domingo, 4 de julio de 2010

I. Dedicatoria.

Esta tesis es dedicada a mi madre, que con todo su esfuerzo me dio la oportunidad de estudiar y seguir adelante, sin dejarme ningún momento solo. Siempre se preocupo por mi, brindándome siempre su ayuda para superarme en la vida, confiando en mi, tratando de siempre conseguirme lo que fuera necesario para seguir adelante con mis estudios, cada paso a paso apoyándome sin dejarme solo en ningún momento. También se las dedico a mis profesores, que a los largo de la carrera me ensañaron, muchas cosas, sobre todos me enseñaron las cosas esenciales, que si no fuera por su apoyo nunca hubiera sido capas de haber llegado hasta aquí. También a mis amigos por siempre ayudarme cuando o le entendía a un tema.

Pero principalmente es dedicada a mi familia, que ellos fueron los que siempre estuvieron a mí lado, pendientes y preocupados de cómo seguía en la escuela.

II.Agradecimientos.

A mi familia que me apoyo en todo, a mis amigos y compañeros que me ayudaron y no me dejaron tropezar en ningún obstáculo de la carrera y sobre todo a mis profesores por cada conocimiento que me enseñaron, que en algún futuro seré capas de demostrar que sus enseñanzas fueron muy útiles.

Les agradezco a todos por creer en mi, para poder seguir adelante y poder lograr estar en donde estoy, gracias por todo su apoyo y comprensión.

III. Resumen.

La carrera de Mecatrónica en conjunto con la Universidad Tecnológica de Tamaulipas Norte (UTTN), buscan reducir el consumo de energía de las aulas así como de los laboratorios, todo esto mediante la implementación de un sistema de iluminación por diodo LED para ahorro de energía, el cual consiste en la sustitución de las actuales lámparas fluorescentes de mercurio por lámparas tipo LED y así reducir el consumo de la energía eléctrica hasta de un 80% y aumentar su durabilidad hasta de un 100%.

1. Introducción.

1.1 Antecedentes de la empresa.

La Universidad Tecnológica de Tamaulipas Norte inicia operaciones en Agosto del 2000 en instalaciones provisionales ubicadas en la zona centro de la ciudad.

La oferta educativa en el año 2000 fue de cuatro carreras: Mantenimiento Industrial, Procesos de Producción, Electricidad y Electrónica y Electrónica y Automatización.

El ciclo escolar que recién iniciaba contó con 305 solicitudes a nuevo ingreso, de las cuáles 205 cumplieron con todos los requisitos previstos por la institución. La matrícula total estuvo distribuida en ocho grupos del turno matutino.

Debido a la demanda educativa en la Universidad Tecnológica de Tamaulipas Norte, en la primera sesión del Consejo Directivo (máxima autoridad institucional) y previa autorización de la Coordinación General de Universidades Tecnológicas, se aprobó la creación del turno vespertino, dando inicio el 11 de diciembre del 2000 con una población de 72 alumnos distribuidos en tres grupos.

La planta docente estuvo conformada por 5 profesores de tiempo completo y 9 profesores de asignatura, donde el 54% contaba con estudios de maestría y el 46% de licenciatura.

En septiembre del 2002 la Universidad Tecnológica de Tamaulipas Norte incrementa la oferta educativa pasando de cuatro a seis carreras las recién incorporadas son Mecatrónica y Administración y Evaluación de Proyectos.

1.2 Antecedentes del problema.

Actualmente la Universidad Tecnológica de Tamaulipas Norte (UTTN), tiene un exceso en el consumo de energía eléctrica, factura aproximadamente la cantidad de $212000.00 pesos bimestrales, la Universidad Tecnológica de Tamaulipas Norte (UTTN), cuenta con las instalaciones de tres edificios con diferentes carreras profesionales, tres edificios de laboratorios, una cafetería y un centro de información o más conocido como CEIT. La Universidad Tecnológica de Tamaulipas Norte (UTTN) tiene un plan de crecimiento que se completará en el año 2010, con la construcción de dos edificios nuevos, los cuales serán los edificios de rectoría y de vinculación. Esto implica mas consumo de energía eléctrica.

1.3 Definición del problema.

La carrera de Mecatrónica cuenta con seis salones de clase, seis laboratorios. Uno de los principales problemas es que las lámparas se dejan encendidas en horas en las que no es necesario su uso, siendo este el principal problema, por el cual se dan los altos consumos de energía eléctrica.

1.4 Justificación.

La Universidad Tecnológica de Tamaulipas Norte (UTTN), en base con la carrera de Mecatrónica, está implementando sistemas en sus aulas de clase, para reducir el alto consumo de energía eléctrica, para así poder implementarlo en todos los edificios y laboratorios, hacer un gran cambio en el consumo de energía y reducción de costos.

1.5 Objetivo.

El principal objetivo de este proyecto es la instalación este sistema de ahorro de energía, en el edificio de la carrera de Mecatrónica, para así reemplazar el sistema utilizado actualmente, reducir el alto consumo de energía eléctrica y cuando se demuestre con éxito la reducción de la energía eléctrica, implementarlo en toda la Universidad Tecnológica de Tamaulipas Norte.

1.6 Hipótesis.

Disminuir el consumó de la energía eléctrica instalando un sistema de alumbrado con el que se requiera bajo consumo de la misma y así remplazar el que comúnmente se utiliza en el edificio de Mecatrónica, con esto se obtendrá la reducción del consumo.

1.7 Limitaciones del proyecto.

Una de nuestras principales limitaciones de este proyecto, fue el encontrar una lámpara que cumpliera con todos los requisitos, precio, consumo e iluminación. También que hemos estado en dificultades económicos para comprar el material correcto, y el tiempo en que tarda en llegar estas lámparas que se implementaran en un salón del edificio de la carrera de Mecatrónica.

1.8 Delimitaciones del proyecto.

El sistema de iluminación por diodo led para ahorro de energía, se probará y se instalará en uno de los salones de la carrera de Mecatrónica, de la carrera de Mecatrónica, una vez listo y exitosamente comprobado, se instala este sistema en todos los salones y laboratorios que pertenezcan a la carrera de Mecatrónica.

1.9 Metodología.

La metodología que se utilizará para este sistema de iluminación por diodo led, es investigar a fondo por que es necesario un cambio de la sistema de iluminación, que beneficios tendríamos, por que lámparas de diodos leds y no seguir con las lámparas anteriores (lámparas fluorescentes), si se supone que son ahorradoras de energía, investigar cuanto consumo de energía utilizaban las lámparas fluorescentes, y cuanto consumo tendrán las nuevas lámparas de diodos leds, siempre debemos de tener una comparación entre las dos lámparas, tanto la de diodos y las lámparas fluorescentes, en este caso, cuantos watts consumen, que lámparas son mas económicas, con cuantas lámparas se pueden remplazar, si eran 16 lámparas fluorescentes, cuantas lámparas de diodos leds se tendrán que ocupar, para que de la misma iluminación en el laboratorio de la universidad de Tamaulipas norte (UTTN).

2. Análisis de fundamentos.

2.1 Diodo LED.

Los LED (Light Emitting Diode) son emisores de luz, utilizados como indicadores piloto, dispositivos de presentación numérica y dispositivos de presentación de barras, tanto para aplicaciones domésticas como para equipos industriales, esto es debido a sus grandes ventajas que son: peso y espacio insignificantes, precio moderado, y en cierta medida una pequeña inercia, que permite visualizar no solamente dos estados lógicos sino también fenómenos cuyas características varían progresivamente.

Un diodo es un componente semiconductor, que se caracteriza por permitir un fácil paso de corriente en un sentido y difícil en el contrario. Concretamente, el diodo conduce corriente fácilmente desde el ánodo hacia el cátodo, pero no al revés.
Los diodos LED tienen enormes ventajas sobre las lámparas indicadoras comunes, como su bajo consumo de energía, su mantenimiento casi nulo y con una vida aproximada de 100,000 horas. El diodo LED se utiliza ampliamente en aplicaciones visuales, como indicadoras de cierta situación específica de funcionamiento.

Las desventajas del diodo LED son que su potencia de iluminación es tan baja, que su luz es invisible bajo una fuente de luz brillante y que su ángulo de visibilidad está entre los 30° y 60°. Este último problema se corrige con cubiertas difusoras de luz.



Composición de los LEDs

LED rojo: Formado por GaP (galio y fósforo), consiste en una unión p-n obtenida por el método de crecimiento epitaxial del cristal en su fase líquida, en un substrato. La fuente luminosa está formada por una capa de cristal p junto con un complejo de ZnO (óxido de zinc), cuya máxima concentración está limitada, por lo que su luminosidad se satura a altas densidades de corriente. Este tipo de LED funciona con baja densidades de corriente ofreciendo una buena luminosidad, utilizándose como dispositivo de visualización en equipos portátiles.

LED amarillo: Están substrato o compuestos por GaAsP (galio, arsénico y fósforo), en este caso para conseguir luz amarilla así como luz de longitud de onda más pequeña, lo que se hace es ampliar el ancho de la “banda prohibida” mediante el aumento de fósforo en el semiconductor.

Su fabricación es la misma que se utiliza para los diodos rojos, por crecimiento epitaxial del cristal en fase gaseosa.

LED verde: El Led verde está compuesto por GaP (galio y fósforo). Se utiliza el método de crecimiento epitaxial del cristal en fase líquida para formar la unión p-n. Al igual que los leds amarillos, también se utiliza una trampa isoelectrónica de nitrógeno para mejorar el rendimiento.



Guía para la conexión de LEDs.


LED son las siglas para Light Emisor Diode (Diodo Emisor de Luz), el cual es un dispositivo semiconductor que cumple con las propiedades de los diodos, es decir la conducción de la corriente eléctrica en un solo sentido, pero que además tiene la propiedad de emitir luz en diferentes longitudes de onda (Colores), los LED pueden estar fabricados de Arseniuro de Galio, que es un tipo de material semiconductor, la función principal de los LED es convertir la energía eléctrica que reciben en energía luminosa, actualmente el desarrollo de los LED ha llegado a puntos tales que son utilizados no solo como señalizadores o indicadores sino como fuentes de luz, que aprovechan de una forma muy alta la conversión de energía con bajas pérdidas y alta eficiencia.

Uno de los problemas más comunes se encuentra en el hecho de que los LED requieren de un voltaje relativamente bajo para trabajar y las fuentes de energía disponibles son comúnmente de valores de voltaje mucho más altos y por lo general se debe de acompañar por con una resistencia, para así el led no sufra una sobrecarga.



El circuito serie: Es un tipo de conexión eléctrica que tiene la particularidad de distribuir el voltaje entrante entre los dispositivos que lo conforman y de conservar el valor de corriente en cualquiera de los puntos del circuito.




El circuito Paralelo: Es un tipo de conexión eléctrica que tiene la particularidad de conservar el voltaje en todos los elementos del circuito, pero distribuir la corriente.

2.2 Diferentes medios de alumbrado y lámparas.

LED de luz blanca.


Alcanza su propósito agrupando mas LED pequeños en una manera ordenada, de tal modo creando una viga unificada. Las ventajas del SSL son iguales que las de un LED. Las ventajas incluyen:

• Alta durabilidad: ningún filamento o tubo que se pueda romper.
• Alta vida: los LED duran aproximadamente 50,000 a 100,000 horas.
• Eficiencia: Los LEDs producen más luz por watt que los bulbos incandescentes.
• Consumo de baja electricidad: Reducción en el pago de su proveedor de servicios eléctricos.
• Color: Los LEDs pueden emitir luz del color que se requiere sin utilizar filtros de color que los métodos tradicionales requieren.
• Tamaño: Los LEDs pueden ser muy pequeños (menor de 2mm2) y pueden ser fácilmente incluidos en tarjetas electrónicas.
• Flexibilidad en el tamaño: Por su tamaño usted puede utilizar varios LEDs en un mismo dispositivo, dependiendo de la iluminación que requiera.
• Baja generación de calor: El SSL genera menor calor a comparación de las bombillas tradicionales.
• También debido a su bajo consumo de energía. El LED puede ser encendido por medio de celdas solares de carga las cuales pueden abastecer los mismos por un tiempo prolongado. Su uso esta siendo muy importante en cuestiones de vialidad y transito.
• Tiempo Encendido/Apagado: Los LEDs se iluminan rápidamente. Un indicador LED típico alcanzará su mayor brillo en microsegundos. Los LEDs utilizados en equipos de comunicación pueden tener todavía mayores tiempos de respuesta.
• Ciclos: Los LEDs son ideales para aplicaciones que tienen ciclos de encendido y apagado frecuentes, a diferencia de las lámparas fluorescentes que se queman rápidamente cuando se utilizan en ciclos frecuentes.
• Luz Fría: En contraste con la mayoría de las fuentes de luz, los LEDs emiten muy poco calor, el calor es dispersado a través de la base del LED.
• Falla lenta: A diferencia de los bulbos que fallan de un momento para otro, los LEDs típicamente bajan su intensidad durante el tiempo.
• Resistencia a golpes: los LEDs al ser componentes en estado sólido, son difícil de dañar con golpes externos, a diferencia de los bulbos y tubos fluorescentes que son frágiles.
• Enfoque: El paquete sólido del LED puede ser diseñado para enfocar su luz.
• Toxicidad: los LEDs no contienen mercurio a diferencia de las lámparas fluorescentes.


A continuación de describen las características fundamentales de las lámparas. Para cada una de ellas se describen la estructura, características fundamentales y usos más frecuentes.



Lámparas de incandescencia y halógenas.


Hay lámparas incandescentes de todas las formas y tamaños, que abarcan toda la gama de necesidades del usuario, y proporciona cualidades particulares de luz o se adaptan
a aplicaciones específicas.

Lámparas cuyo funcionamiento se basa en el principio de la termo resistencia. La ampolla puede tener diversas formas y la conexión se efectúa a un portalámparas roscado, sin necesidad de ningún equipó auxiliar. La rosca más habitual se designa como E-27, casquillos tipo Edición. Tiene un coste de adquisición bajo y su instalación resulta simple.

Si en el interior de la ampolla de una lámpara incandescente se incorpora un halógeno (bromo, yodo, etc.) y se sustituye el vidrio utilizado en las lámparas incandescentes estándar por cuarzo, debido a las altas temperaturas que tienen que soportar, se obtienen las lámparas halógenas que mejoran la eficacia y la vida útil.

Sus aplicaciones más usuales son muy difundidas en alumbrado domestico y comercial. Las lámparas halógenas son las utilizadas en alumbrado escaparates y en general, en el realce de productos que necesitan una excelente reproducción de colores.



Lámparas fluorescentes.


Son lámparas esencialmente construidas por un tubo de vidrio rectilíneo o circular, cuya pared interna está cubierta por polvos fluorescentes. Los extremos de este tubo se cierran por dos casquillos especiales que soportan los electrodos.

La descarga se produce en vapor de mercurio a baja presión, que produce radiaciones ultravioletas que al incidir con el recubrimiento fluorescente, se transforma en radiaciones luminosas.

El diámetro actual de las lámparas es de 26 mm, también hay de 38 mm y de menor diámetro.

Además de la gama estándar y basada en la técnica de recubrimiento de trifosforos, existen otras dos gamas que mejoran notablemente tanto la calidad de la luz como la eficacia luminosa.

Necesitan dos equipos auxiliares, para poder funcionar: cebador para el arranque y reactancia limitadora de corriente.

Sus aplicaciones más usuales son para dar alumbrados de oficinas, tiendas, hogares, colegios, hospitales, museos. En general en todo tipo de alumbrados interiores de menos de cuatro metros de altura.



Lámparas fluorescentes compactas.


Son lámparas fluorescentes especiales, basadas en la descarga de mercurio a baja presión. Existen tres gamas: integrada convencional, integrada electrónica y no integrada.

Las lámparas compactas integradas incorporan el equipo eléctrico auxiliar (reactancia o balastro y cebador) dentro de la ampolla, constituyendo a una unidad que se cierra mediante un casquillo de rosca E-27, el mismo que las lámparas incandescentes, lo que las hace apropiadas para sustituirlas. Por ejemplo, una lámpara fluorescente compacta de 25 W equivale a una incandescente (tradicional) de 100 W.

Las de tipo electrónico sustituyen el equipo convencional por un circuito electrónico. Las lámparas compactas no integradas llevan el equipo eléctrico independiente. El casquillo puede ser de 2 o 4 pastillas, según incorporen o no el cebador dentro de la lámpara.

Sus aplicaciones más usuales son en general en hogares, tiendas, hoteles, restaurantes, oficinas y sobre todo, debido a su eficacia, en lugares donde permanezca un largo periodo de tiempo.



Lámparas de vapor de mercurio color corregido.


Son lámparas en las que el gas utilizado es vapor de mercurio a alta presión. La descarga produce una luz azulada con un alto porcentaje de radiación ultravioleta. Por ese motivo, la ampolla ovoide está recubierta interiormente de una capa de sustancias fluorescentes, que excitadas por la radiación, aumenta su eficacia y mejoran la calidad de la luz.

La forma es ovoide y su casquillo es de rosca. Para su funcionamiento se necesita incorporan en serie con la lámpara, un equipo eléctrico auxiliar (reactancia).

Normalmente sus aplicaciones más usuales con para dar alumbrado público de calles, carreteras, jardines. etc. También se utilizan en alumbrado industrial, en naves de techo de altura.


Características.


• Elevado rendimiento luminoso.
• Larga y confiable vida útil, con reducida depreciación luminosa.
• Gran fiabilidad en todas las condiciones de servicio.
•Reducida sensibilidad a las fluctuaciones de la tensión de alimentación.
• Color de la luz blanco neutro.



Lámparas de vapor de mercurio con halogenuro.


Son lámparas de descarga de gas, de vapor de mercurio a alta presión, a las que se añade halogenuros metálicos (yoduros de indio, talio y sodio), con lo que se mejora tanto la eficacia como la cromaticidad de la luz.

La ampolla exterior es tubular clara y su casquillo es de rosca. Para su funcionamiento se necesita incorporar en serie con la lámpara equipo eléctrico (reactancia + arrancador).
Sus aplicaciones más usuales son en la iluminación de terrenos deportivos, estudios de tv color, irradiación de plantas. Zonas de alumbrado público o industrial con requisitos elevados de calidad de color.



Lámparas de vapor de sodio de alta presión.


Estas lámparas pueden tener tanto ampolladle forma tubular (clara) como ovoide (opal). Para su funcionamiento necesitan un equipo eléctrico auxiliar, compuesto por balastro y arrancador. Además de la tipo estándar existen versiones denominadas “sodio confort” y “sodio blanco”, en las que se mejoran las características de color a costa de reducir la eficacia de la lámpara.

Sus aplicaciones más usuales son las de tipo estándar más utilizadas actualmente en alumbrado público. Las de tipo confort son utilizadas en alumbrado público residencial, alumbrado de proyección. Las de sodio blanco son utilizadas e alumbrado decorativo, alumbrado artístico, alumbrado de exhibición.



Lámparas de vapor de sodio de baja presión.


Lámparas de descarga de vapor de sodio de baja presión. Tiene forma tubular y conexión por casquillo de bayoneta y necesita un equipo auxiliar para su funcionamiento (balastro y cebador electrónico).


Es la fuente de luz mayor eficacia luminosa, aunque tiene la desventaja de que produce una luz monocromática.

Sus aplicaciones más usuales son las de exteriores sin necesidad de color pero con requerimiento de elevado nivel de iluminación: túneles, autopistas, alumbrado de seguridad zonas con niebla o polvo, etc.



Lámparas de inducción.


Su funcionamiento es similar a la descarga, pero la excitación de los electrones se consigue a partir de corrientes de inducción. Se introducen, como otros tipos de lámparas, sustancias fluorescentes para hacer visible la luz emitida.

Se han eliminado los componentes que limitan la vida de los otros tipos de lámparas (electrodos, filamentos), con lo que la vida de esta fuente de luz quedara fijada por la duración de los componentes electrónicos del equipo auxiliar que la acompaña. Es una lámpara muy reciente y todavía poco introducida en el mercado.

Sus aplicaciones más usuales son el alumbrado interior y publico de zonas residenciales. Especialmente indicadas en lugares de difícil acceso para recambio y aplicaciones de largos periodos de funcionamiento.

2.3 Análisis comparativo.


• La eficacia luminosa de las lámparas incandescentes es mucho más baja que la del resto de las lámparas (es decir, peor rendimiento energético), aunque un poco mayor en el caso de las halógenas. Sin embargo, su índice de reproducción cromática IRC es el más elevado (100), es decir, son las lámparas que mejor reproducen los colores.

• De entre las lámparas de descarga, las fluorescentes son las de uso más extendido en alumbrado de interiores. Su eficacia luminosa, es mejor que la de las incandescentes y su vida útil es también mucho más larga (hasta 10.000 horas en largos tipos).

• Las lámparas fluorescentes compactas estas sustituyendo con éxito a las lámparas incandescentes, pues pueden ir roscadas en el mismo portalámparas (E.27), al contrario que los tubos fluorescentes convencionales. Aunque en el cambio se pierden calidad de color (IRC pasa de 100 a 82), claramente se obtiene un considerable ahorro energético por la menor n lm/W y la vida útil mucho mas larga (de 1.000 horas en incandescentes estándar a 8.000 horas en fluorescentes compactas).

• Las lámparas VMCC (vapor de mercurio color corregidos), VMH (vapor de mercurio con halogenuros), VSAP (vapor sodio alta presión) y VSBP (vapor sodio baja presión) son utilizadas e alumbrado de exteriores. Las VMCC son las que necesitan menos equipos eléctricos auxiliares para su funcionamiento y tienen buena fiabilidad, pero no destacan ni por su eficacia (lm/W) no por si IRC. Las VMH tiene aplicación en lugares donde se necesita calidad de luz, estadios de futbol por ejemplo, y tiene unas prestaciones media en el resto de parámetros. Las VSAP son las preferidas en alumbrado publico (urbano, carreteras, etc.) por su alta eficacia y consiguiente reducción de consumo eléctrico. Las VSBP se destinan a aquellos espacios que necesitan una gran cantidad de luz (tienen la mejor eficacia luminosa de todas las lámparas que se fabrican, hasta 200 lm/W), pero donde no importa la reducción de colores, por ejemplo en túneles.

• Las lámparas de sodio blanco se usan con motivos bien estéticos y decorativos. Solo su IRC destaca entre sus características. Respecto a las de indicción, con una buna eficacia luminosa e IRC, destacada espectacularmente por su vida útil (60.000 horas).

3. Conversión de instalaciones.

Concepto.


Cuando se trata de proyectar una nueva instalación de alumbrado, se entiende que la misma ya ostentará las características luminotécnicas para una buena eficiencia energética.

El concepto de conversión se refiere a la modificación de las instalaciones actualmente en funcionamiento y que, en base a sus prestaciones, pueden considerarse como obsoletas.

En muchos casos, la mejora de una instalación se podrá realizar mediante una simple sustitución de lámparas por otras más eficaces, pero en otros, el mejoramiento de una instalación implica el cambio de equipos auxiliares e inclusive de luminarias y se supone que tendrá costos de inversión.
Situaciones actuales.


El consumo de la energía en una instalación de alumbrado depende de:

• La potencia total instalada.
• El tiempo de utilización.

La utilización queda determinada por las necesidades implicadas, pero si se puede afirmar que para cualquier tiempo utilización, el consumo de energía está directamente relacionado con la potencia total instalada y por lo tanto, esta puede utilizarse como base de valoración de la efectividad energética.



Recomendaciones para un alumbrado eficaz.


• Utilizar la lámpara de mayor eficacia e idónea para la tarea visual y el entorno.
• Utilizar luminarias con el mejor rendimiento y distribución adecuada del flujo luminoso, en función de las características de la instalación.
• Establecer un mantenimiento de los equipos de alumbrado para evitar desperdicio de energía.
• Proyectar los sistemas de alumbrado con un buen diseño, básicamente en términos de cantidad y calidad.
• Controlar la correcta utilización y conexión de la instalación.
• Considerar los efectos de la decoración del interior.

Con el análisis cuidadoso de estas recomendaciones podrán alcanzarse instalaciones de alumbrado energéticamente eficaces.

3.1 Instalaciones de alumbrado.

El número de luminarias que se pueden conectar a un circuito (LC), está determinado por:



V = Voltaje de alimentación del circuito.
A = Ratado térmico de la protección.
FC = Factor de cargabilidad.
PL = Potencia de la luminaria en VA.

3.2 Cálculo de los voltiamperios de las luminarias.

Para hallar la potencia aparente de una luminaria es necesario conocer:

1. El consumo de cada bombilla en vatios.
2. El consumo del balasto en vatios.
3. El factor de potencia del balasto.







Teniendo en cuenta lo siguiente:
Para luminarias incandescentes VA = W
Para luminarias fluorescentes y luminarias de alta intensidad de descarga VA = 1.3W

3.3 Niveles de iluminación recomendados.

Los niveles de iluminación deben de estar en un rango denominado, dependiendo en el lugar donde se debe de hacer la instalación eléctrica, cada sitio debe de contener una cantidad de luz, y estos son algunos ejemplos:


Zonas generales de edificios.

• Zona de circulación, pasillos;

Mínimo: 50 lux.
Recomendado: 100 lux.
Óptimo: 150 lux.

• Escaleras, escaleras móviles, roperos, lavados, almacenes y archivos;

Mínimo: 100 lux.
Recomendado: 150 lux.
Óptimo: 200 lux.

Centros decentes.

• Aulas, laboratórios;

Mínimo: 300 lux.
Recomendado: 400 lux.
Óptimo: 500 lux.


Oficinas.

• Oficinas normales, mecanografiado, salas de proceso de datos, salas de conferencias;

Mínimo: 450 lux.
Recomendado: 500 lux.
Óptimo: 750 lux.

• Grandes oficinas, salas de delineación, CAD/CAM/CAE;

Mínimo: 500 lux.
Recomendado: 750 lux.
Óptimo: 1000 lux.

3.4 Método de los lúmenes.

Este procedimiento requiere de los siguientes datos:

• Dimensiones del local y la altura del plano de trabajo (la altura del suelo a la superficie de la mesa de trabajo), normalmente de 0.85 m.



• Determinar el nivel de iluminancia media. Este valor depende del tipo de actividad a realizar en el local.

• Escoger el tipo de lámpara (incandescente, fluorescente...diodo leds) más adecuada de acuerdo con el tipo de actividad a realizar.

• Escoger el sistema de alumbrado que mejor se adapte a nuestras necesidades y las luminarias correspondientes.

• Determinar la altura de suspensión de las luminarias según el sistema de iluminación escogido.

3.5 Conceptos de luminotecnia.

Flujo luminoso.


El flujo luminoso que produce una fuente luminosa es la cantidad de luz total emitida en un segundo y en todas las direcciones. Lumen (lm). También conocido como rendimiento luminoso, relaciona con el flujo de la lámpara con su potencia eléctrica.



Iluminancia.


Es la cantidad de luz que incide en una superficie determinada. Es la relación entre el flujo y el área por la foto iluminada es la iluminancia, unidad de medida “luxes” (lx), que son equivalentes a lumen/m2.



Luminancia.


Es una sensación visual por la que una determinada superficie parece emitir luz. Es empleada para caracterizar la luminosidad de un color y se mide en candelas/m2 (cd/m2).



Factor de reflexión.


Es la relación entre el flujo luminoso reflejado y el flujo incidente. También se utiliza para conocer el grado de iluminación entre las paredes, techos, suelos, etc. Pueden aportar como consecuencia la reflexión. Si el coeficiente es elevado con colores claros, se precisara menos flujo luminoso, para iluminar una zona determinada, por que las paredes colaboran mucho en dicha iluminación.



Uniformidad.


Factores que determinan la uniformidad:

• La distribución fotométrica de la luminaria.
• La altura de la instalación.
• La separación entre puntos de luz.
• La disposición de la implantación.
• Las características de reflexión del pavimento.



Deslumbramiento.


Se produce el deslumbramiento si las lámparas, luminarias, ventanas u otras áreas son excesivamente brillantes en relación a la luminosidad o luminancia general del interior.



Guía visual.


Un correcto diseño de alumbrado público deberá asegurar tener:

• Correcta visibilidad.
• Procurar no tener deslumbramiento molesto.
• Procurar no tener deslumbramiento

4. Desarrollo del proyecto.

El primer paso para comenzar nuestro proyecto fue visualizar el salón de sistemas mecatronicos, para así saber cuánto material se iba a usar, y medir el área de trabajo. Seleccionamos el material que necesitamos para la trabajar en la instalación de lámparas LEDs, y por otra parte, después de la medición del laboratorio, decidir cuanta cantidad de material era necesaria, ocupamos cinta métrica, cable de dos colores (rojo y negro) del numero doce, pinzas de corte, desarmadores (estrella y plano), cinta aislar, tornillos con sus tuercas, rosetas de porcelana, taladro y arandelas.

Por otra parte necesitábamos saber el consumo eléctrico en watts/hora del sistema de iluminación del salón, por lo tanto procedimos a realizar los cálculos necesarios, la cual consiste en la medición de potencia con un voltmetro en un circuito en serie.

4.1 Cambio de las lámparas fluorescentes.

Una vez obtenido el consumo inicial nos enfocamos a la desinstalación de las lámparas fluorescentes realizando los siguientes pasos:

• Identificamos el interruptor para el corte de tensión del aula y así poder trabajar con seguridad.

• Retiramos la cubierta de plástico de las lámparas.



• Se retiraron las lámparas fluorescentes.



• Se retiro el protector del balastro, quedando este visible.



• Desconectamos el balastro de la corriente y aislamos los cables para evadir un corto circuito.

• Retiramos la base principal de las lámparas la cual se encontraba sujeta por alambre de acero, para eso, las cortamos con una pinza de corte.

• Al terminar la desinstalación de todas las lámparas del salón, quedara terminado para comenzar la instalación.


4.2 Instalación del nuevo sistema de iluminación.

Para esta nueva instalación, necesitábamos instalar doce rosetas, eso incluye cuatro lámparas más, porque necesitaremos mas cable para la instalación, teniendo en cuenta que tenemos dos interruptores, y de esos dos, uno tendrá que encender dos lámparas de enfrente, debido a las exposiciones o simplemente para el alumbrado del pizarrón, y con el otro interruptor encender las otras diez lámparas traseras.


• Retiramos el plafón para medirlo y así buscar su punto central para la colocación de la roseta fuera los más centrada posible.

• Perforamos el plafón con una broca de un ¼” para realizar cuatro barrenos, dos para los cables que alimentan la roseta y dos para atornillar la roseta.



• Colocamos la roseta en el plafón con su extensión de cable correspondiente, y la atornillamos, con una rondana y su tuerca.

• Buscamos la terminal más cercana para conectar la roseta, si se encontraba la conectamos sin poner más cableado, el cableado se realizaba respetando las condiciones de los interruptores, para así poder encender las lámparas como anteriormente mencionado, colocando manguera corrugada, para evitar toda clase de accidentes.




• Una vez que instalamos las doce rosetas, colocamos lámparas incandescentes para comprobar que encendían correctamente.

5. Resultado.


Se cambiaron dieciséis lámparas fluorescentes del salón de la carrera de Mecatrónica, para insertar doce rosetas tradicionales y así poder remplazarlas por lámparas de diodos leds, lamentablemente las lámparas de diodos leds, sufrieron un pequeño accidente, al momento de cargarlas a la roseta, y por lo tanto se está estudiando su debido fallo.

Se pretende que con este cambio de alumbrado, se mantenga estable y así poder colocar este proyecto en toda la carrera de Mecatrónica, para que sea la primera carrera que este ayudando al ahorro de energía eléctrica y otros beneficios.

Se pretende que estas nuevas lámparas de diodos leds mantengan la iluminación que mantenían las lámparas fluorescentes, pero con un cambio en el consumo de la energía eléctrica.

Lamentablemente por el pequeño accidente de las lámparas de diodos leds, se tuvieron que implementar lámparas incandescentes, hasta encontrar el error y solucionarlo y así montar las lámparas de diodos leds.

6. Conclusión y recomendaciones.

En la siguiente tabla se demuestra el ahorro que supone la colocación de lámparas fluorescentes compactas de bajo consumo en sustitución de lámparas incandescentes, para el mismo flujo luminoso.



Esta es la comparación entre las lámparas fluorescentes y las lámparas incandescentes, se demuestra que el ahorro es más del 50%, y es lo que se espera con la implementación de este nuevo sistema de iluminación por diodos leds, se espera que su ahorro sea del 90% a comparación de las lámparas incandescentes y de un 50% comparándolas con las lámparas fluorescentes.

7. Glosario.

Substrato.

El comuesto químico que se transforma en un producto en una reacción química.

Crecimiento epitaxial.

Es partir de una cara de un cristal de material semiconductor, o substrato, se hace crecer una capa uniforme y de poco espesor con la misma estructura cristalina que este.

Celdas solares:

Es la conversión directa de luz en electricidad a nivel atómico.

Lux:

Unidad de la intensidad luminosa, tomando en cuenta las diferentes longitudes de onda según la función de luminosidad, un modelo estándar de la sensibilidad a la luz del ojo humano. Equivale a un lumen /.

Lumen:

Es la unidad del Sistema Internacional de Medidas para medir el flujo luminoso, una medida de la potencia luminosa percibida, su símbolo es lm.

Candela:

Es la unidad básica del SI de intensidad luminosa en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática, su símbolo es cd.


8. Índice de figuras.

Capítulo 1.

Figura 1.1 Universidad Tecnológica de Tamaulipas Norte .............................6
Figura 1.2 Centro de estudios para información tecnológica...........................7

Capítulo 2.

Figura 2.1 Diodo LED .........................................................................................12
Figura 2.2 Símbolos eléctricos LED, resistencia y fuente .............................14
Figura 2.3 Circuito en serie ...............................................................................14
Figura 2.4 Circuito en paralelo .........................................................................14
Figura 2.5 Lámpara de diodo LEDs ..................................................................17
Figura 2.6 Lámpara incandescente ..................................................................18
Figura 2.7 Lámparas fluorescentes ..................................................................19
Figura 2.8 Lámpara fluorescente compacta ...................................................20

Capítulo 3.

Figura 3.1 Dimensiones para un buen alumbrado .........................................31
Figura 3.2 Plano para un buen alumbrado......................................................32


Capítulo 4.

Figura 4.1 Circuito eléctrico .............................................................................36
Figura 4.2 Cubiertas de las lámparas fluorescentes .....................................37
Figura 4.3 Lámparas fluorescentes ................................................................37
Figura 4.4 Balastro de las lámparas fluorescentes .......................................38
Figura 4.5 Salón después de la desinstalación ...............................................38
Figura 4.6 Barrenando el plafón ......................................................................39
Figura 4.7 Cableado para la conexión de las lámparas .................................40
Figura 4.8 Proyecto terminado ........................................................................40

9. Bibliografía.

• Manual de instalaciones eléctricas, Martín Sánchez, 3ª Edición, 2002).

• Guía sobre alumbrado de OSRAM.

• Instalaciones de iluminación, Martín Sánchez, Francisco, Ed. Fundación Escuela de la Edificación.

• Manual de instalaciones de alumbrado y fotometría, Jorge Chapa Carreón, Ed. Limusa 1995.

• Iluminación eficiente.pdf.

•http://www.pantallasled.com.mx/articulos/080220_lumenes_vs_watts_en_alumbrado_publico_y_interiores.html.

• Guía de alumbrado Edison.