Читать книгу: «Eficiencia energética en las instalaciones de iluminación interior y alumbrado exterior. ENAC0108», страница 2
3. Partes y elementos constituyentes
Las instalaciones de iluminación interior se constituyen por una serie de elementos. Debemos conocer las características de cada una de estas partes para que nuestra instalación de iluminación interior cumpla su función de la manera más eficiente posible.
3.1. Cuadros eléctricos de mando y control
Para que un sistema de iluminación sea eficiente requiere un diseño eléctrico adecuado en cuanto al sistema de alimentación eléctrica y su control.
Por ello, el diseño de la instalación eléctrica se deberá tener en cuenta el voltaje de la alimentación y la variabilidad del mismo, ya que en algunos tipos de lámparas puede haber problemas con el encendido y la estabilidad del funcionamiento de las mismas.
Uno de los elementos fundamentales que vela por el buen funcionamiento de la instalación de iluminación es el cuadro eléctrico y de mando. En dicho cuadro se protege cada uno de los circuitos eléctricos de la instalación y dentro de ellos el circuito de alumbrado.
El cuadro eléctrico normalmente se compone de tres elementos fundamentales:
1 Interruptor de control de potencia: se acciona en caso de que existan sobrecargas eléctricas en la instalación, es decir que la potencia eléctrica que se consume en ese momento por la instalación es superior a la contratada.
2 Interruptor Diferencial (ID): su función es la desconexión eléctrica de la instalación en caso de que haya derivación de cualquier elemento de la instalación hacia tierra. Gracias a ello, si una persona tocara un aparato averiado, se produciría la desconexión instantánea de la instalación eléctrica evitando producir calambres.
3 PIA’s (Pequeños Interruptores Automáticos): la función de estos elementos es proteger a los diferentes circuitos de la instalación de defectos derivados de cortocircuitos o sobrecargas. Para el caso de la instalación de alumbrado interior existe un PIA’s para dicha instalación de alumbrado el cual puede incluso estar identificado en el cuadro eléctrico.
En el caso del alumbrado hay ocasiones que se incorporan a este cuadro elementos de mando. Dichos elementos reciben el nombre de programadores, y su función es programar el alumbrado interior en cuanto a horario e intensidad de iluminación. Así por ejemplo con este elemento se podrá programar el encendido y apagado de la iluminación de un edificio en función de el horario de apertura y cierre.
3.2. Líneas de distribución
Las líneas de distribución están constituidas por los cableados que llevan la corriente eléctrica desde el punto de conexión con la red eléctrica principal hasta las lámparas. A este cableado se le llama circuito eléctrico de alimentación de puntos de iluminación.
El circuito eléctrico de iluminación es independiente de los demás circuitos, y se puede adaptar en función de distintas necesidades.
A continuación se muestran dos ejemplos de distintas disposiciones del circuito eléctrico de alimentación en función de los puntos de encendido o control de los puntos de luz.
Ejemplo
Disposición con interruptor unipolar
Con esta disposición se puede controlar uno o varios puntos de luz desde un único interruptor. Para ello, usamos un interruptor unipolar que solo se aplica a una fase. Por tanto si se cortara el cable del neutro la bombilla seguiría encendida. Pero si tocamos la bombilla estando la luz apagada podríamos tener una descarga eléctrica, o saltaría el interruptor diferencial en caso de que la instalación eléctrica se encontrara protegida correctamente.
Disposición con dos conmutadores
Con esta disposición podemos controlar una o más luminarias desde dos puntos distintos. Para ello, se usan dos interruptores conmutadores. Aunque aparentemente un interruptor es igual que un conmutador, su diferencia estriba en el número de cables que llegan a ellos.
3.3. Disposición de puntos de luz
La disposición de luz en las instalaciones de iluminación interior dependerá de las características del edificio que se pretende iluminar.
En las instalaciones industriales, en la que los techos suelen ser altos, las luminarias se suelen situar altas, alineadas y equidistantes, de tal forma que la iluminación en el edificio sea uniforme. En caso de haber actividades que necesiten una mayor iluminación, la disposición de las luminarias será más localizada.
Por otro lado destacar que en instalaciones comerciales la disposición de puntos de luz responde más a necesidades estéticas que a funcionales, siendo a veces, la disposición de puntos de luz una herramienta de atracción para las personas.
Caso aparte, son las instalaciones de puntos de luz en las viviendas. El REBT (Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión) en su ITC-BT-25 establece unos niveles de electrificación en los que se indica los puntos de luz que se deben situar en cada habitación de la vivienda.
Distribución equidistante de luminarias típica del alumbrado industrial
Actividades
2. Busque información en la ITC-BT-25 los puntos de luz que se deben establecer en la vivienda, así como de los factores que depende.
3.4. Tipos de luminarias y lámparas
Las lámparas y las luminarias son los elementos que forman las fuentes eléctricas de luz en sí. Es preciso que lámparas, luminarias y el conjunto formado por las dos, cumplan una serie de condiciones según la iluminación que se desea conseguir.
Según la Norma UNE-EN60598-1 (CEI598-1), se define la luminaria como:
Un aparato de alumbrado que reparte, filtra o transforma la luz emitida por una o varias lámparas y que comprende todos los dispositivos necesarios: el soporte, la fijación y la protección de las lámparas, y en caso necesario, los circuitos auxiliares en combinación con los medios de conexión con la red de alimentación.
Por tanto, las luminarias realizan la triple función de:
1 Control luminoso.
2 Control térmico.
3 Seguridad eléctrica.
Los componentes comunes a las luminarias son:
1 Armadura o carcasa. Es el elemento físico cuya función es la de contener los dispositivos necesarios para el correcto funcionamiento de la lámpara. Uno de los materiales más usados en la fabricación de las armaduras es el aluminio por sus características de resistencia, ligereza, facilidad de mecanizado y resistencia a la corrosión. Una variante del material, el aluminio inyectado, se usa cuando se desea mayor calidad en las luminarias.Luminaria con carcasa de aluminio inyectado
2 Sistema óptico. Se denomina sistema óptico al conjunto formado por los reflectores, difusores y filtro que se encuentran en la luminaria, cuya función es dirigir el flujo luminoso que emite la lámpara hacia la superficie que se ilumina. En una luminaria podemos encontrarnos con uno, dos o tres de estos elementos:Reflectores: son las superficies alojadas en el interior de la luminaria cuya función es modelar la forma y dirección del flujo de la lámpara.Difusores: es el elemento que sirve de cierre o recubrimiento de la luminaria en la dirección del rayo lumínico.Filtro: su función es la de combinarse con los difusores para potenciar o disminuir algunas características de la radiación luminosa.
3 Equipo eléctrico. El equipo eléctrico que esté contenido en la luminaria dependerá del tipo de luz o lámpara a la que se asocie. Así por ejemplo en algunas lámparas no serán necesarios equipos eléctricos auxiliares, pero en otros tipos de lámparas sí se harán necesarios algunos equipos eléctricos auxiliares.
En el siguiente dibujo se expone un ejemplo luminaria general en la que se señalan las partes anteriormente estudiadas.
Tipos de luminarias
Existen diversos criterios para clasificar las luminarias. Tres de ellos son los que clasifican a las luminarias en función de su protección eléctrica, los que las clasifican según sus condiciones operativas y los que las clasifican según criterios ópticos.
Según su protección eléctrica
Las luminarias, según su grado de protección eléctrica hacia las personas y los bienes se pueden clasificar en:
1 Clase 0: luminarias con aislamiento funcional, pero sin un aislamiento reforzado ni conexión a tierra.
2 Clase I: luminarias con aislamiento funcional, sin aislamiento doble pero con conexión a tierra.
3 Clase II: luminarias con aislamiento doble y/o reforzado en su totalidad y sin conexión a tierra.
4 Clase III: luminaria diseñada para trabajar con circuitos de voltaje muy bajos de seguridad. No cuenta con circuitos que operen a un voltaje superior. Se suelen llamar “luminarias para muy baja tensión de seguridad” (MBTS).
Actividades
3. Busque imágenes de dos ejemplos de luminaria de cada clase según protección eléctrica, y verifique sus características con su definición.
Según sus condiciones operativas
El sistema “Internacional Protección” (IP), que fija la Normativa UNEEN 60598 clasifica a las luminarias dependiendo del grado de protección contra la entrada de cuerpos extraños, polvo y humedad.
El Grado de Protección se representa por las letras “IP” seguidas por dos números (o tres números en el sistema francés):
1 El primer número indica el grado de cumplimiento de la protección contra la entrada de cuerpos extraños y polvo.
2 El segundo número indica el grado de sellado de la luminaria para evitar la entrada de agua.
3 El tercer número (indicado en el sistema francés) indica el grado de resistencia contra impactos.
| Clasificación EN 60598 por grado de protección contra el polvo (1ª cifra) | ||
| Primer número característico | Breve descripción | Símbolo |
| 0 | No protegida | No tiene |
| 1 | Protegida contra objetos sólidos mayores a 50 mm | No tiene |
| 2 | Protegida contra objetos sólidos mayores a 12,5 mm | No tiene |
| 3 | Protegida contra objetos sólidos mayores a 2,5 mm | No tiene |
| 4 | Protegida contra objetos sólidos mayores a 1 mm | No tiene |
| 5 | Protegida contra el polvo |  |
| 6 | Hermética al polvo |  |
| Clasificación EN 60598 por grado de protección contra el agua (2ª cifra) | ||
| Primer número característico | Breve descripción | Símbolo |
| 0 | No protegida | No tiene |
| 1 | Contra gotas de agua de caída vertical |  |
| 2 | Contra gotas de agua de caída vertical con inclinación máxima de 15° de la envolvente | No tiene |
| 3 | Contra agua en forma de lluvia fina formando 60° con la vertical como máximo |  |
| 4 | Contra proyecciones de agua en todas las direcciones |  |
| 5 | Contra chorros de agua en todas las direcciones |  |
| 6 | Contra chorros de agua en todas las direcciones | No tiene |
| 7 | Contra efectos de inmersión temporal en agua |  |
| 8 | Contra la inmersión continua en agua |  |
| Clasificación EN 60598 contra impactos mecánicos (3ª cifra) | ||
| Primer número característico | Breve descripción | Símbolo |
| 0 | Ninguna protección | No tiene |
| 1 | Protección contra un impacto de 0,225 J de energía | No tiene |
| 3 | Protección contra un impacto de 0,5 J de energía | No tiene |
| 5 | Protección contra un impacto de 2 J de energía | No tiene |
| 7 | Protección contra un impacto de 6 J de energía | No tiene |
| 9 | Protección contra un impacto de 20 J de energía | No tiene |
Según criterios ópticos
La tercera clasificación, y no menos importante, es aquella que clasifica a las luminarias dependiendo de criterios o características ópticas.
Dicha clasificación se basa en el porcentaje de flujo luminoso que se emite por encima y por debajo de un plano de referencia. Dicho plano de referencia, es un plano horizontal que pasa por la lámpara que aloja la luminaria. Es decir la luminaria queda clasificada en función de la luz que se emita hacia arriba (el techo) y hacia abajo (el suelo). En función de este aspecto nos encontramos con seis tipos de luminarias que se representan a continuación:
| Directa |  | Semi-directa |  |
| General difusa |  | Directa-indirecta |  |
| Semi-directa |  | Indirecta |  |
Tipos de lámparas
Las lámparas son los elementos encargados de generar la luz. Previamente al estudio de la tipología de las lámparas vamos a estudiar los modos empleados para generar la luz de las lámparas.
Las lámparas generan luz básicamente a de dos formas básicas, por incandescencia de elementos o por luminiscencia en medios gaseosos.
1 Generación de luz por incandescencia. La incandescencia es la emisión de radiación luminosa mediante procesos térmicos. Consiste, básicamente, en calentar un sólido hasta su temperatura de incandescencia. Es el método más antiguo de generar luz. Destacar que a partir de septiembre de 2012 se dejaron de fabricar las lámparas incandescentes típicas por su ineficiencia energética.
2 Generación de luz por luminiscencia. La luminiscencia es la emisión de radiación luminosa por átomos, moléculas e iones, que son excitados por el choque de electrones, es decir, sin usar procedimientos térmicos. La luminiscencia generalmente se genera al excitar los electrones de la última capa de los átomos.
Dependiendo del procedimiento físico empleado para excitar los electrones de la última capa, el tipo de radiación y la forma de emisión se distinguen distintos tipos de luminiscencia y de lámparas, que veremos a continuación.
A continuación se realiza un recorrido por las tipologías de lámparas fundamentales.
Todas ellas generan la luz a partir de uno de los modos de generación anteriores o a partir de una combinación de los dos. Asimismo, el funcionamiento eléctrico de los distintos tipos de lámparas también varía.
Lámparas incandescentes
En las lámparas incandescentes la emisión de radiación luminosa se produce como consecuencia del paso de una corriente eléctrica por un hilo de wolframio que alcanza la temperatura de incandescencia.
El hilo está arrollado de forma helicoidal y se encuentra ubicado en una ampolla de vidrio donde se ha realizado previamente el vacio o se ha rellenado con un gas inerte.
Dichas lámparas cuentan con una pieza metálica denominada casquillo. Su función es realizar la conexión de la lámpara y el portalámparas.
Tal y como se indicó anteriormente dichas lámparas se dejaron de fabricar a partir de septiembre de 2012 atendiendo a la Directiva de la UE ECODESING 2009/1215/CE. Tienen una corta vida útil (unas 1000 horas) y su consumo eléctrico es muy elevado, lo que las hace la tipología menos eficiente desde el punto de vista energético.
Se recomienda su progresiva sustitución por lámparas más eficientes como las de bajo consumo, tubos fluorescentes o las que aplican la tecnología LED.
Sabía que...
Tan solo el 5% de la energía que consume una bombilla incandescente se traduce en luz, el resto el 95%, se transforma en calor. Este hecho nos arroja la poca eficiencia energética de este tipo de lámparas lo que ha obligado a su retirada del mercado y a las recomendaciones de sustitución por otras lámparas más eficientes.
Actividades
4. Investigue sobre la fecha y autoría de la invención de la bombilla incandescente.
5. Busque información acerca de las consecuencias de dicho invento.
Lámparas halógenas
Las lámparas halógenas son lámparas de incandescencia a las que se le agrega un gas de relleno para evitar el ennegrecimiento de la lámpara debido al depósito de wolframio. El gas que se suele añadir es bromo, y el mismo, evita que se deposite el wolframio.
Lámpara halógena
Lámparas fluorescentes
Las lámparas fluorescentes más usuales son las tubulares. Su funcionamiento se basa en la descarga en vapor de mercurio a Baja Presión (BP). En cada extremo del tubo se encuentra un electrodo y a su vez el tubo de descarga está lleno de un gas inerte (por ejemplo argón) y una pequeña de cantidad de mercurio, que al principio está en forma líquida. La superficie interna de la ampolla se cubre de una sustancia luminiscente (polvo fluorescente o fósforo), y dependerá de su composición la cantidad de luz emitida y las características de color de la lámpara.
Tienen una duración 10 veces mayor a las lámparas incandescentes y su consumo eléctrico es menor, pudiendo obtener un ahorro de un 80% en el uso de los mismos.
Lámparas de mercurio de alta presión
En estas lámparas la descarga se produce en un tubo de descarga de cuarzo que contiene una pequeña cantidad de mercurio y un relleno de gas inerte, que es generalmente argón, para ayudar al encendido. La descarga de estas lámparas emite radiación dentro del espectro visible de luz, pero también emite radiación ultravioleta.
La superficie interna de la ampolla exterior de la lámpara puede estar cubierta de un polvo fluorescente que realiza la conversión de la radiación ultravioleta en radiación visible. Estas lámparas ofrecen mayor iluminación que versiones similares sin la capa de polvo fluorescente. Dichas lámparas ofrecen un bajo consumo por lo que se recomienda su uso en ambientes interiores de iluminación prolongada y localizada.
En el funcionamiento de las lámparas de mercurio de alta presión se distinguen tres fases:
1 Ignición. La ignición de la lámpara se logra mediante un electrodo auxiliar o de arranque que se sitúa cerca del electrodo principal y que se conecta al otro por una resistencia de alto valor (25 kW). En esta primera etapa la lámpara funciona de manera similar a las lámparas de baja presión.
2 Encendido. En esta fase se ioniza el gas inerte y la lámpara nos muestra su máxima producción de luz, hasta que el mercurio contenido en el tubo de descarga esté totalmente vaporizado. El tiempo que transcurre en este proceso se denomina tiempo de encendido. Este tiempo se suele definir como el tiempo necesario de la lámpara desde el momento de la ignición hasta alcanzar el 80% de su producción máxima de luz, siendo aproximadamente 4 minutos.
3 Estabilización. Es la función que realiza el circuito de balasto de la lámpara para estabilizar el flujo de corriente a través de la misma.
Lámparas de luz mezcla
Estas lámparas se basan en la combinación de la lámpara de vapor de mercurio de alta presión y la lámpara incandescente. Su objetivo es corregir la luz azulada de las lámparas de vapor de mercurio.
Esto se consigue mediante la inclusión en la ampolla de un tubo de descarga de vapor de mercurio y un filamento de wolframio.
Son una buena sustitución para las lámparas incandescentes ya que no requieren balasto, es decir, se conectan directamente a la red eléctrica, y además presentan buenas características cromáticas y una aceptable vida útil.
Lámparas de halogenuros metálicos
Son lámparas de vapor de mercurio a alta presión que contienen halogenuros de los llamados “de tierras raras” como son el Dysprosio (Dy), el Holmio (Ho) y el Tulio (Tm). Estos haluros se vaporizan cuando la lámpara alcanza su temperatura normal.
A continuación, el vapor de haluros se disocia en el interior de la zona central caliente del arco, en halógeno y metal, y se consigue así, aumentar de manera considerable la eficacia luminosa y aproximar su color al de la luz diurna solar. En la constitución de estas lámparas se usan varios tipos de halogenuros (sodio, yodo, ozono), a los que se añade escandio, talio, indio, litio, etc.
Dichas lámparas nos las podemos encontrar en lugares en que necesitamos un tratamiento especial de los colores, como en los estadios de deportes o en grandes salas de reuniones.
Lámparas de sodio a baja presión
Son lámparas que en su funcionamiento tienen similitud con las lámparas de vapor de mercurio a baja presión (fluorescente). Su diferencia está en que en las lámparas de sodio no es necesario el polvo fluorescente, sino que basta con la descarga directa del sodio.
Lámparas de sodio a alta presión
La gran diferencia respecto a las lámparas de sodio de Baja presión, es que la presión de vapor es más alta. Este factor hace que las propiedades de la luz emitida sean también diferentes respecto a las lámparas de baja presión.
El tubo de descarga contiene un exceso de sodio que da lugar a unas condiciones de vapor saturado cuando la lámpara está en funcionamiento. Por otro lado también tiene un exceso de mercurio, que proporciona un gas amortiguador. En el tubo también se incluye gas xenón, para facilitar el encendido y poner un límite a la conducción de calor del arco de descarga a la pared del tubo. La envoltura del tubo de descarga es de vidrio protector con vacío hecho en su interior.
En cuanto a radiación visible emitida por las lámparas, se puede decir que ofrecen una producción de color bastante aceptable en comparación con las lámparas de sodio de baja presión.
En las instalaciones de alumbrado interior se suelen usar con fines decorativos.
Lámpara de inducción
La lámpara de Inducción es innovadora en la generación de luz. Su principio de funcionamiento se basa en el principio de descarga de gas a baja presión prescindiendo de electrodos para ionizar el gas.
Para dicha ionización se puede emplear un anillo cerrado de vidrio y la energía es suministrada desde el exterior mediante un campo magnético. Existen distintos tipos de lámparas de inducción, entre ellas las lámparas fluorescentes de alta potencia sin electrodos.
Lámparas LED
Las lámparas LED son aquellas que se basan en diodos emisores de luz (en inglés, Light-Emitting Diode: LED). Esta tecnología es novedosa y presume de ser una tecnología de bajo consumo.
Las lámparas LED para poseer una intensidad luminosa equivalente a las lámparas convencionales se componen de grupos de “DIODOS EMISORES DE LUZ” o “LEDES”, cuyo tamaño y cantidad dependerá de la intensidad luminosa que deseemos conseguir con la lámpara LED.
La principal ventaja de las lámparas LED es su ahorro energético, su gran vida útil, su arranque instantáneo y la resistencia que presentan ante encendidos y apagados continuos.
Diodo emisor de luz (LED)
Lámparas tubulares de LED, equivalen en cuanto a iluminación a las fluorescentes tubulares
