Instalaciones Eléctricas

Proyecto de Alumbrado

ING. ELECTROMECÁNICA

Tapachula, Chiapas; a 20 de Abril de 2004.

INDICE.

Tema	Pág.
* Introducción.	1
* Objetivo.	2
* Desarrollo del Proyecto.	3
* Determinación del área.	3
* Determinación del nivel de iluminación.	3
* Determinación de los lúmenes emitidos por lámpara.	4
* Determinación del coeficiente de utilización.	4
* Cálculo del factor de pérdidas.	7
* Calculo de la distribución de las luminarias.	14
* Planta arquitectónica de la bodega.	17
* Conclusiones.	20
* Bibliografía.	21

INTRODUCCIÓN.

Al iniciar un proyecto de algún sistema de alumbrado, lo primero que se requiere es elegir un equipo que proporcione el máximo confort visual y el más alto rendimiento compatibles con las limitaciones impuestas al proyectista. Los factores de conservación o de pérdida de luz tienen una influencia mayor al elegir el equipo, y se considera detalladamente en el proceso del cálculo.

El proyecto de iluminación que a continuación se presenta tiene como objetivo principal la demostración de “los conceptos fundamentales teóricos ya estudiados

para la realización de un buen proyecto de iluminación”.

El proyecto presenta todos los cálculos posibles para determinar una buena iluminación en un área cualquiera, también se presentan todos los datos en tablas, gráficas, etc. Así como también las referencias bibliográficas de donde se obtuvieron y por qué se usan. Es importante mencionar que para el tipo de lámparas empleadas se deben de considerar el tipo y el código. La verdad es que el proyectista considera el tipo y el código que quiera, por supuesto que deberá de ser la más apropiada para el local.

Es obvio que sin la exigencia básica de una iluminación adecuada, es decir, sin un nivel de iluminación suficiente, no se puede llevar a cabo ninguna tarea visual de un modo correcto, rápido, seguro y fácil. Los requisitos cuantitativos de una buena iluminación varían mucho con la naturaleza de la actividad.

OBJETIVO.

El proyecto de iluminación tiene como primer objetivo, entender o comprender qué es la iluminación, qué es el alumbrado de calidad y cada uno de los conceptos que se maneja en iluminación, ya que son las bases teóricas las que nos permiten la realización de un proyecto.

Y como segundo objetivo, y quizás el más importante, tenemos el de iluminar un área cualquiera, desde una casa habitación, hasta grandes tiendas departamentales, plazas comerciales, hospitales, restaurantes, bancos, hangares, etc., tomando en cuenta todos los conceptos teóricos fundamentales.

DESARROLLO.

Una bodega con una iluminación de tipo: “Almacén activo de embalaje medio” cuyas dimensiones son 40 metros por 15 metros, con una altura de 6 metros; tiene un techo de lamina con un recubrimiento de esmalte color blanco y sus paredes de color azul claro. Se utilizarán lámparas semidirectas de tipo: “Ventilada de aluminio de 450 mm de diámetro para grandes alturas” tal como la que se muestra en la página 121 del Manual de Alumbrado de la Westinghouse (MAW), las cuales se suspenderán (colgarán) 1m por debajo del techo. Dado que no tenemos una altura de plano de trabajo específica, el MAW recomienda utilizar en estos casos un valor de 0.75 m.

METODO DE LÚMENES.

Donde,

A = área

NI = Nivel de iluminación.

LEPL = Lúmenes emitidos por la lámpara.

CU = Coeficiente de utilización.

FM = Factor de pérdidas.

• Determinación del área (A).

A = 40 x 15 = 600 m2

• Determinación del nivel de iluminación (NI).

Este dato se obtiene del capítulo 5 de las páginas 93 a 107 del Manual de Alumbrado de la Westinghouse (MAW).

Según la página 99 del MAW se requiere un nivel luminoso de 200 luxes.

• Determinación de los lúmenes emitidos por cada lámpara (LEPL).

De los datos de las tablas de la página 129 del MAW, se elige la lámpara de Vapor de Mercurio Lifeguard con código H33-1DN/C de 400 vatios que emite un flujo luminoso de 21000 lúmenes.

• Determinación del coeficiente de utilización (CU).

Este coeficiente de utilización se obtiene de las tablas delas páginas 120 a 127 del manual de Alumbrado de la Westinghouse y para encontrar su valor debemos conocer primero los tres siguientes aspectos:

Tipo de luminaria.

Reflectancia (paredes y techos).

Relación de cavidad del local.

Tipo de Luminaria.

Como ya se sabe la luminaria que se empleará es semidirecta de tipo: “Ventilada de aluminio de 450 mm de diámetro para grandes alturas” tal como la que se muestra en la página 121 del Manual de Alumbrado de la Westinghouse (MAW).

Distribución del flujo luminoso

9 % hacia arriba

77 % hacia abajo

Reflectancia.

Paredes: Azul claro 70 %

Techo: Esmalte Blanco 89 %

Relación de Cavidad del Local (RCL).

La relación de cavidad del local (RCL), tiene 10 diferentes valores (de 1 a 10) tal y como se observa en las tablas de coeficientes de utilización de las páginas 120 a 127 del Manual de Alumbrado de la Westinghouse. Se puede obtener mediante fórmulas o a través de tablas.

Donde:

HT = Altura total del techo.

HPT = Altura del plano de trabajo.

HCT = Altura de la cavidad del techo.

HCL = Altura de la cavidad del local.

Por lo tanto:

Debido a que las luminarias estarán suspendidas, habrá que corregir la reflectancia del techo, ya que la luz tendrá que recorrer una distancia para poder ser rebotada o reflejada por el mismo.

Nota: Si la luminaria estuviera al nivel techo no habría que corregir la reflectancia del techo.

La corrección se hace a través de la tabla de la página 117 del Manual de Alumbrado de la Westinghouse, la cual nos pide los datos de las reflectancias de techos y paredes así como la relación de cavidad, la cual puede calcularse mediante la siguiente expresión:

Relación de cavidad = 0.7647058

Ahora bien, según la tabla de la página 117 del Manual de Alumbrado de la Westinghouse, tenemos que la reflectancia en techos ya corregida es:

	90% 70%
0.6 0.8	84% 82%

83 %

Por lo tanto el coeficiente de utilización según la página 121 del Manual de Alumbrado de la Westinghouse y considerando los valores arrojados de reflectancia de techo (83%) y reflectancia de paredes (70%) y con los valores de los incisos a), b) y c); tenemos que el coeficiente de utilización (CU) es:

• Cálculo del factor de conservación o de pérdidas de luz.

Para poder obtener este factor, primeramente es primordial encontrar o calcular 8 factores parciales de pérdida.

Según referencias tomadas del Manual de alumbrado de la Westinghouse, estos 8 factores son los que a continuación se describen y se calculan.

Características de funcionamiento de la reactancia (balastro).

Las especificaciones de Certified Ballast Manufactures Association para lámparas fluorescentes requieren una reactancia tal que haga trabajar a la lámpara al 95% de la emisión luminosa que proporciona cuando trabaja con una reactancia patrón, entendiendo por esta a una de laboratorio usada por los fabricantes para establecer los valores nominales de la lámpara. Para reactancias que llevan el rótulo CMB tomar 0.95. Para reactancias sin dicho rótulo, la emisión luminosa es generalmente má baja. La vida de la lámpara también es corta, de ordinario. No se dispone de especificaciones para las reactancias de las lámparas de vapor de mercurio, las cuales son las que utilizaremos en nuestro proyecto, para este factor de pérdida se deberá consultar con el fabricante ya que estas varían de acuerdo al modelo.

Por lo tanto, específicamente para el modelo de la lámpara de Vapor de Mercurio Lifeguard con código H33-1DN/C este valor es de 25, según la tabla de la página129 del MAW.

Para nuestro caso:

0.25

Tensión de alimentación de las luminarias.

La tensión de servicio es difícil de predecir. Para las lámparas de filamento, pequeñas desviaciones de la tensión nominal causan aproximadamente una variación de 3% en los lúmenes emitidos por cada 1% de desviación de la tensión. Las reactancias de alto valor de las lámparas de mercurio originan igualmente un cambio alrededor del 3% en el flujo luminoso de la lámpara por cada 1% de variación de la tensión primaria de la reactancia con respecto a su valor nominal. En las reactancias de salida regular (potencia constante) la emisión luminosa de la lámpara es independiente de la tensión primaria. Los lúmenes emitidos por una lámpara fluorescente varían aproximadamente un 1% por cada 2.5% de variación en la tensión primaria.

Por lo tanto, consideraremos este valor como:

1

Variación de la reflectancia y transmitancia de la luminaria.

Este efecto es normalmente pequeño, pero puede ser significativo después de un largo periodo de tiempo en las luminarias con acabados plásticos de inferior calida. No se dispone de amplios datos.

Por lo tanto lo consideraremos de:

0.98

Fallo de lámparas.

Los fallos de lámparas deben subsanarse rápidamente o de lo contrario habrá unas pérdidas de iluminación proporcionales al porcentaje de lámparas fuera de servicio.

Por lo tanto lo consideramos de:

1.0

Temperatura ambiente de la luminaria.

Las variaciones de temperatura no influyen en las lámparas de filamento ni en las de vapor de mercurio. Las lámparas fluorescentes normalmente se calibran fotométricamente a 25%.

Como este efecto no influirá en nuestras lámparas de vapor de mercurio este factor tendrá un valor de:

1.0

Luminarias con intercambio de calor.

Las luminarias que sirven a doble finalidad de suministrar iluminación y de actuar con retorno de aire en el sistema de ventilación se calibran fotomètricamente sin paso de aire a través de la misma. Por lo tanto, cuando son instaladas y se extrae aire local a través de ellas, su eficacia aumenta a veces hasta un 20% en los casos en que la luminaria esta sobrecargada con la potencia de las lámparas. Este incremento de eficacia es función de la temperatura del aire y de la cantidad de este que pasa a través de la luminaria por minuto.

La eficacia de las luminarias “de dirección de aire”, que actúan meramente como difusores del aire entrante, es la misma que la de las luminarias estàticas de aire.

Así pues para nuestro caso este valor será de:

1.0

Degradación luminosa de la lámpara.

La gradual reducción de la emisión luminosa de la lámpara a medida que transcurre su vida es más rápida en unas lámparas que en otras. El factor de pérdidas por este concepto para las fluorescentes viene dado generalmente como la relación entre la emisión luminosa de la lámpara cuando ha transcurrido el 70% de su vida nominal y el valor inicial (a las 100 horas) de dicha emisión. La disminución de los lúmenes emitidos por las lámparas de vapor de mercurio viene dada en la página 129 del Manual de Alumbrado de la Westinghouse indicándose el tanto por ciento de la emisión inicial al 70% de la vida media.

Entonces según los datos proporcionados por la tabla este valor será de:

0.74

Disminución de emisión luminosa por suciedad.

Este factor varía con el tipo de luminaria y el ambiente en que trabaja. Las luminarias se dividen en seis categorías, la categoría de cada una de las luminarias se encuentra en las tablas de las páginas 120 a 127 del Manual de Alumbrado de Westinghouse (MAW), está indicada a un lado de la figura de cada luminaria. Una vez determinada la categoría, el factor de degradación por sucieda de la luminaria se puede leer en una de las 5 curvas que se muestran para cada categoría en la página 115 del MAW. El punto de la curva ha de elegirse de acuerdo con el número de meses transcurrido entre dos limpiezas consecutivas de luminarias. La curva particular elegida será la correspondiente al contenido de suciedad en el ambiente.

Para este último factor parcial de pérdidas debemos tener los siguientes datos:

Categoría de la luminaria o gabinete.

Grado de suciedad.

Para nuestro caso hablando de un almacén o bodega debe ser un grado de suciedad “Sucio” con un periodo de mantenimiento de cada 3 meses. Nuestra luminaria es de categoría “III” de acuerdo con la tabla de la página 121 del MAW.

Utilizando la gráfica de la página 115 de MAW, tenemos un valor de:

93/100 = 0.93

Ahora bien, multiplicando cada uno de los ocho factores de pérdidas, tendremos un valor de:

CALCULO DE LA DISTRIBUCIÓN DE LAS LUMINARIAS

Ya con todos lo valores indispensables definidos, substituimos estos para obtener que:

La separación entre luminaria no debe ser mayor, según la página 121 del MAW y el tipo de luminaria que utilizaremos, a:

Distancia entre luminaria y luminaria = 7 x (altura de montaje)

Distancia entre luminaria y luminaria = 7 x (5m)

Distancia entre luminaria y luminaria = 35m

Tomando el 70% de esta distancia para mayores eficiencias,

(35m) x 0.70 = 24.5m

Se tiene 40 lámparas y se requiere tener una lámpara por luminaria, por lo tanto se necesitarán distribuir 40 luminarias en el local. La magnitud de la luminaria según la página 121 del MAW es de:

Se considera la colocación siguiente de las lámparas como la mejor posible:

No. de filas = 10

No. de columnas = 4

Esto es lo mismo que decir que se colocarán 10 filas de 4 luminarias cada fila lo que nos da un total de 40 luminarias requeridas.

La distribución entre luminaria de una fila va a ser igual a:

La distribución de las filas va a ser igual a:

Como podemos ver no sobrepasamos el valor de 24.5m para el espacio máximo entre luminarias, por lo tanto representaremos la distribución de las luminarias gráficamente.

Se anexan dos planos arquitectónicos con sus respectivas acotaciones y a escala 1:100.

En el primer plano se representa con el método de puntos las medidas, las medidas son tomadas entre los puntos de referencia.

En el segundo plano arquitectónico se presenta con las luminarias, se especifican las distancias de luminaria a luminaria, así como también las distancias de luminaria a paño de la pared.

Nota: Las distancias para determinar el área serán las distancias de paño a paño.

CONCLUSIÓN.

Para obtener un buen alumbrado debemos de tomar en cuenta los siguientes factores como son: el plano de trabajo, el tipo de alumbrado, el nivel de iluminación, el área determinada a iluminar, los tipos de luminaria, lámparas a emplear y los colores de la pared y el techo.

Para poder desarrollar los cálculos de alumbrado debemos conocer ampliamente los conceptos relacionados con el alumbrado y tener como apoyo tablas de datos que nos sirvan de ayuda para dar solución a las necesidades de alumbrado.

Cuando se redacta un proyecto de alumbrado para industrias se hace preciso recabar información sobre la naturaleza de las tareas visuales a desarrollar con el objeto de determinar que cantidad y que tipo de luz hay que suministrar para garantizar un óptimo rendimiento visual y la verificación de las condiciones de seguridad y confort exigidas para cada tipo de actividad.

BIBLIOGRAFÍA.

• Manual de Alumbrado de la Westinghouse.

Editorial Dossat, S.A.

• Alumbrado para Interiores.

Víctor Reyes.

Editorial Marcombo

• Apuntes de Instalaciones Eléctricas.

Ing. Rolando Cruz De la Rosa.