Monografias.com > Ingeniería
Descargar Imprimir Comentar Ver trabajos relacionados

Análisis comparativo de parámetros generales entre las lámparas de alumbrado público



Partes: 1, 2, 3

  1. Glosario
  2. Resumen
  3. Introducción
  4. Planteamiento básico,
    fundamentación y definición de
    parámetros del proyecto
  5. Fundamentos del alumbrado
    público
  6. Impactos de la implementación de una u
    otra tecnología
  7. Conclusiones
  8. Recomendaciones
  9. Bibliografía
  10. Anexos

Glosario

LÚMEN: Es la unidad del Sistema
Internacional de Medidas para medir el flujo luminoso, una medida
de la potencia luminosa percibida. El flujo luminoso se
diferencia del flujo radiante (la medida de la potencia luminosa
total emitida) en que el primero se ajusta teniendo en cuenta la
sensibilidad variable del ojo humano a las diferentes longitudes
de onda de la luz.

LUX: Se conoce también como LÚMEX.
Es la unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades para
la iluminancia o nivel de iluminación. Equivale a un lumen
/m². Se usa en fotometría como medida 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.

LUXÓMETRO: Dispositivo que se encarga de
medir la densidad luminosa por área y que es calibrado de
acuerdo a las normas técnicas de cada territorio. En
Colombia va en la escala de 20.000 lúmex.

NORMAS ISO: Las normas ISO surgen para armonizar
la gran cantidad de normas sobre gestión de calidad que
estaban apareciendo en distintos países del mundo. Los
organismos de normalización de cada país producen
normas que resultan de consenso entre representantes del estado y
de la industria. De la misma manera las normas ISO surgen del
consenso entre representantes de los distintos países
integrados a la I.S.O. Existen dos grandes familias de normas
ISO: Las de la familia 9000 y las de la familia 14000
además de otras complementarias (ISO 8402; ISO
10011).

PROUREE: Programa de Uso Racional y Eficiente de
Energía, conjunto de normas contenidas en el decreto 3450
de 2008 y que tienden a un aprovechamiento óptimo de la
energía y un uso racional de la misma.

RETILAP: Es el Reglamento Técnico de
Iluminación y Alumbrado Público y contiene todas
las especificaciones técnicas que deben cumplir los
diferentes tipos de luminarias en el territorio colombiano para
ser certificadas. Se tuvo como base el anterior RETIE (Reglamento
Técnico Eléctrico) y se complementa con las Normas
Técnicas Colombianas (NTC).

Resumen

Se realizará un estudio y análisis
comparativo de los diferentes parámetros involucrados en
la reglamentación y certificación de las
lámparas de alumbrado público de vapor de sodio y
de tecnología LED en la ciudad de Ibagué, teniendo
en cuenta la reglamentación que a este respecto rige en la
actualidad en Colombia. Estará dirigido a todos los entes
involucrados en la prestación del servicio de alumbrado
público, a los generadores de energía
eléctrica, a las empresas que proveen servicios y
elementos involucrados en la prestación del servicio en
todos los niveles y a la academia que está siempre
pendiente de la mejora de las condiciones del entorno en que
desarrollan sus procesos. El estudio llegará hasta el
punto de brindar toda la información teórica que
pueda ofrecer las herramientas básicas necesarias para
implementar una nueva tecnología de iluminación de
alumbrado público o continuar con la tecnología con
la que actualmente se cuenta en la ciudad.

Este análisis se llevará a cabo mediante
el uso de contrastación de datos obtenidos mediante
mediciones experimentales en el terreno, obtención de
imágenes de las lámparas de las tecnologías
en estudio, comparación de las tablas de
características técnicas de cada lámpara,
mediciones de consumo y trazado de curvas de iluminación.
Se usarán además herramientas matemáticas y
financieras que brinden los indicadores necesarios para poder
tomar una decisión de tipo económico a la hora de
escoger entre una de las dos tecnologías. Entre estas
herramientas matemáticas estarán todos los datos de
costos, mantenimientos, instalación y duración de
cada una de las lámparas.

Palabras Clave: RETILAP, NTC, lúmex,
luxómetro, luminancia, inferencia estadística,
PROUREE.

ABSTRACT

A study and comparative analysis of the different
parameters involved in the regulation and certification of the
lamps for public lighting of sodium vapor and LED technology in
the city of Ibagué will be made, taking into account the
regulations and laws that rule in Colombia at present. This study
will be directed to all entities involved in the provision of the
service of public lighting, generators of electricity, the
companies that provide services and elements involved in the
provision of the service at all levels and the Academy which is
always pending the improvement of the conditions of the
environment in which develop their processes. The study will go
to the point of providing theoretical information that can give
the basic tools necessary to implement a new technology of
illumination of street lighting or continue with the technology
that is currently in the city.

This analysis is carried out through using contrasting
of data obtained through experimental measurements in the field,
images of the lamps of the technologies in study, comparison of
the technical characteristics of each lamp tables, measurements
of consumption and plotting of curves of lighting. Also
mathematics and financial tools to provide the indicators
required for a decision of economic choice to use one of the two
technologies. These mathematical tools will include all data
costs, maintenance, installation and duration of each of the
lamps.

Keywords: RETILAP, NTC, lumex, luxometer,
luminance, statistical inference, PROUREE.

Introducción

El análisis de y contrastación de diversas
tecnologías, métodos, sistemas y demás
elementos de cualquier sector o ámbito, es un proceso que
se debe llevar a cabo necesariamente para conocer las diferentes
condiciones y variables que son características de cada
uno de los objetos en estudio y nos permite, a través de
la obtención sistemática de información,
tener una información clara que facilite la toma de una
decisión en cuanto la escogencia de uno u otro de los
objetos estudiados.

Así, pues, la idea de realizar un análisis
comparativo de las variables involucradas en el alumbrado
público entre las lámparas de vapor de sodio y las
de tecnología LED, debe estar orientada a una
población y lugar específico, se debe tener pleno
conocimiento de los antecedentes de cada una de las
tecnologías, del estado actual del alumbrado
público en la ciudad, conocer todos los aspectos
involucrados a la hora de escoger un tipo específico de
lámpara, tener en cuenta las reglamentaciones vigentes,
los parámetros que las rigen, las variables que afectan su
rendimiento y tener plenamente identificada la demanda y la
oferta de los productos para que, basados en estos datos, se
puedan establecer proyecciones y así dirigirse hacia un
objetivo claro para cumplir con las expectativas.

Basados en lo anterior, se espera entonces realizar un
análisis tal que permita delimitar los alcances del
proyecto y obtener una idea clara del tipo de tecnología
que presenta mayores ventajas a la hora de ser elegida y que sea
la que ofrezca menores costos y mejor rendimiento
energético y de calidad.

Planteamiento
básico, fundamentación y definición de
parámetros del proyecto

Es de fundamental importancia llevar a cabo un
análisis de los diferentes parámetros que se
encuentran involucrados en la prestación del servicio
público de alumbrado en las dos principales
tecnologías, vapor de sodio y LED, para poder tener
herramientas suficientes que permitan hacer una escogencia
objetiva con datos sustentables de cuál de estas dos le
conviene más al municipio y a los usuarios finales tanto
en el aspecto económico como en los aspectos ambiental, de
cumplimiento de las normas de calidad, cobertura y de
rendimiento.

Además, aunque se tienen una nueva normatividad y
reglamentación en cuanto a lo que tiene que ver con la
calidad de la iluminación, el consumo por lámpara,
el uso de la energía, los costos por kilovatio y
demás ítems, no se ha llevado a cabo aún
estudios ni análisis juiciosos en la ciudad que muestren
si las actuales lámparas cumplen con estas condiciones o
es necesario realizar un cambio de tecnología que se
adapten a estas.

1.1 PLANTEAMIENTO DEL
PROBLEMA

En Colombia a partir de la sanción
de nuevas leyes y normas que rigen la iluminación
interior, exterior y el alumbrado público emitidas por el
Ministerio de Minas y Energía, la Superintendencia de
Servicios Públicos Domiciliarios (SSPD) [1] y otras
dependencias que tienen que ver con normas técnicas y con
la energía, se ha venido notando la necesidad de adelantar
diferentes estudios que permitan hacer un análisis
comparativo entre las lámparas y lámparas para
alumbrado público actualmente en uso en las ciudades
colombianas, entre ellas Ibagué, y las lámparas
tipo LED que han venido incursionando masivamente en los
últimos años en el mercado. El estudio es necesario
debido a que principalmente se nota un esfuerzo de parte del
estado para hacer un uso eficiente de la energía,
disminuir costos de alumbrado público, mejorar niveles de
luminosidad, entre otros. De acuerdo con lo que ofrece la nueva
tecnología LED sobre el papel en mejoras sobre la
tecnología actual de bombillas para alumbrado
público (principalmente vapor de sodio de alta
presión), esta es más eficiente, económica y
limpia en todos los sentidos, pero aún no se ha realizado
un estudio paramétrico serio de estas ventajas
teóricas.

Por lo anterior, es necesario hacer un estudio de
parámetros principales para poder hacer un análisis
comparativo entre estas dos tecnologías y de allí
poder extraer una conclusión clara acerca de las ventajas
y desventajas de cada una de ellas y sobre cuál de las dos
podría, en un futuro próximo, constituirse como la
mejor opción para la ciudad. Los principales
parámetros a medir serían:

CONSUMO DE ENERGÍA. Es uno de los
principales ítems en lo que respecta al uso racional y
eficiente de la energía, planteado en los últimos
documentos nacionales. Tiene que ver con cuánto consume
cada una de las lámparas de las diferentes
tecnologías en kilovatios-hora (KWh). Para poder
determinar el consumo promedio de las lámparas de vapor de
sodio se cuenta con los datos obtenidos por INFIBAGUE [2]
que es la institución que presta el servicio de alumbrado
público en Ibagué y los datos de placa de las
lámparas. En lo que tiene que ver con las nuevas
lámparas de tecnología LED, se le ubica un medidor
de energía eléctrica y se toman los datos
directamente de la luminaria.

NIVEL DE LUMINOSIDAD. Se da en LÚMEX
ó LUXES y es el nivel de LÚMENES en un área
determinada, generalmente por metro cuadrado. Este
parámetro tiene que ver con la sensación de luz o
perfilado de objetos en el área afectada directamente por
una luminaria justo debajo de ella y en el cono de luz que afecta
de forma radial. Este parámetro es medible mediante un
aparato denominado luxómetro y los niveles permitidos por
ley vienen dados en el documento denominado RETILAP [3]
sancionado el 30 de marzo de 2010 y de obligatoria
aplicación en la actualidad. En este documento se indican
los niveles luxométricos dependiendo de la
utilización por objeto, altura de la luminaria y otros
usos.

COSTO DE USO. Es el costo de uso sólo por
alumbrado y viene ligado con el consumo de energía y se
obtiene mediante una ecuación financiera y los datos
obtenidos directamente de INFIBAGUE que es la institución
que presta el servicio de alumbrado público en la ciudad
de Ibagué. Estos costos se proyectan a un año y se
tienen en cuenta para un costo de kilovatio-hora de estrato 3 y
lámparas de 70W que son las más comunes en la
ciudad.

CALIDAD DE ILUMINACIÓN. En este
ítem se medirá la calidad de la luz emitida por
cada una de las lámparas y los parámetros a tener
en cuenta son: perfilación de objetos, definición
de colores y formas, golpe de vista subjetivo (impresión
al ojo) y cumplimiento con niveles del RETILAP. Para medir estos
parámetros se contará con una cámara digital
de buena resolución que permita tomar fotos y videos de
las lámparas tanto de vapor de sodio como LED y con
encuestas de nivel de calidad aplicadas a personas sin
conocimiento del estudio.

NIVEL DE INSECTOS. Es medida simplemente por la
cantidad de insectos que se presentan alrededor de cada luminaria
y se mide por número de insectos muertos en la carcasa de
cada una de ellas y por toma de fotos de la aureola de las
lámparas para determinación de insectos
vivos.

DARK SKIES (Cielos oscuros). Es un
parámetro contemplado en el RETILAP y tiene que ver con la
polución lumínica hacia el cielo y hacia
atrás que es perjudicial para la navegación
aérea y para los clientes residenciales a los cuales
finalmente llega en sus habitaciones de residencia y perturba en
el descanso nocturno. Además, esto también
significa un consumo de potencia que no está siendo
utilizada en el objetivo final de iluminación sobre calle.
Para medirlo se hace teniendo en cuenta las curvas ISOLUX
[4] de las lámparas usadas, tomando fotos
contrastadas desde varios puntos de las lámparas y tomando
niveles de luxes detrás y arriba de la
lámpara.

COSTOS/FRECUENCIA DE MANTENIMIENTO. Se tiene en
cuenta como la cantidad y calidad de mantenimiento y soporte
técnico necesita cada luminaria durante un periodo
determinado de tiempo. Los datos se obtienen de datos oficiales
de INFIBAGUE y de mediciones in situ de necesidades de las
lámparas.

COSTOS DE INSTALACIÓN. Están dados
por todos los costos que implica la instalación de cada
una de las lámparas sin tener en cuenta: postes, carcasas,
varillas, cintas band-it, fotoceldas. Se tendrá en cuenta
el costo de la lámpara el balasto, el iniciador, el
transformador en el caso de las de vapor de sodio y de la tarjeta
y la fuente en caso de las de LED.

VIDA ÚTIL. Este ítem es uno de los
más relativos pues la mayoría de los datos depende
de estadísticas previas ofrecidas por INFIBAGUE y otras
dadas por los fabricantes de cada una de las lámparas. Se
hará más objetivo en gran medida teniendo en cuenta
estudios de doctorado hechos sobre LED en E.E.U.U. y datos de
placa de los componentes de cada una de las
lámparas.

EFICIENCIA ENERGÉTICA. Es la
proporción entre el nivel de lúmenes proporcionado
por una lámpara y su consumo en vatios. Este
parámetro se obtiene de las mediciones anteriores y se
compara con las curvas ISOLUX proporcionadas por el fabricante y
luego entre las de cada tecnología para definir
cuál es más eficiente.

1.2 OBJETIVOS

General:

  • Realizar el estudio, análisis y la
    comparación entre las lámparas de alumbrado
    público de vapor de sodio y sus equivalentes de
    tecnología LED teniendo en cuenta la normatividad
    vigente en Colombia.

Específicos:

  • Recolectar y suministrar toda la información
    pertinente y detallada sobre las lámparas de vapor de
    sodio y las de tecnología LED.

  • Verificar el cumplimiento de los niveles de
    iluminación de acuerdo a lo ordenado por el RETILAP y
    el NTC900 [5] mediante mediciones
    experimentales.

  • Analizar la calidad de iluminación y
    describir la trayectoria de eficiencia energética de
    cada una de las dos tecnologías y establecer
    cuál de las dos ofrece mejores condiciones para el uso
    diario.

  • Medir el consumo de energía eléctrica
    de cada una de las dos tecnologías y concluir si
    cumplen con las normas del Programa de Uso Racional y
    Eficiente de Energía (PROUREE) contenidas en el
    decreto 3450 de 2008. [6]

  • Analizar los costos de instalación,
    mantenimiento, uso diario y componentes de cada una de las
    tecnologías en estudio concluyendo cuál es
    menos costosa en el tiempo.

  • Evaluar los aspectos técnicos,
    económicos, ambientales y tecnológicos de cada
    uno de los tipos de iluminación.

1.3 ALCANCE

El proyecto se dirigirá al estudio,
análisis y comparación de las lámparas de
alumbrado público de vapor de sodio de 70W y de
tecnología LED equivalentes de 30W, mediante el estudio de
algunas lámparas de cada tecnología elegidas en el
sector de Villa Teresa en la calle 37 con 6ª en la ciudad de
Ibagué y haciendo una extrapolación para las
demás lámparas del mismo tipo en la ciudad. El
estudio financiero global y de costos se hará mediante el
uso de los datos de INFIBAGUE que es la institución
encargada de la prestación del servicio de alumbrado
público en la ciudad y estos tienen que ver con el
número total de lámparas, costo del kilovatio y
tipo de tecnología. El proyecto llegará hasta la
entrega del estudio de análisis comparativo entre las dos
tecnologías en la ciudad de Ibagué en un documento
escrito con respaldo magnético y en la entrega de todos
los anexos de soporte que se hagan durante su
implementación de la misma manera. En estos anexos se
pondrán además los videos, fotos y planos
necesarios. El documento final permitirá tanto a INFIBAGUE
como a empresas privadas contar con un análisis serio
sobre la factibilidad de implementar una u otra tecnología
de acuerdo con los parámetros que consideren más
importantes cualquiera de ellos.

1.4 MARCO DE REFERENCIA

El uso del alumbrado público de manera intensiva
empezó como necesidad primordial a partir del siglo XIX y
comenzó a implementarse en Londres mediante
lámparas de gas y, allí mismo, se empezó a
considerar como un servicio público que ayudaba en la
seguridad ciudadana y en la prevención de los
crímenes que se sucedían preferentemente en las
noches. [7]

En Colombia la prestación del servicio de
energía eléctrica y en especial el uso del
alumbrado público se inició hacia finales del siglo
XIX en las calles de la ciudad de Bogotá mediante la
disposición de al menos cien lámparas que fueron la
sensación en su momento ya que la energía
eléctrica no se conocía sino como un
fenómeno de ferias.

La entrada inicial del sistema de energía
eléctrica y de alumbrado se debió al capital
privado. Inversionistas privados que trajeron esta
tecnología de punta, en su momento, fueron los creadores
de las primeras empresas generadoras, distribuidoras y de venta
de energía en el país y con la instalación
al principio en las calles de Bogotá, buscaban darle el
máximo de publicidad posible al nuevo sistema y con ellos
generar una gran expectativa y crear un gran mercado
nacional.

Posterior a la introducción del alumbrado
público, se pasó al alumbrado comercial y por
último al alumbrado residencial en las capas más
altas de la sociedad capitalina. Tardíamente, en
comparación con otros países, llegó la
energía eléctrica a la industria en los talleres,
fábricas y el transporte urbano. Este alumbrado al inicio
estaba constituido por lámparas de gas que eran encendidas
manualmente por empleados con pebeteros y luego de la
introducción del servicio de energía
eléctrica se reemplazo por lámparas incandescentes
de filamento encendidas mediante interruptores como las bombillas
residenciales comunes.

En la actualidad el sistema de alumbrado público
en Colombia se compone principalmente de lámparas de vapor
de mercurio de baja presión (fluorescentes), de mercurio
de alta presión, lámparas de luz de mezcla,
lámparas de halogenuros metálicos, lámparas
de vapor de sodio de baja y de alta presión y
lámparas tipo LED.

Estas lámparas deben cumplir con las normas que
establecen las entidades gubernamentales encargadas de la
regulación y la vigilancia del alumbrado público.
Con este fin se crean la Superintendencia de Servicios
Públicos Domiciliarios (SSPD), la Comisión de
Regulación de Energía y Gas (CREG) [8], la
Unidad de Información Minero Energética (UIME)
[9] y la Comisión de Planeación Minero
Energética (UPME) [10]. La base de la
creación de estas nuevas entidades está dada por la
constitución de 1991 que dice: …la función
del Estado [en este aspecto] es la de regular, controlar y
vigilar más que la de administrar.

Estas entidades han creado los reglamentos que rigen el
alumbrado público en todo el territorio nacional y que son
principalmente: el Reglamento Técnico de Instalaciones
Eléctricas (RETIE) [11], modificado posteriormente
para el sector de alumbrado público específicamente
como el Reglamento Técnico de Iluminación y
Alumbrado Público (RETILAP), la Norma Técnica
Colombiana (NTC900) y los decretos aclaratorias y regulatorios
específicos como el decreto 3450 de 2008 que tiene que ver
con uso racional de la energía.

En Ibagué la empresa encargada del manejo y
prestación del servicio de alumbrado público es el
Instituto para el Financiamiento, Promoción y Desarrollo
de Ibagué (INFIBAGUÉ), el cual está a cargo
de 37.000 lámparas de alumbrado público entre
lámparas de 70W, 150W, 250W y 400W principalmente. En la
actualidad, la gran mayoría de las lámparas son de
vapor de sodio de alta presión y de 70W. Las
lámparas de tecnología LED están siendo
probadas en varios puntos de la ciudad y en diferentes niveles de
potencia y las de vapor de mercurio han sido remplazadas en su
totalidad debido a sus fuertes tasas de
contaminación.

La importancia del estudio y la comparación entre
las principales tecnologías de iluminación de
alumbrado público en uso hoy en día en Colombia,
como son las de vapor de sodio y la de LED, radica
primordialmente en conocer cuál es el nivel de
cumplimiento de cada una de ellas de las normas de uso eficiente,
eficaz y adecuado de la energía consignadas en los
documentos y normas citados anteriormente, y que es un principio
rector del Estado colombiano a partir del año 1998. Este
uso eficaz y eficiente de la energía eléctrica va
de la mano con principios que involucran desde el mantenimiento y
conservación del medio ambiente, la disminución de
la contaminación lumínica, la disminución de
los niveles de consumo hasta el ahorro económico por
menores y mejores usos de las lámparas existentes. El
cumplimiento de todas las normas de una manera eficiente redunda
en el cuidado del entorno, en una mejor calidad de la
iluminación y en el mejoramiento del recaudo y del uso de
los recursos del gobierno para que sean destinados en otros
rubros.

1.5 ESTADO DEL ARTE

1.5.1 CLASIFICACIÓN DE LAS
LÁMPARAS.
En cuanto al alumbrado público
existen algunas características fundamentales que
diferencias los diferentes tipos de lámparas existentes.
Esta característica está dada por el tipo de
elemento que se utiliza para producir la iluminación.
Así, podemos clasificar los tipos de lámparas de la
siguiente manera [12, 13]:

a) LÁMPARAS DE BAJA
PRESIÓN

  • Lámparas de vapor de mercurio
    (fluorescentes).
    Las lámparas fluorescentes
    son lámparas de vapor de mercurio a baja
    presión (0.8 Pa). En estas condiciones, en el espectro
    de emisión del mercurio predominan las radiaciones
    ultravioletas en la banda de 253.7 nm. 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 dependerán 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 trifósforos que emiten un espectro de
    tres bandas con los colores primarios. De la
    combinación estos tres colores se obtiene 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 1.1 se puede apreciar una lámpara
    fluorescente común con sus componentes
    normales.

Figura 1.1 Lámpara
fluorescente.

Monografias.com

Fuente: Departamento de
Ingeniería Eléctrica de la Universidad
Politécnica de Catalunya.

Las lámparas fluorescentes se caracterizan por
carecer de ampolla 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 está 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.

El rendimiento en color de estas lámparas
varía de moderado a excelente según las sustancias
fluorescentes empleadas. Para las lámparas destinadas a
usos habituales que no requieran de gran precisión su
valor está entre 80 y 90. De igual forma la apariencia y
la temperatura de color varía según las
características concretas de cada
lámpara.

La eficacia de estas lámparas depende de muchos
factores: potencia de la lámpara, tipo y presión
del gas de relleno, propiedades de la sustancia fluorescente 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. Se puede ver el
triángulo de uso de potencia de la lámpara en la
figura 1.2, a continuación.

Figura 1.2 Balance energético de una
lámpara fluorescente.

Monografias.com

Fuente: Departamento de
Ingeniería Eléctrica de la Universidad
Politécnica de Catalunya.

La duración de estas lámparas se
sitúa entre 5000 y 7000 horas. Su vida termina cuando el
desgaste sufrido por la sustancia emisora que recubre los
electrodos, hecho que se incrementa con el número de
encendidos, impide el encendido al necesitarse una tensión
de ruptura superior a la suministrada por la red. Además
de esto, hemos de considerar la depreciación del flujo
provocada por la pérdida de eficacia de los polvos
fluorescentes y el ennegrecimiento de las paredes del tubo donde
se deposita la sustancia emisora.

Las lámparas fluorescentes necesitan para su
funcionamiento la presencia de elementos auxiliares. Para limitar
la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el
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 los
electrodos y las de arranque instantáneo en que la
ignición se consigue aplicando una tensión
elevada.

Más modernamente han aparecido las
lámparas fluorescentes compactas que llevan incorporado el
balasto y el cebador. Son lámparas pequeñas con
casquillo de rosca o bayoneta pensadas para sustituir a las
lámparas incandescentes con ahorros de hasta el 70% de
energía y unas buenas prestaciones.

  • Lámparas de vapor de sodio.
    La descarga eléctrica en un tubo con vapor de sodio a
    baja presión produce una radiación
    monocromática característica formada por dos
    rayas en el espectro (589 nm y 589.6 nm) muy próximas
    entre sí. En la figura 3 se puede apreciar qué
    tan cerca de la sensibilidad del ojo humano está la
    longitud de onda de la luz de estas
    lámparas.

Figura 1.3 Espectro de una
lámpara de vapor de sodio a baja
presión.

Monografias.com

Fuente: Departamento de
Ingeniería Eléctrica de la Universidad
Politécnica de Catalunya.

La radiación emitida, de color amarillo,
está muy próxima al máximo de sensibilidad
del ojo humano (555 nm). Por ello, la eficacia de estas
lámparas es muy elevada (entre 160 y 180 lm/W). Otras
ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza
visual, además de una buena percepción de
contrastes. Por contra, su monocromatismo hace que la
reproducción de colores y el rendimiento en color sean muy
malos haciendo imposible distinguir los colores de los objetos.
La vida media de estas lámparas es muy elevada, de unas
15000 horas y la depreciación de flujo luminoso que sufren
a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida útil
es de entre 6000 y 8000 horas. Esto junto a su alta eficiencia y
las ventajas visuales que ofrece la hacen muy adecuada para usos
de alumbrado público, aunque también se utiliza con
finalidades decorativas. Se puede ver la eficiencia
energética en la figura 1.4.

Figura 1.4 Balance energético de una
lámpara de vapor de sodio a baja
presión.

Monografias.com

Fuente: Departamento de
Ingeniería Eléctrica de la Universidad
Politécnica de Catalunya.

En cuanto al final de su vida útil, este se
produce por agotamiento de la sustancia emisora de electrones
como ocurre en otras lámparas de descarga. Aunque
también se puede producir por deterioro del tubo de
descarga o de la ampolla exterior. Una configuración
típica de una lámpara de vapor de sodio de baja
presión se puede apreciar en la figura 1.5.

Figura 1.5 Lámpara de vapor de sodio a
baja presión.

Monografias.com

Fuente: Departamento de
Ingeniería Eléctrica de la Universidad
Politécnica de Catalunya.

En estas lámparas el tubo de descarga tiene forma
de U para disminuir las pérdidas por calor y reducir el
tamaño de la lámpara. Está elaborado de
materiales muy resistentes pues el sodio es muy corrosivo y se le
practican unas pequeñas hendiduras para facilitar la
concentración del sodio y que se vaporice a la temperatura
menor posible. El tubo está encerrado en una ampolla en la
que se ha practicado el vacío con objeto de aumentar el
aislamiento térmico. De esta manera se ayuda a mantener la
elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del
tubo (270 ºC).

El tiempo de arranque de una lámpara de este tipo
es de unos diez minutos. Es el tiempo necesario desde que se
inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes
(neón y argón) hasta que se vaporiza todo el sodio
y comienza a emitir luz. Físicamente esto se corresponde a
pasar de una luz roja (propia del neón) a la amarilla
característica del sodio. Se procede así para
reducir la tensión de encendido.

b) LÁMPARAS DE ALTA
PRESIÓN

  • Lámparas de vapor de
    mercurio
    . A medida que se aumenta la
    presión del vapor de mercurio en el interior del tubo
    de descarga, la radiación ultravioleta
    característica de la lámpara a baja
    presión pierde importancia respecto a las emisiones en
    la zona visible (violeta de 404.7 nm, azul 435.8 nm, verde
    546.1 nm y amarillo 579 nm). En la figura 1.6 se ve el
    espectro de la zona visible.

Figura 1.6 Espectro de emisión.

Monografias.com

Fuente: Departamento de
Ingeniería Eléctrica de la Universidad
Politécnica de Catalunya.

En estas condiciones la luz emitida, de color azul
verdoso, no contiene radiaciones rojas. Para resolver este
problema se acostumbra a añadir sustancias fluorescentes
que emitan en esta zona del espectro. De esta manera se mejoran
las características cromáticas de la
lámpara. La temperatura de color se mueve entre 3500 y
4500 K con índices de rendimiento en color de 40 a 45
normalmente. La vida útil, teniendo en cuenta la
depreciación se establece en unas 8000 horas. La eficacia
oscila entre 40 y 60 lm/W y aumenta con la potencia, aunque para
una misma potencia es posible incrementar la eficacia
añadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes que
conviertan la luz ultravioleta en visible.

Figura 1.7 Balance energético
de una lámpara de mercurio a alta
presión.

Monografias.com

Fuente: Departamento de
Ingeniería Eléctrica de la Universidad
Politécnica de Catalunya.

Los modelo más habituales de estas
lámparas tienen una tensión de encendido entre 150
y 180 V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad
de elementos auxiliares. Para encenderlas se recurre a un
electrodo auxiliar próximo a uno de los electrodos
principales que ioniza el gas inerte contenido en el tubo y
facilita el inicio de la descarga entre los electrodos
principales. A continuación se inicia un periodo
transitorio de unos cuatro minutos, caracterizado porque la luz
pasa de un tono violeta a blanco azulado, en el que se produce la
vaporización del mercurio y un incremento progresivo de la
presión del vapor y el flujo luminoso hasta alcanzar los
valores normales. Si en estos momentos se apagara la
lámpara no sería posible su reencendido hasta que
se enfriara, puesto que la alta presión del mercurio
haría necesaria una tensión de ruptura muy
alta.

Uno de los inconvenientes que se les ha venido
presentando en la actualidad a este tipo de lámparas es el
hecho de que su componente principal es altamente contaminante y
al terminar su vida útil se necesita de una
disposición especial que, generalmente, no es la
más adecuada. En la figura 1.8 se muestra una
típica lámpara de mercurio de alta
presión.

Figura 1.8 Lámpara de mercurio a alta
presión.

Monografias.com

Fuente: Departamento de
Ingeniería Eléctrica de la Universidad
Politécnica de Catalunya.

  • Lámparas de luz de mezcla.
    Las lámparas de luz de mezcla son una
    combinación de una lámpara de mercurio a alta
    presión con una lámpara incandescente y,
    habitualmente, un recubrimiento fosforescente. El resultado
    de esta mezcla es la superposición, al espectro del
    mercurio, del espectro continuo característico de la
    lámpara incandescente y las radiaciones rojas
    provenientes de la fosforescencia, como se puede observar en
    la figura 1.9.

Figura 1.9 Espectro de emisión de una
lámpara de luz de mezcla.

Monografias.com

Fuente: Departamento de
Ingeniería Eléctrica de la Universidad
Politécnica de Catalunya.

Su eficacia se sitúa entre 20 y 60 lm/W y es el
resultado de la combinación de la eficacia de una
lámpara incandescente con la de una lámpara de
descarga. Estas lámparas ofrecen una buena
reproducción del color con un rendimiento en color de 60 y
una temperatura de color de 3600 K. La duración viene
limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal
causa de fallo.

Respecto a la depreciación del flujo hay que
considerar dos causas. Por un lado tenemos el ennegrecimiento de
la ampolla por culpa del wolframio evaporado y por otro la
pérdida de eficacia de los polvos fosforescentes. En
general, la vida media se sitúa en torno a las 6000 horas.
La figura 1.10 muestra los componentes de una lámpara de
luz de mezcla típica.

Figura 1.10 Lámpara de luz de
mezcla.

Monografias.com

Fuente: Departamento de
Ingeniería Eléctrica de la Universidad
Politécnica de Catalunya.

Una particularidad de estas lámparas es que no
necesitan balasto ya que el propio filamento actúa como
estabilizador de la corriente. Esto las hace adecuadas para
sustituir las lámparas incandescentes sin necesidad de
modificar las instalaciones.

  • Lámparas con halogenuros
    metálicos.
    Si se añade en el tubo de
    descarga yoduros metálicos (sodio, talio, indio…) se
    consigue mejorar considerablemente la capacidad de reproducir
    el color de la lámpara de vapor de mercurio. Cada una
    de estas sustancias aporta nuevas líneas al espectro
    (por ejemplo amarillo el sodio, verde el talio y rojo y azul
    el indio). En la figura 1.11 se pueden observar los
    principales componentes espectrales.

Figura 1.11 Espectro de emisión de una
lámpara con halogenuros metálicos.

Monografias.com

Fuente: Departamento de
Ingeniería Eléctrica de la Universidad
Politécnica de Catalunya.

Los resultados de estas aportaciones son una temperatura
de color de 3000 a 6000 K dependiendo de los yoduros
añadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85. La
eficiencia de estas lámparas ronda entre los 60 y 96 lm/W
y su vida media es de unas 10000 horas. Tienen un periodo de
encendido de unos diez minutos, que es el tiempo necesario hasta
que se estabiliza la descarga. Para su funcionamiento es
necesario un dispositivo especial de encendido, puesto que las
tensiones de arranque son muy elevadas (1500-5000 V). Las
excelentes prestaciones cromáticas la hacen adecuada entre
otras para la iluminación de instalaciones deportivas,
para retransmisiones de TV, estudios de cine, proyectores, etc.
En la figura 1.12 se puede observar una lámpara
típica de este tipo.

Figura 1.12 Lámpara con
halogenuros metálicos.

Monografias.com

Fuente: Departamento de
Ingeniería Eléctrica de la Universidad
Politécnica de Catalunya.

  • Lámparas de vapor de sodio.
    Las lámparas de vapor de sodio a alta presión
    tienen una distribución espectral que abarca casi todo
    el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada
    mucho más agradable que la proporcionada por las
    lámparas de baja presión. La figura 1.13
    muestra los componentes espectrales de una lámpara de
    sodio de alta presión.

Figura 1.13 Espectro de una lámpara de
vapor de sodio a alta presión.

Monografias.com

Fuente: Departamento de
Ingeniería Eléctrica de la Universidad
Politécnica de Catalunya.

Las consecuencias de esto es que tienen un rendimiento
en color (Tcolor= 2100 K) y capacidad para reproducir los colores
mucho mejores que la de las lámparas a baja presión
(IRC = 25, aunque hay modelos de 65 y 80). En la siguiente figura
se puede observar el rendimiento energético de este tipo
de lámparas.

Figura 1.14 Balance energético de una
lámpara de vapor de sodio a alta
presión.

Monografias.com

Fuente: Departamento de
Ingeniería Eléctrica de la Universidad
Politécnica de Catalunya.

No obstante, esto se consigue a base de sacrificar
eficacia; aunque su valor que ronda los 130 lm/W sigue siendo un
valor alto comparado con los de otros tipos de
lámparas.

La vida media de este tipo de lámparas ronda las
20000 horas y su vida útil entre 8000 y 12000 horas. Entre
las causas que limitan la duración de la lámpara,
además de mencionar la depreciación del flujo
tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y
del incremento progresivo de la tensión de encendido
necesaria hasta niveles que impiden su correcto
funcionamiento.

Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes
debido a las altas temperaturas (1000 ºC), la presión
y las agresiones químicas producidas por el sodio que debe
soportar el tubo de descarga. En su interior hay una mezcla de
sodio, vapor de mercurio que actúa como amortiguador de la
descarga y xenón que sirve para facilitar el arranque y
reducir las pérdidas térmicas. El tubo está
rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vacío. La
tensión de encendido de estas lámparas es muy
elevada y su tiempo de arranque es muy breve. La figura 1.15
muestra una lámpara de vapor de sodio de alta
presión típica.

Figura 1.15 Lámpara de vapor de sodio a
alta presión.

Monografias.com

Partes: 1, 2, 3

Página siguiente 

Nota al lector: es posible que esta página no contenga todos los componentes del trabajo original (pies de página, avanzadas formulas matemáticas, esquemas o tablas complejas, etc.). Recuerde que para ver el trabajo en su versión original completa, puede descargarlo desde el menú superior.

Todos los documentos disponibles en este sitio expresan los puntos de vista de sus respectivos autores y no de Monografias.com. El objetivo de Monografias.com es poner el conocimiento a disposición de toda su comunidad. Queda bajo la responsabilidad de cada lector el eventual uso que se le de a esta información. Asimismo, es obligatoria la cita del autor del contenido y de Monografias.com como fuentes de información.

Categorias
Newsletter