarta Edición). Creaciones Copyright.
Roldan Viloria, José. (2007). Alumbrado Eléctrico y sus Instalaciones. (Primera
Edición). Creación Copyright.
Castejón A, Diseño de un Sistema de Iluminación Eficaz y Estético para la
Universidad Fermín Toro (Sede Cabudare), Universidad Fermín Toro Cabudare
Edo. Lara, Facultad de ingeniería, Venezuela, (2010).
Universidad “Fermín toro”, Manual de normas para la presentación del trabajo
de grado, Cabudare Venezuela, (2000).
Tamayo y Tamayo, Mario. (2005). Metodología Formal de la Investigación
Científica. (Segunda Edición). Editorial Limusa.
Fuentes Electrónicas
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(Página en línea) Disponible: www.metrix.com (consulta: septiembre 2014)
(Página en línea) Disponible: www.enchufix.com (consulta: septiembre 2014)
(Página en línea) Disponible: www.Phillips.com (consulta: septiembre 2014)
ANEXOS
Anexo A
Tabla de eficiencia luminosa (Lm/W)
103
103
Anexo B
Cuadro Comparativo de los Diferentes Tipos de Lamparas
105
105
Anexo C
Medición de la Corriente de la Lámpara Diseñada
107
107
