UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA - dspace.ups.edu.ec · Yo, CLAUDIO EMILIO CASTRO MOREJÓN, con...

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA

SEDE GUAYAQUIL

CARRERA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

PROYECTO DE TITULACIÓN

Previa la obtención del Título de:

INGENIERO ELÉCTRICO

TEMA

“Estudio De Armónicos Producidos Por La Iluminación Tipo Fluorescente y LED En

Un Aula Del Bloque B De La Universidad Politécnica Salesiana Sede Guayaquil”

AUTORES

Yandri Fabricio Pinargote Menéndez

Claudio Emilio Castro Morejón

DIRECTOR: Ing. Fernando Bustamante Granda. Msc.

GUAYAQUIL

2018

ii

CERTIFICADOS DE RESPONSABLILIDAD Y AUTORÍA DEL

TRABAJO DE TIULACIÓN

Nosotros, YANDRI FABRICIO PINARGOTE MENÉNDEZ y CLAUDIO

EMILIO CASTRO MOREJÓN autorizamos a la Universidad Politécnica

Salesiana la publicación total o parcial de este trabajo de titulación y su

reproducción sin fines de lucro.

Además, declaramos que los conceptos, análisis desarrollados y las conclusiones del

presente trabajo son de exclusiva responsabilidad de los autores.

Guayaquil, mayo, 22, 2018

________________________________ _______________________________

YANDRI PINARGOTE MENÉNDEZ CLAUDIO CASTRO MOREJÓN

Cédula: 0930157367 Cédula: 0924864077

iii

CERTIFICADO DE SESIÓN DE DERECHOS DE AUTOR DEL

TRABAJO DE TITULACIÓN A LA UPS

Yo, YANDRI FABRICIO PINARGOTE MENÉNDEZ, con documento de

identificación N° 0930157367, manifiesto mi voluntad y cedo a la UNIVERSIDAD

POLITÉCNICA SALESIANA la titularidad sobre los derechos patrimoniales en

virtud de que soy autor del trabajo de grado titulado “ESTUDIO DE ARMÓNICOS

PRODUCIDOS POR LA ILUMINACIÓN TIPO FLUORESCENTE Y LED

EN UN AULA DEL BLOQUE B DE LA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA

SALESIANA SEDE GUAYAQUIL” mismo que ha sido desarrollado para optar

por el título de INGENIERO ELÉCTRICO, en la Universidad Politécnica

Salesiana, quedando la universidad facultada para ejercer plenamente los derechos

antes cedidos.

En aplicación a lo determinado en la Ley de Propiedad Intelectual, en mi condición

de autor me reservo los derechos morales de la obra antes citada. En concordancia,

suscrito este documento en el momento que hago entrega del trabajo final en formato

impreso y digital a la Biblioteca de la Universidad Politécnica Salesiana.


_____________________________________________

YANDRI FABRICIO PINARGOTE MENÉNDEZ

Cédula: 0930157367

iv

CERTIFICADO DE SESIÓN DE DERECHOS DE AUTOR DEL

TRABAJO DE TITULACIÓN A LA UPS

Yo, CLAUDIO EMILIO CASTRO MOREJÓN, con documento de identificación

N° 09924864077, manifiesto mi voluntad y cedo a la UNIVERSIDAD

POLITÉCNICA SALESIANA la titularidad sobre los derechos patrimoniales en

virtud de que soy autor del trabajo de grado titulado “ESTUDIO DE ARMÓNICOS

PRODUCIDOS POR LA ILUMINACIÓN TIPO FLUORESCENTE Y LED

EN UN AULA DEL BLOQUE B DE LA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA

SALESIANA SEDE GUAYAQUIL” mismo que ha sido desarrollado para optar

por el título de INGENIERO ELÉCTRICO, en la Universidad Politécnica

Salesiana, quedando la universidad facultada para ejercer plenamente los derechos

antes cedidos.

En aplicación a lo determinado en la Ley de Propiedad Intelectual, en mi condición

de autor me reservo los derechos morales de la obra antes citada. En concordancia,

suscrito este documento en el momento que hago entrega del trabajo final en formato

impreso y digital a la Biblioteca de la Universidad Politécnica Salesiana.


_____________________________________

CLAUDIO EMILIO CASTRO MOREJÓN

Cédula: 0924864077

v

CERTIFICADO DE DIRECCIÓN DEL TRABAJO DE

TITULACIÓN SUSCRITO POR EL TUTOR

Yo, FERNANDO BUSTAMANTE GRANDA, director del proyecto de Titulación

denominado “ESTUDIO DE ARMÓNICOS PRODUCIDOS POR LA

ILUMINACIÓN TIPO FLUORESCENTE Y LED EN UN AULA DEL

BLOQUE B DE LA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE

GUAYAQUIL” realizado por los estudiante, YANDRI FABRICIO PINARGOTE

MENÉNDEZ y CLAUDIO EMILIO CASTRO MOREJON certifico que ha sido

orientado y revisado durante su desarrollo, por cuanto se aprueba la presentación del

mismo ante las autoridades pertinentes.


_______________________________

Ing. Fernando Bustamante Granda MSc.

vi

DEDICATORIA

Dedico este trabajo a mi familia, particularmente a mis padres Grismaldo Pinargote y

Adriana Menéndez por ser mi inspiración, así como por su amor y paciencia que me

han ayudado a ser perseverante y así poder completar este trabajo de manera

satisfactoria. Así también, a mi esposa Gabriela Guevara por darme las fuerzas para

continuar hasta el final de este desafío.

Yandri Pinargote

Dedico esta tesis, principalmente a Dios, por la fortaleza que me brindo en el tiempo

de mis estudios y por las bendiciones que ha derramado hacia mí y sigue

derramando; a mis padres Bella y Pericles por los valores inculcados desde mi

infancia y el amor que día a día me brindan. A mi esposa Cristina e hijas Zuleyka y

Kiara, por el amor que me brindan todos los días y por su paciencia por los días de

ausencia que dediqué en las aulas de la universidad.

Claudio Castro

vii

AGRADECIMIENTOS

Primero, me gustaría agradecer a Dios por apoyarme de muchas maneras. Estoy

seguro de que sin sus bendiciones, este trabajo nunca hubiera sido posible.

A mi familia, particularmente a mi madre y padre por ser mi inspiración, así como

por su amor y paciencia que me han ayudado a ser perseverante y así poder

completar este trabajo de manera satisfactoria.

A mi esposa por darme las fuerzas para continuar hasta el final de este desafío.

Finalmente, a nuestros tutores, Ing. Fernando Bustamante e Ing. Cecilia Grunauer,

sin su guía y persistente ayuda este trabajo no hubiera sido posible

Yandri Pinargote

Me gustaría que estas líneas sirvieran para expresar mi más profundo y sincero

agradecimiento a todas aquellas personas que con su ayuda han colaborado en la

realización del presente trabajo, en especial a la Universidad Salesiana y todo el

grupo de docentes, por la orientación, el seguimiento y la supervisión, pero sobre

todo por la motivación y el apoyo recibido a lo largo de estos años.

Un agradecimiento muy especial merece la comprensión, paciencia y el ánimo

recibidos de mi familia y amigos.

Claudio Castro

viii

RESUMEN

El presente proyecto de titulación detalla el análisis de la generación de distorsión

armónica producido por las luminarias de tipo fluorescente y LED, las cuales están

ubicadas en el laboratorio de Física de la Universidad Politécnica Salesiana sede

Guayaquil. El análisis de las luminarias tipo fluorescente se lo realizó utilizando un

analizador de redes eléctricas en seis luminarias cuya potencia es 2x32 vatios, las

cuales componen el circuito de iluminación CA-11.

Se determinó además cual, es la generación de distorsión armónica que producen las

luminarias tipo LED, para lo cual se realizó la medición en una única luminaria tipo

LED de 40 Vatios.

Posteriormente, a partir de los resultados obtenidos del análisis de armónicos de

ambos tipos de luminaria, se realizó un rediseño de la iluminación del laboratorio de

física mediante el software llamado DIALux®. En el cual se evaluó, el reemplazo de

las luminarias fluorescente por unidades LED. Como consecuencia, empleando las

luminarias tipo LED, se obtuvo una disminución de los valores de distorsión

armónica, así como también mejoras en la calidad de la iluminación y de energía.

Palabras clave: DIALUX, LUMENES, LUMINARIAS, LUXES.

ix

ABSTRACT

The present degree project details the analysis of the generation of harmonic

distortion produced by the fluorescent and LED type luminaries, which are located in

the Physics laboratory of the Salesian Polytechnic University based in the city of

Guayaquil. The analysis of the fluorescent type luminaires was carried out using an

electrical network analyzer in six luminaires whose power is 2x32vatios, which make

up the CA-11 lighting circuit.

It was also determined which is the generation of harmonic distortion produced by

LED-type luminaires, for which the measurement was carried out in a single 40-watt

LED luminary.

Subsequently, based on the results obtained from the harmonic analysis of both types

of luminaires, a redesign of the physics laboratory lighting was carried out using

software called DIALux®. In which the replacement of the fluorescent luminaires by

LED units was evaluated. As a consequence, using the LED type luminiaries, a

reduction of the values of harmonic distortion was obtained, as well as improvements

in the quality of lighting and energy.

Key words: DIALUX LIGHTING LUMENES, LUXES

x

ÍNDICE DE CONTENIDOS

Pág.

PORTADA……………………………………………………………………………i

CERTIFICADOS DE RESPONSABLILIDAD Y AUTORÍA DEL TRABAJO DE

TIULACIÓN ................................................................................................................ ii

CERTIFICADO DE SESIÓN DE DERECHOS DE AUTOR DEL TRABAJO DE

TITULACIÓN A LA UPS .......................................................................................... iii

CERTIFICADO DE SESIÓN DE DERECHOS DE AUTOR DEL TRABAJO DE

TITULACIÓN A LA UPS ........................................................................................ iiiv

CERTIFICADO DE DIRECCIÓN DEL TRABAJO DE TITULACIÓN SUSCRITO

POR EL TUTOR .......................................................................................................... v

DEDICATORIA ......................................................................................................... vi

AGRADECIMIENTOS ............................................................................................. vii

RESUMEN ................................................................................................................ viii

ABSTRACT ............................................................................................................... iix

ÍNDICE DE CONTENIDOS ....................................................................................... x

ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................. xiii

ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................... xv

ÍNDICE DE ANEXO ................................................................................................ xvi

ABREVIATURAS ..................................................................................................... xx

INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 1

CAPÍTULO 1 ............................................................................................................... 2

1. EL PROBLEMA ..................................................................................................... 2

1.1 Planteamiento del Problema ........................................................................... 2

1.2 Delimitación.................................................................................................... 2

1.3 Objetivos ......................................................................................................... 2

1.3.1 Objetivo General.......................................................................................... 2

1.3.2 Objetivos Específicos .................................................................................. 3

1.4 Justificación. ................................................................................................... 3

1.5 Métodos .......................................................................................................... 3

1.6 Descripción de la propuesta ............................................................................ 4

xi

1.7 Beneficiarios de la propuesta de intervención ................................................ 4

1.8 Impacto ........................................................................................................... 5

CAPÍTULO 2 ............................................................................................................... 6

2. MARCO TEÓRICO ................................................................................................ 6

2.1 Luminarias fluorescentes .............................................................................. 6

2.2 Luminarias LED ............................................................................................ 8

2.3 Distorsión Armónica ..................................................................................... 9

2.4 Rediseño iluminación utilizando luminarias tipo LED. .............................. 11

2.5 Utilización del software DIALux® ............................................................. 11

2.6 Conceptos Luminotecnicos ......................................................................... 11

CAPÍTULO 3 ..................................................................................................... ….12

3. MATERIALES Y MÉTODOS ............................................................................. 13

3.1 Materiales ....................................................................................................... 13

3.2 Procedimientos de medición .......................................................................... 13

3.2.1 Distorsión armónica ....................................................................... ..13

3.2.2 Parametros luminosos ...................................................................... 14

3.3 Medición de los valores luminotécnicos en lámpara tipo LED

modélo lumipanel. ................................................................................................. 14

3.3.1 Lámpara fluorescente 2X32 Vatios empotrable marca “Sylvania” .. 16

3.3.2 Diseño de la iluminacion con luminarias tipo LED .......................... 18

3.3.3 Etapas del rediseño con DIALux®. .................................................. 19

3.4 Medición de distorsión armónica ................................................................. 23

3.4.1 Medición de armónicos en panel distribución PD-4P circuito de

iluminación CA-11 desconectado ................................................................ 23


iluminación CA-11 conectado ..................................................................... 24

3.4.3 Medición de armónicos en luminaria LED ....................................... 25

CAPÍTULO 4 .......................................................................................................... 26

4 ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................................ 26

xii

4.1 Análisis de la distorsión armónica en el panel de distribución PD-4P ........... 26

4.2 Análisis de armónicos en luminarias LED ...................................................... 30

4.3 Estudio luminotécnico ..................................................................................... 33

4.3.1 Valores lumínicos actuales con luminarias fluorescente ........................... 33

4.3.2 Rediseño luminarias LED ......................................................................... 36

4.3.3 Mejoras en la iluminación con el rediseño ............................................... 38

CONCLUSIONES ................................................................................................... 412

RECOMENDACIONES .......................................................................................... 413

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ......................................................................... 434

ANEXOS ................................................................................................................. 437

xiii

ÍNDICE DE FIGURAS

Pág.

FIGURA 1 PARTES DE LA LÁMPARA FLUORESCENTE Y

FUNCIONAMIENTO ................................................................................................. 6

FIGURA 2 ESQUEMA DE ARRANQUE POR BALASTRO LUMINARIA

FLUORESCENTE ...................................................................................................... 7

FIGURA 3 POLARIZACIÓN DE DIODOS ............................................................ 8

FIGURA 4 FLUJO NORMAL DE CORRIENTES ARMÓNICAS. ........................ 9

FIGURA 5 GENERACIÓN DE ARMÓNICOS DE LUMINARIAS LED ........... 11

FIGURA 6 DISTRIBUCIÓN DE LUZ DE LUMINARIAS TIPO LED. .............. 12

FIGURA 7 CURVA DE LUXES LÁMPARA LED ............................................. 16

FIGURA 8 CURVA DE LUXES LÁMPARA FLUORESCENTE ...................... 18

FIGURA 9 INGRESO DE DIMENSIONES LABORATORIO DE FÍSICA........ 19

FIGURA 10 DISEÑO EN 3 DIMENSIONES LABORATORIO DE FÍSICA. ...... 20

FIGURA 11 APLICACIÓN DE TEXTURAS Y REFLECTANCIA. ..................... 21

FIGURA 12 CATÁLOGO LUMINARIAS ............................................................ 21

FIGURA 13 DATOS TÉCNICO DE LUMINARIA A UTILIZAR ....................... 22

FIGURA 14 SELECCIÓN DE NÚMERO Y DISPOSICIÓN LUMINARIAS. ..... 23

FIGURA 15 PORCENTAJE ARMÓNICO DE VOLTAJE FASE B PANEL DE

DISTRIBUCIÓN ...................................................................................................... 28

FIGURA 16 PORCENTAJE ARMÓNICO DE CORRIENTE FASE B PANEL DE

DISTRIBUCIÓN ....................................................................................................... 28

FIGURA 17 PORCENTAJE ARMÓNICO DE CORRIENTE DEL NEUTRO

PANEL DE DISTRIBUCIÓN ................................................................................... 29

FIGURA 18 PORCENTAJE ARMÓNICO DE VOLTAJE NEUTRO PANEL DE

DISTRIBUCIÓN ....................................................................................................... 29

FIGURA 19 PORCENTAJE ARMÓNICO DE VOLTAJE DE FASE PANEL DE

DISTRIBUCIÓN ....................................................................................................... 31

FIGURA 20 PORCENTAJE ARMÓNICO DE CORRIENTE DE FASE PANEL

DE DISTRIBUCIÓN ................................................................................................. 31

FIGURA 21 . PORCENTAJE ARMÓNICO DE VOLTAJE DEL NEUTRO PANEL

DE DISTRIBUCIÓN ................................................................................................. 33

xiv

FIGURA 22 PORCENTAJE ARMÓNICO DE CORRIENTE DEL NEUTRO

PANEL DE DISTRIBUCIÓN ................................................................................... 33

FIGURA 23 IMPLANTACIÓN DE LUMINARIAS FLUORESCENTE EN

LABORATORIO DE FÍSICA ................................................................................... 34

FIGURA 24 FLUJO LUMINOSO LUMINARIAS FLUORESCENTE EN


FIGURA 25 IMPLANTACIÓN LUMINARIAS LED EN LABORATORIO DE

FÍSICA ....................................................................................................................... 36

FIGURA 26 DISTRIBUCIÓN DE FLUJO LUMINOSO LUMINARIA LED ....... 37

xv

ÍNDICE DE TABLAS

Pág.

TABLA 1 DATOS TÉCNICOS LÁMPARA LED MODELO LUMIPANEL ....... 15

TABLA 2 MEDICIÓN DE LUXES LÁMPARA LED ........................................... 16

TABLA 3 MEDICIÓN DE LUXES LÁMPARA FLUORESCENTE .................... 17

TABLA 4 DATOS DEL PROYECTO ..................................................................... 19

TABLA 5 PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE CORRIENTE FASE B............... 27

TABLA 6 PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE VOLTAJE FASE B ................... 27

TABLA 7 PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE CORRIENTE NEUTRO ............ 28

TABLA 8 PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE VOLTAJE NEUTRO ................. 29

TABLA 9 PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE CORRIENTE DE FASE EN

LUMINARIA TIPO LED .......................................................................................... 30

TABLA 10 PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE VOLTAJE DE FASE EN

LUMINARIA LED .................................................................................................... 31

TABLA 11 PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE CORRIENTE DE NEUTRO EN

LUMINARIAS LED .................................................................................................. 32

TABLA 12 PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE VOLTAJE DE NEUTRO EN

LUMINARIAS LED .................................................................................................. 32

TABLA 13 PARAMETROS LUMINOTÉCNICOS DISEÑO ACTUAL

LUMINARIAS FLUORESCENTE ........................................................................... 35

TABLA 14 LISTA DE LUMINARIAS DISEÑO ACTUAL LUMINARIAS

FLUORESCENTE ..................................................................................................... 36

TABLA 15 PARÁMETROS LUMINOTECNICOS DE DISEÑO LUMINARIAS

LED ............................................................................................................................ 37

TABLA 16 LISTA DE LUMINARIAS DISEÑO LUMINARIAS LED ................. 38

TABLA 17 COMPARACIÓN FLUJO LUMINOSOS ILUMINACIÓN

FLUORESCENTE Y LED ........................................................................................ 39

TABLA 18 RESULTADOS LUMINOTÉCNICOS EN EL LABORATORIO DE

FÍSICA ....................................................................................................................... 40

xvi

ÍNDICE DE ANEXOS

Pág.

ANEXO 1. MEDIDOR DE LUXES MARCA MASTECHE ............................... 47

ANEXO 2. MODULO DE PRUEBAS DE LUMINARIAS LABORATORIO

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE GUAYAQUIL .................. 47

ANEXO 3. ANALIZADOR DE REDES "FLUKE" MODELO 435 .................... 48

ANEXO 4. LUMINARIA TIPO LED A LA CUAL SE LE REALIZÓ LA

MEDICIÓN DE LUXES EN MODULO DE PRUEBA .......................................... 48

ANEXO 5. LUMINARIA TIPO FLUORESCENTE A LA CUAL SE LE

REALIZÓ LA MEDICIÓN DE LUXES EN MODULO DE PRUEBA .................. 49

ANEXO 6. MEDICIÓN DE LUXES A DIFERENTES ALTURAS A

LUMINARIA FLUORESCENTE ............................................................................. 49

ANEXO 7. MEDICION DE LUXES EN LUMINARIAS FLUORESCENTE EN



LUMINARIA TIPO LED .......................................................................................... 50


LUMINARIA LED .................................................................................................... 51

ANEXO 10. MEDICIÓN DE ARMÓNICOS A LUMINARIA TIPO

FLUORESCENTE ..................................................................................................... 51

ANEXO 11. MEDICIÓN DE ARMÓNICOS A LUMINARIA TIPO LED ......... 52

ANEXO 12. PANEL DE DISTRIBUCIÓN PD-4P DONDE SE ENCUENTRA EL

CIRCUITO DE ILUMINACIÓN CA-11 .................................................................. 52

ANEXO 13. MEDICIÓN DE ARMÓNICOS EN ALIMENTACION PRINCIPAL

PANEL DE DISTRIBUCIÓN PD-4P ........................................................................ 53

ANEXO 14. MEDICIÓN DE CORRIENTE EN CIRCUITO CA-11

LUMINARIAS DEL LABORATORIO DE FÍSICA ................................................ 53

ANEXO 15. ARMÓNICOS CORRIENTE FASE A PANEL DISTRIBUCIÓN PD-

4P CIRCUITO DE ILUMINACIÓN APAGADO ..................................................... 54

ANEXO 16. VALORES DE ARMÓNICOS CORRIENTE FASE A .................... 54

ANEXO 17. ARMÓNICOS CORRIENTE FASE B PANEL DE DISTRIBUCIÓN

PD-4P CIRCUITO DE ILUMINACION APAGADO .............................................. 55

xvii

ANEXO 18. VALORES DE ARMÓNICOS CORRIENTE FASE B .................... 55

ANEXO 19. ARMÓNICOS CORRIENTE FASE C PANEL DE DISTRIBUCIÓN

PD-4P CIRCUITO DE ILUMINACION APAGADO .............................................. 56

ANEXO 20. VALORES DE ARMÓNICOS CORRIENTE FASE C .................... 56

ANEXO 21. ARMÓNICOS CORRIENTE DEL NEUTRO PANEL DE

DISTRIBUCIÓN ....................................................................................................... 57

ANEXO 22. VALORES DE ARMÓNICOS CORRIENTE DEL NEUTRO ......... 57

ANEXO 23. ARMÓNICOS VOLTAJE FASE A PANEL DE DISTRIBUCIÓN

CIRCUITO DE ILUMINACIÓN APAGADO .......................................................... 58

ANEXO 24. VALORES DE ARMÓNICOS VOLTAJE FASE A ......................... 58

ANEXO 25. ARMÓNICOS VOLTAJE FASE B PANEL DE DISTRIBUCIÓN

CIRCUITO DE ILUMINACIÓN APAGADO .......................................................... 59

ANEXO 26. VALORES DE ARMÓNICOS VOLTAJE FASE B ......................... 59

ANEXO 27. ARMÓNICOS VOLTAJE FASE C PANEL DE DISTRIBUCIÓN

TRIFÁSICO CIRCUITO DE ILUMINACIÓN APAGADO .................................... 60

ANEXO 28. VALORES DE ARMÓNICOS VOLTAJE FASE C ......................... 60

ANEXO 29. ARMÓNICOS VOLTAJE NEUTRO PANEL DE DISTRIBUCIÓN

TRIFÁSICO CIRCUITO DE ILUMINACIÓN APAGADO .................................... 61

ANEXO 30. VALORES DE ARMÓNICOS VOLTAJE

NEUTRO……………………………………………………………………………61

ANEXO 31. ARMÓNICOS CORRIENTE FASE A PANEL DE DISTRIBUCIÓN

TRIFÁSICO CIRCUITO DE ILUMINACIÓN ENCENDIDO ................................ 62

ANEXO 32. VALORES DE ARMÓNICOS CORRIENTE FASE A .................... 62

ANEXO 33. ARMÓNICOS CORRIENTE FASE B PANEL DE DISTRIBUCIÓN


ANEXO 34. VALORES DE ARMÓNICOS CORRIENTE FASE B .................... 63

ANEXO 35. ARMÓNICOS CORRIENTE FASE C PANEL DE DISTRIBUCIÓN


ANEXO 36. VALORES DE ARMÓNICOS CORRIENTE FASE C……………. 64

ANEXO 37. ARMÓNICO CORRIENTE NEUTRO PANEL DE DISTRIBUCIÓN


ANEXO 38. VALORES ARMÓNICOS CORRIENTE DEL NEUTRO ............... 65

xviii

ANEXO 39. ARMÓNICOS VOLTAJE FASE A PANEL DE DISTRIBUCIÓN



ANEXO 41. ARMÓNICOS VOLTAJE FASE B PANEL DE DISTRIBUCIÓN

TRIFÁSICO CIRCUITO DE ILUMINACIÓN ENCENDIDO (AUTORES) .......... 67

ANEXO 42. VALORES DE ARMÓNICOS VOLTAJE FASE B ......................... 67

ANEXO 43. ARMÓNICOS VOLTAJE FASE C PANEL DE DISTRIBUCIÓN


ANEXO 44. VALORES DE ARMÓNICOS VOLTAJE FASE C ......................... 68

ANEXO 45. ARMÓNICOS VOLTAJE NEUTRO PANEL DE DISTRIBUCIÓN


ANEXO 46. VALORES DE ARMÓNICOS VOLTAJE DEL NEUTRO .............. 69

ANEXO 47. ARMÓNICOS CORRIENTE FASE A CIRCUITO DE

ILUMINACIÓN ......................................................................................................... 70

ANEXO 48. PORCENTAJE DE ARMÓNICOS CORRIENTE FASE A

CIRCUITO DE ILUMINACIÓN .............................................................................. 70

ANEXO 49. ARMÓNICOS CORRIENTE NEUTRO CIRCUITO DE

ILUMINACIÓN ......................................................................................................... 71

ANEXO 50. VALORES DE ARMÓNICOS CORRIENTE NEUTRO .................. 71

ANEXO 51. ARMÓNICOS VOLTAJE DE FASE A CIRCUITO DE

ILUMINACIÓN……………………………………………………………………72


ANEXO 53. ARMÓNICOS VOLTAJE DEL NEUTRO CIRCUITO DE

ILUMINACIÓN ......................................................................................................... 73

ANEXO 54. VALORES DE ARMÓNICOS VOLTAJE DEL NEUTRO .............. 73

ANEXO 55. ARMÓNICOS CORRIENTE FASE A LÁMPARA LED ................. 74

ANEXO 56. VALORES DE ARMÓNICOS CORRIENTE FASE A LÁMPARA

LED…………………. ............................................................................................... 74

ANEXO 57. ARMÓNICOS CORRIENTE DEL NEUTRO LÁMPARA LED ..... 75

ANEXO 58. VALORES DE ARMÓNICOS CORRIENTE DEL NEUTRO

LÁMPARA LED ....................................................................................................... 75

ANEXO 59. ARMÓNICOS VOLTAJE FASE A LAMPARA LED...................... 76

xix

ANEXO 60. VALORES DE ARMÓNICOS DE VOLTAJE FASE A

LUMINARIAS LED .................................................................................................. 76

ANEXO 61. ARMÓNICOS VOLTAJE DEL NEUTRO LAMPARA LED ......... 77

ANEXO 62. VALORES DE ARMÓNICOS VOLTAJE DEL NEUTRO

LÁMPARA LED ....................................................................................................... 77

xx

ABREVIATURAS

A Amperios

AC Corriente alterna

CONELEC Agencia de Control y Regulación de Electricidad

DC Corriente directa

FP Factor de potencia

K Grados Kelvin

LED Diodo emisor de luz

LM Lúmenes

LX Luxes

M Metros

RA Índice de Rendimiento de Color

RLC Circuito eléctrico que contiene resistores capacitores e

inductores

THDI Distorsión armónica total de corriente

THDV Distorsión armónica total de voltaje

UGR Índice de deslumbramiento unificado

V Voltios

VRMS Valor eficaz de voltaje

W Vatios

http://www.opiluminacion.cl/conceptos/conceptos-basicos/indice-de-rendimiento-de-color-cri-o-ra/

INTRODUCCIÓN

La iluminación artificial es la producida por diferentes tipos de luminarias entre ellas

las luminarias de tipo fluorescente. Este tipo de luminarias produce una generación

de distorsión armónica en las redes de distribución eléctricas los cuales son causantes

de problemas en la calidad de energía y así mismo un mayor consumo energético si

lo comparamos con las luminarias de tipo LED, las cuales generan valores menores

de distorsión armónica lo que causa mejoras en la calidad de energía y disminución

de consumo energético.

Para el desarrollo de este proyecto se inició con el análisis de la distorsión armónica

generado por las luminarias tipo fluorescente, para lo cual se procedió a conectar el

analizador de redes el cual realiza la medición de distorsión armónica en el circuito

de iluminación llamado CA-11 compuesto por 6 luminarias tipo fluorescente de 2x32

vatios instaladas en el laboratorio de física ubicado en el bloque B de la Universidad

Politécnica Salesiana. El analizador de redes, entrega distintos parámetros a analizar

de la distorsión armónica tales como: distorsión armónica total de corriente (THDI),

distorsión armónica total de voltaje (THDV) distorsión armónica de corriente y de

voltaje de grados pares e impares.

De la misma manera con la utilización del analizador de redes se procedió con la

medición de los valores de distorsión armónica en una luminaria de tipo LED de 40

vatios. La medición de los valores de distorsión armónica tanto en las luminarias de

tipo fluorescente como LED sirvió para comparar los valores de distorsión armónica

generadas por cada tipo de luminaria.

Finalmente se procedió a realizar un rediseño de la iluminación ubicada en el

laboratorio de física para mejorar los valores luminosidad, mediante el software

DIALux®.

2

CAPÍTULO 1

1. EL PROBLEMA

1.1 Planteamiento del Problema

El uso masivo de las luminarias de tipo fluorescentes, las cuales introducen una gran

cantidad de distorsiones armónicas en las redes eléctricas producto del uso de un

sistema de balastros electrónicos. La distorsión armónica genera problemas en las

instalaciones eléctricas tales como calentamiento en los conductores aumento de

pérdidas en los transformadores y demás.

1.2 Delimitación

El análisis de los valores de distorsión armónica de las luminarias tipo fluorescente

así como las luminarias tipo LED, se realizó en el periodo comprendido entre los

meses de octubre y diciembre del año 2017

La medición de distorsión armónica correspondiente a las luminarias tipo

fluorescente se lo realizó en el circuito CA-11, perteneciente a la iluminación del

laboratorio de física ubicado en el bloque B de la Universidad Politécnica Salesiana,

sede Guayaquil,

1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo General

Realizar el análisis de las distorsiones armónicas producido por las luminarias

tipo fluorescente y LED, utilizando un analizador de redes y realizar el

rediseño de la iluminación utilizando luminarias tipo LED mediante el

software DIALux® del laboratorio de física de la Universidad Politécnica

Salesiana, sede Guayaquil.

3

1.3.2 Objetivos Específicos

1. Analizar las distorsiones armónicas generadas por la utilización de

luminarias de tipo fluorescente y LED, utilizando un analizador de redes.

2. Rediseñar la iluminación mediante el Software DIALux® en el

laboratorio de física del bloque B de la Universidad Politécnica Salesiana

Sede Guayaquil utilizando las luminarias tipo LED.

3. Contrastar resultados de luminosidad reales producidos por una

luminaria tipo LED, en comparación a los valores de luminosidad generados

por el software DIALux® utilizando un luxómetro y el módulo de pruebas de

luminarias.

1.4 Justificación.

El desarrollo de este estudio está destinado a analizar los valores de generación

armónica que inyecta en el sistema eléctrico, las luminarias tipo fluorescentes y

LED. Además, comparar los efectos que produce la iluminación LED en la reducción

de distorsión armónica. Al realizar el rediseño de la iluminación del laboratorio de

física utilizando luminarias tipo LED se plantó obtener mejoras en los niveles de

luminosidad los cuales deben de encontrase dentro de lo establecido en la norma

Europea para la iluminación de interiores UNE 12464.1 [1]

1.5 Métodos

Se inició realizando la investigación de tipo bibliográfica para obtener una mejor

comprensión de la temática. Se empleó esta información para la elaboración del

marco teórico donde se utilizaron varios conceptos sobre el tema.

Mediante la utilización del analizador de redes se procedió a realizar las mediciones

y posterior análisis de la distorsión armónica generada tanto por las luminarias tipo

fluorescente y LED. El analizador de redes mostró distintos valores tales como el

4

valor de distorsión armónica total de corriente THDI valor de distorsión armónica de

voltaje THDV valores de distorsión armónica pares e impares de corriente y voltaje.

De igual manera se utilizó un luxómetro el cual sirvió para las mediciones de los

valores de luxes que producen tantos las luminarias tipo fluorescente y LED

1.6 Descripción de la propuesta

La realización del análisis de distorsión de armónicos generado por lámparas

fluorescentes y LED así como el rediseño de las la iluminación utilizando luminarias

tipo LED, será posible por medio de la utilización de un equipo llamado analizador

de redes el cual juntamente con el módulo de pruebas de iluminación existente en los

laboratorios de la Universidad Politécnica Salesiana sede Guayaquil cuyo proceso

constara de las siguientes partes, siendo estas:

1. Conexión de una luminaria de tipo LED en el módulo de prueba en la cual se

conectará el equipo analizador de redes para realizar la medición de los

armónicos. También en esta luminaria se medirá mediante un luxómetro la

cantidad de los luxes emitidos por este tipo de iluminación.

2. Medición del aporte de distorsión armónica producida por el circuito de

iluminación CA-11, el cual está conformado por 6 luminarias tipo

fluorescente perteneciente al laboratorio de física de la Universidad

Politécnica Salesiana.

3. Rediseño de la iluminación del laboratorio de física utilizando luminarias tipo

LED, el rediseño se realizó utilizando el software DIALux®.

1.7 Beneficiarios de la propuesta de intervención

Como beneficiario principal de este proyecto será a la Universidad Politécnica

Salesiana ya que se obtendrá datos reales de las distorsiones armónicas producidas

por las luminarias fluorescentes instaladas en el laboratorio de física. Así también

5

con el rediseño de la iluminación utilizando luminarias tipo LED se beneficiarán

tanto los estudiantes como los docentes que reciben y dictan sus clases en el

laboratorio de física ya que se obtendrá una mejora en los niveles de luminosidad los

cuales se encontraran dentro de lo establecido en la norma europea para la

iluminación de interiores UNE 12464.1

1.8 Impacto

El presente estudio genera un impacto en la reducción de armónicos debido al

rediseño de la iluminación utilizando luminarias tipo LED planteadas como

reemplazo de las luminarias fluorescentes las cuales generan una cantidad mayor de

distorsión armónica en comparación con las luminarias tipo LED.

Así mismo tendrá un impacto sobre estudiantes y docentes ya que reduciría la fatiga

visual.

6

FIGURA 1 PARTES DE LA LÁMPARA FLUORESCENTE Y FUNCIONAMIENTO. [2]

CAPÍTULO 2

2 MARCO TEORICO

2.1 Luminarias fluorescentes

Las luminarias de tipo fluorescente son luminarias de descarga de vapor de mercurio,

esta descargar producen radiaciones de tipo ultravioletas las cuales activan los polvos

fluorescente que contiene y estos a su vez transforman la radiación ultravioleta en

radiación visible. [2] Todo este proceso de funcionamiento es posible gracias a los

componentes de la que está compuesta las luminarias fluorescentes. Las partes que

conforman el tubo fluorescente se observan en la figura 1.

El principal componente que hace posible el funcionamiento de las lámparas

fluorescente es conocido como arrancador o balastro Ver figura 2.

7

FIGURA 2 ESQUEMA DE ARRANQUE POR BALASTRO LUMINARIA

FLUORESCENTE [2]

Según Eduardo Gracia Gil, “Los balastos electrónicos constituyen un sistema de

alimentación de alta frecuencia para lámparas fluorescentes, sustitutivo de la

instalación convencional compuesta de reactancia electromagnética, cebador y

condensador para alto factor de potencia”. [3]

Los balastros son los principales elementos en las luminarias fluorescentes, estos han

sido muy estudiados debido a sus efectos negativos en las redes eléctricas. Autores

como Salazar y Vincitorio, reconocen a los balastros como causantes de los efectos

negativos en las redes eléctricas, indicando que “Las lámparas fluorescentes con

balastro electrónico usan la electrónica de potencia (inversores, filtros, rectificadores)

que operan en alta frecuencia, por lo que los armónicos generados también son de

alta frecuencia”. [4] Además, el balasto electrónico difícilmente alcance un

rendimiento superior al 87 % (valor no aceptado en la electrónica de potencia

moderna), un factor de potencia inferior a 0,6 y un THD elevado”. [7]

Así mismo Estigarribia y Suarez, encasilla a las lamparas fluorescente como

generadores de armónicos debido a que este tipo de iluminación se considera como

una carga de tipo no lineal las cuales generan distorsion de tipo armonica “Los tubos

de la luz fluorescente son altamente no lineales y dan lugar a corrientes armónicas

impares de magnitud importante” [5] que “generan principalmente armónicos de

corriente impares en el caso de los bombillos fluorescentes compactos”. [6]

8

FIGURA 3 FORMAS DE POLARIZACIÓN DE UN DIODO. [10]

2.2 Luminarias LED

Como lo indican Freire y Gago “En los últimos años se ha venido introduciendo una

tecnología dentro de los dispositivos de iluminación que está generando grandes

expectativas en cuanto a las prestaciones que ofrecen las nuevas lámparas basadas en

diodos emisores de luz (LEDs)”. [8] .

Los diodos LED, son dispositivos compuestos por materiales semiconductores uno

cuya carga es negativa y otro cuya carga es positiva. Así como lo indica Rivera “un

LED es un dispositivo construido mediante la unión de dos materiales

semiconductores, uno de ellos con dopaje N y otro con dopaje P. Al unir estos dos

materiales se forma una barrera iónica donde no hay portadores libres y existe un

intenso campo eléctrico” [9]

En la figura 3 muestra la polarización tanto directa como inversa de los materiales

semiconductores que componen los diodos.

El funcionamiento de los LED ocurre cuando el electrón pasa de la zona N a la zona

P, el nivel energético es inferior, por lo que libera un fotón que lleva asociado una

onda electro-magnética. Los diodos emisores de luz (LED) son diodos que emiten

fotones dentro del espectro visible, de forma que podemos percibir la luz que irradian

[10]

Al ser tambien la luminaria tipo LED un tipo de carga no lineal, tambien genera una

onda de corriente no sinusoidal tal como lo explica la norma IEEE 519-1992, la cual

9

FIGURA 4 FLUJO NORMAL DE CORRIENTES ARMÓNICAS. [11]

define “a una carga no lineal como una carga que dibuja una onda de corriente no

sinusoidal cuando es proporcionada por una fuente de voltaje sinusoidal”. [11]

La iluminación de tipo LED genera beneficios en lo relacionado a la reducción de

armónicos así como indica Rivera “la emisión de armónicos en la redes de una única

lámpara LED es muy reducida debido a su bajo consumo” [9].

2.3 Distorsión Armónica

La norma IEEE 519-1992, considera que “los armónicos son una componente

sinusoidal de una onda periódica o cantidad que posee una frecuencia múltiplo de la

frecuencia fundamental”. [11]

Así mismo Herrera y otros, definen a los armónicos como “una función periódica no

sinusoidal que puede ser descompuesta en la suma de una función sinusoidal, estas

funciones adicionales son conocidas como componentes armónicas”. [12]

Como se observa en la figura 4, las corrientes armónicas tienden a fluir desde las

cargas no lineales (fuentes armónicas) hacia las impedancias más bajas,

generalmente la fuente de energía.

La impedancia de la fuente de energía es usualmente mucho más baja que los

caminos ofrecidos por las cargas. Sin embargo, la corriente armónica se divide

dependiendo de la proporción de impedancia. Como lo indica la norma IEEE 519-

1992, “los armónicos más altos fluirán hacia los condensadores que representan una

impedancia baja a altas frecuencias”. [11]

10

También se puede definir matemáticamente el fenómeno de los armónicos mediante

las series de Fourier cuya fórmula se muestra en la ecuación 1. “Cualquier señal

periódica por compleja que sea, se puede descomponer en suma de señales

sinusoidales cuya frecuencia es múltiplo de la fundamental. [13]

1 1 1 10 1 2 3

1

( ) ( sin(2 ) (2 2 ) (2 3 ) ..... (2 )n

ns t A A f A f A f A nf

(1)

Dónde:

f1: es la componente de la frecuencia fundamental

A0, A2, A3...An: Amplitud de las distintas sinusoidales

Todos los equipos o cargas eléctricas que se incluyen dentro del tipo de cargas no

lineales son elementos generadores de armónicos tal como lo indica Pérez “los

equipos como ordenadores balastros electrónicos variadores de velocidad fuentes de

alimentación son ejemplo que basan su funcionamiento en equipos de electrónica de

potencia tales como diodos tiristores, transistores, triac y diac”. [14] Estos equipos

son los causantes en general de las perturbaciones eléctricas y en particular los

armónicos.

Gil y Rönnberg en un estudio realizado, analizaron el aporte de generación armónica

que producen las luminarias LED, ellos analizaron varios tipo de luminarias LED

“todas las lámparas LED muestran un espectro que consta de armónicos impares con

magnitud algo decreciente”. [15]

Como lo muestra la figura 5, la generación de distorsión armónica par e impar es

baja en las luminarias tipo LED.

11

FIGURA 5 GENERACIÓN DE ARMÓNICOS DE LUMINARIAS LED. [15]

2.4 Rediseño iluminación utilizando luminarias tipo LED.

Las luminarias de tipo LED generan una menor distorsión de tipo armónica además

de su ahorro he eficiencia son un tipo de luminaria muy utilizada en los diseños de

iluminación. Fauda y Adiono, indican que entre los beneficios de realizar un diseño

con luminarias LED tenemos “1) tienen mayor vida útil, 2) menor consumo de

energía” [16] .

De igual manera los autores Kıyak y Oral mencionan las ventajas de las luminarias

tipo LED al momento de realizar un diseño de iluminación “los LED se han utilizado

cada vez más en sistemas de iluminación interior debido a su bajo consumo de

energía, alta eficiencia de flujo de luz y su capacidad de mantener el flujo de luz a un

nivel constante durante un largo período de tiempo”. [17]

2.5 Utilización del software DIALux®

El software DIALux® es un programa gratuito que permite realizar diseños de

instalaciones de iluminación tanto interior como exterior, da la posibilidad de

trabajar en conjunto con el software de diseño gráfico AUTOCAD® lo cual facilita

el proceso de diseño. Al utilizar la opción de trabajar sobre un plano importado de

Autocad solo es necesario cargar el diseño de la edificación en el DIALux® y sobre

este realizar el diseño de la instalación de iluminación. [18]

12

FIGURA 6 DISTRIBUCIÓN DE FLUJO LUMINOSO LUMINARIAS TIPO

LED. [17]

Otras de las aplicaciones más importantes de DIALux® consisten en que permite

visualizar en gráficos tridimensionales los diagramas polares de la distribución

luminosa de las luminarias utilizadas, representa gráficamente por medio de colores

y líneas los niveles de iluminancia en la edificación y permite calcular los niveles de

deslumbramiento etc. [18]

Ademas la funcion principal del DIALux® es la realizar la distribucion de flujo

luminoso que producen las luminarias lo cual es esencial en los diseños de

iluminacion, un ejemplo de distribucion de luz lo podemos observar en la figura 6 en

la cual se observa la distribucion de luz de luminarias tipo LED.

2.6 Conceptos luminotécnicos.

Existen diversos conceptos relacionados al diseño de iluminación, entre los cuales

tenemos:

Flujo luminoso (φ): Potencia emitida en forma de radiación luminosa a la que el ojo

humano es sensible [31] La unidad de medida es el Lumen (Lm)

Luminancia (E): Flujo luminoso recibido por una superficie [31].Además se puede

expresar como la cantidad de lúmenes recibidos en un metro cuadrado. Su unidad de

medida es el Lux (Lx): Lm/m2

13

CAPÍTULO 3

3 MATERIALES Y MÉTODOS

En la realización del presente estudio se realizaron diferentes mediciones de

parámetros eléctricos y lumínicos tales como:

Parámetros eléctricos:

Distorsión armónica total de corriente THDI.

Distorsión armónica total de voltaje THDV

Distorsión armónica par e impar de corriente

Distorsión armónica par e impar de voltaje.

Parámetros Lumínicos:

Intensidad luminosa Lux.

Flujo luminoso Lúmenes.

Índice de deslumbramiento unitario (UGR).

3.1 Materiales

Para la realización de las mediciones relacionadas a la distorsión armónica se utilizó

un analizador de redes marca “Fluke” modelo 435 Serie II el cual fue facilitado por

la carrera de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Politécnica Salesiana sede

Guayaquil.

Para las mediciones de los parámetros lumínicos se utilizó un luxómetro marca

“MASTECHE” modelo WH1010B además se hizo uso de la estructuras para pruebas

de luminarias existen en los laboratorios de la Universidad Politécnica Salesiana

Sede Guayaquil. [19]

3.2 Procedimientos de medición

3.2.1 Distorsión armónica

Para la medición de la distorsión armónica se inició conectando el analizador

de redes siguiendo el procedimiento establecido por la norma IEC 61000-4-

14

30:2015, “Compatibilidad electromagnética (CEM). Parte 4-30: Técnicas de

ensayo y de medida. Método de medida de calidad de suministro la cual indica

que las mediciones se las debe de realizar “durante al menos una semana y

evaluaciones diarias de 10 minutos”. [20]

Las mediciones de distorsion armonica se lo realizó en:

El circuito de iluminacion CA-11 perteneciente al laboratorio de física el

cual esta compuesto por seis luminarias de tipo fluorescente.

En el panel de distribucion PD-4P en el cual se encuentran conectado el

circuito de iluminacion CA-11 correspondiente a la iluminación del

laboratorio de física.

Una luminaria tipo LED

3.2.2 Parametros luminosos.

Para realizar la medición de la intensidad luminosa (lux), se tomaron las

medidas siguiendo lo establecido en la normativa de la Sociedad de Ingeniería

en iluminación de América del Norte (IES), que indica que “para las realizar

las mediciones de luminancia se deben de tomar 4 mediciones sobre el área de

trabajo y realizar un promedio de las medidas realizadas”. [21]

Al utilizar el luxómetro se debe de esperar un tiempo prudencial hasta que el

valor se estabilice.

La medición de la intensidad luminosa se realizó en luminarias de tipo

fluorescente y LED.

3.3 Medición de los valores luminotécnicos en lámpara tipo LED

modelo Lumipanel.

Se ejecutó esta medición con la finalidad de conocer cuáles son los valores

luminotécnicos que producen las luminarias tipo LED, modelo Lumipanel marca

“Sylvania”, estos valores serán utilizados por el software DIALux® para realizar el

rediseño de iluminación del laboratorio de física para conocer si los valores de luxes

que produce dicha luminaria correspondería a los valores regulados según la norma

europea de Alumbrado para Interiores (UNE 12464). [1]

15

La Lámpara tipo LED modelo Lumipanel marca “Sylvania” tiene las siguientes

características técnicas:

Vida útil 35.000 hora

Tensión de operación 100-240v

Temperatura de operación -20°C a 45°C

Potencia 40 Vatios

TABLA 1 DATOS TÉCNICOS LÁMPARA LED MODELO LUMIPANEL [19]

Número de modelo P25062-36

Consumo total de energía (W) 40

Tecnología LED

Promedio de vida útil(clasificada)(h) 35000

Montaje Empotrada

Carcasa Aluminio

Rendimiento LOR (%) 98

Temperatura de color (K) 4000

Tensión(V) 100-240

Color Blanco

Flujo luminoso (Lm) 4439 439

Para realizar la medición de los parámetros luminotécnicos en una lámpara LED

modelo Lumipanel se utilizó los procedimientos establecidos en la normativa de la

Sociedad de Ingeniería en iluminación de América del Norte (IES). [21] Tomando la

altura de trabajo de un escritorio 115 centímetros.

Se tomaron medidas de luxes a distintas alturas desde los 115 centímetros hasta los

210 centímetros, siendo los diferentes valores medidos los mostrados en la tabla 2.

16

FIGURA 7 CURVA DE LUXES LÁMPARA LED (AUTORES)

MEDICIÓN DE LUXES SEGÚN

ALTURA LAMPARA LED

ALTURA

LAMPARA EN

CENTIMETROS

LUXES

(Lm/m2)

115 73

120 65

140 53

150 47

160 41

170 38

180 34

190 31

200 29

210 27

Mediante los valores medidos se diseñó la curva que muestra el comportamiento de

la variación de los valores de los luxes con relación a la variación de la altura de la

luminaria Ver Fig.7.

3.3.1 Lámpara fluorescente 2X32 Vatios marca “Sylvania”

Se analizó este tipo de luminaria que es este tipo de luminarias utilizado en la

iluminación del laboratorio de física en cual se realiza el presente estudio.

0

20

40

60

80

115 120 140 150 160 170 180 190 200 210

INT

EN

SID

AD

LU

MIN

OS

A

(LU

XE

S)

ALTURA LÁMPARAS (cm)

LÁMPARA LED

TABLA 2 MEDICIÓN DE LUXES LÁMPARA LED (AUTORES)

17

Se realizaron las medidas de los parámetros luminotécnicos en una lámpara

tipo fluorescente utilizando los procedimientos establecido en la normativa

Sociedad de Ingeniería en iluminación de América del Norte (IES). [21]

Tomando la altura de trabajo de un escritorio es de 115 centímetros.

Se tomaron medidas a distintas alturas desde los 115 centímetros hasta los 210

centímetros siendo los valores medidos los mostrados en la tabla 3.

TABLA 3 MEDICIÓN DE LUXES LÁMPARA FLUORESCENTE (AUTORES)

MEDICIÓN DE LUXES SEGÚN

ALTURA LÁMPARA

FLUORECENTE

ALTURA

LÁMPARA EN

CENTÍMETROS

LUXES

(Lm/m2)

115 136

120 114

140 96

150 81

160 69

170 60

180 54

190 48

200 42

210 37

Mediante los valores medidos se diseñó la curva que muestra el

comportamiento de la variación de los valores de los luxes con relación a la

variación de la altura de la luminaria fluorescente. Ver Fig. 8

18

3.3.2 Diseño de la iluminación con luminarias tipo LED

Se plantea realizar un rediseño de la iluminación del laboratorio de física de la

Universidad Politécnica Salesiana sede Guayaquil, el cual cuenta actualmente

con 6 luminarias de tipo fluorescente. Para lo cual se hara uso del software de

diseño de iluminacion DIALux®, para la simulación y análisis del rediseño

planteando el reemplazo de luminarias fluorescente por luminarias tipo LED.

Datos de entrada del laboratorio.

Uno de los aspectos más importantes al momento de realizar un rediseño de

iluminación son los datos de las dimensiones del emplazamineto en la cual se

va a trabajar en este caso las dimensiones del laboratorio de física los cuales se

pueden visualizar en la tabla 4.

Como se puede observar en la figura 9 uno de los pasos del rediseño en el

software DIALux® es añadir los datos de las dimensiones del laboratorio de

física en la ventana administrador de proyectos.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

115 120 140 150 160 170 180 190 200 210

INT

EN

SID

AD

LU

MIN

OS

A

(LU

XE

S)

ALTURA LÁMPARAS (cm)

LÁMPARA FLUORESCENTE

FIGURA 8 CURVA DE LUXES LÁMPARA FLUORESCENTE (AUTORES)

19

TABLA 4 DATOS DEL PROYECTO (AUTORES)

Nombre: Diseño iluminación

con lumnarias LED

Descripción: Laboratorio de

Física

Altura: 3,43 m

Ancho: 8,26 m

Longitud: 6,62 m

Factor de mantenimiento: 0,89

3.3.3 Etapas del rediseño con DIALux®.

Se describe los pasos a seguir en el rediseño de la iluminación del laboratorio

de física con la utilización de luminarias tipo LED:

Construir local.

Esta opción permite diseñar completamente el local o edificación mediante la

inserción de columnas, vigas y ventanas donde se va a realizar el diseño de

FIGURA 9 INGRESO DE DIMENSIONES DEL LABORATORIO DE FÍSICA. (AUTORES)

20

iluminación, en este caso el laboratorio de física con las dimensiones mostradas

en la tabla 4.

Como lo muestra la figura 10, posterior al ingreso de dimensiones, se debe de

insertar los elementos existentes en el laboratorio de física los cuales tendrán

un impacto en la iluminación siendo estos los asientos, los escritorios, las vigas

horizontales y demás.

FIGURA 10 DISEÑO EN 3 DIMENSIONES DEL LABORATORIO DE FÍSICA. (AUTORES)

Especificar reflectancias del local.

Las paredes tienen un color y una textura las cuales son un elemento importante

debido a la reflectancia,debido a esto se debe de elegir el color y la textuta

existente actualmente el laboratorio de física.

Las paredes enlucidas y pintadas de color hueso junto con la losa superior

ofrecen una reflectancias del 73% y el piso de ceramica color gris es del 25%,

porcentajes entregados por el DIALux®.

En la figura 11, se puede observar las distintos materiales y texturas a utilizar

en el software DIALux®.

21

FIGURA 11 APLICACIÓN DE TEXTURAS Y REFLECTANCIA

(AUTORES).

Seleccionar luminarias.

Al finalizar el diseño de la parte arquitectónica del laboratorio de física se debe

de elegir el tipo de luminaria con el que se va a realizar el rediseño. El software

permite elegir la luminaria a utilizar utilizando un catálogo existente mostrado

en la figura 12.

Al elegir la luminarias se visualiza toda la información de la misma, como lo

muestra la figura 13, tales como el nombre de la luminaria, marca, flujo

luminoso, diagrama polar de distribución luminosa entre otros.

FIGURA 12 CATÁLOGO LUMINARIAS [18]

22

Una vez elegida la luminaria a utilizar se elige la altura y tipo de montaje,

pudiendo ser el tipo de montaje adosado a la pared o utilizando una estructura

adicional para suspender a cierta altura la luminarias.

Para el presente rediseño se montarán las luminarias suspendidas del techo

debido a la existencia de vigas horizontales, por lo cual no se deben instalar

las luminarias adosadas a la losa.

Determinar el número de luminarias requeridas y su disposición.

El software presenta dos formas de determinar el número de luminarias y su

disposión la primera es escribir el valor de iluminancia promedio deseada,el

software propondrá las cantidades y disposión óptimas y la segunda opción es

especificar el número de filas y de luminarias por fila.

El caso del presente rediseño se utilizó la opción de escribir el valor de

iluminancia promedio deseada y el software cálculo la cantidad y disposión de

luminarias lo cual lo podemos observar en la figura 14.

FIGURA 13 DATOS TÉCNICO DE LUMINARIA LED A UTILIZAR (AUTORES)

23

3.4 Medición de distorsión armónica

Se realizó las mediciones de distorsión armónica con el procedimiento indicado por

la norma IEC 61000-4-30:2015. [20]

Se realizaron mediciones de distorsión armónica utilizando el analizador de redes en

distintos elementos siendo uno de estos el panel de distribución PD-4P en el cual se

realizaron mediciones en distintas condiciones siendo la primera cuando el circuito

de iluminación a estudiar se encontraba desconectado, y la segunda condición

cuando el circuito de iluminación se encuentra conectado

Otro elemento en el cual se realizaron mediciones fue en una luminaria tipo LED.


iluminación CA-11 desconectado

Se realizó la medición de armónicos en el panel de distribución PD-4P cuando

el circuito de iluminación CA-11 se encontraba desconectado y al realizar

dicha medida se podrá analizar el estado inicial de los armónicos, se realizaron

las siguientes mediciones de distorsión armónica:

Distorsión armónica total de corriente THDI


FIGURA 14 SELECCIÓN DE NÚMERO Y DISPOSICIÓN DE LUMINARIAS. (AUTORES)

24

Distorsión en 3er ,5to, y 7mo armónicos de corriente

Distorsión en 3er ,5to, y 7mo armónicos de voltaje

Las mediciones se las realizó conforme a lo establecido en la norma IEC

61000-4-30:2015. [20] Por lo cual se tomaron mediciones durante una semana

conectando el analizador de redes en la alimentación principal del tablero de

alimentación durante el lapso de 10 minutos, al instante de realizar las

mediciones el disyuntor que alimenta el circuito de iluminación se encontraba

desconectado, con lo cual la mediciones de distorsión armónica tomadas no

incluyen los armónicos generados por el circuito de iluminación compuesto por

las 6 luminarias tipo fluorescente.


iluminación CA-11 conectado

Se realizó la medición de armónicos en el panel de distribución PD-4P cuando

el circuito de iluminación CA-11 se encontraba conectado y al realizar dicha

medida se podrá analizar la cantidad total de distorsión armónica que las 6

luminarias fluorescentes que conforman el circuito de iluminación CA-11

genera y aporta al panel PD-4P, se realizaron las siguientes mediciones de

distorsión armónica:





Las mediciones se efectuaron conforme a lo establecido en la norma IEC

61000-4-30:2015. [20] Por lo cual se tomaron mediciones durante una semana

conectando el analizador de redes en la alimentación principal del tablero de

alimentación durante el lapso de 10 minutos, al instante de realizar las

mediciones el disyuntor que alimenta el circuito de iluminación se encontraba

conectado y las luminarias encendidas, con lo cual la mediciones de distorsión

armónica tomadas incluyen los armónicos generados por el circuito de

25

iluminación compuesto por las 6 luminarias tipo fluorescente y demás circuitos

que conforman el panel de distribución medido.

3.4.3 Medición de armónicos en luminaria LED

Se realizaron las mediciones de distorsión armónica producida por una

luminaria tipo LED con lo cual se podrá conocer cuál es valor de distorsión

armónica producida por una sola luminaria y de esa forma conocer el impacto

que producirían el reemplazo de luminarias fluorescente por luminaria tipo

LED en los valores de distorsión armónica del panel de distribución PD-4P.

Los parámetros a medir son los siguientes:





Las mediciones se las realizó conforme a lo establecido en la norma IEC

61000-4-30:2015. [20]

26

CAPÍTULO 4

4 ANÁLISIS DE RESULTADOS

En lo referente a los armónicos se analizó el efecto que produce en el panel de

distribución PD-4P del circuito de iluminación CA-11 compuesto por 6 luminarias de

tipo fluorescente en la generación de armónicos. También se analizó que efectos

produce en la reducción de generación armónica el reemplazo de las luminarias

fluorescentes por luminarias tipo LED.

En lo relacionado al rediseño de iluminación se analizó cuáles son los efectos que

produce en la iluminación la implementación de las luminarias LED en el laboratorio

de física.

4.1 Análisis de la distorsión armónica en el panel de distribución PD-4P

Se realizó la medición de distorsión armónica en el panel de distribución PD-4P

cuando el circuito de iluminación CA-11 se encontraba desconectado, cuyos valores

se compararon con los valores posteriormente medidos en el panel de distribución

cuando el circuito de iluminación CA-11 se encontraba conectado.

El circuito CA-11, es un circuito monofásico que se conecta a la Fase B del panel de

distribución PD-4P. Los distintos valores de armónicos de corriente de la fase B se

muestran en la tabla 5. En la cual se observa que tanto la distorsión armónica total

THD, como el 3er 5to y 7mo armónico de corriente ,se produce un incremento en el

panel de distribución cuando el circuito de iluminación se encuentra conectado

debido al aporte de distorsión armónica producida por las 6 luminarias tipo

fluorescente.

27

TABLA 5 PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE CORRIENTE FASE B (AUTORES)

PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE CORRIENTE FASE B

ORDEN DE

ARMÓNICO

CIRCUITO DE

ILUMINACIÓN

OFF

CIRCUITO DE

ILUMINACIÓN ON DIFERENCIA

THD 9,37 10,34 0,97

3er 6,48 6,92 0,44

5to 1,905 2,32 0,42

7mo 2,08 2,21 0,13

El incremento de distorsión armónica total THDI de corriente en el tablero cuando el

circuito de iluminación está conectado, es del 9.7% del total de armónicos del panel

de distribución PD-4P.

Con relación a la generación de distorsión armónica de voltaje en la tabla 6 se

observa que existe también un incremento de distorsión armónica de voltaje. Tanto

de la distorsión armónica total THDV como del 3er 5to y 7mo armónico de voltaje

debido al aporte de distorsión armónica que generan las luminarias tipo fluorescente.

En los datos mostrados se puede analizar que las luminarias tipo fluorescente

incrementan en un 1% la distorsión armónica total de voltaje THDV en el panel de

distribución PD-4P

TABLA 6 PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE VOLTAJE FASE B (AUTORES)

PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE VOLTAJE FASE B

ORDEN DE

ARMÓNICO

CIRCUITO DE

ILUMINACIÓN

OFF

CIRCUITO DE

ILUMINACIÓN

ON

DIFERENCIA

THD 1,3 1,4 0,1

3er 0,22 0,301 0,081

5to 0,95 1,016 0,066

7mo 0,26 0,31 0,05

28

FIGURA 16 . PORCENTAJE ARMÓNICO DE CORRIENTE FASE B PANEL DE

DISTRIBUCIÓN (AUTORES)

FIGURA 15 PORCENTAJE ARMÓNICO DE

VOLTAJE FAE B PANEL DE

DISTRIBUCION (AUTORES)

En las figuras 15 y 16 se observar mediante barras verticales la diferencia entre los

valores de distorsión armónica de corriente y voltaje medidos en el panel de

distribución PD-4P, en el momento que las luminarias fluorescentes se encuentran

apagadas y encendidas respectivamente.

Posterior al análisis realizado en la fase B, se procede a realizar el análisis de la

distorsión armónica existente en el neutro del panel de distribución PD-4P, cuyos

resultados de distorsión armónica de corriente se muestran en la tabla 7, en la cual se

detallan los valores tanto de la distorsión armónica total THDI como del 3er 5to y 7mo

armónico. En los datos mostrados se obtiene como resultado que las luminarias tipo

fluorescente aportan un 7,20% de la distorsión armónica total de corriente lo que

representa un 9,2% del THDI del panel de distribución PD-4P.

TABLA 7 PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE CORRIENTE NEUTRO (AUTORES)

PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE CORRIENTE NEUTRO

ORDEN DE

ARMÓNICO

CIRCUITO DE

ILUMINACIÓN

OFF

CIRCUITO DE

ILUMINACIÓN

ON

DIFERENCIA

THD 81,78 88,98 7,20

3er 66,71 74,77 8,03

5to 36,35 41,94 5,59

7mo 22,5 26,23 3,73

29

En lo relacionado a la distorsión armónica de voltaje producida en el neutro del

tablero de distribución los valores medidos los cuales se pueden observar en la tabla,

8 donde los valores de armónicos de voltaje son menores que los valores armónicos

de corriente. El aporte de distorsión armónica total de voltaje producido por las

luminarias fluorescente es de 0.6% lo que representa el 1% del aporte de distorsión

armónica de voltaje existente en todo el tablero de distribución.

TABLA 8 PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE VOLTAJE NEUTRO (AUTORES)

PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE VOLTAJE NEUTRO

ORDEN DE

ARMÓNICO

CIRCUITO DE

ILUMINACIÓN

OFF

CIRCUITO DE

ILUMINACIÓN

ON

DIFERENCIA

THD 38,3 38,9 0,6

3er 2,1 2,86 0,75

5to 2,1 2,24 0,13

7mo 3,16 3,45 0,29

En las figuras 17 y 18 se compara mediante el diagrama de barras los valores de

distorsión armónica de corriente y voltaje medidos en el neutro, del panel de

distribución PD-4P en el momento que las luminarias fluorescentes se encuentran

apagadas y encendidas respectivamente.

FIGURA 17 PORCENTAJE ARMÓNICO DE CORRIENTE NEUTRO PANEL DE


FIGURA 18 . PORCENTAJE ARMÓNICO

DE VOLTAJE DEL NEUTRO PANEL DE


30

4.2 Análisis de armónicos en luminarias LED

Se analizó cual es el efecto de la reducción de armónicos por el reemplazo de las 6

luminarias tipo fluorescente por luminarias tipo LED.

En la tabla 9 se puede observar un análisis comparativo entre los valores de

distorsión armónica que produce el circuito de iluminación CA-11 que está

compuesto por 6 luminarias tipo fluorescente en comparación con 6 luminarias tipo

LED, que componen el nuevo rediseño de iluminación propuesto. Dando como

resultado que las luminarias de tipo LED producen un 13% menos distorsión

armónica total de corriente de fase que las luminarias tipo fluorescente.

TABLA 9 PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE CORRIENTE DE FASE (AUTORES)

PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE CORRIENTE FASE

ORDEN DE

ARMÓNICO

CIRCUITO DE

ILUMINACIÓN

CA-11

LUMINARIAS

LED DIFERENCIA

THD 0,97 0,84 0,13

3er 0,44 0,42 0,02

5to 0,42 0,36 0,06

7mo 0,13 0,12 0,01

En la tabla 10, se muestra el análisis comparativo de la distorsión armónica total de

voltaje THDV, dando como resultado que en la luminaria tipo LED produce un 28%

menos que la generada por las luminarias fluorescentes.

En las figuras 19 y 20 se observa mediante el diagrama de barras la diferencia entre

los valores de distorsión corriente y de voltaje de fase, comparando los valores

generados por luminarias tipo fluorescentes y LED.

31

TABLA 10 PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE VOLTAJE DE FASE (AUTORES)

PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE VOLTAJE FASE

ORDEN DE

ARMÓNICO

CIRCUITO DE

ILUMINACIÓN

CA-11

LUMINARIAS

LED X 6 DIFERENCIA

THD 0,1 0,072 0,028

3er 0,081 0,042 0,039

5to 0,066 0,036 0,030

7mo 0,05 0,024 0,026

De la misma manera que se producen armónicos de corriente y voltaje de fase

también se produce distorsión armónica en el neutro la cual también se analizó y

comparo los valores que generan tanto las luminarias tipo fluorescente como LED,

en la tabla 11 podemos observar los valores de distorsión armónica de corriente

generados en el neutro por cada uno de los distintos tipos de luminarias. La

distorsión armónica total de corriente THD en el neutro en la luminaria tipo LED es

un 19% menor que la generada por la luminaria fluorescente.

FIGURA 19 . PORCENTAJE ARMÓNICO DE VOLTAJE DE FASE PANEL DE


FIGURA 20 . PORCENTAJE ARMÓNICO DE

CORRIENTE DE FASE PANEL DE


32

TABLA 11 PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE CORRIENTE DE NEUTRO (AUTORES)

PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE CORRIENTE NEUTRO

ORDEN DE

ARMÓNICO

CIRCUITO DE

ILUMINACIÓN

CA-11

LUMINARIAS

LED X 6 DIFERENCIA

THD 7,20 6,12 0,13

3er 8,03 5,4 0,02

5to 5,59 5 0,06

7mo 3,73 3,3 0,01

Los armónicos de voltaje generados en el neutro también fueron analizados en ambos

tipos de luminarias cuyos datos se observan en la tabla 12. Los datos muestran que

las luminarias tipo LED producen un 10% menos de distorsión armónica total de

voltaje THDV que las luminarias tipo fluorescente.

TABLA 12 PORCENTAJE DE ARMÓNICO DE VOLTAJE DE NEUTRO (AUTORES)

PORCENTAJE DE ARMÓNICO VOLTAJE DE NEUTRO

ORDEN DE

ARMÓNICO

CIRCUITO DE

ILUMINACIÓN

CA-11

LUMINARIAS

LED DIFERENCIA

THD 0,6 0,54 0,06

3er 0,75 0,6 0,015

5to 0,13 0,12 0,01

7mo 0,29 0,246 0,044

En las figuras 21 y 22 se evidencia los valores de armónicos de corriente y de voltaje

del neutro, comparando los valores generados por luminarias tipo fluorescentes y

LED, en el cual la luminaria tipo LED presenta una menor distorsión armónica que la

producida por las luminarias de tipo fluorescente. La distorsión armónica total de

corriente THDI en las luminarias tipo LED es 6,12% mientras que en las luminarias

fluorescentes es de 7,2%

33

4.3 Estudio luminotécnico

Mediante la utilización del software DIALux® se realizó el rediseño de la

iluminación del laboratorio de física reemplazando las luminarias actuales por

luminarias tipo LED, cuyos valores de luminosidad fueron comparados con el valor

de las luminarias fluorescente actualmente instalados.

4.3.1 Valores lumínicos actuales con luminarias fluorescente

Para conocer cuáles son los valores lumínicos existentes en el laboratorio de

física que producen las luminarias fluorescentes se tomaron las dimensiones

del laboratorio de física complementando con las texturas y colores de paredes

así como su reflectancia las cuales se ingresan al software DIALux® para

conocer los valores luminotécnicos.

Como se muestra en la figura 23, es importante señalar que en el laboratorio de

física existen dos vigas horizontales las cuales atraviesan el laboratorio

causando una interrupción del flujo luminoso de las luminarias debido a que las

luminarias se encuentran entre las vigas.


CORRIENTE DEL NEUTRO PANEL DE



VOLTAJE DEL NEUTRO PANEL DE DISTRIBUCIÓN (AUTORES)

34

Los valores de luminancia que producen las luminarias fluorescentes es en

promedio de 280 luxes en la zona más iluminada lo que se encuentra por

debajo de la norma UNE 12464.1 (Norma europea sobre la iluminación para

interiores), que indica que para laboratorio la iluminación mínima debe de ser

de 500 luxes. [1]. Ver figura 24.

FIGURA 23 . IMPLANTACIÓN DE LUMINARIAS FLUORESCENTE EN

LABORATORIO DE FÍSICA (AUTORES)

35

Los valores mostrados en las tablas 13 y 14 muestran los resultados de los

demás parámetros luminotécnicos presentados por el software DIALux

tales como nivel lumínico promedio, mínimo máximo y reflectancia.

Altura del local: 3.430 m

Altura de montaje: 3.430 m

Factor mantenimiento: 0.80

TABLA 13 PARÁMETROS LUMINOTÉCNICOS DISEÑO ACTUAL LUMINARIAS FLUORESCENTE (AUTORES)

Superficie Em [lx] Emin [lx] Emax [lx] Emin / Em

Plano útil / 296 13 280 0.044

Suelo 20 101 8.46 180 0.044

Techos (2) 70 47 12 63

Paredes (5) 50 93 1.71 253

FIGURA 24 . LUMINANCIA LUMINARIAS FLUORESCENTE EN LABORATORIO

DE FÍSICA (AUTORES)

36

TABLA 14 LISTA DE LUMINARIAS DISEÑO ACTUAL LUMINARIAS FLUORESCENTE (AUTORES)

Lista de piezas – Luminarias

N° Pieza Designación (Luminaria) [lm] P [W]

1 6 LUMINARIAS FLUORESCENTE T8 2X32W 5200 64

4.3.2 Rediseño luminarias LED

El diseño de la iluminación del laboratorio de física utilizando luminarias tipo

LED para lo cual se empleó el software DIALux.

Atendiendo a la problemática de la presencia de las vigas en el diseño

estructural del laboratorio de física, se justifica la reubicación de las luminarias

LED. Se propone colocarlas al nivel de la viga suspendida a la altura de 30cm

de separación de la losa para que de esta manera las vigas no obstruyan el flujo

luminoso. Ver figura 25.

Los valores de luminancia del rediseño se observan en la figura 26, donde

el valor de flujo luminoso de las luminarias LED da valores promedio

superiores a 500 luxes en la zona más iluminadas lo que se encuentra

dentro de los valores de la norma UNE 12464.1 (Norma europea sobre la

iluminación para interiores) cuyos valores mayor igual a 500 Luxes. [1]

FIGURA 25 . IMPLANTACIÓN LUMINARIAS LED EN LABORATORIO DE

FÍSICA (AUTORES)

37

Los valores mostrados en las tablas 15 y 16 muestran los resultados de los

demás parámetros luminotécnicos generados por el software DIALux®

tales como nivel lumínico promedio, mínimo, máximo y reflectancia.

Altura del local: 3.430 m

Altura de montaje: 3.130 m

TABLA 15 PARÁMETROS LUMINOTECNICOS

DISEÑO LUMINARIAS LED (AUTORES)

Superficie Em [lx] Emin [lx] Emax [lx] Emin / Em

Plano útil / 308 13 520 0.042

Suelo 20 205 7.86 373 0.038

Techos (2) 70 46 14 64

Paredes (5) 50 81 2.12 299

FIGURA 26 DISTRIBUCIÓN DE LUMINANCIA LUMINARIA LED

38

TABLA 16 LISTA DE LUMINARIAS DISEÑO LUMINARIAS LED (AUTORES)

Lista de piezas – Luminarias

N° Pieza Designación (Luminaria) [lm] P [W]

1 6 LUMINARIAS LED TIPO LUMIPANEL 4349 41

4.3.3 Mejoras en la iluminación con el rediseño

El rediseño proporciona mejoras en la iluminación del laboratorio de física,

además el uso de las luminarias LED consumen una menor potencia y reducen

la distorsión armónica en comparación con la luminaria tipo fluorescente.

En la tabla 18 se muestra una comparativa entre la luminancia que producen las

luminarias tipo fluorescente actualmente instaladas en el laboratorio de física

las cuales en promedio entregan una luminancia de 280 luxes lo cual se

encuentran por debajo de lo permitido por la norma UNE 12464.1 [1],

comparando con la luminosidad que entrega el rediseño de iluminación con

luminarias tipo LED cuyo valor de Luxes es superior a 520 lo cual se ajusta a

la norma UNE 12464.1 (Norma europea sobre la iluminación para interiores)

[1] ver Tabla 17

TABLA 17 VALORES DE ILUMINACIÓN SEGÚN NORMA

UNE 12464.1 PARA LABORATORIO DE PRÁCTICAS [1]

N° Tipo de interior, tarea y

actividad Luxes UGRL Observaciones

2.9 Aulas, de prácticas y

laboratorios 500 19

39

TABLA 18 COMPARACIÓN LUMINANCIA ILUMINACIÓN FLUORESCENTE Y LED (AUTORES)

Además de los valores de luminancia la tabla 19 muestra una comparación de

los valores existentes tales como UGR (índice de deslumbramiento unificado)

en el puesto de trabajo cuando el usuario de la instalación se encuentra sentado

y de pie en la iluminación actual fluorescente y el rediseño LED.

LUMINARIAS

FLUORESCENTE

LUMINARIAS

LED

LUMINANCIA MENOR A 400

LUXES

LUMINANCIA MAYOR A 500

LUXES

40

TABLA 19 RESULTADOS LUMINOTÉCNICOS EN EL LABORATORIO DE FÍSICA (AUTORES)

TIPO DE

ILUMINACIÓN.

ILUMINACIÓN

EXISTENTE

ILUMINACIÓN

REQUERIDA

Tipo de luminaria Luminaria fluorescente

T8 2x32 vatios

Luminaria tipo LED

modelo lumipanel

41vatios

Nº de luminarias 6 6

Flujo luminoso

Luminaria 5200 lm 4349 lm

Flujo luminoso total 36400 lm 26094lm

Potencia que consume

por Luminaria 64 W 41W

Potencia total

consumida 384 W 246 W

Eficiencia energética 6,7 W/m2 10,53 W/ m2

Factor de

mantenimiento 0,8 0,8

UGR ( Sentado) 14-18 17-18

UGR (De pie) 12-13 14-15

41

CONCLUSIONES

Se realizó el análisis de la distorsión armónica generadas por las luminarias tipo

fluorescente y LED y se y a partir de dicho análisis se concluye lo siguiente:

Los armónicos tanto de corriente y de voltaje se producen desde el cierre del

circuito iluminación CA-11, producidos tanto de lámparas tipo fluorescente

como lámparas tipo LED

La distorsión armónica que generó la luminaria tipo LED analizada, mostró

una reducción en los valores medidos en comparación al circuito de

iluminación compuesto las luminarias tipo fluorescente. Los datos analizados

muestran que la luminaria tipo LED reducen en un 1,26% la distorsión

armónica total THDV de voltaje del total producido por las luminarias

fluorescente. Mientras que la distorsión armónica de corriente THDI,

producido por luminarias LED, es 0,87% menor que la generada por la

luminaria fluorescente.

El cierre del circuito de iluminación CA-11 compuesto por luminarias tipo

fluorescente, conectado en el panel de distribución PD-4P, generó un

aumento en un 9.7% de la distorsión armónica total THDI de corriente y en

un 1%, la distorsión armónica total THDV de voltaje. Con relación a los

valores ya existentes en el panel de distribución

El rediseño de la iluminación del laboratorio de física, empleando el software

DIALux® y cambiando la iluminación a unidades tipo LED, logró alcanzar

los valores requeridos de luminancia, para la iluminación de laboratorios de

práctica aplicando la norma UNE 12464.1 [1].

Se puede concluir, que la iluminación actual instalada en el laboratorio de

física, no cumple con los valores de luminancia mínimo requeridos

encontrándose por debajo de los 500 Luxes para iluminación de los

laboratorios de práctica según la normativa aplicada UNE 12464.1 [1]. Uno

de factores que más preponderantes que obstruyen el flujo luminoso fue la

42

mala distribución de las luminarias debido a que estas se encuentran ubicadas

entre dos vigas.

RECOMENDACIONES

Se recomienda aplicar este rediseño de iluminación el cual emplea luminarias

tipo LED, con las cuales se logra que los valores promedio de flujo luminoso

lleguen a los 500 luxes con lo cual se estaría dentro de la norma UNE

12464.1 (Norma europea sobre la iluminación para interiores) [1] .

Este estudio sugiere el reemplazo de las luminarias actuales de tipo

fluorescente por luminarias LED, las cuales brindan mejor calidad de energía,

menor entrega de armónicos al sistema eléctrico, reduciendo las

penalizaciones en la facturación eléctrica por la empresa distribuidora.

Para futuros trabajos se podría analizar la distorsión armónica que generan

todos los circuitos de iluminación en edificio B de la Universidad Politécnica

Salesiana sede Guayaquil, tomando como base el presente estudio.

43

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA

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44

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45

bombillo fluorescentes compactos en el sector residencial, Costa Rica, 2011.

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[30] F. Vasco Vera, «Universidad Politécnica Salesiana, Repositorio Digital: Estudio

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[31]

[31] Blanca Giménez, Castilla Cabanes, Luminotecnia: Magnitudes Fotométricas

básicas. Unidades de medida, E.T.S. Arquitectura.

47

ANEXOS

ANEXO 1 MEDIDOR DE LUXES MARCA MASTECHE

ANEXO 2 MÓDULO DE PRUEBAS DE LUMINARIAS LABORATORIO UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA SEDE GUAYAQUIL

48

ANEXO 3 ANALIZADOR DE REDES MARCA FLUKE MODELO 435

ANEXO 4 LUMINARIA TIPO LED A LA CUAL SE LE REALIZO LA MEDICION DE LUXES EN MODULO DE PRUEBA

49

ANEXO 5 LUMINARIA TIPO FLUORESCENTE A LA CUAL SE LE REALIZÓ LA

MEDICIÓN DE LUXES EN MODULO DE PRUEBA

ANEXO 6 MEDICIÓN DE LUXES A DIFERENTES ALTURAS A LUMINARIA

FLUORESCENTE EN MÓDULOS DE PRUEBA DE ILUMINACIÓN

50

ANEXO 7 : MEDICION DE LUXES EN LUMINARIAS FLUORESCENTE

EN LABORATORIO DE FÍSICA

ANEXO 8 MEDICIÓN DE LUXES A DIFERENTES ALTURAS A LUMINARIA LED EN MÓDULOS DE PRUEBA DE ILUMINACIÓN

51

ANEXO 9 MEDICION DE LUXES A DIFERENTES ALTURAS A LUMINARIA LED EN MÓDULOS DE PRUEBA DE

ILUMINACIÓN

ANEXO 10 MEDICION DE ARMÓNICOS A LUMINARIA

FLUORESCENTE CON ANALIZADOR DE REDES FLUKE MODELO 435

52

ANEXO 11 MEDICIÓN DE ARMÓNICOS A LUMINARIA LED ANALIZADOR DE REDES FLUKE MODELO 435

ANEXO 12: PANEL DE DISTRIBUCION PD-4P DONDE SE

ENCUENTRA EN CIRCUITO DE ILUMINACION CA-11

53

ANEXO 13: MEDICIÓN DE ARMÓNICOS EN ALIMENTACIÓN PRINCIPAL

PANEL DE DISTRIBUCIÓN PD-4P

ANEXO 14: MEDICIÓN DE CORRIENTE EN CIRCUITO CA-11 PERTENECIENTE A LA ALIMENTACIÓN DE LAS LUMINARIAS DEL

LABORATORIO DE FÍSICA

54

MEDICIÓN DE ARMÓNICOS

ARMÓNICOS EN PANEL DE DISTRIBUCIÓN PD-4P CIRCUITO

CA-11 APAGADO

ARMÓNICOS DE CORRIENTE

Corrientes armónicas THD 3er 5to y 7mo FASE A

ANEXO 15 ARMÓNICOS CORRIENTE FASE A PANEL DE DISTRIBUCIÓN

TRIFÁSICO CIRCUITO DE ILUMINACIÓN APAGADO

ANEXO 16 VALORES DE ARMÓNICOS CORRIENTE FASE A

PANEL DE DISTRIBUCIÓN CIRCUITO DE ILUMINACIÓN APAGADO

FASES

ANALIZAR

VALOR MEDIO ARMÓNICO

%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

FASE Ø A 34,42 25,63 16,63 12,6

55

Corrientes armónicas THD 3er 5to y 7mo FASE B

ANEXO 17 ARMÓNICOS CORRIENTE FASE B PANEL DE

DISTRIBUCIÓN TRIFÁSICO CIRCUITO DE ILUMINACIÓN APAGADO

ANEXO 18 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS CORRIENTE FASE B

PANEL DE DISTRIBUCIÓN CIRCUITO DE ILUMINACIÓN APAGADO

FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

FASE Ø B 9,37 6,58 1,905 2,08

56

Corrientes armónicas THD 3er 5to y 7mo FASE C

ANEXO 19: ARMÓNICOS CORRIENTE FASE C PANEL DE DISTRIBUCIÓN

TRIFÁSICO CIRCUITO DE ILUMINACIÓN APAGADO (AUTORES)

ANEXO 20 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS CORRIENTE FASE C

PANEL DE DISTRIBUCIÓN CIRCUITO DE ILUMINACIÓN APAGADO (AUTORES)

FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

FASE Ø C 7,27 4,23 2,13 2,1

57

Corrientes armónicas THD 3er 5to y 7mo NEUTRO

ANEXO 21 ARMÓNICOS CORRIENTE DEL NEUTRO PANEL DE DISTRIBUCIÓN CIRCUITO DE ILUMINACIÓN APAGADO (AUTORES)

ANEXO 22 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS CORRIENTE DEL NEUTRO

PANEL DE DISTRIBUCIÓN CIRCUITO DE ILUMINACIÓN APAGADO (AUTORES).

FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

NEUTRO 81,78 66,71 36,35 22,5

58

ARMÓNICOS DE VOLTAJE

Voltajes armónicos THD 3er 5to y 7mo FASE A

ANEXO 23: ARMÓNICOS CORRIENTEVOLTAJE DEL FASE AL PANEL DE DISTRIBUCIÓN CIRCUITO DE

ILUMINACIÓN APAGADO (AUTORES)

ANEXO 24 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS VOLTAJE FASE A

PANEL DE DISTRIBUCIÓN CIRCUITO DE ILUMINACIÓN APAGADO (AUTORES).

FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

FASE Ø A 1,48 0,46 1,12 0,54

59

Voltajes armónicos THD 3er 5to y 7mo FASE B

ANEXO 25 ARMÓNICOS VOLTAJE FASE B PANEL DE DISTRIBUCIÓN TRIFÁSICO CIRCUITO DE ILUMINACIÓN APAGADO (AUTORES)

ANEXO 26 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS VOLTAJE FASE B


FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

FASE Ø B 1,3 0,22 0,95 0,26

60

Voltajes armónicos THD 3er 5to y 7mo FASE C

ANEXO 27 ARMÓNICOS VOLTAJE FASE C PANEL DE DISTRIBUCIÓN TRIFÁSICO CIRCUITO DE ILUMINACIÓN APAGADO (AUTORES)

ANEXO 28 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS VOLTAJE FASE C


FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

FASE Ø C 1,47 0,33 1,17 0,63

61

Voltajes armónicos THD 3er 5to y 7mo NEUTRO

ANEXO 29 ARMÓNICOS VOLTAJE DEL NEUTRO PANEL DE

DISTRIBUCIÓN TRIFÁSICO CIRCUITO DE ILUMINACIÓN APAGADO (AUTORES)

ANEXO 30 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS VOLTAJE DEL NEUTRO PANEL DE DISTRIBUCIÓN CIRCUITO DE ILUMINACIÓN APAGADO (AUTORES)

FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

NEUTRO 38,3 2,1 2,1 3,16

62

ARMÓNICOS EN PANEL DE DISTRIBUCION PD-4P CIRCUITO

CA-11 ENCENDIDO



ANEXO 31 ARMÓNICOS CORRIENTE FASE A PANEL DE DISTRIBUCIÓN TRIFÁSICO CIRCUITO DE ILUMINACIÓN ENCENDIDO. (AUTORES)

ANEXO 32 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS CORRIENTE FASE A

PANEL DE DISTRIBUCIÓN CIRCUITO DE ILUMINACIÓN ENCENDIDO (AUTORES)

FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

FASE Ø A 34,2 25,5 16,74 12,69

63

Corrientes armónicas THD 3er 5to y 7mo FASE B

ANEXO 33 ARMÓNICOS CORRIENTE FASE B PANEL DE DISTRIBUCIÓN TRIFÁSICO CIRCUITO DE

ILUMINACIÓN ENCENDIDO (AUTORES)

ANEXO 34 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS CORRIENTE FASE B

PANEL DE DISTRIBUCIÓN CIRCUITO DE ILUMINACIÓN ENCENDIDO. (AUTORES)

FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

FASE Ø B 7,34 5,42 1,5 1,81

64

Corrientes armónicas THD 3er 5to y 7mo FASE C

ANEXO 35 ARMÓNICOS CORRIENTE FASE C PANEL DE DISTRIBUCIÓN TRIFÁSICO CIRCUITO DE


.

ANEXO 36 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS CORRIENTE FASE C PANEL DE DISTRIBUCIÓN CIRCUITO DE ILUMINACIÓN ENCENDIDO (AUTORES)

FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

FASE Ø C 7,13 4,17 2,04 2,17

65


ANEXO 37 ARMÓNICOS CORRIENTE DEL NEUTRO PANEL DE DISTRIBUCIÓN TRIFÁSICO CIRCUITO DE


ANEXO 38 PORCENTAJE ARMÓNICOS CORRIENTE DEL NEUTRO

PANEL DE DISTRIBUCIÓN TRIFÁSICO CIRCUITO DE ILUMINACIÓN ENCENDIDO (AUTORES)

FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

NEUTRO 88,17 74,77 36,08 21,23

66

ARMÓNICOS DE VOLTAJE.

Voltajes armónicos THD 3er 5to y 7mo FASE A.

ANEXO 39ARMÓNICOS VOLTAJE FASE A PANEL DE DISTRIBUCIÓN TRIFÁSICO CIRCUITO DE ILUMINACIÓN

ENCENDIDO (AUTORES)

ANEXO 40 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS VOLTAJE FASE A PANEL DE

DISTRIBUCIÓN TRIFÁSICO CIRCUITO DE ILUMINACIÓN ENCENDIDO (AUTORES)

FASES

ANALIZAR


%THD

3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

FASE Ø A 1,52 0,43 1,16 0,59

67

Voltajes armónicos THD 3er 5to y 7mo FASE B.

ANEXO 41 ARMÓNICOS VOLTAJE FASE B PANEL DE DISTRIBUCIÓN TRIFÁSICO CIRCUITO DE ILUMINACIÓN ENCENDIDO (AUTORES)

ANEXO 42 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS VOLTAJE FASE B PANEL DE


FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

FASE Ø B 1,4 0,301 1,016 0,31

68

Voltajes armónicos THD 3er 5to y 7mo FASE C.

ANEXO 43 ARMÓNICOS VOLTAJE FASE C PANEL DE DISTRIBUCIÓN TRIFÁSICO CIRCUITO DE ILUMINACIÓN ENCENDIDO (AUTORES)

ANEXO 44 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS VOLTAJE FASE C PANEL DE DISTRIBUCIÓN TRIFÁSICO CIRCUITO DE ILUMINACIÓN ENCENDIDO (AUTORES)

FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

FASE Ø C 1,57 0,337 1,25 0,69

69

Voltajes armónicos THD 3er 5to y 7mo NEUTRO.

ANEXO 45 ARMÓNICOS VOLTAJE DEL NEUTRO PANEL DE DISTRIBUCIÓN TRIFÁSICO CIRCUITO DE


ANEXO 46 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS VOLTAJE DEL NEUTRO PANEL DE


FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

NEUTRO 37,9 28,63 2,24 2,69

70

MEDICIÓN DE LA DISTORSIÓN ARMÓNICA EN CIRCUITO

DE ILUMINACIÓN CA-11 LUMINARIAS TIPO

FLUORESCENTES DE 2X32W.

ARMÓNICOS DE CORRIENTE.

Corrientes armónicas THD 3er 5to y 7mo FASE A.

ANEXO 47 ARMÓNICOS CORRIENTE FASE A CIRCUITO DE ILUMINACIÓN (AUTORES)

ANEXO 48 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS CORRIENTE FASE A CIRCUITO DE ILUMINACIÓN (AUTORES)

FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN % 5to ORDEN % 7mo ORDEN %

FASE Ø A 8,87 4,78 2,59 2,21

71


ANEXO 49 ARMÓNICOS CORRIENTE NEUTRO CIRCUITO DE ILUMINACIÓN (AUTORES)

ANEXO 50 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS CORRIENTE DEL NEUTRO

CIRCUITO DE ILUMINACIÓN (AUTORES)

FASES

ANALIZAR



NEUTRO 83,61 70,6 34,02 20,68

72



ANEXO 51 ARMÓNICOS VOLTAJE FASE A CIRCUITO DE ILUMINACIÓN (AUTORES)

ANEXO 52 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS VOLTAJE FASE A


FASES

ANALIZAR



FASE Ø A 1,62 0,75 0,83 0,26

73


ANEXO 53 ARMÓNICOS VOLTAJE DEL NEUTRO CIRCUITO DE ILUMINACIÓN (AUTORES)

ANEXO 54 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS VOLTAJE DEL NEUTRO


FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

NEUTRO 1,83 1,12 O,65 0,25

74

MEDICIÓN DE LA DISTORSIÓN ARMÓNICA PRODUCIDA

LUMINARIA LED TIPO LUMIPANEL MARCA “SYLVANIA”



ANEXO 55 ARMÓNICOS CORRIENTE FASE A LÁMPARA LED (AUTORES)

ANEXO 56 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS CORRIENTE FASE A LÁMPARA LED (AUTORES)

FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

FASE Ø A 0.14 0.07 0.06 0,02

75


ANEXO 57 ARMÓNICOS CORRIENTE DEL NEUTRO LÁMPARA LED (AUTORES)

ANEXO 58 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS CORRIENTE NEUTRO LÁMPARA LED (AUTORES)

FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

NEUTRO 1.02 0,9 0,80 0,55

76



ANEXO 59 ARMÓNICOS VOLTAJE FASE A LAMPARA LED (AUTORES)

ANEXO 60 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS VOLTAJE FASE A LÁMPARA LED (AUTORES)

FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

FASE Ø A 0.012 0,007 0,006 0,004

77


ANEXO 61 ARMÓNICOS VOLTAJE DEL NEUTRO LAMPARA LED (AUTORES)

ANEXO 62 PORCENTAJE DE ARMÓNICOS VOLTAJE DEL NEUTRO LÁMPARA LED (AUTORES)

FASES

ANALIZAR


%THD 3er ORDEN

%

5to ORDEN

%

7mo ORDEN

%

NEUTRO 0.09 0.1 0,02 0,041

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