Instalaciones electricas Apuntes
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LIBRO DE TEXTO DE INSTALACIONES ELECTRICAS
ING. LUIS ALONSO GERARDO SANCHEZ TIJUANA BAJA CFA. AGOSTO DEL 2005
INDICE
Capitulo I
Normas y Especificaciones
Pag.
1.1. Reglamento a) NOM-001-SEDE-1999 b) NOM-007-ENER-2004 c) NOM-013-SEDE-2004 d) NOM-025-STPS-1999 e) NOM-002-SEDE-1999 f) NOM-022-STPS-1999 1.2. Simbología 1.3. Costo de la energía eléctrica
Capitulo II
1 37 39 55 66 79 94 105 107
Conductores Eléctricos y sus protecciones
2.1. Conductores a) Clasificación de calibres y sus aplicaciones - Por Corriente - Por caída de voltaje
129 135 136 136
2.2. Cálculo y selección de centros de carga a) Conocimiento y selección de accesorios de baja tensión b) Selección y funcionamiento de interruptores de seguridad
137 139 144
Capitulo III
Proyectos de Alumbrado
3.1. Introducción a la iluminación a) Definición de términos de unidades de medición de los parámetros de medición. b) Funcionamiento de lámparas. - Incandescentes - De descarga - De lux mixta c) Interpretación de curvas de distribución 3.2. Introducción al diseño de alumbrado a) Niveles de iluminación b) Sistemas de alumbrado c) Método de lúmenes d) Método de punto por punto
146 155 159 162 178 184 196 205 205 210 216 227
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Pag. Capitulo IV
Instalaciones eléctricas industriales
4.1. Consideraciones de planeación a) Sistemas de distribución b) Sistemas de tierra c) Sistemas de emergencia d) Corrección del factor de potencia
Capitulo V
238 238 249 250 254
Instalaciones eléctricas especiales
5.1. Sistemas de alarma 5.2. Sistemas de comunicación - Digital - Audio/video - Telefonicos 5.3. Sistemas de audio
281 282
Bibliografía
290
Anexo 1
291
283
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NORMAS Y ESPECIFICACIONES 1.1 LEY DE EDIFICACIONES DEL ESTADO DE BAJA CALIFORNIA Publicada en el Periódico Oficial No. 26, sección III de fecha 24 de junio de 1994, Tomo CI. TITULO PRIMERO Disposiciones Generales CAPITULO I Lineamiento ARTICULO 1. ALCANCES Y NATURALEZA. La presente Ley rige todas las edificaciones e instalaciones en proceso, uso, desuso o en demolición localizadas en cualquier predio público, privado, ejidal o comunal del Estado de Baja California y su cumplimiento, es de orden público e interés social. ARTICULO 2. OBJETIVO. Esta Ley tiene por objeto: I. Normar la construcción, reparación, modificación, ampliación, mantenimiento y demolición de edificaciones públicas o privadas e instalaciones, para asegurar las condiciones mínimas de seguridad, higiene, funcionamiento, acondicionamiento ambiental e integración al contexto urbano, vigilando a su vez el cuidado del patrimonio histórico cultural e impacto ambiental; II. Establecer los lineamientos de los Reglamentos Municipales de Edificación; III. Definir en la esfera de sus competencias el ejercicio de las facultades de las Autoridades Estatales y Municipales en materia de edificaciones, y; IV. Definir las obligaciones de los Propietarios, Directores de Obra, Directores de Proyectos y demás Corresponsales y las relaciones profesionales entre ellos durante el proyecto y el proceso de la edificación.
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NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-001-SEDE-1999, Instalaciones Eléctricas En esta ocasión hablaremos de la Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-1999, relativa a las Instalaciones Eléctricas. La Secretaria de Energía por conducto de la Dirección General de Gas L.P. y de Instalaciones Eléctricas público el día 27 de Septiembre de 1999, en el Diario Oficial de la Federación la Norma Oficial Mexicana, NOM-001-SEMP-1999, relativa a Instalaciones Eléctricas y que entra en vigor 6 meses posteriores a su publicación en Diario Oficial de la Federación ( 27 de Marzo del 2000). Cancelando la NOM-001SEMP-1994, relativa a las Instalaciones destinadas al suministro y uso de la Energía Eléctrica publicada el 10 de Octubre de 1994. El objetivo de esta NOM-001-SEDE-1999, es establecer las disposiciones y especificaciones de carácter técnico que deben satisfacer las Instalaciones destinadas a la utilización de la Energía Eléctrica, a fin de que ofrezcan condiciones adecuadas de seguridad para las personas y propiedades, en lo referente a la protección contra choque eléctrico, efectos térmicos, sobre corriente, corrientes de falla, sobre tensiones, fenómenos atmosféricos e incendios, entre otros. El cumplimiento de las disposiciones indicadas en esta NOM-001-SEDE-1999, garantizarán el uso de la Energía Eléctrica en forma segura. CAMPO DE APLICACIÓN Propiedades industriales, comerciales, residenciales y de vivienda, institucionales, cualquiera que sea su uso, públicas y privadas, y en cualquiera de los niveles de tensiones eléctricas de operación, incluyendo las utilizadas para equipo eléctrico conectados por los usuarios. Instalaciones en edificios utilizados por las Empresas suministradoras, tales como edificios de oficinas, almacenes, estacionamientos, talleres mecánicos y edificios para fines de recreación. Casa móviles, vehículos de recreo, edificios flotantes, ferias, circos y exposiciones, establecimientos, talleres de servicio automotriz, estaciones de servicio, lugares de reunión, teatros, salas y estudios de cinematografía, hangares de aviación clínicas y hospitales, construcciones agrícolas, marinas y muelles, entre otros. Plantas generadoras de emergencia o de reserva propiedad de los usuarios. Subestaciones, líneas aéreas de energía eléctrica y de comunicaciones e instalaciones subterráneas INSTALACIONES ELÉCTRICAS En las instalaciones eléctricas a que se refiere la NOM-001-SEDE-199, se aceptará la utilización de materiales y equipos que cumplan con las Normas Oficiales Mexicanas, Normas Mexicanas o con las Normas de certificación de productos acreditado y aprobado.
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En caso de no existir norma oficial mexicana o norma mexicana aplicable al producto de que este se trate, se podrá requerir el dictamen de un laboratorio de prueba que haya determinado el grado de cumplimiento con las especificaciones técnicas e internacionales con que cumplen, las del país de origen o a falta de estas las del fabricante. Los materiales y equipos que cumplan con las disposiciones establecidas en los párrafos anteriores se consideran aprobados para los efectos de esta NOM. Como podemos observar esta Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-1999, es de uso obligatorio para todas las Instalaciones Eléctricas que se realicen en el país, por lo tanto es importante que las consideremos a la hora de realizar: - Proyectos Eléctricos. - Instalaciones Eléctricas. Y sobre todo, hacer de esto una cultura entre los usuarios, para que en un futuro las Instalaciones Eléctricas sean cada vez más seguras y de mejor calidad.
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SECRETARIA DE ENERGIA NORMA Oficial Mexicana NOM-007-ENER-2004, Eficiencia energética en sistemas de alumbrado en edificios no residenciales. Al margen un sello con el Escudo Nacional, que dice: Estados Unidos Mexicanos.Secretaría de Energía.Comisión Nacional para el Ahorro de Energía.- Comité Consultivo Nacional de Normalización para la Preservación y Uso Racional de los Recursos Energéticos (CCNNPURRE). NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-007-ENER-2004, EFICIENCIA ENERGETICA EN SISTEMAS DE ALUMBRADO EN EDIFICIOS NO RESIDENCIALES. La Secretaría de Energía, por conducto de la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, con fundamento en los artículos 38 fracción II, 40 fracción X, 41, 43 y 47 fracción IV de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización; 33 fracciones VIII y IX de la Ley Orgánica de la Administración Pública Federal; 3 fracción VI inciso c), 34 fracciones XVI, XIX y XXII y 40 del Reglamento Interior de la Secretaría de Energía; 28 y 34 del Reglamento de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización; 1, 2, 3 fracción I y 8 fracciones I y VIII del Decreto por el que se crea la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, como órgano desconcentrado de la Secretaría de Energía y 1 del Acuerdo por el que se delega en favor del Director General de la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, las facultades para presidir el Comité Consultivo Nacional de Normalización para la Preservación y Uso Racional de los Recursos Energéticos, así como expedir las normas oficiales mexicanas en el ámbito de su competencia, publicados en el Diario Oficial de la Federación el 20 de septiembre y 29 de octubre de 1999, respectivamente, y CONSIDERANDO Que la Ley Orgánica de la Administración Pública Federal define las facultades de la Secretaría de Energía, entre las que se encuentra la de expedir normas oficiales mexicanas que promuevan la eficiencia del sector energético; Que el Programa Nacional de Normalización de 2004 publicado en el Diario Oficial de la Federación el 24 de mayo de ese mismo año, contempla la actualización de la Norma Oficial Mexicana NOM-007-ENER-1995, Eficiencia energética para sistemas de alumbrado en edificios no residenciales, cuya finalidad es la preservación y uso racional de los recursos energéticos; Que habiéndose cumplido el procedimiento establecido en la Ley Federal sobre Metrología y Normalización y su Reglamento, para la elaboración de proyectos de normas oficiales mexicanas, el presidente del Comité Consultivo Nacional de Normalización para la Preservación y Uso Racional de los Recursos Energéticos, ordenó la publicación del Proyecto de Norma Oficial Mexicana PROY-NOM-007-ENER-2003, Eficiencia energética en sistemas de alumbrado en edificios no residenciales; lo que se realizó en el Diario Oficial de la Federación el 10 de septiembre de 2004, con el objeto de que los interesados presentaran sus comentarios al citado Comité Consultivo que lo propuso; Que durante el plazo de 60 días naturales contados a partir de la fecha de publicación de
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dicho Proyecto de Norma Oficial Mexicana, la Manifestación de Impacto Regulatorio a que se refiere el artículo 45 de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, estuvo a disposición del público en general para su consulta y que dentro del mismo plazo, los interesados presentaron sus comentarios al proyecto de norma, los cuales fueron analizados por el citado Comité Consultivo, realizándose las modificaciones procedentes; Que con fecha 16 de marzo de 2005, se publicaron en el Diario Oficial de la Federación las respuestas a los comentarios recibidos respecto del Proyecto de Norma Oficial Mexicana PROY-NOM-007-ENER-2003, Eficiencia energética en sistemas de alumbrado en edificios no residenciales; Que en la sesión XXXI Ordinaria del Comité Consultivo Nacional de Normalización para la Preservación y uso Racional de los Recursos Energéticos (CCNNPURRE), celebrada el 25 de noviembre de 2004, los miembros del Comité aprobaron por consenso la norma referida, y Que la Ley Federal sobre Metrología y Normalización establece que las normas oficiales mexicanas se constituyen como el instrumento idóneo para la prosecución de estos objetivos, se expide la siguiente: NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-007-ENER-2004, EFICIENCIA ENERGETICA EN SISTEMAS DE ALUMBRADO EN EDIFICIOS NO RESIDENCIALES Sufragio Efectivo. No Reelección. México, D.F., a 31 de marzo de 2005.- El Presidente del Comité Consultivo Nacional de Normalización para la Preservación y Uso Racional de los Recursos Energéticos (CCNNPURRE) y Director General de la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, Carlos Domínguez Ahedo.- Rúbrica. NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-007-ENER-2004, EFICIENCIA ENERGETICA PARA SISTEMAS DE ALUMBRADO EN EDIFICIOS NO RESIDENCIALES PREFACIO La presente Norma Oficial Mexicana fue elaborada por el Comité Consultivo Nacional de Normalización para la Preservación y Uso Racional de los Recursos Energéticos, con la colaboración de las siguientes dependencias, organismos e instituciones: ¦ Asociación de Ingenieros Universitarios Mecánicos Electricistas (AIUME) ¦ Asociación de Técnicos y Profesionistas en Ahorro de Energía (ATPAE) ¦ Asociación Mexicana de Empresas del Ramo de Instalaciones para la Construcción, A.C. (AMERIC) ¦ Asociación de Normalización y Certificación, A.C. (ANCE) ¦ Cámara Mexicana de la Industria de la Construcción (CMIC) ¦ Cámara Nacional de Manufacturas Eléctricas (CANAME)
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¦ Careaga y Asociados, S.A. de C.V. ¦ Carranza y Asociados ¦ Cien Consultores, S.C. ¦ Colegio de Arquitectos de la Ciudad de México (CAM) ¦ Colegio de Ingenieros Mecánicos y Electricistas (CIME) ¦ Comisión Federal de Electricidad (CFE) ¦ Federación de Colegios de Ingenieros Mecánicos y Electricistas (FECIME) ¦ Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica (FIDE) ¦ Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) ¦ Instituto Politécnico Nacional (IPN/ESIME) ¦ Luz y Fuerza del Centro (LFC) ¦ Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico (PAESE-CFE) ¦ Programa Universitario de Energía (PUE-UNAM) ¦ Secretaría de Energía (SENER) ¦ Sociedad de Ingenieros en Iluminación de Norte América, Sección México (IESNA) ¦ Sociedad Mexicana de Ingeniería de Iluminación (SMII) INDICE 0. Introducción 1. Objetivo 2. Campo de aplicación 2.1 Excepciones 3. Referencias 4. Definiciones 32 (Primera Sección) DIARIO OFICIAL Viernes 15 de abril de 2005 4.1 Alumbrado general interior 4.2 Ampliación 4.3 Area cubierta 4.4 Area abierta 4.5 Carga eléctrica 4.6 Carga total conectada para alumbrado 4.7 Densidad de potencia eléctrica para alumbrado (DPEA) 4.8 Edificio 4.9 Edificios no residenciales
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4.10 Eficacia 4.11 Eficiencia energética 4.12 Equipo permanentemente instalado 4.13 Estacionamiento 4.14 Iluminación de acento 4.15 Iluminación decorativa 4.16 Iluminación general 4.17 Iluminación localizada 4.18 Iluminancia 4.19 Luminario 4.20 Luminario de acento 4.21 Modificación 4.22 Sistema de alumbrado 4.23 Sistema de alumbrado de emergencia independiente 5. Clasificación 5.1 Edificios para oficinas (Oficinas) 5.2 Edificios para escuelas y demás centros docentes (Escuelas) 5.3 Edificios para establecimientos comerciales (Comercios) 5.4 Edificios para hospitales y clínicas (Hospitales) 5.5 Edificios para hoteles y moteles (Hoteles) 5.6 Edificios para restaurantes (Restaurantes) 5.7 Bodegas 5.8 Recreación y cultura 5.9 Talleres de servicio 5.10 Edificio de centrales de transporte de pasajeros 6. Especificaciones 7. Método de cálculo 7.1 Consideraciones generales 7.2 Metodología 7.3 Determinación de la DPEA del sistema de alumbrado Viernes 15 de abril de 2005 DIARIO OFICIAL (Primera Sección) 33 7.4 Consideraciones especiales 8. Vigilancia 9. Evaluación de la conformidad
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10. Bibliografía 11. Concordancia con normas internacionales 12. Transitorios Apéndice informativo.- A.1 Valores de pertenecientes a diferentes tipos de edificios.
DPEA
para
diferentes
espacios
0. Introducción Esta Norma Oficial Mexicana tiene como finalidad establecer niveles de eficiencia energética en términos de Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado con que deben cumplir los sistemas de alumbrado para uso general de edificios no residenciales nuevos, ampliaciones y modificaciones de los ya existentes; con el fin de disminuir el consumo de energía eléctrica y contribuir a la preservación de recursos energéticos y la ecología de la Nación. 1. Objetivo Esta Norma Oficial Mexicana tiene por objeto: a) Establecer niveles de eficiencia energética en términos de Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado (DPEA) que deben cumplir los sistemas de alumbrado de edificios no residenciales nuevos, ampliaciones y modificaciones de los ya existentes, con el propósito de que sean proyectados y construidos haciendo un uso eficiente de la energía eléctrica, mediante la optimización de diseños y la utilización de equipos y tecnologías que incrementen la eficiencia energética sin menoscabo de los niveles de iluminancia requeridos. b) Establecer el método de cálculo para la determinación de la Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado (DPEA) de los sistemas de alumbrado de edificios nuevos no residenciales, ampliaciones y modificaciones de los ya existentes con el fin de verificar el cumplimiento de la presente Norma Oficial Mexicana. 2. Campo de aplicación El campo de aplicación de esta Norma Oficial Mexicana comprende los sistemas de alumbrado interior y exterior de los edificios no residenciales nuevos con carga total conectada para alumbrado mayor o igual a 3 kW; así como a las ampliaciones y modificaciones de los sistemas de alumbrado interior y exterior con carga conectada de alumbrado mayor o igual a 3 kW de los edificios existentes. En particular, los edificios cubiertos por la presente Norma Oficial Mexicana son aquellos cuyos usos autorizados en función de las principales actividades y tareas específicas que en ellos se desarrollen, queden comprendidos dentro de los siguientes tipos: a) Oficinas b) Escuelas y demás centros docentes c) Establecimientos comerciales d) Hospitales
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e) Hoteles f) Restaurantes g) Bodegas h) Recreación y cultura i) Talleres de servicio j) Centrales de pasajeros Para ampliaciones o modificaciones de edificios no residenciales ya existentes, la aplicación de esta Norma queda restringida exclusivamente a los sistemas de alumbrado de dicha ampliación o modificación y no a las áreas construidas con anterioridad. 34 (Primera Sección) DIARIO OFICIAL Viernes 15 de abril de 2005 2.1 Excepciones No se consideran dentro del campo de aplicación de esta Norma Oficial Mexicana a los sistemas de alumbrado que se instalen en los siguientes lugares: _ Centros de baile, discotecas y centros de recreación con efectos especiales de alumbrado. _ Interiores de cámaras frigoríficas. _ Estudios de grabación cinematográficos y similares. _ Áreas que se acondicionan temporalmente donde se adicionan equipos de alumbrado para exhibiciones, exposiciones, convenciones o se montan espectáculos. _ Tiendas y áreas de tiendas destinadas a la venta de equipos de alumbrado. _ Instalaciones destinadas a la demostración de principios luminotécnicos. _ Áreas de atención especializada en hospitales y clínicas. _ Edificaciones nuevas, ampliaciones y modificaciones que se localicen en zonas de patrimonio artístico y cultural, de acuerdo a la Ley Federal sobre Monumentos y Zonas Arqueológicas, Artísticas e Históricas o edificios catalogados y clasificados como patrimonio histórico según el INAH y el INBA. _ Sistemas de alumbrado de emergencia independientes. _ Equipos de alumbrado para señales de emergencia y evacuación. _ Equipos de alumbrado que formen parte integral de otros equipos, los cuales estén conectados a circuitos de fuerza o contactos. _ Equipos de alumbrado empleados para el calentamiento o preparación de alimentos. _ Anuncios luminosos y logos. _ Alumbrado de obstrucción para fines de navegación aérea. _ No se consideran en el alcance de esta Norma Oficial Mexicana otros tipos de edificios de uso diferente a los mencionados en el campo de aplicación de esta
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Norma Oficial Mexicana, tales como: salas de espera de centrales de pasajeros, edificios destinados a seguridad pública y nacional, naves industriales (área de proceso). _ Iluminación teatral (área de escenario). _ Iluminación destinada al crecimiento de plantas o animales para alimentación o investigación. _ Iluminación específicamente dedicada al servicio de personas con debilidad visual. 3. Referencias Para la correcta aplicación de esta Norma se deben consultar las siguientes normas vigentes o las que las sustituyan: NOM-001-SEDE-1999, Instalaciones eléctricas (utilización). NOM-008-SCFI-2002, Sistema general de unidades de medida. 4. Definiciones Para efectos de esta Norma Oficial Mexicana los siguientes términos se definen como se establece en este capítulo. Los términos no definidos tienen su acepción ordinariamente aceptada dentro del contexto en el que son usados, o bien, definidos en otras normas y publicaciones de carácter oficial. 4.1. Alumbrado general interior. La iluminación que se localiza en los espacios interiores de un edificio, destinada a iluminar uniformemente las diferentes áreas dentro del mismo. 4.2 Ampliación. Cualquier cambio en el edificio que incrementa la superficie construida y/o el área alumbrada. 4.3 Area cubierta. Superficie o espacio construido delimitado por un perímetro que tiene envolvente estructural al menos en su cara superior (techo) y no forzosamente debe tener envolvente estructural en las caras laterales (paredes). Viernes 15 de abril de 2005 DIARIO OFICIAL (Primera Sección) 35 4.4 Area abierta. Superficie o espacio construido delimitado por un perímetro que carece de envolvente estructural alguna. 4.5 Carga eléctrica. Potencia que demanda, en un momento dado, un aparato o máquina o un conjunto de aparatos de utilización conectados a un circuito eléctrico. La carga eléctrica puede variar en el tiempo dependiendo del tipo de servicio. 4.6 Carga total conectada para alumbrado. Es la suma de la potencia en watts, de todos los luminarios y sistemas de iluminación permanentemente instalados dentro de un edificio, para iluminación general, de acento, localizada, decorativa, etc., incluyendo la potencia del balastro. 4.7 Densidad de potencia eléctrica para alumbrado (DPEA). Indice de la carga conectada para alumbrado por superficie de construcción; se expresa en W/m2. 4.8 Edificio. Cualquier estructura que limita un espacio por medio de techos, paredes, piso y superficies inferiores, que requiere de un permiso o licencia de la autoridad municipal o delegacional para su construcción.
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4.9 Edificios no residenciales. Aquel edificio destinado para uso no habitacional. 4.10 Eficacia. Es la relación entre el flujo luminoso total emitido por una fuente y la potencia total consumida, expresada en lumen por watt (lm/W). 4.11 Eficiencia energética (para fines de esta Norma Oficial Mexicana). Es la que persigue obtener el máximo rendimiento de la energía consumida, a través del establecimiento de valores límite de la DPEA sin menoscabo del confort psicofisiológico de sus ocupantes. 4.12 Equipo permanentemente instalado. Equipo que está fijo en un lugar y que no es portátil o móvil. 4.13 Estacionamiento. Espacio de servicio, que forma parte de un edificio contemplado dentro del campo de aplicación de esta Norma, abierto, cerrado o techado cuya finalidad principal es el resguardo seguro de vehículos automotores. 4.14 Iluminación de acento. Iluminación dirigible para enfatizar un objeto particular o alguna característica de una superficie o para llamar la atención hacia alguna porción del campo visual. 4.15 Iluminación decorativa. La que proporciona un nivel y/o color diferente al de la iluminación general, con propósitos de embellecimiento de algún local o superficie. 4.16 Iluminación general. Ver alumbrado general interior. 4.17 Iluminación localizada. Iluminación dirigida hacia un área o superficie específica, que proporciona iluminación suficiente para la ejecución de una actividad. 4.18 Iluminancia. Es la luminosidad en un punto de una superficie, se define como el flujo luminoso que incide sobre un elemento de la superficie dividido por el área de ese elemento. La iluminancia esta expresada en lux (lx). 4.19 Luminario. Equipo de iluminación que distribuye, filtra o controla la luz emitida por una lámpara o lámparas y el cual incluye todos los accesorios necesarios para fijar, proteger y operar estas lámparas y los necesarios para conectarlas al circuito de utilización eléctrica. 4.20 Luminario de acento. El que se emplea para iluminación de acento. 4.21 Modificación. Cualquier cambio en el edificio en el que se incremente la carga total de alumbrado. 4.22 Sistema de alumbrado. Conjunto de equipos, aparatos y accesorios que ordenadamente relacionados entre sí, contribuyen a suministrar iluminación a una superficie o un espacio. 4.23 Sistema de alumbrado de emergencia independiente. Es aquel conjunto de equipos y aparatos para alumbrado diseñado para entrar en funcionamiento si falla el sistema de suministro de energía eléctrica. El término independiente se refiere a la autonomía de este sistema de alumbrado con respecto al sistema de alumbrado de operación normal y continua. 5. Clasificación
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Para fines de esta Norma Oficial Mexicana los edificios no residenciales se clasifican por su tipo de ocupación en: 36 (Primera Sección) DIARIO OFICIAL Viernes 15 de abril de 2005 5.1 Edificios para oficinas (Oficinas) 5.1.1 Oficinas 5.2 Edificios para escuelas y demás centros docentes (Escuelas) 5.2.1 Escuelas o instituciones educativas 5.2.2 Bibliotecas 5.3 Edificios para establecimientos comerciales (Comercios) 5.3.1 Tiendas de autoservicio, departamentales y de especialidades 5.4 Edificios para Hospitales y Clínicas 5.4.1 Hospitales, Sanatorios y Clínicas 5.5 Edificios para Hoteles 5.5.1 Hoteles 5.5.2 Moteles 5.6 Edificios para restaurantes 5.6.1 Restaurantes 5.6.2 Cafeterías y venta de comida rápida 5.6.3 Bares 5.7 Bodegas 5.7.1 Bodegas y áreas de almacenamiento 5.8 Edificio para recreación y cultura 5.8.1 Salas de cine 5.8.2 Teatros 5.8.3 Centros de convenciones 5.8.4 Gimnasio y centros deportivos 5.8.5 Museos 5.8.6 Templos 5.9 Talleres de servicio 5.9.1 Talleres de servicio para automóviles 5.9.2 Talleres 5.10 Edificio para carga y pasaje 5.10.1 Centrales y terminales de transporte de carga 5.10.2 Centrales y terminales de transporte de pasajeros, aéreo y terrestre
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6. Especificaciones Los valores de Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado (DPEA) que deben cumplir los sistemas de alumbrado interior de los edificios indicados en el campo de aplicación de la presente Norma Oficial Mexicana, no deben exceder los valores indicados en la Tabla 1. Tabla 1. Densidades de Potencia Eléctrica para Alumbrado (DPEA) Tipo de edificio
DPEA (W/m2)
Oficinas Oficinas
14
Escuelas y demás centros docentes Escuelas o instituciones educativas
16
Bibliotecas
16
Establecimientos comerciales Tiendas de autoservicio, departamentales y de especialidades
20
Hospitales Hospitales, sanatorios y clínicas
17
Hoteles Hoteles
18
Moteles
22
Restaurantes Bares
16
Cafeterías y venta de comida rápida
19
Restaurantes
20
Bodegas Bodegas o áreas de almacenamiento
13
Recreación y Cultura Salas de cine
17
Teatros
16
Centros de convenciones
15
Gimnasios y centros deportivos
16
Museos
17
Templos
24
Talleres de servicios Talleres de servicio para automóviles
16
16
Talleres
17
Carga y pasaje Centrales y terminales de transporte de carga
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Centrales y terminales de transporte de pasajeros, aéreas y terrestres 16 6.1 En el caso de fachadas de edificios la eficacia de la fuente de iluminación que se utilice para su iluminación no debe ser menor a 22 lm/W. 6.2 La DPEA para las áreas exteriores restantes, que formen parte de los edificios contemplados dentro del campo de aplicación de la presente Norma no debe ser mayor de 1,8 W/m2. 6.3 Los estacionamientos cubiertos, cerrados o techados, que formen parte de los edificios contemplados dentro del campo de aplicación de esta Norma, la DPEA a cumplir no debe ser mayor de 3 W/m2 y, para los estacionamientos abiertos no debe exceder lo establecido en la Tabla 2. Tabla 2. Valores máximos de Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado (DPEA) para estacionamientos abiertos Area a iluminar m2
Densidad de potenciaW/m2
< 300
1,80
de 300 a < 500
0,90
de 500 a < 1 000
0,70
de 1 000 a < 1 500
0,58
de 1 500 a < 2 000
0,54
> 2 000
0,52
7. Método de cálculo 7.1 Consideraciones generales La determinación de las DPEA del sistema de alumbrado de un edificio no residencial nuevo, ampliación o modificación de alguno ya existente, de los tipos cubiertos por la presente Norma Oficial Mexicana, deben ser calculados a partir de la carga total conectada de alumbrado y el área total por iluminar de acuerdo a la metodología indicada a continuación. La expresión genérica para el cálculo de la Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado (DPEA) es: Carga total conectada para alumbrado DPEA=
------------------------------------------------Área total iluminada
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Donde la Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado (DPEA) está expresada en W/m2, la carga total conectada para alumbrado está expresada en watts y el área total iluminada está expresada en metro cuadrado. Se considerará que la instalación cumple con lo establecido por esta Norma Oficial Mexicana sí la eficacia de la fuente de iluminación es igual o mayor a lo indicado en 6.1 y las DPEA calculadas son iguales o menores que los valores límites establecidos para cada uso del edificio analizado de acuerdo con lo establecido en el Capítulo 6. Especificaciones, de la presente Norma. 7.2 Metodología. Las DPEA totales para los sistemas de alumbrado interior y exterior se determinan en forma independiente una de otra. Estas densidades no pueden ser combinadas en ningún momento, por lo que se deben determinar y reportar los valores de cada una de ellas en forma separada. 7.2.1 Cuando un edificio sea diseñado y construido para un uso único, se permite que para algunas áreas o espacios del edificio, en función de las actividades y tareas específicas que en su interior se desarrollen, se obtengan valores de DPEA mayores a los límites establecidos en la presente Norma Oficial Mexicana pero que tienen que ser compensadas por otras áreas con valores de DPEA menores y así lograr que los valores de DPEA totales del edificio cumplan con lo establecido por esta Norma Oficial Mexicana. 7.2.2 En el caso de edificios de uso mixto se deben determinar y reportar en forma separada las DPEA para alumbrado interior de cada uno de los usos del edificio. 7.3 Determinación de la DPEA del sistema de alumbrado. A partir de la información contenida en los planos del proyecto de la instalación eléctrica y de los valores de potencia real nominal obtenidos de los fabricantes de los diferentes equipos de alumbrado considerados en dicha instalación, se cuantifica la carga total conectada de alumbrado, así como el área total iluminada a considerarse en el cálculo para la determinación de la DPEA del sistema de alumbrado, de acuerdo con el siguiente procedimiento: a) Alumbrado interior a.1) Identificar el tipo de edificio proyectado con base en la clasificación de la Tabla 1 de la presente Norma Oficial Mexicana. a.2) Identificar el número total de niveles o pisos que integran el edificio y, en su caso, los diferentes usos del mismo. a.3) Obtener las áreas de los espacios o particiones a ser iluminadas de cada uno de los pisos o niveles, para cada uno de los usos que integran el edificio, la información deberá ser expresada en m2. a.4) Determinar la carga total conectada para alumbrado. En el caso de los equipos de alumbrado que requieran el uso de balastros u otros dispositivos para su operación, se debe considerar el valor de la potencia nominal del conjunto lámparabalastro. La información anterior debe ser expresada en watts.
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a.5) Integrar los valores parciales obtenidos para cada piso o nivel. Viernes 15 de abril de 2005 DIARIO OFICIAL (Primera Sección) 39 a.6) Se excluyen aquellas áreas, sistemas y cargas específicas conceptualizadas como excepciones indicadas en el Capítulo 2. Campo de aplicación de esta Norma Oficial Mexicana. a.7) Determinar la DPEA total a partir de la carga total conectada para alumbrado y el área total de cada uso y comparar contra los valores de los DPEA de la Tabla 1. b) Alumbrado exterior b.1) Identificar las áreas abiertas del edificio, como son: jardines, andadores, zonas de carga y descarga, zonas de circulación peatonal y vehicular. b.2) Determinar el área en m2 y cuantificar la carga total conectada para alumbrado expresada en watts. b.3) Determinar la carga total conectada para alumbrado. En el caso de los equipos de alumbrado que requieran el uso de balastros u otros dispositivos para su operación, se debe considerar el valor de la potencia nominal del conjunto lámparabalastro-dispositivo. La información anterior debe ser expresada en watts. b.4) Determinar la DPEA total a partir de la carga total conectada para alumbrado y el área total de cada uso y comparar contra el valor de DPEA establecido en 6.2. 7.4 Consideraciones especiales 7.4.1 Luminarios para señalización de salidas. Los luminarios para señalización ubicados en el interior o exterior del edificio que consuman más de 5 watts, deberán tener lámparas cuya eficacia mínima sea de 35 lm/W. 7.4.2 Iluminación localizada. Se puede tener un incremento de densidad de potencia eléctrica por concepto de alumbrado en algunas áreas, siempre y cuando se verifique que los luminarios proyectados sean realmente instalados. Esta DPEA deberá emplearse únicamente para los luminarios especificados y no para aplicaciones distintas o en otras áreas. Dichas áreas son: a) Areas en las que se instala iluminación adicional a la general, con propósitos decorativos (candiles, arbotantes) o para destacar obras artísticas. El incremento en la DPEA permitida para estas luminarias suplementarias, no debe ser mayor de 10,8 W/m2 dentro del local específico. b) Areas destinadas a trabajo con computadoras, en los que se instalan luminarios especiales para evitar reflejos o deslumbramientos. Se acepta un incremento máximo en la DPEA de 3,8 W/m2 dentro del local específico. c) Areas de tiendas departamentales o para ventas al menudeo, en las que se emplean luminarios de acento para hacer resaltar algunas mercancías. Se permite un incremento máximo en la DPEA de 17 W/m2 en mercancías en general o 42 W/m2 para acentuación de mercancías finas, tales como: joyería, platería, cerámica, trajes y vestidos y en galerías de arte o locales similares, en donde es necesaria la observación a detalle de las mercancías. 8. Vigilancia
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La Secretaría de Energía, conforme a sus atribuciones y en el ámbito de su competencia, es la autoridad que está a cargo de vigilar el cumplimiento de la presente Norma Oficial Mexicana: a) Durante el proceso de aprobación de proyectos de instalaciones destinadas al suministro y uso de la energía eléctrica, y b) Al término de la construcción de las mismas. El cumplimiento de la presente Norma Oficial Mexicana no releva ninguna responsabilidad en cuanto a la observancia de lo dispuesto en otras normas oficiales mexicanas y reglamentos existentes aplicables a instalaciones destinadas al suministro y uso de la energía eléctrica. El incumplimiento de la presente Norma Oficial Mexicana será sancionado conforme a lo dispuesto por la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica, su Reglamento y demás disposiciones legales aplicables. 40 (Primera Sección) DIARIO OFICIAL Viernes 15 de abril de 2005 9. Evaluación de la conformidad La evaluación de la conformidad de los sistemas de alumbrado en edificios no residenciales con las especificaciones de esta Norma Oficial Mexicana, se realiza por personas acreditadas y aprobadas en términos de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización y su Reglamento. 10. Bibliografía - Ley Federal sobre Metrología y Normalización, publicada en el Diario Oficial de la Federación el 1 de julio de 1992 y sus reformas. - Reglamento de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, publicado en el Diario Oficial de la Federación el 14 de enero de 1999. - NMX-Z-013/1-1977, Guía para la redacción, estructuración y presentación de las normas oficiales mexicanas, publicada en el Diario Oficial de la Federación el 31 de octubre de 1977. - Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica, publicada en el Diario Oficial de la Federación el día 22 de diciembre de 1975 y sus posteriores reformas. - Reglamento de la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica, publicado en el Diario Oficial de la Federación el día 31 de mayo de 1993. - Reglamento de Construcción para el Distrito Federal, publicado en la Gaceta Oficial del Distrito Federal el 29 de enero de 2004 y sus Normas Técnicas Complementarias publicadas en la Gaceta Oficial del Distrito Federal el 6 de octubre de 2004.
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- IES Energy Management Committee. Recommended Procedure for Determining Interior and Exterior Lighting Power Allowances. IESNA LEM-1-1999. - IES Energy Management Committee. IES Recommended Procedure for Lighting Power Limit Determination for Buildings. IES LEM-2-1984. - IES Energy Management Committee. IES Design Considerations for Effective Building Lighting Energy Utilization. IES LEM-3-1987. - IES Energy Management Committee. IES Recommended Procedure for Energy Analysis Lighting Designs and Installation. IES LEM-4-1984. - IES Subcommittee on Visual Display Terminals of the IES Committee on Office Lighting. IES Recommended Practice for Lighting Offices Containing Computer Visual Display Terminals. - Illuminating Engineering Society of North America. IES Lighting Handbook Reference Volume 1984. - Illuminating Engineering Society of North America. IES Lighting Handbook Application Volume 1987. - Atkinson, Barbara A., et. al. Analysis of Federal Policy Options for Improving US Lighting Efficiency: Commercial and Residential Buildings-1992. Lawrence Berkeley Laboratory. - Eley Associates. Advanced Lighting Guidelines: 1993. Electric Power Research Institute. - California Energy Commission. Energy Efficiency Standards for Residential and non Residential Buildings. - ASHRAE/IES 90.1-1989. Energy Efficient Design of New Buildings except New Low-Raise Residential. Viernes 15 de abril de 2005 DIARIO OFICIAL (Primera Sección) 41 11. Concordancia Esta Norma no concuerda con ninguna norma internacional, por no existir referencia alguna en el momento desu elaboración.
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SECRETARIA DE ENERGIA NORMA Oficial Mexicana NOM-013-ENER-2004, Eficiencia energética para sistemas de alumbrado en vialidades y áreas exteriores públicas. Al margen un sello con el Escudo Nacional, que dice: Estados Unidos Mexicanos.Secretaría de Energía.Comisión Nacional para el Ahorro de Energía.- Comité Consultivo Nacional de Normalización para la Preservación y Uso Racional de los Recursos Energéticos (CCNNPURRE). NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-013-ENER-2004, EFICIENCIA ENERGETICA PARA SISTEMAS DE ALUMBRADO EN VIALIDADES Y AREAS EXTERIORES PÚBLICAS. La Secretaría de Energía, por conducto de la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, con fundamento en los artículos 38 fracción II, 40 fracción X, 41, 43 y 47 fracción IV de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización; 33 fracciones VIII y IX de la Ley Orgánica de la Administración Pública Federal; 3 fracción VI inciso c), 34 fracciones XVI, XIX y XXII y 40 del Reglamento Interior de la Secretaría de Energía; 28 y 34 del Reglamento de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización; 1, 2, 3 fracción I y 8 fracciones I y VIII del Decreto por el que se crea la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, como órgano desconcentrado de la Secretaría de Energía y 1 del Acuerdo por el que se delega en favor del Director General de la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, las facultades para presidir el Comité Consultivo Nacional de Normalización para la Preservación y Uso Racional de los Recursos Energéticos, así como expedir las Normas Oficiales Mexicanas en el ámbito de su competencia, publicados en el Diario Oficial de la Federación el 20 de septiembre y 29 de octubre de 1999, respectivamente, y CONSIDERANDO Que la Ley Orgánica de la Administración Pública Federal define las facultades de la Secretaría de Energía, entre las que se encuentra la de expedir normas oficiales mexicanas que promuevan la eficiencia del sector energético; Que el Programa Nacional de Normalización de 2004 publicado en el Diario Oficial de la Federación el 24 de mayo de ese mismo año, contempla la actualización de la Norma Oficial Mexicana NOM-013-ENER-1996, Eficiencia energética en sistemas de alumbrado para vialidades y exteriores de edificios, cuya finalidad es la preservación y uso racional de los recursos energéticos; Que habiéndose cumplido el procedimiento establecido en la Ley Federal sobre Metrología y Normalización y su Reglamento, para la elaboración de proyectos de normas oficiales mexicanas, el presidente del Comité Consultivo Nacional de Normalización para la Preservación y Uso Racional de los Recursos Energéticos, ordenó la publicación del Proyecto de Norma Oficial Mexicana PROYNOM-013-ENER-2003, Eficiencia energética para sistemas de alumbrado en vialidades y áreas exteriores públicas; lo que se realizó en el Diario Oficial de la Federación el 14 de septiembre de 2004, con el objeto de que los interesados presentaran sus comentarios al citado Comité Consultivo que lo propuso;
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Que durante el plazo de 60 días naturales contados a partir de la fecha de publicación de dicho Proyecto de Norma Oficial Mexicana, la Manifestación de Impacto Regulatorio a que se refiere el artículo 45 de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, estuvo a disposición del público en general para su consulta y que dentro del mismo plazo, los interesados presentaron sus comentarios al proyecto de norma, los cuales fueron analizados por el citado Comité Consultivo, realizándose las modificaciones procedentes; Que con fecha 17 de marzo de 2005, se publicaron en el Diario Oficial de la Federación las respuestas a los comentarios recibidos respecto del Proyecto de Norma Oficial Mexicana PROYNOM-013-ENER-2003, Eficiencia energética para sistemas de alumbrado en vialidades y áreas exteriores públicas; Que en la sesión XXXI Ordinaria del Comité Consultivo Nacional de Normalización para la Preservación y uso Racional de los Recursos Energéticos (CCNNPURRE), celebrada el 25 de noviembre de 2004, los miembros del Comité aprobaron por consenso la norma referida, y Que la Ley Federal sobre Metrología y Normalización establece que las normas oficiales mexicanas se constituyen como el instrumento idóneo para la prosecución de estos objetivos, se expide la siguiente: NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-013-ENER-2004, EFICIENCIA ENERGETICA PARA SISTEMAS DE ALUMBRADO EN VIALIDADES Y AREAS EXTERIORES PUBLICAS Sufragio Efectivo. No Reelección. México, D.F., a 31 de marzo de 2005.- El Presidente del Comité Consultivo Nacional de Normalización para la Preservación y Uso Racional de los Recursos Energéticos (CCNNPURRE) y Director General de la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, Carlos Domínguez Ahedo.- Rúbrica. NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-013-ENER-2004, EFICIENCIA ENERGETICA PARA SISTEMAS DE ALUMBRADO EN VIALIDADES Y AREAS EXTERIORES PUBLICAS PREFACIO La presente Norma Oficial Mexicana fue elaborada por el Comité Consultivo Nacional de Normalización para la Preservación y Uso Racional de los Recursos Energéticos, con la colaboración de las siguientes dependencias, organismos e instituciones: * Asociación de Ingenieros Universitarios Mecánicos Electricistas (AIUME) * Asociación de Técnicos y Profesionistas en Ahorro de Energía (ATPAE) * Asociación Mexicana de Empresas del Ramo de Instalaciones para la Construcción, A.C. (AMERIC) * Asociación de Normalización y Certificación, A.C. (ANCE) * Cámara Mexicana de la Industria de la Construcción (CMIC) * Cámara Nacional de Manufacturas Eléctricas (CANAME)
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* Careaga y Asociados, S.A. de C.V. * Carranza y Asociados * Cien Consultores, S.C. * Colegio de Arquitectos de la Ciudad de México (CAM) * Colegio de Ingenieros Mecánicos y Electricistas (CIME) * Comisión Federal de Electricidad (CFE) * Federación de Colegios de Ingenieros Mecánicos y Electricistas (FECIME) * Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica (FIDE) * Gobierno del Distrito Federal (GDF-DAPMU) * Instituto de Investigaciones Eléctricas (IIE) * Instituto Politécnico Nacional (IPN/ESIME) * Luz y Fuerza del Centro (LFC) * Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico (PAESE-CFE) * Programa Universitario de Energía (PUE-UNAM) * Secretaría de Energía (SENER) * Sociedad de Ingenieros en Iluminación de Norte América, Sección México (IESNA) * Sociedad Mexicana de Ingeniería de Iluminación (SMII) INDICE 0. Introducción 1. Objetivo 2. Campo de aplicación 2.1 Excepciones 3. Referencias 4. Definiciones 4.1 Alumbrado de exteriores 4.2 Alumbrado público 4.3 Estacionamiento público 4.4 Sistema para alumbrado 4.5 Vialidad 4.6 Superposte 12 (Primera Sección) DIARIO OFICIAL Martes 19 de abril de 2005 5. Clasificación 5.1 Vialidades 5.2 Estacionamientos públicos
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5.3 Areas exteriores 6. Especificaciones 7. Método de cálculo 7.1 Consideraciones generales 7.2 Metodología 8. Vigilancia 9. Evaluación de la Conformidad 10. Bibliografía 11. Concordancia con normas internacionales 12. Transitorios 0. Introducción La presente Norma Oficial Mexicana establece los valores máximos de densidad de potencia eléctrica por concepto de alumbrado y el método de cálculo, con los que deben cumplir los sistemas de alumbrado en vialidades y estacionamientos públicos abiertos, cerrados o techados, así como la eficacia mínima de la fuente de iluminación en las áreas exteriores públicas; además de promover el ahorro de energía que contribuirá a la preservación de los recursos naturales no renovables de la nación. 1. Objetivo Esta Norma Oficial Mexicana tiene por objeto establecer niveles de eficiencia energética en términos de valores máximos de densidad de potencia eléctrica para alumbrado (DPEA), según se especifique, con los que deben cumplir las nuevas instalaciones para alumbrado público y áreas exteriores públicas en las diferentes aplicaciones que se indican en la presente Norma, con el propósito de que se diseñen o construyan bajo un criterio de uso eficiente de la energía eléctrica, mediante la optimización de diseños y la aplicación de equipos y tecnologías que incrementen la eficacia sin menoscabo de los requerimientos visuales. 2. Campo de aplicación El campo de aplicación de esta Norma Oficial Mexicana comprende todos los sistemas nuevos de iluminación para vialidades, estacionamientos públicos abiertos, cerrados o techados y áreas exteriores públicas, así como las ampliaciones de instalaciones ya existentes que se construyan en el territorio nacional, independientemente de su tamaño y carga conectada. Las aplicaciones de instalaciones cubiertas bajo esta Norma Oficial Mexicana incluyen: a) Vialidades b) Estacionamientos públicos abiertos, cerrados o techados c) Areas exteriores públicas 2.1 Excepciones
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No se consideran dentro del campo de aplicación de esta Norma Oficial Mexicana a los sistemas de alumbrado que se instalen en los siguientes lugares: - Aeropuertos: sistemas de aproximación, sistemas de pendientes de precisión para un aterrizaje correcto, luces de señalización de pistas, rodajes y plataformas, zonas de maniobras y de pernocta y similares. - Alumbrado de emergencia. - Alumbrado dentro de predios de viviendas unifamiliares. - Alumbrado dentro de los predios de viviendas plurifamiliares (condominios verticales y horizontales). - Alumbrado ornamental de temporada. - Alumbrado para ferias. - Alumbrado para plataformas marinas, faros y similares. - Alumbrado temporal en obras de construcción. Martes 19 de abril de 2005 DIARIO OFICIAL (Primera Sección) 13 - Anuncios luminosos. - Areas de vigilancia especial, garitas, retenes y similares de seguridad. - Areas típicamente regidas por relaciones laborales como andenes, muelles, patios de maniobra y almacenamiento, áreas de carga y descarga, áreas de manufactura de astilleros y similares. - Juegos mecánicos. - Lugares de resguardo de bicicletas. - Paseos exclusivos de jinetes. - Señalización de vialidades y carreteras, semaforización. - Túneles y pasos a desnivel. 3. Referencias Para la correcta aplicación de esta Norma se deben consultar las siguientes normas oficiales mexicanas vigentes o las que las sustituyan: NOM-001-SEDE-1999, Instalaciones eléctricas (utilización). NOM-008-SCFI-2002, Sistema general de unidades de medida. 4. Definiciones Para efectos de esta Norma Oficial Mexicana los siguientes términos se definen como se establece en este capítulo. Los términos no definidos tienen su acepción ordinariamente aceptada dentro del contexto en el que son usados, o bien, están definidos en otras normas y publicaciones con carácter oficial. 4.1 Alumbrado de exteriores. Sistema de iluminación ubicado en el exterior, que tiene como finalidad principal el resaltar, de su entorno durante la noche, la textura y/o la forma del área, estructura o monumento, favoreciendo así las condiciones de seguridad, estéticas y comerciales del lugar.
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4.2 Alumbrado público. Sistema de iluminación que tiene como finalidad principal el proporcionar condiciones mínimas de iluminación para el tránsito seguro de peatones y vehículos en vialidades y espacios. 4.3 Estacionamiento público. Espacio de servicio público abierto, cerrado o techado, independiente de cualquier comercio o edificio no residencial, cuya finalidad principal es el resguardo seguro de vehículos automotores. 4.4 Sistema para alumbrado. Conjunto de equipos, aparatos y accesorios relacionados entre sí para suministrar luz a una superficie o espacio. 4.5 Vialidad. Es el área definida y dispuesta adecuadamente para el tránsito seguro y confortable de sus usuarios. 4.6 Superposte. Poste para alumbrado público que tiene una altura mínima de 18 metros. 5. Clasificación Para los fines de esta Norma Oficial Mexicana, las vialidades, estacionamientos y áreas exteriores públicas se clasifican en: 5.1 Vialidades 5.1.1 Autopistas 5.1.2 Carreteras 5.1.3 Ciclopistas 5.1.4 Vías rápidas 5.1.5 Vías principales 5.1.6 Vías secundarias 5.2 Estacionamientos públicos 5.2.1 Abiertos 5.2.2 Cerrados o techados 5.3 Areas exteriores públicas 5.3.1 Lagos, cascadas, fuentes y similares 5.3.2 Monumentos, esculturas y banderas 5.3.3 Parques, jardines, alamedas y kioscos 14 (Primera Sección) DIARIO OFICIAL Martes 19 de abril de 2005 5.3.4 Aceras 5.3.5 Paraderos 5.3.6 Plazas y zócalos 6. Especificaciones Los sistemas para alumbrado de áreas exteriores públicas cubiertos por los apartados 5.3.1, 5.3.2 y 5.3.3 de la presente Norma Oficial Mexicana, el valor mínimo de eficacia de la fuente de iluminación deben ser de 22 lm/W.
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Los sistemas para alumbrado de áreas exteriores públicas cubiertos por los apartados 5.3.4, 5.3.5 y 5.3.6 de la presente Norma Oficial Mexicana, el valor mínimo de eficacia de la fuente de iluminación deben ser de 70 lm/W. Los valores máximos de Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado (DPEA) con los cuales deben cumplir los sistemas para alumbrado público en vialidades indicados en el apartado 5.1 no deben exceder los niveles establecidos en la Tabla 1. En el caso de usar superpostes para alumbrado de vialidades cubiertas bajo el punto 5.1, los valores máximos de Densidad de Potencia para alumbrado (DPEA) no deben exceder lo indicado en la Tabla 2. Estos valores se consideran solamente para el área de vialidad. Los valores máximos de Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado (DPEA) con los cuales deben cumplir los estacionamientos públicos abiertos, no debe exceder los niveles establecidos en la Tabla 3. Para el caso de estacionamientos públicos cerrados o techados, la Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado (DPEA), no debe ser mayor a 3 W/m2. Tabla 1. Valores máximos de Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado (DPEA) para vialidades (W/m2) Nivel deiluminancialux (lx)
Ancho de calle (m) 7,5
9,0
10,5
12,0
3
0,26
0,23
0,19
0,17
4
0,32
0,28
0,26
0,23
5
0,35
0,33
0,30
0,28
6
0,41
0,38
0,35
0,31
7
0,49
0,45
0,42
0,37
8
0,56
0,52
0,48
0,44
9
0,64
0,59
0,54
0,50
10
0,71
0,66
0,61
0,56
11
0,79
0,74
0,67
0,62
12
0,86
0,81
0,74
0,69
13
0,94
0,87
0,80
0,75
14
1,01
0,95
0,86
0,81
15
1,06
1,00
0,93
0,87
16
1,10
1,07
0,99
0,93
17
1,17
1,12
1,03
0,97
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Nota: El nivel de iluminación a utilizar depende del tipo de vialidad a iluminar, de acuerdo con lo establecido en el artículo 930 "Alumbrado Público" de la Norma NOM-001-SEDE-1999 vigente o la que la sustituya. Tabla 2. Valores máximos de Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado (DPEA) para sistemas de iluminación en vialidades con superpostes Area a iluminar m2
Densidad de potencia W/m2
< 2500
0,52
de 2500 a < 5000
0,49
de 5 000 a 12 500
0,46
>12 500
0,44
Tabla 3. Valores máximos de Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado (DPEA) para estacionamientos públicos abiertos Area a iluminar m2
Densidad de potencia W/m2
2 000
0,52
7. Método de cálculo 7.1 Consideraciones generales Cuando un sistema para alumbrado público sea diseñado y construido, se considera para fines de aplicación de la presente Norma Oficial Mexicana que la Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado (DPEA) máxima permisible no exceda lo establecido en la Tabla 1 del capítulo 6 y que además cumple con lo indicado en el artículo 930 "Alumbrado Público" de la Norma NOM-001-SEDE1999 vigente o la que la sustituya. La determinación de la DPEA se calcula a partir de la carga total conectada para alumbrado y del área total por iluminar, de acuerdo a la metodología indicada a continuación:
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La expresión genérica para el cálculo de la Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado (DPEA), es: Carga total conectada para alumbrado DPEA =--------------------------------------------------Area total iluminada Donde la Densidad de Potencia Eléctrica para Alumbrado (DPEA) está expresada en W/m2, la carga total conectada para alumbrado está expresada en watt y el área total iluminada está expresada en metro cuadrado. Cuando se tengan anchos de calle menores, mayores o diferentes a los mostrados en la Tabla 1, se deben tomar las siguientes consideraciones: - Para anchos de calle menores de 7,5 m se toman los valores de la columna de 7,5 m - Para anchos de calle mayores de 12 m se toman los valores de la columna de 12 m - Para anchos diferentes a los mostrados en la Tabla 1, se toman los valores de ancho de calle de la columna inmediata que le antecede. Lo anterior, sin incluir las áreas destinadas a aceras o camellones. La determinación de la eficacia en el caso de alumbrado para áreas exteriores públicas se calcula a partir del flujo luminoso de la fuente luminosa entre la suma de la potencia nominal de la misma fuente luminosa más las pérdidas del dispositivo auxiliar para el arranque y correcto funcionamiento de dicha fuente. 7.2 Metodología A partir de la información contenida en los planos del proyecto de la instalación eléctrica y de los valores de potencia real nominal obtenidos de los fabricantes de los diferentes equipos para alumbrado considerados en dicha instalación, se cuantifica la carga total conectada, así como el área total iluminada a considerarse en el cálculo para la determinación de la DPEA del sistema para alumbrado. En el caso de los equipos para alumbrado que requieran el uso de balastros u otros dispositivos para su operación, se considera para fines de cuantificar la carga conectada el valor de la potencia nominal del conjunto balastro-lámpara-dispositivo. Una vez terminada la instalación y de acuerdo con los planos aprobados del proyecto, se debe verificar la instalación a partir de un cálculo de la DPEA con los datos reales mostrados en lámparas y/o equipos auxiliares y el área cubierta por el sistema para alumbrado. 16 (Primera Sección) DIARIO OFICIAL Martes 19 de abril de 2005 Asimismo, se debe verificar que todo el equipo instalado cumpla con los requisitos de seguridad y funcionamiento, de acuerdo a las normas oficiales mexicanas en vigor. 8. Vigilancia
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La Secretaría de Energía a través de la Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, conforme a sus atribuciones y en el ámbito de su competencia, es la autoridad que está a cargo de vigilar y verificar el cumplimiento de la presente Norma Oficial Mexicana: a) Durante el proceso de aprobación de proyectos de instalaciones para alumbrado público. b) Al término de la construcción de las mismas. El cumplimiento de la presente Norma Oficial Mexicana no releva ninguna responsabilidad en cuanto a la observancia de lo dispuesto en otras normas oficiales mexicanas y reglamentos existentes aplicables a instalaciones destinadas al suministro y uso de energía eléctrica. El incumplimiento de la presente Norma Oficial Mexicana será sancionado conforme a lo dispuesto por la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, la Ley del Servicio Público de Energía Eléctrica, su Reglamento y demás disposiciones legales aplicables. 9. Evaluación de la conformidad La evaluación de la conformidad de los sistemas para alumbrado en vialidades y áreas exteriores públicas con las especificaciones de esta Norma Oficial Mexicana, se realiza por personas acreditadas y aprobadas en términos de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización y su Reglamento. 10. Bibliografía - Ley Federal sobre Metrología y Normalización, publicada en el Diario Oficial de la Federación el 1 de julio de 1992 y sus reformas y su Reglamento publicado en el Diario Oficial de la Federación el 14 de enero de 1999. - NMX-Z-013/1-1977 Guía para la redacción, estructuración y presentación de las normas oficiales mexicanas, publicada en el Diario Oficial de la Federación el 31 de octubre de 1977. - Illuminating Engineering Society of North America. IES Lighting Handbook eference and Application, 1993. - Illuminating Engineering Society of North America. IES RP-8 American National tandard Practice for Roadway Lighting, 2000. - Illuminating Engineering Society of North America. IES CP-31-1989 Value of ublic Roadway Lighting. - Illuminating Engineering Society of North America. IES LEM-6-1987 Guidelines for Unit Power Density (UPD) for new Roadway Lighting Installations. - l’ Eclairage e Internationale. CIE No. 12.2 Recommendation for the Lighting of roads for motorized traffic. - French Lighting Association. Recommendations for outdoor Lighting, 1974. - Comisión Federal de Electricidad. Manual de Alumbrado Público, 1981. - Ministry of Transportation and Communication. Ontario, Canada. Design Manual for Highway Illumination 1977.
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- W.J.M. van Bommel, J.B. de Boer. Road Lighting, Philips Technical Library, 1980. - Philips Lighting. Lighting manual, 1993. - Emilio Carranza Castellanos. Alumbrado Urbano, 1981. - Emilio Carranza Castellanos. Luminotecnia y sus aplicaciones, 1993. - Secretaría de Comunicaciones y Transportes. Manual de Alumbrado, 1989. - Jan Basan. Manual de urbanismo. Editorial Trillas, 1984. 11. Concordancia con normas internacionales Martes 19 de abril de 2005 DIARIO OFICIAL (Primera Sección) 17 Esta Norma Oficial Mexicana no concuerda con ninguna norma internacional, por no existir referencia alguna en el momento de su elaboración.
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SECRETARIA DEL TRABAJO Y PREVISION SOCIAL NORMA Oficial Mexicana NOM-025-STPS-1999, Condiciones de iluminación en los centros de trabajo. Al margen un sello con el Escudo Nacional, que dice: Estados Unidos Mexicanos.Secretaría del Trabajo y Previsión Social. MARIANO PALACIOS ALCOCER, Secretario del Trabajo y Previsión Social, con fundamento en los artículos 16 y 40 fracciones I y XI de la Ley Orgánica de la Administración Pública Federal; 512, 523 fracción I, 524 y 527 último párrafo de la Ley Federal del Trabajo; 3o. fracción XI, 38 fracción II, 40 fracción VII, 41, 43 a 47 y 52 de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización; 3o., 4o. 95 y 96 del Reglamento Federal de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente de Trabajo; 3o., 5o. y 22 fracciones I, XIII y XV del Reglamento Interior de la Secretaría del Trabajo y Previsión Social, y CONSIDERANDO Que con fecha 25 de mayo de 1994 fue publicada en el Diario Oficial de la Federación la Norma Oficial Mexicana NOM-025STPS-1993, Relativa a los niveles y condiciones de iluminación que deben tener los centros de trabajo; Que esta dependencia a mi cargo, con fundamento en el artículo cuarto transitorio primer párrafo del Reglamento Federal de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente de Trabajo, publicado en el Diario Oficial de la Federación el día 21 de enero de 1997, ha considerado necesario realizar diversas modificaciones a la referida Norma Oficial Mexicana, las cuales tienen como finalidad adecuarla a las disposiciones establecidas en el ordenamiento reglamentario mencionado; Que con fecha 25 de agosto de 1998, en cumplimiento de lo previsto en el artículo 46 fracción I de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, la Secretaría del Trabajo y Previsión Social presentó ante el Comité Consultivo Nacional de Normalización de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente Laboral, el Anteproyecto de Modificación de la Norma Oficial Mexicana, y que el 29 de septiembre de 1998 el citado Comité lo consideró correcto y acordó que se publicara como proyecto de modificación en el Diario Oficial de la Federación; Que con objeto de cumplir con los lineamientos contenidos en el Acuerdo para la desregulación de la actividad empresarial, publicado en el Diario Oficial de la Federación el 24 de noviembre de 1995, las modificaciones propuestas a la Norma fueron sometidas por la Secretaría de Comercio y Fomento Industrial a la opinión del Consejo para la Desregulación Económica, y con base en ella se realizaron las adaptaciones procedentes, por lo que dicha dependencia dictaminó favorablemente acerca de las modificaciones contenidas en la presente Norma; Que con fecha 31 de mayo de 1999, y en cumplimiento del Acuerdo del Comité y de lo previsto en el artículo 47 fracción I de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, se publicó en el Diario Oficial de la Federación el Proyecto de Modificación de la presente Norma Oficial Mexicana, a efecto de que, dentro de los siguientes 60 días naturales a dicha publicación, los interesados presentaran sus comentarios al Comité Consultivo Nacional de Normalización de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente Laboral; Que habiendo recibido comentarios de 3 promoventes, el Comité referido procedió a su estudio y resolvió oportunamente sobre los mismos, publicando esta dependencia las respuestas respectivas en el Diario Oficial de la Federación el 27 de octubre de
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1999, en cumplimiento a lo previsto por el artículo 47 fracción III de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización; Que en atención a las anteriores consideraciones y toda vez que el Comité Consultivo Nacional de Normalización de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente Laboral, otorgó la aprobación respectiva, se expide la siguiente: Norma Oficial Mexicana NOM-025-STPS-1999, Condiciones de iluminacion en los 48 (Primera Sección) DIARIO OFICIAL Jueves 23 de diciembre de 1999 centros de trabajo. INDICE 1. Objetivo 2. Campo de aplicación 3. Referencias 4. Definiciones 5. Obligaciones del patrón 6. Obligaciones de los trabajadores 7. Niveles de iluminación 8. Reconocimiento 9. Evaluación 10. Control 11. Reporte del estudio 12. Unidades de verificación y laboratorios de prueba Apéndice A Evaluación de los niveles de iluminación Apéndice B Evaluación del factor de reflexión Apéndice C Contenido mínimo de los reportes para unidades de verificación y laboratorios de prueba 13. Vigilancia 14. Bibliografía 15. Concordancia con normas internacionales Transitorios 1. Objetivo Establecer las características de iluminación en los centros de trabajo, de tal forma que no sea un factor de riesgo para la salud de los trabajadores al realizar sus actividades. 2. Campo de aplicación La presente Norma rige en todo el territorio nacional y aplica en todos los centros de trabajo. 3. Referencias
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Para la correcta interpretación de esta Norma, debe consultarse la siguiente norma oficial mexicana vigente: NOM-008-SCFI-1993, Sistema general de unidades de medida. 4. Definiciones Para efectos de esta Norma, se establecen las definiciones siguientes: a) área de trabajo: es el lugar del centro de trabajo, donde normalmente un trabajador desarrolla sus actividades. b) autoridad del trabajo; autoridad laboral: las unidades administrativas competentes de la Secretaría del Trabajo y Previsión Social, que realicen funciones de inspección en materia de seguridad e higiene en el trabajo y las correspondientes de las entidades federativas y del Distrito Federal, que actúen en auxilio de aquéllas. c) brillo: es la intensidad luminosa de una superficie en una dirección dada, por unidad de área proyectada de la misma. d) deslumbramiento: es cualquier brillo que produce molestia, interferencia con la visión o fatiga visual. e) iluminación; iluminancia: es la relación de flujo luminoso incidente en una superficie por unidad de área, expresada en lux. f) iluminación complementaria: es un alumbrado diseñado para aumentar el nivel de iluminación en un área determinada. g) iluminación localizada: es un alumbrado diseñado para proporcionar un aumento de iluminación en el plano de trabajo. h) luminaria; luminario: equipo de iluminación que distribuye, filtra o controla la luz emitida por una lámpara o lámparas y el cual incluye todo los accesorios necesarios para fijar, proteger y operar esas lámparas y los necesarios para conectarse al circuito de utilización eléctrica. i) luxómetro: es un instrumento para la medición del nivel de iluminación. j) nivel de iluminación: cantidad de energía radiante medida en un plano de trabajo donde se desarrollan actividades, expresada en lux. k) plano de trabajo: es la superficie horizontal, vertical u oblicua, en la cual el trabajo es usualmente realizado, y cuyos niveles de iluminación deben ser especificados y medidos. l) reflexión: es la luz reflejada por la superficie de un cuerpo. m) sistema de iluminación: es el conjunto de luminarias destinadas a proporcionar un nivel de iluminación para la realización de actividades específicas. n) tarea visual: actividad que debe desarrollarse con determinado nivel de iluminación. 5. Obligaciones del patrón 5.1 Mostrar a la autoridad del trabajo, cuando así lo solicite, los documentos que la presente Norma le obligue a elaborar.
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5.2 Efectuar y registrar el reconocimiento, evaluación y control de los niveles de iluminación en todo el centro de trabajo, según lo establecido en los capítulos 8, 9 y 10. 5.3 Informar a todos los trabajadores por escrito, sobre los riesgos que puede provocar el deslumbramiento o un deficiente nivel de iluminación. 5.4 Elaborar el programa de mantenimiento de las luminarias, incluyendo los sistemas de iluminación de emergencia. 5.5 Instalar sistemas de iluminación eléctrica de emergencia, en aquellas áreas del centro de trabajo donde la interrupción de la fuente de luz artificial represente un riesgo. 6. Obligaciones de los trabajadores 6.1 Informar al patrón de las condiciones no seguras, derivadas de la iluminación en su área de trabajo. 6.2 Utilizar los sistemas de iluminación, de acuerdo a las instrucciones del patrón. 6.3 Colaborar en las evaluaciones y observar las medidas de control. 7. Niveles de iluminación 50 (Primera Sección) DIARIO OFICIAL Jueves 23 de diciembre de 1999 Los niveles mínimos de iluminación que deben presentarse en el plano de trabajo, para cada tipo de tarea visual o área de trabajo, son los establecidos en la tabla 1.
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8. Reconocimiento 8.1 El propósito del reconocimiento es determinar las áreas y puestos de trabajo que cuenten con una deficiente iluminación o que presenten deslumbramiento, para lo cual se deben considerar los reportes de los trabajadores y realizar un recorrido por todas las áreas del centro de trabajo donde haya trabajadores, así como recabar la información técnica y administrativa que permita seleccionar las áreas y puestos de trabajo por evaluar. 8.2 La información que debe recabarse y registrarse es la siguiente:
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a) plano de distribución de áreas, luminarias, maquinaria y equipo; b) descripción del proceso de trabajo; c) descripción de los puestos de trabajo; d) número de trabajadores por área de trabajo. 9. Evaluación 9.1 A partir de los registros del reconocimiento, se debe realizar la evaluación de los niveles de iluminación, de acuerdo a lo establecido en el apéndice A, en las áreas o puestos de trabajo. 9.2 Determinar el factor de reflexión en las áreas y puestos de trabajo, según lo establecido en el apéndice B y compararlo contra los niveles máximos permisibles del factor de reflexión de la tabla 2.
Nota: Se considera que existe deslumbramiento en las áreas y puestos de trabajo, cuyo Kf supere los valores establecidos en esta tabla. 9.3 La evaluación de los niveles de iluminación debe realizarse en una jornada laboral bajo condiciones normales de operación. Se puede hacer por áreas de trabajo, puestos de trabajo o una combinación. 9.4 La evaluación debe realizarse y registrarse al menos cada dos años o antes si se modifican las tareas visuales, el área de trabajo o los sistemas de iluminación. 10. Control 10.1 Si en el resultado de la evaluación se detectaron áreas o puestos de trabajo que deslumbren al trabajador, se deben aplicar medidas de control para evitar que el deslumbramiento lo afecte. 10.2 Si en el resultado de la evaluación se observa que los niveles de iluminación en los puntos de medición para las tareas visuales o áreas de trabajo están por debajo de los niveles indicados en la tabla 1 o que los factores de reflexión estén por encima de lo establecido en la tabla 2, se debe dar mantenimiento, modificar el sistema de iluminación o su distribución y, en caso necesario, instalar la iluminación complementaria o localizarla donde se requiera de una mayor iluminación, para lo cual se deben considerar los siguientes aspectos:
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a) evitar el deslumbramiento directo o por reflexión al trabajador; b) seleccionar un fondo visual adecuado a las actividades de los trabajadores; c) evitar bloquear la iluminación durante la realización de la actividad; d) evitar las zonas donde existan cambios bruscos de iluminación. 10.3 Se debe elaborar y cumplir un programa de implantación de las medidas de control a desarrollar. 10.4 Una vez que se han realizado las medidas de control, se tiene que realizar una nueva evaluación, para verificar que las nuevas condiciones de iluminación cumplen con lo establecido en esta Norma. 11. Reporte del estudio Se debe elaborar y mantener un reporte que contenga la información recabada en el reconocimiento, los documentos que lo complementen, los datos obtenidos durante la evaluación y al menos la 52 (Primera Sección) DIARIO OFICIAL Jueves 23 de diciembre de 1999 siguiente información: a) informe descriptivo de las condiciones normales de operación, en las cuales se realizó la evaluación, incluyendo las descripciones del proceso, instalaciones, puestos de trabajo y el número de trabajadores expuestos por área y puesto de trabajo; b) plano de distribución del área evaluada, en el que se indique la ubicación de los puntos de medición; c) resultados de la medición de los niveles de iluminación; d) comparación e interpretación de los resultados obtenidos, contra lo establecido en las tablas 1 y 2; e) hora en que se efectuaron las mediciones; f) programa de mantenimiento; g) copia del documento que avale la calibración del luxómetro expedida por un laboratorio acreditado y aprobado conforme a la Ley Federal sobre Metrología y Normalización; h) conclusión técnica del estudio; i) las medidas de control a desarrollar y el programa de implantación; j) nombre y firma del responsable del estudio; k) resultados de las evaluaciones hasta cumplir con lo establecido en las tablas 1 y 2. 12. Unidades de verificación y laboratorios de prueba 12.1 El patrón tiene la opción de contratar una unidad de verificación o laboratorio de prueba, acreditado y aprobado, según lo establecido en la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, para verificar o evaluar esta Norma. 12.2 Los laboratorios de pruebas solamente pueden evaluar lo referente al reconocimiento y evaluación, establecidos en los capítulos 8 y 9 de esta Norma.
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12.3 Las unidades de verificación pueden comprobar el cumplimiento de esta Norma, verificando los apartados 5.2, 5.3 y 5.4. 12.4 La unidad de verificación o laboratorio de prueba debe entregar al patrón sus resultados de acuerdo con el listado correspondiente del apéndice C. 12.5 La vigencia de los dictámenes emitidos por las unidades de verificación y de los reportes de los laboratorios de prueba será de dos años, a menos que las tareas visuales, áreas de trabajo o sistemas de iluminación se modifiquen. APENDICE A EVALUACION DE LOS NIVELES DE ILUMINACION A.1 Objetivo Evaluar los niveles de iluminación en las áreas y puestos de trabajo seleccionados. A.2 Metodología De acuerdo con la información obtenida durante el reconocimiento, se establecerá la ubicación de los puntos de medición de las áreas de trabajo seleccionadas, donde se evaluarán los niveles de iluminación. A.2.1 Cuando se utilice iluminación artificial, antes de realizar las mediciones, se debe de cumplir con lo siguiente: a) encender las lámparas con antelación, permitiendo que el flujo de luz se estabilice; si se utilizan lámparas de descarga, incluyendo lámparas fluorescentes, se debe esperar un periodo de 20 minutos antes de iniciar las lecturas. Cuando las lámparas fluorescentes se encuentren montadas en luminarias cerradas, el periodo de estabilización puede ser mayor; b) en instalaciones nuevas con lámparas de descarga o fluorescentes, se debe esperar un periodo de 100 horas de operación antes de realizar la medición; c) los sistemas de ventilación deben operar normalmente, debido a que la iluminación de las lámparas de descarga y fluorescentes presentan fluctuaciones por los cambios de temperatura. A.2.2 Cuando se utilice exclusivamente iluminación natural, se debe realizar al menos una medición por cada área o puesto de trabajo. A.2.3 Ubicación de los puntos de medición. Los puntos de medición deben seleccionarse en función de las necesidades y características de cada centro de trabajo, de tal manera que describan el entorno ambiental de la iluminación de una forma confiable, considerando: el proceso de producción, la ubicación de las luminarias y de las áreas y puestos de trabajo y la posición de la maquinaria y equipo. A.2.3.1 Las áreas de trabajo se deben dividir en zonas del mismo tamaño, de acuerdo a lo establecido en la columna A (número mínimo de zonas a evaluar) de la tabla A1, y realizar la medición en el lugar donde haya mayor concentración de trabajadores o en el centro geométrico de cada una de estas zonas; en caso de que los puntos de medición coincidan con los puntos focales de las luminarias, se debe
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considerar el número de zonas de evaluación de acuerdo a lo establecido en la columna B (número mínimo de zonas a considerar por la limitación) de la tabla A1. En caso de coincidir nuevamente el centro geométrico de cada zona de evaluación con la ubicación del punto focal de la luminaria, se debe mantener el número de zonas previamente definido
El valor del índice de área, para establecer el número de zonas a evaluar, está dado por la siguiente ecuación:
donde: IC = índice del área. x, y = dimensiones del área (largo y ancho), en metros. h = altura de la luminaria respecto al plano de trabajo, en metros. En pasillos o escaleras, el plano de trabajo por evaluar debe ser en un plano horizontal a 75 cm ± 10 cm, sobre el nivel del piso, realizando mediciones en los puntos medios entre luminarias contiguas. A.2.4 En el puesto de trabajo se debe realizar al menos una medición en cada plano de trabajo, colocando el luxómetro tan cerca como sea posible del plano de trabajo, y tomando precauciones para no proyectar sombras ni reflejar luz adicional sobre el luxómetro. A.3 Instrumentación 54 (Primera Sección) DIARIO OFICIAL Jueves 23 de diciembre de 1999 A.3.1 Se debe usar un luxómetro que cuente con: a) detector para medir iluminación; b) corrección cosenoidal; c) corrección de color, detector con una desviación máxima de ± 5% respecto a la respuesta espectral fotópica; d) exactitud de ± 5%.
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A.3.2 Se debe ajustar y operar el luxómetro al inicio y durante la evaluación, de acuerdo al manual del fabricante. A.3.3 El luxómetro deberá estar calibrado y contar con el documento de calibración vigente, de acuerdo a lo establecido en la Ley Federal sobre Metrología y Normalización.
APENDICE B EVALUACION DEL FACTOR DE REFLEXION B.1 Objetivo Evaluar el factor de reflexión de las superficies en áreas y puestos de trabajo seleccionados. B.2 Metodología Los puntos de medición deben ser los mismos que se establecen en el apéndice A. B.2.1 Cálculo del factor de reflexión de las superficies: a) se efectúa una primera medición (E1), con la fotocelda del luxómetro colocada de cara a la superficie, a una distancia de 10 cm ± 2 cm, hasta que la lectura permanezca constante; b) la segunda medición (E2), se realiza con la fotocelda orientada en sentido contrario y apoyada en la superficie, con el fin de medir la luz incidente; c) el factor de reflexión de la superficie (Kf) se determina con la siguiente ecuación:
APENDICE C CONTENIDO MINIMO DE LOS REPORTES PARA UNIDADES DE VERIFICACION Y LABORATORIOS DE PRUEBA C.1 Para el dictamen de unidades de verificación C.1.1 Datos del centro de trabajo: a) nombre, denominación o razón social; b) domicilio completo; c) nombre y firma del representante legal. C.1.2 Datos de la unidad de verificación: a) nombre, denominación o razón social; b) número de registro otorgado por la entidad de acreditación;
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c) número de aprobación otorgado por la STPS; d) fecha en que se otorgó la acreditación y aprobación; e) determinación del grado de cumplimiento del centro de trabajo con la presente Norma y, en su Jueves 23 de diciembre de 1999 DIARIO OFICIAL (Primera Sección) 55 caso, salvedades que determine la unidad de verificación; f) resultados de la verificación; g) nombre y firma del representante legal; h) lugar y fecha de la firma del dictamen; i) vigencia del dictamen. C.2 Para el reporte de laboratorios de prueba C.2.1 Datos del centro de trabajo: a) nombre, denominación o razón social; b) domicilio completo; c) nombre y firma del representante legal. C.2.2 Datos del laboratorio de pruebas: a) nombre, denominación o razón social; b) número de registro otorgado por la entidad de acreditación; c) número de aprobación otorgado por la STPS; d) fecha en que se otorgó la acreditación y aprobación; e) contenido del estudio, de acuerdo a lo establecido en el capítulo 11, a excepción de las medidas de control a desarrollar y el programa de implantación. f) resultados de la evaluación; g) nombre y firma del representante legal; h) lugar y fecha de la firma del reporte; i) vigencia del reporte. 13. Vigilancia La vigilancia en el cumplimiento de la presente Norma, corresponde a la Secretaría del Trabajo y Previsión Social. 14. Bibliografía a) Ley Federal sobre Metrología y Normalización, publicada en el Diario Oficial de la Federación el 1 de julio de 1992, México. b) Reglamento Federal de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente de Trabajo, publicado en el Diario
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Oficial de la Federación del 21 de enero de 1997, México. c) Conocimientos Básicos de Higiene y Seguridad en el Trabajo, Ruiz Iturregui, José Ma., Editorial Deusto,1978, Madrid, España. d) Encyclopaedia of Occupational Health and Safety, International Labour Office, Geneva. Third Edition 1983, Fourth Impresion, 1991. e) Física General, Zemanski, Mark W., Sears, Francis W. Editorial Aguilar, 1966, México. f) Guide on Interior Lighting, 2o. edition, International Commision On Illumination. CIE 29.2 86, 1998,Viena, Austria. 56 (Primera Sección) DIARIO OFICIAL Jueves 23 de diciembre de 1999 g) I.E.S. Lighting Handbook. 1995, Iluminating Engineering, Society, USA. h) Iluminación Interna, Vittorio Re. Editorial MARCOMBO, S.A., 1979, Barcelona, España. i) Luminotecnia, Enciclopedia CEAC de Electricidad. Dr. Ramírez V., José, Editorial CEAC, S.A., 1972, México. j) Manual de Ingeniería, Perry, J.H.; Perry, R.H. Editorial Labor, S.A., 1966, Madrid, España. k) Manual del Alumbrado, Westinghouse. Editorial Dossat, S.A., 1985, Madrid, España. l) Principios de Iluminación y Niveles de Iluminación en México. Sociedad Mexicana de Ingeniería e Iluminación, Asociación Civil. Revista Ingeniería de Iluminación, mayo-junio 1967, México. m) The Industrial Environment. Its Evaluation & Control. U.S. Department of Health, Education, and Welfare Public Health Service; Center for Disease Control; National Institute for Occupational Safety and Health, 1973, USA. 15. Concordancia con normas internacionales Esta Norma no concuerda con ninguna norma internacional, por no existir referencia alguna al momento de su elaboración. TRANSITORIOS PRIMERO.- La presente Norma Oficial Mexicana entrará en vigor a los dos meses posteriores a su publicación en el Diario Oficial de la Federación. SEGUNDO.- Durante el lapso señalado en el artículo anterior, los patrones cumplirán con la Norma Oficial Mexicana NOM-025-S PS-1993, Relativa a los niveles y condiciones de iluminación que deben tener los centros de trabajo, o bien realizarán las adaptaciones para observar las disposiciones de la presente Norma Oficial Mexicana y, en este último caso, las autoridades del trabajo proporcionarán a petición de los patrones interesados, asesoría y orientación para instrumentar su
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cumplimiento, sin que los patrones se hagan acreedores a sanciones por el incumplimiento de la Norma en vigor. Sufragio Efectivo. No Reelección. México, Distrito Federal, a los ocho días del mes de diciembre de mil novecientos noventa y nueve.El Secretario del Trabajo y Previsión Social, Mariano Palacios Alcocer.- Rúbrica.
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SECRETARIA DE ENERGIA NORMA Oficial Mexicana NOM-002-SEDE-1999, Requisitos de seguridad y eficiencia energética para transformadores de distribución. Al margen un sello con el Escudo Nacional, que dice: Estados Unidos Mexicanos.Secretaría de Energía.- Dirección General de Gas L.P. y de Instalaciones Eléctricas.Comité Consultivo Nacional de Normalización de Instalaciones Eléctricas (CCNNIE). NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-002-SEDE-1999, ―REQUISITOS DE SEGURIDAD Y EFICIENCIA ENERGETICA PARA TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCION‖. La Secretaría de Energía, por conducto de la Dirección General de Gas L.P. y de Instalaciones Eléctricas, con fundamento en los artículos 33 fracción lX de la Ley Orgánica de la Administración Pública Federal; 38 fracciones ll y lll, 40 fracciones Vlll, X y Xlll, 47 fracción lV, 53 de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, así como 12 Bis del Reglamento Interior de la Secretaría de Energía, expide y publica la Norma Oficial Mexicana NOM-002-SEDE-1999, ―Requisitos de Seguridad y Eficiencia Energética para Transformadores de Distribución‖, aprobada por unanimidad por el Comité Consultivo Nacional de Normalización de Instalaciones Eléctricas, en su cuarta sesión del 20 de abril de 1999. CONSIDERANDOS Primero. Que con fecha 4 de septiembre de 1997, el Comité Consultivo Nacional de Normalización de Instalaciones Eléctricas, publicó en el Diario Oficial de la Federación el Proyecto de Norma Oficial Mexicana NOM-002-SEDE-1997, ―Productos Eléctricos-Requisitos de Seguridad y Ahorro de Energía para Transformadores de Distribución‖, a efecto de recibir comentarios de los interesados; Segundo. Que una vez transcurrido el término de 90 días a que se refería el artículo 47 fracción I de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, para recibir los comentarios que se mencionan en el Considerando inmediato anterior, el Comité Consultivo Nacional de Normalización de Instalaciones Eléctricas, estudió los comentarios recibidos y, en su caso, modificó el proyecto de norma en cita; Tercero. Que con fecha 19 de abril de 1999, la Secretaría de Energía ordenó la publicación en el Diario Oficial de la Federación de las respuestas a los comentarios recibidos de los interesados; Cuarto. Que para los efectos de la aprobación a que se refiere el artículo 47 fracción IV de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, el Comité Consultivo Nacional de Normalización de Instalaciones Eléctricas, consideró conveniente modificar la denominación y clave del proyecto de norma, haciéndolo más preciso y sencillo, toda vez que no repercute en el contenido de dicho proyecto, y Quinto. Que de lo expuesto en los considerandos anteriores se concluye que se ha dado cumplimiento con el procedimiento que señalan los artículos 38, 44, 45, 46 y 47 y demás relativos a la Ley Federal sobre Metrología y Normalización. Sexto. Que en atención a la necesidad de contar con el instrumento normativo que regule de manera oficial los aspectos de seguridad y eficiencia energética de los transformadores de distribución nuevos, se ha tenido a bien expedir la siguiente:
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Norma Oficial Mexicana NOM-002-SEDE-1999, Requisitos de seguridad y eficiencia energética para transformadores de distribución. PREFACIO La presente Norma Oficial Mexicana fue armonizada por el Comité Consultivo Nacional de Normalización de Instalaciones Eléctricas (CCNNIE) con el apoyo del Instituto de Investigaciones Eléctricas bajo la coordinación de la Dirección General de Gas L.P. y de Instalaciones Eléctricas de la Secretaría de Energía, consultando trabajos, propuestas, comentarios y colaboraciones de las siguientes instituciones miembros del CCNNIE:
Secretaría de Comercio y Fomento Industrial, SECOFI
Secretaría del Trabajo y Previsión Social, STPS
Comisión Nacional para el Ahorro de Energía, CONAE
Comisión Federal de Electricidad, CFE
Petróleos Mexicanos, PEMEX
Instituto Mexicano del Seguro Social, IMSS
Luz y Fuerza del Centro, LyFC
Programa de Ahorro de Energía del Sector Eléctrico, PAESE
Fideicomiso para el Ahorro de Energía Eléctrica, FIDE
Asociación Nacional de Normalización y Certificación del Sector Eléctrico, ANCE
Asociación de Ingenieros Universitarios Mecánicos Electricistas, AIUME
Asociación Mexicana de Corresponsables, AMDROC
Asociación Mexicana de Empresas del Ramo de Instalaciones para la Construcción, AMERIC
2 (Primera Sección) DIARIO OFICIAL Martes 13 de julio de 1999
Asociación Mexicana de Ingenieros Mecánicos Electricistas, AMIME
Cámara Mexicana de la Industria de la Construcción, CMIC
Cámara Nacional de Manufacturas Eléctricas, CANAME
Colegio de Ingenieros Mecánicos Electricistas, CIME
Confederación de Cámaras Industriales de los Estados Unidos Mexicanos, CONCAMIN
u Federación de Colegios de Ingenieros Mecánicos y Electricistas de la República Mexicana,
Directores
Responsables
de
Obra
y
FECIME México, D.F., a 26 de abril de 1999.- El Presidente del Comité Consultivo Nacional de Normalización de Instalaciones Eléctricas, Francisco Rodríguez Ruiz.- Rúbrica.
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Indice de contenido CONSIDERANDOS 1. Objetivo y campo de aplicación 2. Referencias 3. Definiciones 3.1 Capacidad nominal 3.2 Corriente nominal 3.3 Eficiencia 3.4 Pérdidas 3.4.1 Pérdidas en vacío 3.4.2 Pérdidas debidas a la carga 3.4.3 Pérdidas totales 3.5 Tensión eléctrica de impedancia 3.6 Tensión eléctrica nominal 3.7 Transformador 3.8 Transformador de distribución 3.9 Transformador de distribución tipo pedestal 3.10 Transformador de distribución tipo poste 3.11 Transformador de distribución tipo subestación 3.12 Transformador de distribución tipo sumergible 4. Clasificación 4.1 De acuerdo con su tipo de alimentación eléctrica: 4.2 De acuerdo con su capacidad nominal: 4.3 De acuerdo con su clase de aislamiento: 5. Especificaciones 5.1 Especificaciones de seguridad 5.1.1 Condiciones de cortocircuito 5.1.2 Condiciones del líquido aislante 5.1.3 Preservación del líquido aislante (Hermeticidad) 5.2 Especificaciones de eficiencia energética 5.2.1 Eficiencia 5.2.2 Pérdidas 6.1 Métodos de prueba aplicables a seguridad 6.2 Métodos de prueba aplicables a eficiencia energética
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6.2.1 Cálculo de la eficiencia 7. Muestreo 8. Criterios de aceptación 8.1 Resultados de las pruebas 9. Marcado y etiquetado 9.1 Placa de datos 9.2 Instructivos 9.3 Garantías 10. Vigilancia 11. Bibliografía 12. Concordancia con normas internacionales 13. Artículos transitorios 1. Objetivo y campo de aplicación Esta Norma Oficial Mexicana establece los requisitos mínimos de seguridad y eficiencia energética que deben cumplir los transformadores de distribución, establece además los métodos de prueba que deben utilizarse para evaluar estos requisitos. Esta Norma aplica para los siguientes tipos de transformadores de distribución nuevos: poste, subestación, pedestal y sumergible (de acuerdo con las definiciones establecidas en el inciso 3 de esta Norma), autoenfriados en líquido aislante de fabricación nacional o importados, destinados al consumidor final, cuando sean comercializados en los Estados Unidos Mexicanos. 2. Referencias Para la correcta aplicación de esta Norma Oficial Mexicana se deben consultar las siguientes Normas Oficiales Mexicanas (NOM) y Normas Mexicanas (NMX) vigentes: NOM-008-SCFI Sistema general de unidades de medida. NOM-024-SCFI Información comercial para empaques, instructivos y garantías de los productos electrónicos, eléctricos y electrodomésticos. NMX-J-116-ANCE Productos eléctricos-Transformadores-Transformadores distribución tipo poste y tipo subestación-Especificaciones.
de
NMX-J-169-ANCE Productos eléctricos. Transformadores y autotransformadores de distribución y potencia. Métodos de prueba. 3. Definiciones Para el propósito de esta Norma se definen los siguientes términos: 3.1 Capacidad nominal
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La capacidad nominal en un transformador es la potencia en kilovoltamperes (kVA) que entrega en el devanado secundario cuando está operando a sus valores nominales de tensión, frecuencia y corriente eléctricas. 3.2 Corriente nominal La corriente nominal se obtiene de dividir la capacidad nominal en kVA entre la tensión eléctrica nominal en kV en el caso de transformadores monofásicos; para transformadores trifásicos se requiere dividir este cociente entre ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.¯3. 3.3 Eficiencia La eficiencia expresada en por ciento, es la relación que existe entre la potencia real de salida con respecto a la potencia real de entrada, donde la potencia real de salida es igual a la capacidad nominal del transformador. 3.4 Pérdidas 3.4.1 Pérdidas en vacío Son las pérdidas que se tienen en el transformador cuando está energizado a tensión y frecuencia eléctricas nominales y sin ninguna carga externa. 3.4.2 Pérdidas debidas a la carga Son las pérdidas que se tienen en un transformador cuando está operando a corriente y frecuencia nominales alimentándolo a la tensión eléctrica de impedancia. 3.4.3 Pérdidas totales Es la suma de las pérdidas en vacío más las pérdidas debidas a la carga (corregidas a 75°C u 85°C, según corresponda el diseño). 3.5 Tensión eléctrica de impedancia Es la tensión eléctrica a frecuencia nominal que se debe aplicar a las terminales de un devanado del transformador para que a través del mismo circule la corriente nominal cuando las terminales del otro devanado están en cortocircuito (corregida a 75°C u 85°C, según corresponda el diseño). 3.6 Tensión eléctrica nominal Es la que permite que el transformador entregue su capacidad nominal en condiciones normales de operación. 3.7 Transformador Dispositivo eléctrico que por inducción electromagnética transfiere energía eléctrica de uno o más circuitos, a uno o más circuitos a la misma frecuencia, usualmente aumentado o disminuyendo los valores de tensión y corriente eléctricas. 3.8 Transformador de distribución Es aquel transformador que tiene una capacidad nominal desde 5 hasta 500 kVA y una tensión eléctrica nominal de hasta 34500 volts en el lado primario y hasta 15000 volts nominales en el lado secundario. 3.9 Transformador de distribución tipo pedestal
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4 (Primera Sección) DIARIO OFICIAL Martes 13 de julio de 1999 Conjunto formado por un transformador de distribución con un gabinete integrado en el cual se incluyen accesorios para conectarse en sistemas de distribución subterránea, este conjunto está destinado para instalarse en un pedestal y para servicio en intemperie. 3.10 Transformador de distribución tipo poste Es aquel transformador de distribución que por su configuración externa está dispuesto en forma adecuada para sujetarse o instalarse en un poste o en alguna estructura similar. 3.11 Transformador de distribución tipo subestación Es aquel transformador de distribución que por su configuración externa está dispuesto en forma adecuada para ser instalado en una plataforma, cimentación o estructura similar y su acceso está limitado por un área restrictiva. 3.12 Transformador de distribución tipo sumergible Es aquel transformador de distribución que por su configuración externa está dispuesto en forma adecuada para ser instalado en un pozo o bóveda y que estará expuesto a sufrir inundaciones. Nota: los términos no definidos tendrán su acepción ordinariamente aceptada dentro del contexto en el que son usados, o bien, están definidos en otras normas y publicaciones con carácter oficial. 4. Clasificación Los transformadores sujetos a esta Norma se clasifican por su tipo de alimentación eléctrica, capacidad nominal y clase de aislamiento: 4.1 De acuerdo con su tipo de alimentación eléctrica: a) Monofásico. b) Trifásico. 4.2 De acuerdo con su capacidad nominal: c) De 5 a 167 kVA para monofásicos. d) De 15 a 500 kVA para trifásicos. 4.3 De acuerdo con su clase de aislamiento: a) Hasta 15 kV. b) Hasta 25 kV. c) Hasta 34,5 kV. 5. Especificaciones 5.1 Especificaciones de seguridad Los transformadores objeto de esta Norma deben integrar materiales, componentes, equipo, recubrimientos: primario y acabados, que cumplan con la normativa mexicana vigente relativa a cada uno de ellos.
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5.1.1 Condiciones de cortocircuito Los transformadores objeto de esta Norma deben cumplir con las especificaciones de cortocircuito establecidas en la Norma NMX-J-116-ANCE; para el caso de los transformadores tipo pedestal y autoprotegidos, para efectos de pruebas de cortocircuito, deben puentearse los fusibles y en caso de tener medio de interrupción en baja tensión, también deben puentearse. Estas condiciones serán determinadas con el método de prueba establecido en el inciso 6.1 de la presente Norma. 5.1.2 Condiciones del líquido aislante El líquido aislante utilizado en los transformadores objeto de esta Norma debe cumplir con lo siguiente:
No tóxico.
Biodegradable.
Adecuarse a la normativa mexicana vigente relativa a los bifenilos policlorados (BPC).
5.1.3 Preservación del líquido aislante (Hermeticidad) El transformador debe ser construido con un tanque hermético con objeto de preservar el líquido islante. Esta condición debe determinarse con el método de prueba establecido en el inciso 6.1 de la resente Norma. 5.2 Especificaciones de eficiencia energética 5.2.1 Eficiencia Los transformadores de distribución, objeto de esta Norma, deben cumplir con los valores de ficiencia especificados en la tabla 1.
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5.2.2 Pérdidas Para los transformadores de distribución, objeto de esta Norma, las pérdidas en vacío y totales xpresadas en watts, a la tensión, frecuencia y corriente eléctricas nominales no deben exceder los alores máximos indicados en la tabla 2.
NOTAS: 1. Estas pérdidas son máximas y no se admiten tolerancias. 2. En las pérdidas totales se incluyen las pérdidas debidas a la carga, corregidas a la temperatura de eferencia. 3. Los transformadores de distribución con capacidades intermedias a las contempladas en esta tabla deben cumplir con las pérdidas establecidas para la capacidad preferente inmediata superior. 6. Métodos de prueba 6.1 Métodos de prueba aplicables a seguridad Para verificar las características de seguridad establecidas en el inciso 5.1 se deben tomar como referencia los métodos de prueba establecidos en las NMX, de acuerdo con lo siguiente:
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6.2 Métodos de prueba aplicables a eficiencia energética Para verificar las características de eficiencia energética establecidas en el inciso 5.2 se deben tomar como referencia los métodos de prueba establecidos en las NMX, de acuerdo con lo siguiente:
6.2.1 Cálculo de la eficiencia Para la determinación de la eficiencia se deben considerar las pérdidas nominales en vacío y debidas a la carga corregidas (a 75°C u 85°C, según corresponda su diseño) y un factor de potencia unitario. Eficiencia (¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.) = (Ps / Pe) x 100 y Pe = (Ps + pc + pv) Donde: Ps = es la potencia de salida en W (capacidad nominal) ; Pe = es la potencia de entrada en W; pc = son las pérdidas debidas a la carga en W, y pv = son las pérdidas en vacío en W. Nota: la capacidad nominal (voltamperes) debe estar en función de los valores de tensión, frecuencia y corriente eléctricas nominales que se utilizaron para el cálculo de las pérdidas y considerando un factor de potencia unitario. 7. Muestreo La Secretaría de Energía, a través de la Dirección de Gas L.P. e Instalaciones Eléctricas y el organismo de certificación del producto, establecerán el procedimiento de muestreo correspondiente a esta Norma. 8. Criterios de aceptación 8.1 Resultados de las pruebas Los resultados de las pruebas de seguridad y de eficiencia energética, medidas con los métodos de prueba del inciso 6 de esta Norma, para cada transformador probado, deben cumplir con las especificaciones establecidas en el inciso 5 de esta Norma. 9. Marcado y etiquetado 9.1 Placa de datos La información de la placa de datos debe expresarse en idioma español, en forma clara y legible, debe cumplir con lo establecido para este fin en la NMX-J-116 vigente y debe contener además lo siguiente: a) Eficiencia en %. b) Contraseña del organismo certificador acreditado.
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9.2 Instructivos Martes 13 de julio de 1999 DIARIO OFICIAL (Primera Sección) 7 Todos los transformadores deben acompañarse de los instructivos de operación, puesta en servicio y advertencias necesarias, de acuerdo con la NOM-024-SCFI vigente y debe contener además lo siguiente:
La advertencia de que los transformadores deben ser instalados por personal calificado.
Las características eléctricas nominales para los transformadores serán como mínimo: capacidad, tensiones y corrientes eléctricas nominales e impedancia.
Informe de pruebas de rutina emitido por el fabricante para cada transformador.
Excepción: si existe un contrato de compraventa donde el comprador determine un procedimiento diferente a la entrega de esta información, ésta se hará de acuerdo con dicho contrato, pero debe contener como mínimo la información especificada en los puntos 9.1 y 9.2. 9.3 Garantías Las garantías que ofrezcan los fabricantes nacionales, importadores y comercializadores deben sujetarse a lo establecido en la NOM-024-SCFI vigente y deben observar como mínimo lo siguiente:
La duración de la garantía para los transformadores no podrá ser menor de 12 meses a partir
de la instalación del equipo o de 18 meses a partir de la fecha de embarque del transformador.
Los gastos de transportación del transformador que se deriven del proceso de garantía serán pagados de acuerdo con las condiciones originales de venta.
Serán motivo adicional de exención de garantía:
Cuando el transformador haya sido instalado por personal no calificado.
Cuando no exista evidencia del resultado satisfactorio de pruebas realizadas antes de su energización.
Por condiciones ambientales o meteorológicas adversas.
Por no haber protegido el sobretensiones o sobrecargas.
transformador
contra
sobrecorrientes,
10. Vigilancia La Secretaría de Energía, a través de la Dirección General de Gas L.P. y de Instalaciones Eléctricas conforme a sus atribuciones, es la autoridad encargada de vigilar el cumplimiento de la presente Norma Oficial Mexicana.
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11. Bibliografía NMX-Z-13 Guía para la redacción, estructuración y presentación de las Normas Oficiales Mexicanas. NMX-J-287-ANCE-1998 Productos eléctricos-Transformadores de distribución tipo sumergible, monofásicos y trifásicos para distribución subterránea-Especificaciones. NMX-J-285-ANCE-1996 Productos eléctricos-Transformadores de distribución tipo pedestal, monofásicos y trifásicos para distribución subterránea-Especificaciones. 12. Concordancia con normas internacionales Esta Norma no tiene concordancia con normas internacionales. 13. Artículos transitorios Primero: La presente Norma Oficial Mexicana entrará en vigor a partir del primero de septiembre del presente año o a los 60 días naturales posteriores a su publicación en el Diario Oficial de la Federación. Segundo: La presente Norma será sólo aplicable a los transformadores que se fabriquen o introduzcan en el país, a partir de su entrada en vigor. Tercero: La presente Norma Oficial Mexicana no será aplicable para transformadores instalados o existentes en el mercado. Cuarto: Para dar cumplimiento de lo indicado en el primer párrafo del punto 5.1 ―Especificaciones de seguridad‖ de la presente Norma Oficial Mexicana, se estará en lo siguiente: a) De existir normas oficiales mexicanas y normas mexicanas vigentes y aplicables al material, componente y/o equipo, se debe demostrar el cumplimiento por medio del certificado vigente emitido por un organismo nacional de certificación de producto acreditado conforme a lo indicado en la Ley Federal de Metrología y Normalización. b) En caso de no existir normas oficiales mexicanas y normas mexicanas vigentes y aplicables al material, componente y/o equipo, o si aun existiendo éstas, no hay un organismo nacional de certificación de producto acreditado conforme a lo indicado en la Ley Federal de Metrología y Normalización, se debe demostrar el cumplimiento por medio de una declaración de 8 (Primera Sección) DIARIO OFICIAL Martes 13 de julio de 1999 conformidad del fabricante y/o por los certificados de calidad correspondientes (certificación de primera parte). En el momento en el que el organismo nacional de certificación de producto obtenga la ampliación de la acreditación para las normas oficiales mexicanas y normas mexicanas vigentes y aplicables al material, componente y/o equipo, se debe demostrar el cumplimiento de acuerdo a lo indicado en el inciso a) de este transitorio. Quinto:
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Los fabricantes, cuya producción total anual de transformadores no sea superior a los 9 000 kVA, deberán adecuar sus procesos de producción para atender los requisitos de esta Norma y cumplir con las condiciones de seguridad y eficiencia que la misma establece. Con el propósito de que puedan llevar a cabo la adecuación mencionada, los productores que se encuentren dentro del límite de producción señalado, podrán solicitar de la Dirección General de Gas L.P. y de Instalaciones Eléctricas de la Secretaría de Energía, se les conceda un plazo que no excederá de los dieciocho meses siguientes a la publicación de esta Norma, para llevar a cabo las adecuaciones necesarias, utilizando durante el plazo que soliciten los valores de las tablas 1-bis y 2-bis, que se señalan en este precepto. Para este efecto, deberán presentar la solicitud mencionada dentro del mes siguiente a la fecha de publicación de la Norma, acompañándola de los estudios de carácter técnico necesarios, con la precisión de los detalles y tiempos de adecuación que requieran. La Dirección General de Gas L.P. y de Instalaciones Eléctricas, podrá solicitar elementos adicionales que estime necesarios para dar respuesta a la solicitud, precisando el tiempo que conceda para su atención. Una vez integrada debidamente la solicitud, la Dirección General mencionada, emitirá la respuesta que corresponda, dentro de los treinta días siguientes.
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Normas Oficiales Mexicanas sobre Seguridad e Higiene NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-022-STPS-1999, ELECTRICIDAD ESTÁTICA EN LOS CENTROS DE TRABAJO - CONDICIONES DE SEGURIDAD E HIGIENE. MARIANO PALACIOS ALCOCER, Secretario del Trabajo y Previsión Social, con fundamento en los artículos 16 y 40 fracciones I y XI de la Ley Orgánica de la Administración Pública Federal; 512, 523 fracción I, 524 y 527 último párrafo de la Ley Federal del Trabajo; 3o, fracción XI, 38 fracción II, 40 fracción VII, 41, 43 a 47 y 52 de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización; 3o, 4o y 35 del Reglamento Federal de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente de Trabajo, 3o., 5o. y 22 fracciones I, XV y XIII del Reglamento Interior de la Secretaría del Trabajo y Previsión Social, y CONSIDERANDO Que con fecha 6 de diciembre de 1993 fue publicada en el Diario Oficial de la Federación la Norma Oficial Mexicana NOM-022-STPS-1993, Relativa a las condiciones de seguridad en los centros de trabajo en donde la electricidad estática represente un riesgo; Que esta Dependencia a mi cargo, con fundamento en el artículo cuarto transitorio, primer párrafo del Reglamento Federal de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente de Trabajo, publicado en el Diario Oficial de la Federación el día 21 de enero de 1997, ha considerado necesario realizar diversas modificaciones a la referida Norma Oficial Mexicana, las cuales tienen como finalidad adecuarla a las disposiciones establecidas en el ordenamiento reglamentario mencionado; Que con fecha 24 de febrero de 1998, en cumplimiento de lo previsto en el artículo 46 fracción I de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, la Secretaría del Trabajo y Previsión Social presentó ante el Comité Consultivo Nacional de Normalización de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente Laboral, el Anteproyecto de Modificación de la Norma Oficial Mexicana, y que en esa misma fecha el citado Comité lo consideró correcto y acordó que se publicara como proyecto de modificación en el Diario Oficial de la Federación; Que con objeto de cumplir con los lineamientos contenidos en el Acuerdo para la desregulación de la actividad empresarial, publicado en el Diario Oficial de la Federación el 24 de noviembre de 1995, las modificaciones propuestas a la Norma fueron sometidas por la Secretaría de Comercio y Fomento Industrial a la opinión del Consejo para la Desregulación Económica, y con base en ella se realizaron las adaptaciones procedentes, por lo que dicha dependencia dictaminó favorablemente acerca de las modificaciones contenidas en la presente Norma; Que con fecha 22 de septiembre de 1998, y en cumplimiento del Acuerdo del Comité y de lo previsto en el artículo 47 fracción I de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, se publicó en el Diario Oficial de la Federación el Proyecto de Modificación de la presente Norma Oficial Mexicana, a efecto que dentro de los 60 días naturales a dicha publicación, los interesados presentaran sus comentarios al Comité Consultivo Nacional de Normalización de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente Laboral; Que habiendo recibido comentarios de 6 promoventes, el Comité referido procedió a su estudio y resolvió oportunamente sobre los mismos, publicando esta
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Dependencia las respuestas respectivas en el Diario Oficial de la Federación el 17 de febrero de 1999, en cumplimiento a lo previsto por el artículo 47 fracción III de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización; Que en atención a las anteriores consideraciones y toda vez que el Comité Consultivo Nacional de Normalización de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente Laboral, otorgó la aprobación respectiva, se expide la siguiente: NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-022-STPS-1999, ELECTRICIDAD ESTÁTICA EN LOS CENTROS DE TRABAJO - CONDICIONES DE SEGURIDAD E HIGIENE. ÍNDICE 1 Objetivo 2 Campo de aplicación 3 Referencias 4 Definiciones 5 Obligaciones del patrón 6 Obligaciones de los trabajadores 7 Condiciones de seguridad para locales y edificios 8 Selección de pararrayos 9 Resistencia de la red de tierras 10
Unidades
de
verificación
y
laboratorios
de
prueba
Apéndice a contenido mínimo de los informes de unidades de verificación y laboratorios de prueba 11 Vigilancia 12 Bibliografía 13 Concordancia Transitorios Guía de referencia I ejemplo para medir la continuidad de los conductores de un sistema de pararrayos Guía de referencia II tierra
ejemplos de las instalaciones que deben conectarse a
1 Objetivo Establecer las condiciones de seguridad en los centros de trabajo para prevenir los riesgos por electricidad estática. 2 Campo de aplicación La presente Norma rige en todo el territorio nacional y aplica en todos los centros de trabajo donde se almacenen, manejen o transporten sustancias inflamables o explosivas y que por la naturaleza de sus procesos empleen materiales, sustancias o equipos capaces de almacenar o generar cargas eléctricas estáticas o que estén ubicados en una zona donde puedan recibir descargas eléctricas atmosféricas.
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3 Referencias Para la correcta interpretación de esta Norma, deben consultarse las siguientes normas oficiales mexicanas y normas mexicanas vigentes: NOM-005-STPS-1998, Relativa a las condiciones de seguridad e higiene en los centros de trabajo para el manejo, transporte y almacenamiento de sustancias químicas peligrosas. NOM-017-STPS-1993, Relativa al equipo de protección personal para los trabajadores en los centros de trabajo. NOM-001-SEMP-1994, Relativa a las instalaciones destinadas al suministro y uso de la energía eléctrica, artículos 250, 500, 516 y 2103. NMX-CC-7/1-1993-SCFI Directrices para auditar sistemas de calidad. Parte 1 Auditorias. NMX-CC-7/2-1993-SCFI Directrices para auditar sistemas de calidad. Parte 2 Administración de los programas de auditoria. NMX-CC-8-1993-SCFI Criterios de calificación para auditores de sistemas de calidad. NMX-CC-018-1996-IMNC Directrices para desarrollar manuales de calidad. 4 Definiciones Para efectos de esta Norma se establecen las definiciones siguientes: autoridad del trabajo; autoridad laboral: las unidades administrativas competentes de la Secretaría del Trabajo y Previsión Social, que realicen funciones de inspección en materia de seguridad e higiene en el trabajo, y las correspondientes de las entidades federativas y del Distrito Federal, que actúen en auxilio de aquéllas. carga eléctrica: es una propiedad de la materia que se manifiesta por la pérdida o ganancia de electrones. conexión a tierra; puesta a tierra: es la acción y efecto de unir eléctricamente ciertos elementos de un equipo o circuito a un electrodo o a una red de tierras. descarga eléctrica: es la transferencia de carga eléctrica, por conducción, entre materiales con potencial eléctrico diferente ( pérdida excesiva de electrones ). descarga eléctrica atmosférica: es la transferencia de cargas eléctricas de la tierra a las nubes, y de las nubes a la tierra. electricidad estática: son cargas eléctricas que se almacenan en los cuerpos. nivel isoceráunico: es el número de días promedio, por año, con tormentas eléctricas en una región específica. pararrayos: es un dispositivo para recibir, colectar o desviar las descargas eléctricas atmosféricas a tierra. puenteo: es la interconexión eléctrica, entre sí, de dos o más elementos por medio de un conductor de baja resistencia. resistividad: es la resistencia que ofrece al paso de corriente un cubo de terreno de un metro por lado.
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sistema de tierras: es un conjunto de conductores, electrodos, accesorios y otros elementos que interconectados eficazmente entre sí, tienen por objeto conectar a tierra a elementos que pueden generar o acumular electricidad estática. 5 Obligaciones del patrón 5.1 Mostrar a la autoridad del trabajo, cuando así lo solicite, los documentos que la presente Norma le obligue a poseer o elaborar. 5.2 Establecer las condiciones de seguridad e higiene para evitar la generación y acumulación de las cargas eléctricas estáticas y prevenir los efectos de las descargas eléctricas atmosféricas. 5.3 Adiestrar y capacitar a los trabajadores en el funcionamiento y aplicación de los sistemas de tierras y, en su caso, de pararrayos. 5.4 Proporcionar a los trabajadores el equipo de protección personal que requieran, de acuerdo con lo establecido en la NOM-017-STPS-1993. 5.5 Instalar en su caso, elementos de captura, sistemas de tierras, sistemas de pararrayos, equipos y dispositivos para proteger al centro de trabajo de la acumulación de cargas eléctricas estáticas y descargas eléctricas atmosféricas. 5.6 Medir y registrar al menos cada doce meses, los valores de resistencia de la red de tierras y la continuidad en los puntos de conexión a tierra en el equipo que pueda generar o almacenar electricidad estática. En la guía de referencia se indican, de manera ilustrativa, los puntos a inspeccionar y la forma de evaluar la continuidad de las conexiones. 5.7 Informar a todos los trabajadores y a la Comisión de Seguridad e Higiene, acerca de los riesgos que representa el contacto con la electricidad estática y capacitarlos para evitar dichos riesgos. 5.8 En las áreas de trabajo cerradas donde la humedad relativa sea un factor de acumulación de electricidad estática, la humedad relativa debe estar entre 60 y 70%, a excepción de aquellos casos en que por la naturaleza de las sustancias, la humedad del aire represente un riesgo. 6 Obligaciones de los trabajadores 6.1 Participar en la capacitación y el adiestramiento que el patrón les proporcione en la materia. 6.2 Usar el equipo de protección personal proporcionado por el patrón, de acuerdo a las indicaciones establecidas para su uso y mantenimiento. 6.3 Notificar al patrón cualquier situación anormal que detecte en los sistemas de tierras y pararrayos. 7 Condiciones de seguridad para locales y edificios 7.1 Para establecer las condiciones de seguridad, se deben tomar en cuenta: a) la naturaleza del trabajo; b) las características fisicoquímicas de las sustancias que se manejen, almacenen o transporten;
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c) las características del ambiente en lo que se refiere a humedad, temperatura y nivel isoceráunico. 7.2 Se debe evitar la generación o acumulación de electricidad estática en el centro de trabajo, aplicando, en su caso, control de humedad, instalación de dispositivos de conexión a tierra o equipo a prueba de explosión. 7.3 Las instalaciones metálicas que no estén destinadas a conducir energía eléctrica, tales como cercas perimetrales y estructuras metálicas y maquinaria y equipo ubicados en zonas en donde se manejen, almacenen o transporten sustancias inflamables o explosivas, deben conectarse a tierra
7.4 Las zonas donde se almacenen, manejen o transporten sustancias inflamables o explosivas deben estar protegidas con sistemas de pararrayos. 8 Selección de pararrayos 8.1 Queda prohibido utilizar pararrayos que funcionen a base de materiales radiactivos. 8.2 Los factores que se deben considerar para la determinación de la obligación de instalar pararrayos y, en su caso, el tipo de pararrayos a utilizar para drenar a tierra la descarga eléctrica atmosférica, son: a) el nivel isoceráunico de la región; b) las características fisicoquímicas de las sustancias inflamables o explosivas que se almacenen, manejen o transporten en el centro de trabajo; c) la altura del edificio en relación con las elevaciones adyacentes; d) las características y resistividad del terreno;
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e) las zonas del centro de trabajo donde se encuentren sustancias químicas, inflamables o explosivas; f) el ángulo de protección del pararrayos; g) la altura de instalación del pararrayos y el sistema para drenar a tierra las corrientes generadas por la descarga eléctrica atmosférica. 9 Resistencia de la red de tierras 9.1 Instrumentos. a) megger de tierras; para medir la resistencia de la red de tierras; b) óhmetro; para medir únicamente la continuidad de las conexiones a tierra. 9.2 Procedimiento de medición. se debe utilizar el método de caída de tensión que consiste en hacer circular una corriente entre dos electrodos fijos, uno auxiliar y el otro de prueba, midiendo la caída de tensión entre otro electrodo auxiliar y un electrodo bajo medición; el segundo electrodo auxiliar se desplaza y conforme esto ocurre se van tomando las lecturas y graficando éstas hasta obtener una gráfica similar a la que se ilustra en la parte inferior de la figura 9.1, la parte superior de esa figura es un esquema de la ubicación física de los electrodos; el valor de la resistencia de la red de tierras es el que se obtiene en la intersección del eje de resistencia con la parte paralela de la gráfica al eje de las distancias; si la curva no presenta un tramo paralelo quiere decir que la distancia entre los electrodos no es suficiente, por lo que se debe alejar la red de tierras; los valores de la resistencia que se obtengan en esta prueba deben estar comprendidos entre 0 y 25 ohms, y para sistemas de pararrayos, la resistencia de la red de tierras debe tener un valor no mayor a 10 ohms. 9.3 Registro de las mediciones efectuadas. Debe contener como mínimo lo siguiente: a) nombre o razón social del centro de trabajo; b) dirección del centro de trabajo; c) fecha de realización de la medición; d) ubicación y descripción de las fuentes generadoras de la electricidad estática; e) características generales del equipo de medición utilizado; f) valores de resistencia de la red de tierras, además de los valores de continuidad de los puntos de conexión de dicho sistema; g) en su caso, altura del pararrayos, ubicación y ángulo de protección. 10 Unidades de verificación y laboratorios de prueba. El patrón tendrá la opción de contratar una Unidad de Verificación o Laboratorio de Prueba, acreditado y aprobado, según lo establecido en la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, para verificar o evaluar el cumplimiento de la presente Norma.
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10.1 Los laboratorios de prueba solamente podrán evaluar lo establecido en el capítulo 9 y en los apartados 5.6 y 5.8 para lo cual deberán contar con los procedimientos para la revisión documental, satisfaciendo los requerimientos establecidos en las normas mexicanas vigentes: NMX-CC-7/1-1993-SCFI, NMX-CC7/2-1993-SCFI y NMX-CC-8-1993-SCFI. 10.2 Las unidades de verificación podrán certificar el cumplimiento de esta Norma, verificando los apartados 5.2, 5.5, 5.7, 5.6, 5.8, 7.1, 7.2, 7.3,7.4, 8.1, 8.2 y 9.3, para lo cual deberán contar con los procedimientos para realizar la revisión documental y para verificar el desarrollo técnico de la evaluación, cumpliendo con lo establecido en la norma mexicana vigente NMX-CC-018-1996-IMNC. 10.3 Las unidades de verificación o laboratorios de prueba deben presentar sus resultados de acuerdo con el listado correspondiente del apéndice A. 10.4 La vigencia del dictamen emitido por la Unidad de Verificación o del informe del Laboratorio de Prueba será de dos años. APÉNDICE A CONTENIDO MÍNIMO DE LOS INFORMES VERIFICACIÓN Y LABORATORIOS DE PRUEBA
DE
LAS
UNIDADES
DE
A.1 Para el dictamen de la Unidad de Verificación. A.1.1 Datos de la empresa evaluada. 1) nombre, denominación o razón social: 2) domicilio: 1) calle; 2) número; 3) colonia; 4) ciudad; 5) código postal; 6) delegación o municipio; 7) estado; 3) nombre y firma del representante legal. A.1.2 Datos de la Unidad de Verificación. a) nombre, denominación o razón social; b) número de registro ante la Secretaría del Trabajo y Previsión Social; c) conclusión de los resultados de la verificación, practicada de acuerdo a lo establecido en la Norma; d) nombre y firma del representante legal; e) lugar y fecha de la firma. A.2 Para el informe del Laboratorio de Prueba. A.2.1 Datos de la empresa. a) nombre, denominación o razón social: b) domicilio:
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1) calle; 2) número; 3) colonia; 4) ciudad; 5) código postal; 6) delegación o municipio; 7) estado; c) nombre y firma del representante legal. A.2.2 Datos del Laboratorio de Prueba. a) nombre, denominación o razón social; b) número de registro de autorización como Laboratorio de Prueba; c) nombre y firma del representante legal; d) lugar y fecha de la firma; e) conclusiones de la evaluación; f) contenido del estudio, de acuerdo a lo establecido en al apartado 9.3, a excepción de las medidas de control a desarrollar y el programa de implantación. 11 Vigilancia La vigilancia en el cumplimiento de la presente Norma corresponde a la Secretaría del Trabajo y Previsión Social. 12 Bibliografía Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos, artículo 123, Apartado "A", fracción XV. Ley Federal del Trabajo, artículos 512 y 527. Reglamento Federal de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente de Trabajo, Título Segundo, Capítulo Cuarto, artículos 48, 50 y 51, Capítulo Sexto, artículo 57; publicado en el Diario Oficial de la Federación el 21 de enero de 1997, México. Ley Federal sobre Metrología y Normalización. Publicada en el Diario Oficial de la Federación el 1° de julio de 1992, México. 13 Concordancia Esta Norma no concuerda con ninguna norma internacional, por no existir referencia alguna al momento de su elaboración. TRANSITORIOS PRIMERO.- La presente Norma entrará en vigor a los ciento ochenta días siguientes a su publicación en el Diario Oficial de la Federación. SEGUNDO.- Durante el lapso señalado en el artículo anterior, los patrones cumplirán con la Norma Oficial Mexicana NOM-022-STPS-1993, Relativa a las condiciones de seguridad en los centros de trabajo en donde la electricidad estática represente un riesgo, o bien realizarán las adaptaciones para observar las disposiciones de la presente Norma Oficial Mexicana y, en este último caso, las autoridades del trabajo proporcionarán, a petición de los patrones interesados, asesoría y orientación para instrumentar su cumplimiento, sin que los patrones se hagan acreedores a sanciones por el incumplimiento de la Norma en vigor.
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Sufragio Efectivo. No Reelección. México, Distrito Federal, a los seis días del mes de mayo de mil novecientos noventa y nueve. El Secretario del Trabajo y Previsión Social, Mariano Palacios Alcocer. Rubrica GUÍA DE REFERENCIA I EJEMPLO PARA MEDIR LA CONTINUIDAD DE LOS CONDUCTORES DE UN SISTEMA DE PARARRAYOS El contenido de esta guía es un complemento para la mejor comprensión de esta Norma, y no es de cumplimiento obligatorio. Esta guía indica de manera ilustrativa los puntos que deben inspeccionarse y explica como medir la continuidad de las conexiones. Este ejemplo no es limitativo. I.1 Para medir la continuidad de las conexiones, se colocan las terminales del instrumento de medición verificando su polaridad, de tal manera que en ambos extremos de la conexión se realice la evaluación ( ver figura I.1 ). I.2 Para la revisión de las puntas del pararrayos, se debe vigilar que éstas se encuentren afiladas. I.3 Durante la revisión de las conexiones, se debe vigilar que estén libres de óxido, pintura y grasa, que sean de material conductor y que los alambres que sirven de conexión, no presenten daños mecánicos y que presenten, además, una conexión sólida.
GUÍA DE REFERENCIA II EJEMPLOS DE LAS INSTALACIONES QUE DEBEN CONECTARSE A TIERRA
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El contenido de esta guía es un complemento para la mejor comprensión de esta Norma y no es de cumplimiento obligatorio. En esta guía se describen ejemplos que permiten a los patrones orientarse acerca de las instalaciones, maquinaria y equipo que por sus características requieran de sistemas de conexión a tierra. A continuación se describen algunos ejemplos de equipos e instalaciones que pueden almacenar y generar electricidad estática: a) cuando el equipo no este eléctricamente conectado a marcos metálicos, las partes sueltas metálicas del equipo deben de ligarse al armazón estructural del edificio o a una barra de tierra; b) equipos como: sopladores, bombas, vibradores, secadoras, motores, entre otros, deben tener una conexión individual y permanente a tierra; c) las tuberías metálicas aéreas donde se transporten sustancias inflamables o explosivas, así como sus accesorios, deberán ser puenteados y conectados a tierra; d) en las instalaciones de pintura por pulverización, los objetos metálicos que han de ser pintados o barnizados y las paredes metálicas de las cabinas, cubículos y recipientes, y el sistema de aspiración deben estar conectados a tierra; e) antes de iniciar el proceso de trasvase de sustancias inflamables y explosivas, los accesorios y dispositivos deben ser conectados a tierra. Para obtener más ejemplos de las conexiones a tierra, recomendamos consultar la NOM-001-SEMP-1994. \
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1.2 SIMBOLOGIA
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1.3 COSTO DE LA ENERGIA DEMANDA Y CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA
La demanda es la capacidad (KW) del equipo que se conecta al sistema eléctrico para transformar la potencia eléctrica en potencia mecánica o calorífica y el consumo de energía eléctrica expresada en KWH es el equivalente al trabajo desarrollado en el intervalo de tiempo, es decir, la capacidad del equipo en KW del equipo que estuvo funcionando en el equipo en horas. Para entender mas fácilmente el consumo y la demanda medida utilizaremos el odómetro y velocímetro de un automóvil respectivamente y en forma analógica. El consumo es la suma de KWH acumulada en un periodo, el odómetro o cuentakilómetros de un automóvil, mide la suma de los kilómetros acumulados en un recorrido. El símil de la demanda lo hará el velocímetro, y se considera como máxima la mayor que alcance durante la prueba o recorrido. Ahora bien, el KW de demanda se define como la energía promedio sobre un intervalo especifico. El intervalo de la demanda en el cual la carga se promedia es de quince minutos. Comisión Federal de Electricidad (CFE) no cobra por demandas instantáneas creadas por el arranque de motores.
Comportamiento de la carga.
Surge entonces la interrogante ¿como se mide la demanda máxima? Para esto observemos de la grafica 2.1. El comportamiento de la carga en una fabrica que opera maquinaria eléctrica según el siguiente horario:
Fig. Comportamiento de la carga.
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1. al minuto 5 se enciende una carga de 10 KW. 2. al minuto 10 se enciende otra carga de 10 KW. 3. al minuto 15 se desconectan las cargas 1 y 2. 4. al minuto 20 se enciende una carga de 50 KW por 10 minutos y después se desconecta. 5. al minuto 35 se encienden dos cargas de 10 KW cada una por 40 minutos y después se desconectan. 6. al minuto 80 se enciende una carga de 50 KW por 10 minutos y después se desconecta.
Estos hechos nos señalan el comportamiento de la carga a través del tiempo, para conocer la demanda que el medidor ha tomado en cuenta durante cada intervalo de quince minutos; Habrá que promediar la demanda durante ese intervalo, esto es:
1º. Intervalo = (10 KW) (5min)/15min + (20 KW) (5min)/15min = 10 KW. 2º. Intervalo = (50 KW) (10min)/15min = 33.33 KW. 3º. Intervalo = (20 KW) (10min)/15min = 13.33 KW. 4º y 5º. Intervalo = (20 KW (15min)/15min = 20 KW. 6º. Intervalo = (50KW) (10min)/15min = 33.33 KW. Luego entonces, la demanda máxima medida será de 33.33 KW. Obsérvese de la figura 2.1. Que aunque la carga fue de mayor magnitud, la demanda máxima medida resulto menor. Ahora bien; ¿cual fue el consumo de energía en el periodo? El consumo por intervalo viene siendo la integración del área bajo la curva que presento la carga, esto es, la demanda media en cada intervalo por el tiempo en horas.
1º. Intervalo = (10 KW) (5min)/60 + (20 KW) (5min)/60 = 2.5 KWH. 2º. Intervalo = (50 KW) (10min)/60 = 8.33 KWH. 3º. Intervalo = (20 KW) (10min)/60 = 3.33 KWH. 4º y 5º. Intervalo = (20 KW) (15min)/60 = 5 KWH. 6º. Intervalo = (50KW) (10min)/60 = 8.33 KWH.
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La suma de los KWH de cada intervalo nos dará el consumo del periodo; en este caso es 32.49 KWH. ¿Por qué el cargo por demanda máxima medida? La medición de la demanda como método para determinar la facturación, se ha vuelto una práctica aceptada por muchas razones. Las estadísticas de la industria eléctrica de servicio público demuestran que el capital financiero representa las dos terceras partes del costo de operación para servir a los usuarios. Otra razón para medir la demanda es que permite al usuario facturarle en forma más equitativa.
Cargo por medición en baja tensión.
La disposición complementaria de las tarifas eléctricas en vigor, estipula: En los servicios que se proporcionan en alta tensión, el suministrador podrá efectuar la medición de la energía eléctrica consumida, así como la demanda máxima en el lado secundario o en el lado primario de los transformadores del usuario. Si se le hiciese en el lado secundario, las facturaciones se aumentaran en un dos porciento. Técnicamente, este porcentaje equivale a las perdidas eléctricas inherentes del transformador. Este cargo lo efectúa CFE adicionándolo al total, el 2% de la suma de los cargos por demanda máxima y consumo. Ahora bien, el lado en donde se realiza la medición queda a juicio del personal de CFE. Así por ejemplo, un usuario con 225 KVA, 220 Volts y un solo transformador, tendrá una corriente de línea en baja tensión de IL = KVA/ (1.1732 VLCos θ)
IL = 225/1.1732(0.220)(0.90) = 656 A.
Lo cual hará requerir para un medidor de 5 amperios un transformador de corriente de relación 800/5. En estos casos regularmente la medición se realiza en el lado de baja tensión, pero que sucede si un usuario tiene en su acometida una subestación con tres transformadores. Para evitarse el instalar tres equipos de medición en el lado de baja, se coloca un equipo de medición en el lado de alta.
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Clasificación y descripción tarifaría.
Función de las tarifas. Las tarifas eléctricas cumplen simultáneamente tres funciones: la función financiera, económica y productiva-social. En el diseño de las tarifas estas funciones deben considerarse en forma tal, que cuando se atienda un aspecto, se vean sus repercusiones en los otros. Función financiera.- generar recursos para sufragar costos totales y ampliaciones futuras. Función económica.- dar una señal tarifaría para comunicar el costo real e influir, modular la demanda y promover el ahorro de energía.
Estructura. Para el servicio de suministro de energía eléctrica en México, hoy en día se ofrecen una gran variedad de tarifas; las hay para baja, media y alta tensión; generales, especificas, horarias, interrumpibles y de respaldo. Adicionalmente los cargos aplicables a cada tarifa, varían de acuerdo a la zona geográfica donde se encuentra cada usuario, la estación del año, el horario de consumo 1, el índice de precios al consumidor y los costos de los combustibles. Tres son los conceptos de cargo que se consideran en las tarifas2; cargo por demanda máxima, energía consumida y por factor de potencia como se ve en la tabla DEMANDA
Costos de inversión Costos en: -
FACTOR
ENERGIA
POTENCIA de
combustibles Centrales
-
Hidrocarburos
generadoras
-
Uranio
-
Transmisión
-
Distribución
DE
Cargos por bajo factor de potencia
Mantenimiento -
Partes
de
1
Este en el caso de las tarifas horarias.
2
Dependiendo de la tarifa aplicará uno, dos o los tres conceptos.
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Costos financieros.
repuesto
-
Interés
-
Consumibles
Bonificaciones por alto
-
Amortizaciones
-
Personal
factor de potencia
-
impuestos
Operación -
consumibles
-
personal
Tabla Conceptos de cargo que se consideran en las tarifas.
Los cargos por concepto de la demanda máxima se basan en los costos de las centrales generadoras de energía eléctrica, así como en las demás líneas de transmisión de la misma. En esta región se incluyen los cargos redituables de la inversión, agregando intereses, impuestos, amortización, etc.
Los cargos por concepto de energía consumida, comprenden los costos del combustible empleado para la generación, el mantenimiento a las instalaciones generadoras y los gastos relacionados con la operación directamente. Los cargos por concepto de factor de potencia, están relacionados con la forma de utilizar la energía eléctrica y reflejan la cantidad de energía reactiva consumida por el usuario. Para efectos de fijar las cuotas aplicables de manera tal que reflejen los costos de inversión, operación y mantenimiento de las distintas zonas geográficas del país, se ha dividido el territorio nacional por regiones, de manera tal, que para cada tarifaregión existan cuotas que reflejen la situación de la región de que se trate. Para el caso de la aplicación de las tarifas para uso residencial 1,1A, 1B, 1C, 1D y 1E, la regionalización se hace municipio por municipio, como función de la temperatura media durante los tres meses mas calidos del año. A lo largo de un día típico, el sistema eléctrico nacional atiende diferentes niveles de demanda; durante el día, los sectores comercial e industrial demandan el fluido eléctrico para su operación. Por la tarde esta demanda disminuye ligeramente debido a que algunas oficinas y escuelas suspenden actividades, pero a partir de las 18:30 horas aproximadamente, dependiendo de la época del año y la zona geográfica, entran las cargas de alumbrado publico y el sector domestico lo que ocasiona un pico de demanda, el cual termina a las 22:00 horas aproximadamente,
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la carga continua bajando hasta pasada la media noche en que se registra el nivel mas bajo, ya que únicamente se queda conectado el alumbrado publico, parte del sector industrial y la carga del sector domestico se reduce al mínimo. Esta diversidad de necesidades hace que las compañías suministradoras tengan instaladas diversos tipos de plantas, desde las termoeléctricas que por razones técnicas no pueden estar variando la carga a lo largo del día, hasta turbinas de gas, algunas hidroeléctricas y pequeñas unidades diesel para satisfacer los picos de demanda. Obviamente generar con estas unidades tiempos tan cortos de 2 a 3 horas por día resulta muy caro. Las tarifas horarias buscan reflejar estos costos marginales en el costo de energía, ofreciendo un cargo muy bajo durante la madrugada y un costo muy alto durante las horas de pico. Las tarifas se identifican oficialmente por su número y/o letra. Para la contratación y de más propósitos internos, las tarifas se denominan de acuerdo con su identificación. Ver tabla 2.2. IDENTIFICACION
TITULO
1, 1A, B, 1C, 1D, 1E, 1F, Servicio domestico, baja tensión sin límite de carga. DAC 2
Servicio general, hasta 25 KW de demanda, baja tensión.
3
Servicio general, por más de 25 KW de demanda, baja tensión.
5, 5ª
Servicio para alumbrado publico, media o baja tensión sin límite de carga.
6
Servicio para bombeo de aguas potables o negras de servicio publico, baja tensión sin límite de carga.
7
Servicio temporal, baja tensión sin límite de carga.
9, 9M
Servicio para bombeo de agua para riego agrícola, media o baja tensión sin límite de carga.
O-M
Tarifa ordinaria para servicio general en media tensión, con demanda menor de 100 KW.
H-M, HMC
Tarifa horaria para servicio general en media tensión con demanda de 100 KW o más.
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H-S
Tarifa horaria para servicio general en alta tensión, nivel subtransmisión.
H-T
Tarifa horaria para servicio general en alta tensión, nivel transmisión. Tabla Detalle de tarifas actualmente vigentes.
Para la aplicación e interpretación de las tarifas eléctricas se considera que:
a) Baja tensión.- es el servicio que se suministra en niveles de voltaje menor o iguales a 1.0 KV. b) Media tensión.- es el servicio que se suministra en niveles de voltaje mayores a 1.0 KV y menores o iguales a 35 KV. c) Alta tensión a nivel subtransmisión.- Es el voltaje que se suministra en niveles de voltaje mayores a 35 KV, y menores a 220 KV. d) Alta tensión a nivel transmisión.- Es el voltaje que se suministra en niveles de voltaje mayores o iguales a 220 KV.
El factor de carga.
El factor de carga se define como el cociente de la demanda media entre la demanda máxima y se puede calcular en base a los valores registrados en el recibo de energía eléctrica de acuerdo a las siguientes formulas:
Factor de carga = Demanda media / demanda máxima
Demanda media = KWH registrados / Hrs. Del periodo
Factor de carga = KWH registrados / (Hrs. Del periodo x Demanda máxima)
Esto es, el factor de carga nos relaciona la energía que se utiliza durante un periodo de
facturación
con
respecto
a
la
energía
eléctrica
que
las
compañías
77
suministradoras pueden proporcionar a razón de la demanda máxima medida durante ese mismo periodo. Para ilustrar en forma práctica lo que representa el factor de carga veamos el siguiente ejemplo: Se tienen dos empresas cuyo servicio se suministra en tarifa OM, la medición se efectúa en baja tensión, tienen un factor de potencia de 90%. La empresa uno demanda 80 KW y consume en el periodo de todo el mes de enero de 2000, 16000 KWH. La empresa dos, en el mismo periodo demanda 40 KW y consume 16000 KWH.
Para el mes de diciembre del 2001, la tarifa OM tiene un precio de demanda $ 50.5151 y para el consumo de $ 0.38543.
USUARIO UNO Cargo por demanda 50.5121 x 80
= $
4,040.97
Cargo por consumo 0.38543 x 16000
= $
6,166.88
Cargo por medición en B.T 0.02 x 10207.85 = $
204.15
Cargo por bajo factor de potencia
= $
0.00
Total sin impuesto
= $ 10,412.00
USUARIO DOS Cargo por demanda 50.5121 x 40
= $ 2,020.48
Cargo por consumo 0.38543 x 16000
= $ 6,166.88
Cargo por medición en B.T 0.02 x 8187.36 = $
163.74
Cargo por bajo factor de potencia
= $
0.00
Total sin impuesto
= $ 8,351.10
Factor de carga de usuario uno: FC. = (16000 / 744 x 80)100 = 26.88% Costo medio del usuario uno en KWH Costo medio = $10412.00/16000 = $ 0.6607
Factor de carga de usuario dos:
78
FC. = (16000 / 744 x 40)100 = 53.76% Costo medio del usuario dos en KWH Costo medio = $8351.10/16000 = $ 0.51171 Conclusión: a mayor factor de carga menor costo por KWH.
Cargos y bonificaciones relacionadas con el factor de potencia. Cuando el factor de potencia del servicio durante cualquier periodo de medición en el periodo de facturación, tenga un promedio menor de 90% atrasado, el suministrador tendrá derecho a cobrar al cliente la cantidad que resulte de aplicar al monto de la facturación, el porciento de recargo que se determine, según la siguiente formula %Rec3 = 3/5[(90/FP)-1]100 donde % Rec. Es el porciento de recargo por bajo factor de potencia; y el FP es el factor de potencia del periodo de facturación. El suministrador bonificara al cliente la cantidad que resulte de aplicar a la factura el porciento de bonificación, de acuerdo a lo siguiente: %Bon = ¼[1-(90/FP)] donde %Bon4 es el porciento de bonificación en la factura.
Lectura de medidores.
Mediante la simple lectura de los medidores, se puede vigilar mejor el gasto de energía y obtener el beneficio adicional de controlar los niveles de consumo y demanda para optimizar procesos. Es sencillo tomar la lectura del medidor, basta tener en cuenta los siguientes puntos: 1.- El medidor es un aparato que permite determinar el consumo de energía eléctrica utilizada y que se puede leer igual que los empleados de CFE. 2.- El registro del medidor puede tener cuatro o cinco carátulas con manecillas, las que deben leerse siempre de la misma forma. 3.- Observe que el orden de numeración de la carátula se invierte de una a otra. La manecilla de la derecha indica unidades de kilowatthora y tiene que dar una vuelta completa para que la siguiente avance una unidad. La segunda manecilla
3 4
El valor máximo de %Rec. no deberá ser mayor a 120 El porciento de bonificación no deberá ser mayor a 2.5%
79
marca decenas, la otra centenas, en seguida tenemos unidades de millar; de contar con cinco manecillas, la última indicara decenas de millar.
4.- Para leer el medidor, sitúese de frente y a la misma altura, vaya anotando en orden para cada carátula. Si la manecilla se encuentra en dos números, tome el menor entre los que se encuentra, si la manecilla esta situada sobre un numero, consulte la posición de la manecilla siguiente, si esta no ha rebasado el cero, tome entonces el numero anterior indicado. 5.- En algunos medidores, la diferencia de lecturas de multiplicarse por un valor determinado para mostrar la cantidad de energía consumida. Este valor, conocido como ‖multiplicador‖, ―constante de lecturas‖ o ―constante de medición‖, se encuentra marcado en el recibo y viene indicado como relación en el equipo de transformación para la medición. Dicho equipo es parte esencial en los sistemas de medición eléctrica, porque los voltajes o corrientes primarias son transformadas en magnitud a valores secundarios para usarse en medidores y otros dispositivos de medición diseñados a valores usuales de 120 Volts y 5 Amperios. Una segunda función es dar aislamiento entre el primario y el secundario del circuito, simplificando la construcción de los aparatos de medición y dando seguridad al personal que usa estos aparatos. Se tienen dos tipos de transformadores para instrumentos; los transformadores de potencial (TP’S), usados para medición de voltaje y los transformadores de corriente (TC’S), usados para medición de corriente. Por lo tanto, el factor de multiplicación de lecturas será el producto que resulte de multiplicar las relaciones de transformación de ambos tipos de transformadores para la medición. Esto es: FML = (RTP) (RTC) (Kr) donde RTP y RTC son las relaciones de transformación de voltaje y de corriente respectivamente, y Kr es el multiplicador propio del medidor, que normalmente es la unidad. 6.- Si se desea conocer el consumo durante un periodo cualquiera, basta tomar la lectura al principio de ese lapso y al término del mismo. La diferencia entre ambas, multiplicada por su constante, dará dicho consumo.
Medidor tipo térmico.- Este medidor suele tener dos agujas indicadoras, una de las cuales es de color rojo y nos indica la demanda actual, la otra es de color negro y
80
nos indica la demanda máxima que el servicio alcanzo en el periodo entre lecturas. A la aguja roja se le conoce como aguja impulsora debido que es la que mueve a la de color negro, por ende denominada aguja impulsada. La medición puede presentarse acoplada al medidor KWH o bien constituir por si mismo un solo medidor. Como precauciones pertinentes a la hora de la lectura, no olvide observar si la escala esta en watts o en kilowatts y multiplicar la lectura por el factor de multiplicación. Medidor tipo mecánico.- Este tipo normalmente viene acoplado al medidor de KWH y es dividido en dos gripos; indicativa con una sola aguja e indicativa con tres manecillas. Ambas señalaran la lectura máxima registrada hasta ese momento, cuyo valor habrá de multiplicarse por el factor de multiplicación para obtener la demanda máxima medida. Para leer la indicativa con tres manecillas, tómese la instrucción numero cuatro descrita para la lectura KWH y téngase presente además que una barra negra divisoria entre carátulas indica punto decimal. Por ultimo, sea cual fuere el tipo de medición de demanda, cada vez que finaliza el periodo de facturación, las manecillas son regresadas a cero, única y exclusivamente por el personal de CFE. Medidor tipo digital.-
Estos medidores se utilizan generalmente para las tarifas
horarias y cuentan una programación que permite registrar tanto la energía como la demanda máxima en cada horario de acuerdo al periodo de consumo. Cuentan con un display o pantalla digital donde aparecen de una en una las siguientes 20 lecturas; ver tabla . COD IND. PANTALLA
DESCRIPCIÓN
1
a kwh
lectura para consumo de energía dentro del horario base
2
a máx. kw
lectura de demanda máxima medida dentro del horario base
3
a cd kw
lectura de demanda máxima
medida acumulada dentro del
horario base 4
a máx. kw hora en que se presento la demanda máxima en periodo base time
5
a máx. kw fecha en que se presento la demanda máxima en periodo base date
6
b kwh
lectura para consumo de energía dentro del horario intermedio
81
7
b máx. kw
lectura de
demanda máxima medida dentro del horario
intermedio 8
b cd kw
lectura de demanda máxima medida acumulada dentro del horario intermedio
9
b máx. kw hora en que time
10
se presento la demanda máxima en periodo
intermedio
b máx. kw fecha en que se presento la demanda máxima en periodo date
intermedio
11
c kwh
lectura para consumo de energía dentro del horario punta
12
c máx. kw
lectura de demanda máxima medida dentro del horario punta
13
c cd kw
lectura de demanda máxima medida acumulada dentro del horario punta
14
c máx. kw hora en que se presento la demanda máxima en periodo punta time
15
c máx. kw fecha en que se presento la demanda máxima en periodo punta date
16
total kwh
lectura para total de consumo de energía [kwh]
17
total kvarh
lectura para total de consumo de energía
18
reset
numero de resets manuales a la demanda máxima
19
present
hora actual
time 20
present
fecha actual
date Tabla Hoja de lecturas para medidores de CFE.
Mediciones instantáneas.- El conocimiento periódico de las lecturas del medidor, ofrece una perspectiva preventiva para controlar consumo, demanda y bajo factor de potencia. Para conocer como se comportan la demanda y el factor de potencia durante algún intervalo de tiempo, se pueden realizar mediciones instantáneas. Así para determinar la demanda instantánea, consígase un cronometro y mecanice la siguiente formula: KW instantáneos = [3.6 x Kh x FML x Rev.]/ Tiempo.
82
Donde: Kh es la constante del medidor, y viene impreso en la cara frontal del medidor. La constante 3.6.- es la conversión de horas a segundos y de watts a Kw. FML.- es el factor de multiplicación de lecturas. Rev.- Es el numero de revoluciones del disco que el lector debe contabilizar. Tiempo.- son los segundos que tarda el disco en completar el número de revoluciones. El resultado será la potencia que se solicito a CFE en el momento en que se realice la medición. Si se tabulan valores dentro de un buen intervalo de tiempo, se podrá conocer el horario de operación que le provoca la demanda máxima. En forma análoga se puede calcular los KVAR instantáneos al considerar la Kh del medidor de reactivos, con las revoluciones que considere y el tiempo que se mida. Finalmente, con esta pareja de datos se puede estimar el factor de potencia instantáneo aplicando la formula siguiente:
FP = COS (ARCTANG x KVARH / KWH).
Facturación.
El primer paso para ahorrar energía eléctrica es determinar cuanta estamos desperdiciando y cuanto nos cuesta este desperdicio. Para hacerlo resulta indispensable conocer como los son los consumos y como se calcula su costo. Existen diferentes tipos de tarifas que CFE aplica a sus usuarios, en esta ocasión se mostrará la forma de facturar y los conceptos que esto implica a las tarifas 2,3, OM, HM, HS, que son las más aplicadas a la pequeña, mediana y gran industria. Ejemplo de facturación tarifa 02. Como se comento anteriormente, la Tarifa 02 es aplicable a cualquier servicio general con demanda máxima hasta de 25 KW suministrado en baja tensión. 1.- Cargo fijo
= $ 25.10349
2.- Por cada uno de los primeros 50 KWH = $
0.97824
3.- Por cada uno de los segundos 50KWH = $
1.18542
83
4.- Por cada uno de los siguientes KWH = $
1.30598
Proceso de facturación. Datos: Periodo mensual de facturación5 del 01/dic/01 a 31/dic/01 Lectura actual 45794 KWH Lectura anterior 38291 KWH El consumo se obtiene por diferencia, obteniendo un total de 7503 KWH Cargo por consumo: Primeros 50 KWH x 0.97824
= 48.912/KWH
Segundos 50 KWH x 1.18542
= 59.271/KWH
Siguientes 7403 KWH x 1.30598 = 9668.16/KWH El importe total es la suma de los cargos anteriores. Cargo fijo + Cargo por consumo 25.10349 + 9776.35 = 9801.45
Ejemplo de facturación tarifa 03. La tarifa 03 es aplicable a cualquier servicio general con demanda mayor a 25 KW, suministrado en baja tensión. Se aplican cargos por: 1.- Demanda máxima medida en KW
= $ 114.04155
2.- Energía consumida en KWH
=$
0.72123
3.- Factor de Potencia; cargo o bonificación.
Proceso de facturación. Datos: Periodo de facturación 01/dic/01 a 31/dic/01 Lectura actual
= 71462 KWH
Lectura anterior
= 47290 KWH
Demanda máxima medida
= 51 KW
Multiplicador
= 1
5
Cuando el periodo de facturación exceda de 30 días según el mes, los días excedentes se calcularan en forma proporcional.
84
Factor de Potencia
= 92.4 %
La energía consumida se obtiene por diferencia de lecturas, esta diferencia se multiplica por el multiplicador que aparece en el recibo. Consumo; (71462 – 47290) (1) Costo de los KWH; 24172 KWH x $0.72123
= 24172 KWH = 17433.57/KWH
Costo de la demanda máxima; 51 KW x $114.04155 = 5816.11/KW Para el factor de potencia se aplica la formula de bonificación siguiente:
FP > 90% bonificación = ¼(1-90/FP) 100 Para aplicar el porcentaje de bonificación se suman los importes anteriores. Consumo KWH + Demanda KW 17433.57/KWH + 5816.11/KW = $23249.68
subtotal 1
Para un Factor de Potencia de 92.4% Bonificación = ¼(1 – 90/92.4)100 = 0.6 Bonificación = 0.006 x 23249.68 = 139.498 Importe total = $23110.182
Ejemplo de facturación O-M
$ por región
Demanda máxima
Consumo KWH
dic/01 Baja California Norte Verano
Fuera de Verano Verano
55.73990 50.51216
Fuera de Verano
0.47072 0.38543
Proceso de facturación. Es similar al de la tarifa 03, excepto que se cobra un 2% cuando se mide en baja tensión. Datos: Periodo de facturación 01/dic/01 a 31/dic/01 invierno
85
Lectura actual
= 5240 KWH
Lectura anterior
= 4987 KWH
Demanda máxima medida
= 140 KW
Multiplicador
= 80
Factor de Potencia
= 82.80 %
La energía consumida se obtiene por diferencia de lecturas, esta diferencia se multiplica por el multiplicador que aparece en el recibo. Consumo; (5240 – 4987) (80)
= 20240 KWH
Costo de los KWH; 20240 KWH x $0.38543
= 7801.10/KWH
Costo de la demanda máxima; 140 KW x $50.5122 = 7071.70/KW Para el factor de potencia se aplica la formula de bonificación siguiente: Como se mide en baja tensión se cobra el 2% Consumo KWH + Demanda KW 7801.10/KWH + 7071.70/KW = $14872.80
2% baja tensión x 14872.80
= $15170.25
subtotal 1
subtotal 2
FP > 90% bonificación = 3/5(90/FP - 1)100 Para un Factor de Potencia de 82.8% Cargo = 3/5(90/82.8 - 1)100 = 5.2% Cargo = 0.052 x 15170.25 = 788.85 Importe total = $15959.10
Proceso de facturación Tarifa H-M.
1) Aplicación.- Esta tarifa se aplica a los servicios que destinen la energía en media tensión a cualquier uso, con una demanda de 100KW o más. La tensión de suministro de esta tarifa es en media tensión, o sea de mas de 1KV y hasta 35KV. Así mismo podrá ser aplicable a los servicios específicos de bombeo, cuando el suministro se efectué en la tensión de la tarifa.
86
Para efectos de aplicación de esta tarifa, se utiliza el horario oficial que rige en el territorio nacional para el registro de los consumos y demandas de energía durante los horarios de punta, intermedio y de base respectivamente. La integración de la factura esta compuesta por los siguientes conceptos:
a) Demanda facturable. b) Energía en horario punta. c) Energía en horario intermedio. d) Energía en horario base. e) La penalización o bonificación por factor de potencia.
2) Cuotas aplicables en el mes de abril del 2001. Se aplicaran los siguientes cargos por demanda facturable, por la energía de punta, intermedia y base.
Cargo por Región
Cargo por
Kilowatt de Kilowatt-hora
Cargo por
Cargo por
Kilowatt-hora Kilowatt-hora
Demanda
De energía de De energía
De energía
facturable
punta
Intermedia
Base
1.333
0.3690
0.2903
Baja California 97.56
3) Mínimo mensual.- El importe que resulta de aplicar el cargo por kilowatt de demanda facturable al 10% de la demanda contratada. 4) Demanda contratada.- La demanda contratada la fijara inicialmente el usuario; su valor no será menor del 60% de la carga total conectada, ni menor de 100KW o de la capacidad del mayor motor o aparato instalado.
87
En el caso de que el 60% de la carga total conectada exceda la capacidad de la subestación del usuario, solo se tomara como demanda contratada la capacidad de dicha subestación a un factor del 90%. 5) Horario.- Para los efectos de aplicación de esta tarifa, se utilizaran los horarios locales oficialmente establecidos. Por los días festivos se entenderán aquellos de descanso obligatorio, establecidos en el articulo 74 de la Ley Federal del Trabajo, a excepción de la fracción IX, así como los que establezcan por acuerdo presidencial. 6) Periodos de punta, Intermedio y Base.- Estos periodos se definen en cada una de las regiones tarifarías para distintas temporadas del año, como se describe a continuación.
Día de la
Tarifa Vigencia
semana
Base
a
Intermedio
Punta
0:00-12:00
12:00-22:00
HM
Del 1er. Domingo
Lunes
HS
De abril, al
viernes
HSL
Sábado anterior al
24:00
ultimo domingo de Sábado
0:00-19:00
octubre
22:00-
22:00-
19:00-22:00
24:00
Del domingo
Domingo
21:00-
y festivos
24:00
ultimo Lunes de Viernes
a 0:00-18:00
0:18-22:00
22:00-24:00
88
octubre,
al Sábado
0:00-18:00
18:00-
sábado anterior al
21:00-24:00
21:00
primer
0:00-19:00
19:00-
21:00-24:00
21:00
domingo Domingo
de abril.
y festivos
Tarifas para distintas temporadas del año de la región Baja California.
7) Demanda facturable.- La demanda facturable se define como se establece a continuación: DF = DP + FRI x máx. (DI – DP, 0) + FRB x máx. (DB – DPI, 0) Para la región Baja California en las tarifas HS, HSL, HT y HTL, la demanda facturable se define como: DF = DP + 0.199 x máx. (DS – DP, 0) + FRI x máx. (DI – DPS, 0) + FRB x max. (DB – DPSI, 0), donde: DP
= demanda máxima medida en periodo de punta.
DS
= demanda máxima medida en periodo de semipunta.
DI
= demanda máxima medida en periodo intermedio.
DB
= demanda máxima medida en periodo de base.
DPS = demanda máxima medida en periodos de punta y semipunta. DPSI = demanda máxima medida en periodos de punta y semipunta e intermedio. DPI = demanda máxima medida en periodos de punta e intermedio. FRI y FRB son los factores de reducción que tendrán los siguientes valores; dependiendo de la región tarifaría.
Región Baja California
HM FRI
FRB
HS y HSL
HT y HTL
FRI
FRI
FRB
FRB
0.141 0.070 0.066 0.033 0.066 0.033
Baja California sur 0.195 0.097 0.124 0.062 0.104 0.052 Central
0.300 0.150 0.200 0.100 0.100 0.050
Noreste
0.300 0.150 0.200 0.100 0.100 0.050
Noroeste
0.162 0.081 0.101 0.050 0.048 0.024
Norte
0.300 0.150 0.200 0.100 0.100 0.050
89
Peninsular
0.300 0.150 0.200 0.100 0.100 0.050
Sur
0.300 0.150 0.200 0.100 0.100 0.050
8) Temporadas de verano y fuera de verano.- Para la aplicación de las cuotas aplicables en las regiones Baja California, Baja California Sur y Noroeste se definen las siguientes temporadas: Verano. Región Baja California; del 1º de mayo, al sábado anterior al ultimo domingo de octubre. Región Baja California Sur; del primer domingo de abril, al sábado anterior al ultimo domingo de octubre. Noroeste; del 16 de mayo, al sábado anterior al ultimo domingo de octubre. Fuera de verano. Región Baja California; del ultimo domingo de octubre, al 30 de abril. Región Baja California Sur; del ultimo domingo de octubre, al sábado anterior al primer domingo de abril. Noroeste; del ultimo domingo de octubre al 15 de mayo. 9) Demanda máxima medida.- La demanda máxima medida se determinara mensualmente por medio de instrumentos de medición, que indican la demanda media en kilowatts, durante cualquier intervalo de 15 minutos, en el cual el consumo de energía eléctrica sea mayor que en cualquier otro intervalo de 15 minutos en el periodo de facturación. Cualquier fracción de kilowatt de demanda máxima medida se tomara como kilowatt completo. Cuando la demanda máxima medida exceda de 100KW, el usuario deberá solicitar al suministrador su incorporación a la tarifa H-M. De hacerlo, al tercer mes consecutivo en que exceda la demanda de 100KW, será reclasificado por el suministrador en la tarifa H-M, notificándole al usuario. 10) Deposito en garantía.- dos veces el importe que resulte de aplicar el cargo por demanda máxima medida a la demanda contratada. Cabe mencionar que las cuotas indicadas se determinan conforme a lo dispuesto en el acuerdo de autorización de ajuste y modificación, publicado en el Diario Oficial de la Federación.
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2.1 CONDUCTORES. a) Generalidades, clasificación y aplicación de los conductores eléctricos Un conductor eléctrico es aquel material que ofrece poca resistencia al flujo de electricidad. La diferencia entre un conductor y un aislante, que es un mal conductor de electricidad o de calor, es de grado más que de tipo, ya que todas las sustancias conducen electricidad en mayor o en menor medida. Un buen conductor de electricidad, como la plata o el cobre, puede tener una conductividad mil millones de veces superior a la de un buen aislante, como el vidrio o la mica. El fenómeno conocido como superconductividad se produce cuando al enfriar ciertas sustancias a un temperatura cercana al cero absoluto su conductividad se vuelve prácticamente infinita. En los conductores sólidos la corriente eléctrica es transportada por el movimiento de los electrones; y en disoluciones y gases, lo hace por los iones. Resistencia es la propiedad de un objeto o sustancia que hace que se resista u oponga al paso de una corriente eléctrica. La resistencia de un circuito eléctrico determina —según la llamada ley de Ohm— cuánta corriente fluye en el circuito cuando se le aplica un voltaje determinado. La unidad de resistencia es el ohmio, que es la resistencia de un conductor si es recorrido por una corriente de un amperio cuando se le aplica una tensión de 1 voltio. La abreviatura habitual para la resistencia eléctrica es R, y el símbolo del ohmio es la letra griega omega. En algunos cálculos eléctricos se emplea el inverso de la resistencia, 1/R, que se denomina conductancia y se representa por G. La unidad de conductancia es siemens, cuyo símbolo es S. Aún puede encontrarse en ciertas obras la denominación antigua de esta unidad, mho. La resistencia de un conductor viene determinada por una propiedad de la sustancia que lo compone, conocida como conductividad, por la longitud por la superficie transversal del objeto, así como por la temperatura. A una temperatura dada, la resistencia es proporcional a la longitud del conductor e inversamente proporcional a su conductividad y a su superficie transversal. Generalmente, la resistencia de un material aumenta cuando crece la temperatura. La mayoría de los conductores eléctricos empleados en las instalaciones eléctricas son de cobre o de aluminio, pues poseen buena conductividad. Comparativamente el aluminio tiene aproximadamente el 84 % de la conductividad del cobre, pero es más liviano; en lo referente al peso, puede tenerse con el mismo peso casí cuatro veces mayor cantidad de conductor de aluminio, que de cobre. Es práctica común en nuestro país, emplear el sistema de calibración de conductores denominado American Wire Gage (AWG), sin embargo deberán manejarse las dimensiones en milímetros cuadrados (mm 2) para estar de acuerdo a lo estipulado por la NOM.
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Aislamiento de los conductores. La variedad de aislamientos empleados en los conductores eléctricos es amplia para poder satisfacer las diferentes necesidades. A manera de resúmen se cita lo siguiente:
A Aislamiento de asbesto. MI Aislamiento mineral. R Aislamiento de hule. SA Aislamiento de silicio-asbesto. T Aislamiento termoplástico. V Aislamiento de cambray con barniz. X Aislamiento de polímero sintético con barniz. FEP Etileno Propileno Fluorado. RHW Polímero sintético o de cadena cruzada resistente al calor y a la flama. THW-LS Termoplástico resistente a la humedad, al calor y a la propagación de incendio. Conductor aislado: Conductor rodeado de un material de composición y espesor reconocidos por la NOM como aislamiento eléctrico. Conductor cubierto: Conductor rodeado de un material de composición o espesor no reconocidos por la NOM como aislamiento eléctrico. Conductores de acometida: Conductores comprendidos desde el punto de acometida hasta el medio de desconexión de la acometida. Conductores de entrada de acometida, sistema aéreo: Conductores de acometida comprendidos entre las terminales del equipo de la acometida y un punto comúnmente fuera del edificio, y separado de sus paredes, donde se unen por derivación o empalme a la bajada de la acometida aérea. Conductores de entrada de acometida, sistema subterráneo: (lateral) Conductores de acometida comprendidos entre las terminales del equipo de la acometida y el punto de conexión con la acometida lateral. Conductor del electrodo de puesta a tierra: Conductor utilizado para conectar el electrodo de puesta a tierra al conductor de puesta a tierra del equipo, al conductor puesto a tierra o a ambos, del circuito en el equipo de acometida o en la fuente de un sistema derivado separado. Conductor desnudo: Conductor que no tiene ningún tipo de cubierta o aislamiento eléctrico. Conductor de puesta a tierra: Conductor utilizado para conectar un equipo o el circuito puesto a tierra de un sistema de alambrado al electrodo o electrodos de puesta a tierra.
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Conductor de puesta a tierra de los equipos: Conductor utilizado para conectar las partes metálicas no-conductoras de corriente eléctrica de los equipos, canalizaciones y otras envolventes al conductor del sistema puesto a tierra, al conductor del electrodo de puesta a tierra o ambos, en los equipos de acometida o en el punto de origen de un sistema derivado separado. Conductor puesto a tierra: Conductor de un sistema o circuito puesto tierra. 1
intencionadamente
Conductores para alambrado en general
a) Aislados. Los conductores deben estar aislados. 1 b) Material de los conductores. Deben ser de cobre o de aluminio. Cuando se especifiquen conductores de aluminio o aleaciones de aluminio, el tamaño nominal mínimo debe ser 13,3 mm2 (6 AWG) Conductores cableados. Los conductores de tamaño nominal 8,367 mm2 (8 AWG) y mayores deben ser cableados, cuando van instalados en canalizaciones. Conductores en paralelo. Los conductores cobre o de aluminio de tamaño nominal 53,48 mm2 (1/0 AWG) y mayo-res, que sean los conductores de fase, el neutro o el conductor puesto a tierra de un circuito, pueden ir conectados en paralelo (unidos eléctricamente en ambos extremos para formar un solo conductor). Los conductores en paralelo de fase, neutro o puesto a tierra en cada circuito, deben ser:
1) De la misma longitud. 2) Del mismo material conductor. 3) Del mismo tamaño nominal. 4) Con el mismo tipo de aislamiento. 5) Con terminales de las mismas características.
Cuando los conductores se instalen en cables o en canalizaciones distintas, los cables y canalizaciones deben tener las mismas características físicas.
NOTA: Eligiendo apropiadamente los materiales, forma de construcción y orientación de los conductores, se pueden minimizar las diferencias de reactancia inductiva y la división desigual de corriente eléctrica. Para conseguir ese equilibrio, no es necesario que los conductores de una fase, neutros o puestos a tierra sean los
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mismos que los de la otra fase, neutros o puestos a tierra para obtener el balance.
Tamaño nominal mínimo de los conductores. En la Tabla 2.1 indica el tamaño nominal mínimo de los conductores permitidos. 1
Tabla 2.1 Tamaño nominal mínimo de los conductores Tensión eléctrica nominal mm2 (AWG) del conductor De 0 a 2000 De 2001 a 5000 De 5001 a 8000 De 8001 a 15000 De 15001 a 25000 De 28000 a 35000
2,082 (14) 13,3 (6) 8,367 (8) 13,3 (6) 13,3 (6) 33,62 (2) 42,41 53,48 (1/0)
Material Cobre Aluminio Cobre Aluminio Cu o Al Cu o Al Cu o Al Cu o Al
Blindaje. Los conductores aislados con dieléctrico sólido en instalaciones permanentes que operen a más de 2000 V, deben tener un aislamiento resistente al ozono y estar blindados. Conductores directamente enterrados. Los conductores que vayan directamente enterrados deben ser de un tipo aprobado e identificado para ese uso. Los cables de más de 2000 V nominales deben estar blindados. En lugares mojados
a) Conductores aislados. Los conductores aislados que se utilicen en lugares mojados deben ser (1) recubiertos con plomo; (2) de los tipos RHW, TW, THW, THW-LS, THHW, THHW-LS, THWN o XHHW, o (3) de un tipo aprobado y listado para uso en lugares mojados.
b) Cables. Los cables de uno o más conductores utilizados en lugares mojados, deben ser de un tipo aprobado y listado para su uso en lugares mojados. Los conductores que se utilicen enterrados directamente deben ser de un tipo aprobado y listado para dicho uso. Condiciones corrosivas. Los conductores expuestos a aceites, grasas, vapores, gases, humos, líquidos u otras sustancias que tengan un efecto corrosivo sobre el conductor o el aislamiento, deben ser de un tipo adecuado para esa aplicación. Límites de temperatura de los conductores. Ningún conductor se debe utilizar de modo que su temperatura de funcionamiento supere la del diseño para el tipo de
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conductor aislado al que pertenezca. En ningún caso se deben unir los conductores de modo que se supere el límite de temperatura de cualquier conductor con respecto al tipo de circuito, método de alambrado aplicado o número de conductores. Los principales determinantes de la temperatura de operación de los conductores son: 1) La temperatura ambiente. La temperatura ambiente puede variar a lo largo del conductor y con el tiempo.
2) El calor generado interiormente en el conductor por el paso de la corriente eléctrica, incluidas las corrientes fundamentales y sus armónicas.
3) El factor de disipación del calor generado al medio ambiente. El aislamiento térmico que cubre o rodea a los conductores, puede afectar ese factor de disipación.
4) Conductores adyacentes que transportan carga. Los conductores adyacentes tienen el doble efecto de elevar la temperatura ambiente y de impedir la disipación de calor. Material de los conductores de aluminio. Los conductores cableados de aluminio en tamaño nominal de 13,3 mm2 (6 AWG) y mayores, de tipos XHHW, XHHW-2, RHW, RHH y RHW-2, conductores para entrada de acometida tipo SE estilo U y SE estilo R, deben ser de aleación de aluminio AA 8000. 1
No se permite el uso de conductores de aluminio o de aleación de aluminio en tamaños nominales menores a 13,3 mm2 (6 AWG). La capacidad de conducción de corriente permanentemente admisible es el resultado de tener en cuenta uno o más de los siguientes factores: 1. La compatibilidad en temperatura con equipo conectado, sobre todo en los puntos de conexión.
2. La coordinación con los dispositivos de protección contra sobre corriente del circuito y de la instalación. 3. El cumplimiento de los requisitos del producto de acuerdo con su norma específica correspondiente.
4. El cumplimiento de las normas de seguridad establecidas por las prácticas industriales y procedimientos normalizados.
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Supervisión por personas calificadas. Con la supervisión de personas calificadas, se permite calcular la capacidad de conducción de corriente de los conductores mediante la siguiente fórmula general: 1
Ecuación: TC - TA + DTD I = -------------------------RCD 1+YC RCA
Donde: TC = Temperatura del conductor en ºC. TA = Temperatura ambiente en ºC. DTD = Incremento de la temperatura por pérdidas del dieléctrico. RCD = Resistencia de c.c. del conductor a la temperatura TC. YC = Componente de resistencia de c.a. debida a los efectos superficial y de proximidad. RCA = Resistencia térmica efectiva entre el conductor y el ambiente que lo rodea. Selección de la capacidad de conducción de corriente. Cuando se calculan diferentes capacidades de conducción de corrientes que se pudieran aplicar para un circuito de longitud dada, se debe tomar la de menor valor. 1
Ductos eléctricos. se entiende por ductos eléctricos cualquiera de los sistemas de tubo (conduit) como adecuados para uso subterráneo; y otras canalizaciones de sección transversal circular aprobadas y listadas para uso subterráneo, ya sea enterradas directamente o embebidas en concreto. Más de tres conductores activos en un cable o canalización. Cuando el número de conductores activos en un cable o canalización, sea mayor a tres, la capacidad de conducción de corriente se debe reducir como se indica en la siguiente Tabla 2.2.
Tabla 2.2 Número de conductores activos
Por ciento de valor de las tablas ajustado
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para la temperatura ambiente si fuera necesario De 4 a 6 De 7 a 9 De 10 a 20 De 21 a 30 De 31 a 40 41 y más
80 70 50 45 40 35
Cuando los conductores y los cables multiconductores vayan juntos una distancia de más de 0,60 m sin mantener la separación y no vayan instalados en canalizaciones, las capacidades de conducción de corriente de cada conductor se deben reducir como se indica en la tabla anterior. Más de un ducto o canalización. Se debe conservar la separación entre ductos o canalizaciones.
b) Cálculo de conductores eléctricos
Para la correcta selección de un conductor eléctrico deben considerarse varios factores, a saber:
El valor máximo del voltaje que se aplicará La capacidad de conducción de corriente eléctrica El valor máximo de la caída de tensión El cálculo del conductor debe efectuarse de dos maneras: por corriente y por caída de tensión. El resultado del cálculo que arroje el conductor de mayor sección transversal será el que se seleccione.
Cálculo por corriente Cálculo por caída de tensión. Formulas a emplearse:
VA I = --------En
1F - 2H
4LI S = ---------En e%
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VA I = ------2 En
1F - 3H
2LI S = ---------En e%
VA I = ------------1.732 Ef
3F - 3H
2x1.732 LI S = ---------------Ef e%
Donde: I = VA = En = S = L = Ef = e% =
Corriente eléctrica en Amperes Potencia aparente en Voltamperes de la carga Voltaje de fase a neutro en Voltios Sección transversal del conductor en mm2 Longitud del circuito considerado en metros Voltaje entre fases en Voltios Caída de tensión en porciento
* Tablas de conductores: Ver Anexo 1
2.2 CÁLCULO Y SELECCION DE CENTROS DE CARGA
Por centro de carga se entiende el conjunto de elementos agrupados determinado lugar desde donde se controla la alimentación de energía eléctrica una instalación o de una zona (sección o rama). Puede tratarse de solamente tablero que contenga todos los elementos, o también puede ser un conjunto
en de un de
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interruptores, instrumentos de medición y otros dispositivos colocados en un muro y que juntos desarrollen la función de controlar la distribución de la energía a circuitos derivados. A continuación se describen estos arreglos de diferentes centros de carga.
Tablero de circuitos derivados. Por tablero eléctrico se entiende un gabinete metálico con un circuito de alimentación que contiene los elementos necesarios para la distribución de energía eléctrica a varios circuitos llamados derivados. El centro de carga compacto o tablero de marco metálico se fabrica en distintos tamaños y formas. Tiene por lo general un sistema de barras para las fases (1, 2 o 3), y una barra para el neutro. Las barras de las fases están provistas con conexiones o terminales para recibir interruptores termomagnéticos de uno, dos o tres polos, para la alimentación de circuitos monofásicos, bifásicos o trifásicos. El numero de circuitos derivados monofásicos esta limitado a 42 por tablero, es decir, que pueden tener 14 salidas por fase. Es conveniente tener un interruptor principal para control y protección de la alimentación del tablero, que puede estar incluido en el arreglo de las barras o colocado por separado.
Centro de carga con derivación en caja. Este tipo de centro de carga consiste en un arreglo de un interruptor general en un modulo metálico colocado en un muro junto con otros interruptores similares de menor corriente nominal. Del interruptor principal sale la alimentación a los interruptores derivados a través de conexiones que están alojadas en tuberías o ductos.
Centro de carga a prueba de explosión. Generalmente no se dispone de tableros totalmente sellados, pues resultan muy caros, de tal forma que si el centro de carga va a estar en un recinto con peligro de explosión, se requiere que los elementos que los constituyen sean sellados y a prueba de explosión. La interconexión entre estos elementos debe hacerse con conductores aislados, cuidando que en cada tornillo no haya más de dos conductores. Además, todas estas conexiones deberán estar entubadas y perfectamente selladas a prueba de explosión. Es conveniente conectar los elementos de los dos extremos entre si para asegurar doble alimentación en caso de que se afloje alguna conexión.
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Tableros generales. Los tableros generales normalmente van colocados en subestaciones o cuartos especiales para ubicar equipo eléctrico. Su alimentación se hace por medio de barras o cables directamente del secundario del transformador. Por lo general son auto soportados y para su operación y mantenimiento requieren de espacio de circulación en la parte posterior.
Los aspectos que deben vigilarse para su diseño son:
Distancia de seguridad, tanto interior como exterior al tablero. Adecuada sección transversal de las barras. Soportes y aisladores suficientemente robustos y fijados rígidamente. Equipos e instrumentos aislados y suficiente rigidez mecánica. Protecciones adecuadas.
Localización de los centros de carga Para ubicar un centro de carga en un área que tiene varias cargas dispersas, se recomienda encontrar el punto de la instalación denominado centro de peso de la carga. Este punto es aquel que cumple con la condición de que la suma de todos los productos de la corriente de cada carga por su distancia al centro de peso de la lamina.
Por lo general este punto resulta accesible para la localización física del centro de carga, pero puede buscarse un lugar próximo adecuado que de preferencia se acerque a la alimentación. A continuación se plantea el procedimiento para encontrar el centro de peso de la carga: En el plano constructivo del área considerada se define un sistema de ejes cartesianos y se obtienen las coordenadas (X, Y) para cada carga. Entonces, utilizando las siguientes expresiones obtienen las coordenadas del punto donde se cumple la condición planteada para el centro de peso de la carga.
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Donde: j
= 1,…..n
Ij
= corriente de cada carga.
Xj, Yj= coordenadas de cada carga.
Se puede usar la potencia en vez de la corriente cuando las cargas tienen el mismo número de fases y se considera el voltaje constante. Para pocas cargas, estos cálculos se pueden realizar a mano, pero también se puede elaborar un programa de computadora, que evitar cálculos repetitivos.
a) Conocimiento y selección de accesorios de baja tensión Dado la gran diversidad de accesorios que pueden llegarse a emplear en una instalación eléctrica, a continuación se dá una pequeña muestra de algunos de ellos. Durante el tiempo de clase en el aula y en las prácticas y visitas que se realizarán, se detallará sobre las características, aplicación, presentaciones, materiales y demás información relativa a los accesorios. 1
Un extremo se suministra con cople
Extremos con rosca
La longitud de cada tramo es de 3.05 M. Tubo conduit metálico rígido de pared gruesa. Se fabrica en diámetros de 1/2 plg. a 6 plg. el interior debe ser liso para no dañar los conductores.
Sin rosca en los extremos
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Tubo conduit intermedio o semi pesado. Tubo conduit metálico de pared delgado (rígido ligero).
Tubo Conduit de pared delgada y conectores.
Abrazaderas para tubo Conduit
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Formas de efectuar cambios de dirección con tubos conduit
Por medio de doblado del tubo conduit.
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Con Condulets.
Tubo Conduit de pared Gruesa y conectores
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- Galvanizadas para proteger contra la corrosión y oxidación. - El No. 1MW62 acepta paredes de 3/4 plg. de espesor.
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b) Selección y funcionamiento de interruptores de seguridad
En esta sección se proporciona información relativa a situaciones anormales o fallas que pueden provocar daños en elementos de la instalación, interrupciones del servicio, o aun mas importante, poner en peligro la integridad física de las personas que operan la instalación o que desarrollan su trabajo en la proximidad de esta.
Dispositivo de protección. Un dispositivo de protección en su sentido mas amplio es aquel que al presentarse una falla abre el circuito. Para lograr esto, se requiere desempeñar dos funciones:
Detectar o censar la falla y ejecutar la interrupción.
Características de un sistema de protección.
Confiabilidad.-es la característica mas importante, ya que una protección debe ofrecer certidumbre de que operara siempre que se presenten las condiciones anormales para las que fue diseñada. Esta característica se cumple mas fácilmente mientras mas sencillos son los mecanismos que detectan e interrumpen la falla. Rapidez.-seria deseable que una protección operara inmediatamente después de que ocurriese la falla; sin embargo, esto no es posible debido a que las señales eléctricas requieren de cierto tiempo para accionar mecanismos que a su vez tardan en los siguientes términos: operación instantánea es aquella que caracteriza a una protección que no tiene retrazo voluntario, y operación de tiempo definido que es la que integra cierta variable en el tiempo.
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Selectividad.-es una característica que se atribuye a un sistema de protección en conjunto. Si se supone un sistema eléctrico de configuración radial, cada rama que parte de la acometida tiene varios elementos de protección; el ultimo es aquel que protege contra una falla en el equipo colocado al final de una rama. Una protección selectiva que al ocurrir una falla en alguna rama de la instalación, opera para aislar la parte estrictamente necesaria de la rama donde ocurrió la falla. Es decir, opera la protección más cercana a la falla conocida como protección primaria. Entonces se puede decir que la selectividad es la característica del sistema de protección que hace que en caso de falla opere la protección primaria. Si por alguna razón no funciona una operación primaria, debe operar la de respaldo, es decir la que sigue al lado de la alimentación. La función de respaldo se entiende únicamente para los casos de fallas de corto circuito, ya que la sobre descarga de una derivación puede no ser suficiente como para que opere un respaldo.
Interruptores termo magnéticos. El interruptor termo magnético se utiliza con mucha frecuencia debido a que es un dispositivo de construcción compacta que puede realizar funciones de conexión o desconexión, protección contra cortocircuito y contra sobrecarga en instalaciones de baja tensión (hasta 600v). Está constituido por una caja moldeada con terminales y una palanca para su accionamiento. En el interior están los contactos que tienen una cámara para la excitación del arco. El sistema de disparo trabaja a base de energía almacenada: al operar la palanca para cerrar los contactos, se oprime un resorte donde se almacena la energía; al operar los dispositivos de protección se libera la energía, y la fuerza del resorte separa los contactos.
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3.1 INTRODUCCION A LA ILUMINACION Una de las primeras aplicaciones de la ingeniería eléctrica en el mundo fue la del alumbrado. En México, los procedimientos rudimentarios utilizados antes de la Colonia y las técnicas empleadas para la iluminación urbana durante el Virreinato pueden considerarse como los antecedentes de los modernos sistemas, cuyo desarrollo ha sido posible gracias a los grandes progresos de la ingeniería eléctrica. En las grandes civilizaciones de la antigüedad como la teotihuacana, egipcia, griega, maya, inca, etc., se utilizo la iluminación artificial producidas por el fuego. Los espléndidos murales interiores de los grandes templos y pirámides requirieron para su realización de considerabl4es internos de manera que tuvieran buena ventilación e iluminación para poder realizar en ellos labores de gobierno y actividades religiosas durante el DIA. En el feudalismo se acostumbraba iluminar castillos y casas con antorchas y candiles colgantes en los muros, se colocaban no donde podían dar los mejores resultados de iluminación, sino donde su calor, humo y goteo causaran las menores molestias. Conviene mencionar que en la ciudad de México hubo formas de alumbrado publico desde la época de los aztecas. Se sabe que entonces se encendían hogueras en lo algo de los tecalis y que se colocaban antorchas de ochote en las paredes de las casas para indicar la entrada de las mismas; también se usaban recipientes en forma de braseros, en los cuales sé prendían luminarias en las bocacalles y plazuelas. Estos braseros eran de basalto o de barro, decorados con los signos representativos del dios del fuego y pueden considerarse como la primera unidad de alumbrado que hubo en la ciudad de México. La evolución del alumbrado publico en nuestro país, se inicia bajo el gobierno virreinal de Juan Vicente Güemes Pacheco de Padilla, segundo conde de Revillagigedo; quien en el mes de Abril de 1790 formula reglamentos de dotación y conservación del alumbrado en la zona urbana de la ciudad. De México; establece una oficina de policía, creando las figuras de un guardia mayor un ayudante y guardaforoleros dotados de un chuzo, un silbato, una linterna, una aceitera con extracto de nabo o ajonjolí, paños y una escalera. Los guardaforoleros tenían la tarea de encender y apagar los faroles además de la obligación por las noches, de anunciar por las calles la hora y el tiempo y si había algún peligro o todo estaba sereno, de aquí que a los guardias nocturnos hasta hace poco se les llamara ―Serenos‖ Las técnicas de iluminación establecidas por Revillagigedo perduraron hasta finales del siglo XIX. En algunas calles si instalaron faroles pendientes de un alambre sostenido en las dos aceras y en otras sobre pies de gallo. En 1801 la capital de Nueva España disponía de 1200 faroles. Después del alumbrado de aceite se adopto como comestible el llamado gas liquido, extraído de la trementina, que más
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tarde fue sustituido por hidrogeno. En 1867 el ayuntamiento de la capital de la republica introdujo importantes mejoras, como la extensión del servicio y perfeccionamiento del iluminante,, objeto para el que se empleo hidrogeno bicarbonatado que se producía en México, preferentemente a partir de la brea, y que era distribuido al sistema de alumbrado a través de conductos. Con la generación eléctrica se hizo llegar este nuevo avance al alumbrado, y en 1891 se instalaron en la ciudad de México las primeras 40 lámparas de arco entre la plaza de la constitución y la plaza de la reforma, comúnmente llamada del caballito sobre las calles de Plateros y San Francisco (actual Madero) y su prolongación a un costado de la alameda central. Se utilizo el sistema creado por Charles Brush, cuya operación esta basada en los arcos de carbón, usados aun hoy en día en las lámparas buscadoras y hasta hace muy poco en cines y teatros. Para 1897 la ciudad de México contaba ya con un alumbrado publico de 332 lámparas de 2000 bujías y 196 de 1500 bujías; la corriente eléctrica la suministraba una planta termoeléctrica instalada en Nonalco, con capacidad de generación de 4800 KW. En este mismo año se colocaron las primeras lámparas en candelabros y se comenzó a instalar faroles colgantes en los cruceros de las calles. Con el capitalismo y la revolución industrial se invento la maquina de vapor, la bombilla eléctrica y se requirió de producir satisfactores materiales y de servicio para la población. Las actividades en los talleres y oficinas publicas se prolongaron hasta altas horas de la noche, por lo que se desarrollaron y perfeccionaron las instalaciones de alumbrado. Desdichadamente los proyectistas de las primeras instalación dieron por hecho que los soportes en las paredes y los candiles colgantes tenían cualidades reales de iluminación, lo que atraso por cincuenta años la madurez arquitectónica del alumbrado artificial, ya que la mayor dificultad en la iluminación de este tipo se debía a la escasez de cocimientos sobre el proceso científicos basados en el funcionamiento real del proceso visual, en el desarrollo de la luz artificial eléctrica y en el conocimiento de la fonometría, para proyectar instalaciones de alumbrado como parte integral de una construcción arquitectónica en la que se combinan las instalaciones de luz artificial con las obras para proporcionar luz difuma por medio de tragaluces, cubos y ventanales Percepción visual
El ojo es un mecanismo fisiológico que se parece en su funcionamiento al de una cámara fotográfica. Los rayos luminosos que entran a través del cristalino (lente), pasan por la pupila e inciden sobre las células fotosensibles localizadas en el fondo de la superficie interna del globo ocular llamada retina (lo que en la cámara fotográfica es la película), el párpado hace la función de obturador y el iris el diafragma que regula la entrada de luz.
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Hay dos tipos de células fotosensibles en la retina: bastones y conos. La mayoría de los conos están agrupados en una pequeña área cerca del centro de la retina (fóveafoco), donde los rayos luminosos enfocados por el cristalino forman una imagen invertida. Su agrupamiento se hace menos denso a medida que aumenta la distancia a la bobea. Su fina disposición en mosaico permite que se forme una imagen clara y nítida, que es transmitida por el nervio óptico al cerebro que la percibe como una idea consciente. Los conos nos permiten leer e inspeccionar objetos cercanos, distinguir colores y hacer comparaciones visuales precisas. La concentración de los conos disminuye a medida que aumenta la distancia a la fovea. Esto significa que fuera de la pequeña abertura del pequeño ángulo visual dominado por los conos, la claridad y agudeza visual disminuye rápidamente. Los conos son insensibles a los niveles bajos de iluminación y su mayor concentración esta en la bobea, zona del centro de la retina de unos 0.3 mm de diámetro. Por su parte, los bastones desempeñan otro papel en la visión, están menos densos que los conos y se encuentran dispersos sobre toda la superficie interna del globo ocular. Son mucho más sensibles a la luz y por su escasa y torpe disposición en mosaico no producen una imagen finamente enfocada. Además, están conectados por nervios no al cerebro sino directamente a músculos en distintas partes del cuerpo, lo cual hace posible que se produzcan reflejos musculares automáticos para proteger el cuerpo y los ojos de objetos en el aire. A los bastones se debe una visión mucho más amplia y con bajos niveles de iluminación, repoden poco al color y existen solo fuera de la fovea, aumentando su densidad a medida que se alejan de esta, son muy sensibles al movimiento y a las oscilaciones luminosas.
Tabla 1. Comparación de la visión fovea. VISIÓN FÓVEA POR LOS CONOS Campo estrecho de visión. Visión por esfuerzo consciente. Visión precisa. Necesidad de iluminación adecuada. Sensibilidad al color. Comparaciones visuales precisas.
VISIÓN POR LOS BASTONES Amplio campo de visión. Visión instintiva de rápida reacción. Visión general. Visión sensible (nocturna) Poca reacción a los colores. Capta si hay equilibrio en el ambiente.
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Se puede considerar que el proceso adopta diferentes formas de acuerdo con la constitución del ojo, los niveles de iluminación y el campo de visión sobre el que actúa. Grafica 1. Curvas de eficacia lumínica espectral v VF 1.0
VE
0.8 0.6 0.4 0.2 0
nm 400
500
600
700
i
Curvas de eficacia lumínica espectral para visión fotopila VF y visión escoto pica VE, normalizadas por la CIE para un observador fotométrico patrón (las curvas muestran la capacidad relativa del ojo para evaluar la energía radiante de las distintas longitudes de onda del espectro visible)
Sensibilidad del ojo. El ojo no responde con la misma sensibilidad a las diferentes longitudes de onda de las radiaciones electromagnéticas del espectro visible, es decir, que no es igualmente sensible a todos los colores. Por ejemplo, se sabe que el color amarillo es el que con mayor intensidad impresiona a los ojos. De hecho la sensibilidad máxima del ojo reside en el amarillo-verdoso en una longitud de onda de unos 554nm. Esto significa que el ojo humano distingue mas rápidamente objetos iluminados con estos colores. De ahí el uso de los ―faros de niebla‖ de color amarillo y la tendencia a pintar de anaranjado o amarillo las zonas o partes peligrosas en maquinaria e industrias. La curva normal de sensibilidad del ojo se basa en la visión de conos que también se llama visión fotopica. A muy bajos niveles de iluminación del orden de unos 0.05 lux o menos, son los bastones quienes se encargan de todo el proceso visual, apareciendo entonces una nueva curva de sensibilidad del ojo igual a la normal de visón con conos, pero desfasada unos 48nm hacia el extremo azul del espectro. A este desfasamiento se le conoce como efecto Purkinje, por lo cual en la oscuridad el ojo se hace relativamente sensible a la energía en el extremo azul del espectro visible.
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En suma, un sistema de alumbrado debe suministrar iluminación suficiente y adecuada para la visión en detalles con los conos y, además, proporcionar una relación cómoda de equilibrio entre lo brillante y lo obscura para dar contrastes suaves en todo el campo visual en la visión con los bastones. Un sistema de alumbrado bien proyectado proporciona iluminación suficiente para el trabajo visual que se realiza, con una visón sostenida y sin fatiga (visión con los conos), y una iluminación equilibrada de los alrededores para dar una sensación de comodidad, de bienestar y aun hasta de seguridad (visión con los bastones) Un ejemplo extremo de un alumbrado proyectado solo para proporcionar iluminación sobre la tarea visual, es un reflector dirigido sobre un escritorio en un cuarto oscuro. La mancha de luz producida descuida la iluminación, da un contraste desequilibrado entre lo brillante y lo oscuro para la visión con bastones, proporciona una sensación de inseguridad e incomodidad, así como perdida de agudeza visual. Por esta razón, los arquitectos y constructores deben evitar usar como sistema como sistema básico de alumbrado la combinación de lámparas reflectoras y acabados obscuros en techos y paredes. Es decir, evitar sistemas de alumbrado que favorecen la visión con los bastones y descuidan la visión con los conos. Tal condición ocurre, por ejemplo, cuando se tiene un techo muy luminoso y paredes y muebles demasiado claras o blancas, pues el deseo instintivo de fijar la atención sobre los objetos brillantes dentro del campo de visión, provoca que los ojos tengan dificultad para concentrarse y enfocarse sobre la tarea visual que se pretenda realizar. En un ambiente así la atención baga, los objetos pierden precisión en su forma y la textura y los detalles arquitectónicos de embellecimiento tienden a ser monótonos, sin relieve y sin rasgos distintivos, ya que la vida es un sentido que trabaja por contraste.
El espectro electromagnético Aproximadamente el 80% de las impresiones sensoriales humanas son de naturaleza óptica; esto evidencia la importancia de la luz, natural y artificial, como vehículo de información para el desarrollo de cualquier actividad. La luz es la sensación producida en el ojo humano por las ondas electromagnéticas. Se trata de campos electromagnéticos alternativos que transportan energía a través del espacio y se propagan bajo la forma de oscilaciones o vibraciones. Al igual que todos los movimientos ondulatorios, las ondas electromagnéticas se caracterizan por una longitud de onda (λ, léase lambda) y por una frecuencia (f) (numero de periodos por segundo) Estas dos magnitudes se relacionan con la velocidad de propagación (v, léase nu) mediante la ecuación: v = λ * f.
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Grafica 2. Velocidad de propagación de ondas electromagnéticas.
La velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas es de unos 300,000 kilómetros por segundo. La longitud de onda de las ondas electromagnéticas visibles suele medirse en manómetros (1nm = una milmillonésima de metro) El campo (espectro) de las ondas electromagnéticas visibles por el hombre se extiende desde 380 a 780nm. Las ondas mas largas corresponden al extremo visible rojo (colindante con el campo de las radiaciones infrarrojas, las cuales no son ya visibles y tienen propiedades caloríficas); las ondas mas cortas corresponden al extremo visible violeta (colindante con el campo de las radiaciones ultravioleta, que no son visible pero que favorecen las reacciones fotoquímicas) Ondas electromagnéticas visibles de distinta longitud de onda dan una percepción (visibilidad) distinta de los objetos y de su color. En realidad el color es una sensación óptica que depende del conjunto de las longitudes de onda que un cuerpo no absorbe, o sea, que refleja * La sensibilidad del ojo humano es máxima para el color verde-amarillo (550nm) y cae rápidamente tanto del lado del ultravioleta como del infrarrojo. Grafica 3. Ondas electromagnéticas visibles de distinta longitud de onda.
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Verde-amarillo violeta
100%
rojo
visibilidad relativa
100% 75% 50% 25% 0% 350
400
450
500
550
600
650
700
750
longitud de ondas (nm)
Se dice de una luz que es monocromática si esta constituida por ondas electromagnéticas de igual longitud de onda, que revelan un solo color (por ejemplo, las lámparas de vapor de sodio, de baja presión) Ilustración 1. Luz monocromática
La luz solar o la de una lámpara de incandescencia, en cambio, es de espectro continuo (luz blanca) porque comprende toda la gama de las longitudes de onda visibles. Un rayo de luz blanca, al atravesar un prisma de cristal, se descompone en los colores fundamentales. La sucesión de los colores del espectro visible es la misma que la del arco iris.
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Ilustración 2. Luz de espectro continuo.
a) Definición de términos de unidades de medición de los parámetros de iluminación.
Flujo luminoso. Cantidad de luz emitida por una fuente luminosa en la unidad de tiempo (segundo) Símbolo: Φ (léase fi) Unidad de media: lumen (abreviatura lm) Símil hidráulico: Ilustración 3. Cantidad de agua que sale de un grifo o de una ducha en un segundo.
Ordenes de magnitud
Lámparas de incandescencia, subminiatura para señalización (5V, 75mA): 1lm Lámpara para bicicleta, de 2watts: 18lm Lámpara de incandescencia, de 40watts: 350lm Lámpara de incandescencia, de 200watts: 3,000lm. Lámpara fluorescente de cátodo caliente, de 40watts: 2,500lm Lámpara de vapor de mercurio, de 400watts: 23,000lm Lámpara de vapor de sodio a alta presión, de 400watts: 38,000lm
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Intensidad luminosa Parte del flujo emitido, por una fuente luminosa, en una dirección dada, por el ángulo sólido que lo contiene* Unidad de medida: candela (abreviatura cd) Símil hidráulico: Ilustración 4. Intensidad de un chorro de agua en una dirección dada.
Ordenes de magnitud:
Lámpara para bicicleta (sin reflector): 1cd. La misma lámpara para bicicleta pero con reflector: 250cd. Linterna de un faro: 2,000,000cd. Lámpara de incandescencia de 100watts: 110cd. Lámparas fluorescentes de 40watts: 320cd.
Eficiencia luminosa Relación entre el flujo emitido (φ), expresado en lúmenes, y la potencia eléctrica absorbida (P), expresada en vatios. Indica el rendimiento de una lámpara o de una luminaria. Por lo tanto, cuanto mayor sea la eficiencia luminosa, tanto mas económico resultara el empleo de la fuente luminosa. Símbolo: η (léase eta) Unidad de medida: lumen por vatio (lm/watts) Ordenes de magnitud de eficiencia luminosa de algunas fuentes de luz (con exclusión de eventuales reactancias)
Lámparas de vapor de sodio de baja presión
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Lámparas de vapor de sodio de alta presión Lámparas de vapor de mercurio y yoduros metálicos Lámparas de vapor de mercurio Lámparas fluorescentes tubulares Lámparas de luz incandescente
Símil hidráulico: Ilustración 5. Relación entre la cantidad de agua que arroja una bomba salvando un desnivel determinado y la potencia eléctrica necesaria para hacerla funcionar.
Iluminación. Flujo luminoso (φ) por unidad de superficie (S) Símbolo: Ε Unidad de medida: lux (lx = lumen/m2) Símil hidráulico: Ilustración 6. Cantidad de agua por unidad de superficie
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Leyes de la iluminación: Si la fuente es puntiforme, la iluminación toma valores inversamente proporcionales al cuadro de la distancia. No es aplicable a fuentes de iluminación extensas (techos luminosos, etc.) Ilustración 7. Leyes de iluminación.
Ordenes de magnitud:
Iluminación natural Día de verano, a pleno sol 100 000 lx Día de invierno, a mediodía, al aire libre 10 000 lx Luna llena, cielo despejado 0.25 lx Iluminación general con luz artificial Oficinas y escuelas 300 – 500 lx Sala de estar 150 – 200 lx Dormitorio 70 – 100 lx Calles con buen alumbrado 15 – 25 lx
Luminancia Intensidad luminosa emitida en una dirección dada por una superficie luminosa o iluminada (fuente secundaria de luz) Dicho de otro modo, expresa el efecto de luminosidad que una superficie produce en el ojo humano, ya sea dicha fuente primaria (lámpara o luminaria) o secundaria (plano de una mesa que refleja la luz) Símbolo: L Unidad de medida: candela por metro cuadrado (cd/m 2)
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Símil hidráulico: Ilustración 8. Salpicaduras de agua que rebotan de una superficie.
Ordenes de magnitud:
Lámparas* De incandescencia normal 100 – 2,000cd/cm2 Fluorescentes tubulares 0.3 – 1.3cd/cm2 Objetos de tinte claro Con iluminación optima 100 – 1000cd/m2 Con iluminación débil 2 – 20cd/m2 Papel o superficies pintadas (iluminados a 400 lux) Blanco 100cd/m2 Negro 15cm/m2
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b) Funcionamiento de las lamparas
Se pueden considerar, con ciertas reservas, como fuentes de luz puntuales a la mayoría de las luminarias que se utilizan actualmente para alumbrado. A continuación describimos la constitución y el funcionamiento de las diferentes luminarias que se fabrican, así como sus ventajas, desventajas y otras características técnicas. Desde el punto de vista de la ingeniería existen dos formas principales de producir luz artificial por medio eléctricos: por incandescencia y por descarga eléctrica o arco voltaico, existiendo variantes dentro de estas categorías. Lámparas incandescentes Con argón o nitrógeno Con gas halógeno o de cuarzo Lámparas de descarga o arco voltaico Descarga en aire o arco de carbón Descarga en gas a baja presión Lámparas fluorescentes Lámparas de sodio de baja presión Descarga en gas a alta presión. Lámparas de vapor de mercurio. Lámparas de haluros metálicos. Lámparas de vapor de sodio a alta presión. El primer método consiste en la incandescencia producida por el paso de una corriente de electrones por un hilo conductor, que generalmente es de tungsteno, que se encuentra dentro de un bulbo con un gas inerte como el argón para evitar la evaporación del filamento. La energía de la radiación electromagnética emitida por unidades de tempo depende de la temperatura y naturaleza de la superficie del manantial luminoso. El flujo luminoso emitido por las lámparas incandescentes es una mezcla de radiaciones de diferente longitud de onda. A la temperatura de 800 ºC un cuerpo emite bastante energía radiante, visible para ser luminoso por si mismo y parecer incandescente, no obstante, la mayor parte de la energía emitida se transporta por las ondas infrarrojas. A 300ºC, que es casi la temperatura del filamento de un foco incandescente, la energía radiante contiene bastantes longitudes de ondas visibles, de las comprendidas entre 400nm y 700nm, de modo que el cuerpo parece rojo-blanco y los objetos iluminados reflejan bien los colores rojos y amarillos, mientras que las lámparas fluorescentes resaltan mas los colores azules y violáceos.
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Ilustración 9. Lámpara incandescente.
El segundo método consiste en la iluminación producida por la descarga de electrones en un arco entre dos electrodos, ya sea directamente o a través de una pantalla fosforescente. Los tipos principales de producir luz artificial en forma de arco eléctrico de descarga son:
Fluorescente
Vapor de mercurio
Vapor de sodio a alta presión
Haluros metálicos
Arco de electrodos de carbón
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Figura 1. Arco de carbón para sala cinematográfica
Lámparas incandescentes. El filamento de un foco incandescente es un fino hilo de tungsteno arrollado en forma de bobina, se encuentra en el interior de un bulbo de cristal con un gas inerte en su interior (argón o xenón) para evitar su desintegración por oxidación. El rendimiento de estas lámparas es bajo, pues el 100% de la potencia absorbida por el filamento solo del 10 al 12% son radiaciones visibles y el resto son radiaciones infrarrojas que se manifiestan en forma de calor. Las principales desventajas del foco incandescente son:
Corta vida (de 750 a 1000 horas) Baja eficiencia (alrededor de 19lm/watts) Gran disipación de calor. Las principales ventajas del foco incandescente que lo hacen todavía utilizable en áreas pequeñas y de bajos niveles de iluminación son: Tamaño compacto. Bajo costo inicial. Flujo luminoso inalterable por la temperatura circundante. No utiliza accesorios de arranque o reactores. Luz cálida de la lámpara que resalta todos los colores, pero mas los rojos anaranjados y amarillos, dando a las cosas una apariencia familiar y acogedora.
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Flujo luminoso controlable en una gran variedad de distribuciones luminosas. Operación en corriente continua y corriente alterna.
Las lámparas incandescentes son de diferentes formas, tamaños y tipos dependiendo del uso que se les dé. De manera general se consideran dos grandes grupos: Lámparas de uso general. Utilizadas para proporcionar niveles luminosos para una tarea visual determinada, en servicio domestico o alumbrado general. Lámparas de usos especiales. Empleadas para proporcionar efectos especiales, por ejemplo, en alumbrado decorativo, señalización, fotografía, aparatos de proyección, etc. Las lámparas de uso general y de servicio domestico utilizan un bulbo tipo ―A‖ para potencias de 200watts o menores y de tipo cuello recto para potencias mayores utilizadas en otros sitios. Los bulbos difusores se utilizan en la mayor parte de los proyectos de alumbrado general. Para conseguir la difusión del cristal, este se esmerila con ácido, pero lo mas común es recubrir el interior por medio de una capa de sílice blanca, la cual absorbe aproximadamente el 2% de la luz emitida. Para lámparas de mayor potencia (de 300 a 5,000watts) se utilizan bulbos esmerilados o transparentes. Las lámparas de bulbo, proyectores y relectoras, forman en el mismo bulbo la fuente de luz y un reflector parabólico de alta eficiencia. El reflector consiste en un baño de aluminio o plata vaporizados y aplicados en la parte interior del bulbo. Los bulbos de estas lámparas se constituyen también de cristal refractario para usarse a la intemperie, pero para lámparas menores o de 150watts. Lámparas incandescentes halógenas. Otro tipo de lámparas incandescentes para uso general y especial son loas halógenas o de yodo-cuarzo. En ellas se emplea un bulbo de cuarzo y yodo en su interior con el fin de producir un ciclo químico con el filamento del tungsteno sublimado para mantener el bulbo limpio. El bulbo de cuarzo permite una
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constitución compacta, resistente a los cambios bruscos de temperatura, alta eficiencia y un mantenimiento casi nulo durante su vida. Las lámparas de yodocuarzo se construyen en forma tubular y en diferentes longitudes, se utilizan en aviación, fotocopiadoras e iluminación con proyectores. Su eficiencia luminosa es de 122 lm/watts Las lámparas de usos especiales son de diversos tamaños y formas dependiendo del uso al que están destinadas. Por ejemplo, en las lámparas decorativas se utilizan bulbos coloreados aplicando una capa pigmentada al interior del bulbo transparente o fundiendo un esmalte en la superficie exterior. También se usa el revestimiento interior de sílice ligeramente coloreado en rosa para proporcionar efectos cálidos. Existe otro tipo de bulbo con cristal de color natural que se obtiene al añadir productos químicos a los ingredientes del vidrio. Por ejemplo, las lámparas de luz de día o azul cielo que reducen la preponderancia del color rojo y amarillo de la luz de las lámparas incandescentes. En estas lámparas se absorbe un 35% de la luz generada, su costo es elevado por lo que para fines fastuosos y decorativos se prefieren las de bulbo recubierto. Existe en el mercado un tipo de lámpara tubular en la que el filamento esta a lo largo del tubo, son menos eficientes y de mayor potencia. Algunas tienen la mitad de su superficie cubierta con un baño de una sustancia reflectora y por su disposición lineal se usan en el alumbrado de escaparates. Lámparas infrarrojas.
Son fuentes de energía radiante que es emitida en el rango de los 760nm a los 500nm, es decir, en la zona infrarroja del espectro electromagnético. Estas lámparas son similares a las incandescentes de uso general solo que su filamento trabaja a bajas temperaturas, lo cual trae como consecuencia una baja emisión luminosa (8 lm/watt) pero en cambio una gran duración (mas de 5000 horas) El tipo de bulbo de estas lámparas es el ―R‖ con reflector, bulbo transparente o bulbo tubular de cuarzo
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Ilustración 10. Ejemplo de lámpara infrarroja.
Las lámparas infrarrojas en su interior un reflector de forma parabólica, además, poseen un casquillo E-26 para facilitar su instalación, se presentan en acabado claro o rubificado. Tabla 2. Datos técnicos de las lámparas infrarrojas. POTENCIA (watts) 250* 375
TENSIÓN (voltios) 127 127
DURACIÓN (horas) 5 000 5 000
BOMBILLA R-40 R-40
Aplicaciones Terapéuticas. Reumatismo, dolores musculares, entumecimiento, luxaciones y masajes.
lumbago,
resfriados,
contusiones,
Industriales. Hornos industriales, secado de tintas en impresiones graficas y textiles, secado de películas y negativos. Pecuarias. Cría de aves, lechones, becerros y en tiendas de mascotas. Casquillos Los casquillos tienen por objeto conectar y fijar la lámpara con el ―socket‖, su forma y tamaño están en función del uso y potencia de la lámpara. Así, en lámparas incandescentes de alumbrado general mayores de 300watts se utilizan los casquillos
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tipo mogul de rosca. Los focos de menor potencia usan casquillos de rosca de candelabro o intermedia. Cuando se requiere una posición determinada del filamento respecto de una lente o reflector, como en fanales de autos, proyectores o instrumentos de óptica, se utilizan casquillos de bayoneta, prefocales o biclavillos. Filamentos Los filamentos han evolucionado en gran medida desde que Tomas Alba Edison inicio sus primeros experimentos en 1879. Este genial físico probablemente utilizo como filamentos conductores metálicos rectos de gran resistencia para lograr la incandescencia. Posteriormente, en 1905 introdujo el hilo de seda recubierto con polvo de carbono, el cual proporcionaba gran resistencia y elevado punto de fusión (3700 ºC) y, por consiguiente, una lenta oxidación dentro de la ampolla de cristal al vació. Tiempo después se reemplazo el filamento de carbono por el de tungsteno, metal de alta resistividad (5.5ohms-cm), elevado punto de fusión y otras características mecánicas ventajosas. Al introducir un gas inerte dentro del bulbo, la presión del gas ejercida sobre el filamento retardaba considerablemente la evaporación del tungsteno, lo que hizo posible el diseño de lámparas de mayor temperatura de filamento y, por lo tanto, de mayor potencia (ya que P = I2R) Posteriormente, se descubre que arrollando el filamento se obtenía mayor temperatura y mayor resistencia mecánica. En 1968 se inventa el filamento arrollado en doble espiral, lo que aumenta la eficiencia de las lámparas incandescentes a 15 lm/watt. Hoy en día se acepta que el desarrollo de las lámparas incandescentes ha llegado a su máximo. Para determinar las dimensiones del filamento se utilizan las siguientes formulas: I = V/R P = V I = I2 R R=ρ L . A En donde: V I P R Ρ L A
Es la tensión en voltios. La intensidad de la corriente en amperes. La potencia en watts. La resistencia en ohms. La resistividad del material en ohms–cm. La longitud del filamento en cm. La sección transversal del filamento en cm2.
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Bulbos de lámpara incandescentes Las diferentes formas que han adoptado los bulbos de las lámparas incandescentes, obedecen a su uso mas que a razones de fabricación. Así, se fabrican en tamaño pequeño, pero de gran potencia como las utilizadas para proyectores de cine; también se fabrican de gran tamaño y potencia como las de tipo ―par‖, cuyo bulbo adopta la forma de reflector parabólico. Los hay en forma de flama, para usarse en decoración o también globulares para el mismo fin. Base mecánica La mayoría de las lámparas incandescentes tienen la base adherida al vidrio del bulbo con un cemento especial, lo que proporciona suficiente resistencia mecánica durante su uso y vida normales. Sin embargo, en ciertas lámparas de gran potencia, como de alumbrado general, proyectores para exteriores (PAR-38), infrarrojo y de mercurio, la base es sometida a altas temperaturas y humedad que recogen el cemento y lo deterioran anulando las propiedades de adherencia de éste y ocasionando en consecuencia que base y bulbo se suelten. Para proporcionar mayor resistencia en este tipo de lámparas se utilizan bases mecánicas. Esto consiste en una base de latón roscada y un casquillo interior con 4 orejas que lo posicionan a manera de mordaza sobre las correspondientes muescas en el cuello del bulbo. Después que la base exterior ha sido colocada sobre el casquillo interior se practican 3 incisiones que obligan a ciertas partes del latón de la base a introducirse a la incisión correspondiente del casquillo, resultando con esto la unión mecánica de la base con el bulbo. En la siguiente grafica se muestra la distribución de energía espectral de una lámpara incandescente. Nótese la gran cantidad de rojo, pues en este caso la luz es producida por calor.
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ROJO
NARANJA
AMARILLO
VERDE
IÑIGO AZUL
VIOLETA
ENERGIA RADIANTE
ULTRAVIOLETA
Grafica 4. Energía espectral de las lámparas incandescentes.
2500°K 3400°K
Energía espectral de las lámparas incandescentes. La luz de las lámparas incandescentes es muy parecida a la luz solar y reproduce casi toda la gama del espectro visible, en cambio la luz de las lámparas de sodio de baja presión es monocromática, es decir, produce energía radiante correspondiente a un solo color, en caso al amarillo. Un sistema de iluminación será mas eficiente cuanto menos energía eléctrica consuma para un mismo nivel de iluminación, pero en otro aspecto, cuanto mejor reproduzca los colores del espectro visible, mejor será su utilidad practica. Lámparas fluorescentes. Teoría del funcionamiento La lámpara fluorescente es una fuente de descarga eléctrica que hace uso de la energía ultravioleta generada a una alta eficiencia por un vapor de mercurio en un gas inerte (argón, o neón) a baja presión para activar un revestimiento de material fluorescente (fósforo) depositado sobre la superficie interna de un tubo de vidrio. El fósforo simplemente actúa como transformador para convertir la luz ultravioleta invisible en luz visible. Esencialmente la lámpara es un bulbo tubular revestido y evacuado que contiene una pequeña cantidad de mercurio y de gas inerte. Un electrodo especialmente tratado denominado ―cátodo caliente‖, va sellado en ambos extremos. En la figura 1 se muestra la forma en que se genera la luz visible en una lámpara fluorescente de cátodo caliente.
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Al encenderse una lámpara fluorescente, el paso de la corriente eléctrica a través de los electrodos hace que estos se calienten y liberen electrones del material emisivo con el cual están revestidos. Además de los electrones liberados térmicamente, existen también electrones liberados por la diferencia de potencial entre los electrodos. Esos electrones viajan a altas velocidades, de un electrodo hacia el otro, estableciendo una descarga eléctrica o arco a través del vapor de mercurio. La lámpara se calienta rápidamente, aumentando la presión de vapor del mercurio al valor de máxima eficiencia. Un arco de esa naturaleza, encerrado en un tubo de vidrio, tiene ciertas características que varían con la presión del gas y con el voltaje aplicado a los electrodos. La característica mas importante es la producción de luz visible y ultravioleta. El choque entre los electrodos de rápido movimiento desde los electrodos y los átomos de mercurio desprenden los electrones de los átomos de mercurio de su orbita. Esos electrones desplazados casi inmediatamente retornan a su lugar normal, liberando por lo tanto, la energía que han absorbido, principalmente en forma de radiación ultravioleta a una longitud de onda de 253.7 nanómetros. La radiación ultravioleta es convertida en luz visible por el fósforo, el cual tiene la propiedad de absorben la energía ultra violeta y de volverla a irradiar a longitudes de onda mayores que se puedan observar como luz visible. En otras palabras, el fósforo es excitado al punto de fluorescencia por la energía producida depende de la composición química del revestimiento que va dentro del bulbo. Ilustración 11. Forma en que se produce la luz en una lámpara fluorescente típica de cátodo caliente.
Construcción de la lámpara: Los componentes básicos de una lámpara típica fluorescente de cátodo caliente. Si bien existen muchos tamaños y diversas formas de lámparas fluorescentes, los tipos que mas se usan tienen un bulbo tubular con un electrodo y una base en cada extremo. Adicional al mercurio, el bulbo contiene una pequeña cantidad de gas argón o de una mezcla de gases inertes y lleva un revestimiento de fósforo. Bulbos
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La forma y tamaño de una lámpara fluorescente se expresa mediante una clave que consiste en la letra ―T‖ (designando la forma tubular del bulbo), la cual va seguida de un numero que expresa el diámetro del bulbo en octavos e pulgada. El diámetro puede variar desde T-5 (5/8‖) a T-17 (2-1/8‖) Ilustración 12. Elementos básicos de una lámpara fluorescente típica de cátodo caliente
Fósforos La longitud de una onda o el color de la luz producida por una lámpara fluorescente, depende de la composición química del fósforo utilizado en el revestimiento interno del tubo. Mediante la combinación en proporciones variantes de distintos fósforos, es posible producir una amplia variedad de colores. Los colores disponibles en la actualidad incluyen varias tonalidades de blanco, así como de azul, verde, dorado, rosa, y rojo. Otras lámparas fluorescentes están diseñadas con fósforos que generan los colores de la luz que son mas estimulante al crecimiento de las plantas. Además, hay otras que tienen un fósforo conocido como 360 BL el cual produce una radiación casi ultravioleta en la banda de la luz negra para activar los materiales fluorescentes y fosforescentes.
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Electrodos El electrodo que va en cada uno de los extremos de las lámparas fluorescentes consiste generalmente en un alambre con revestimiento de tungsteno de doble o de triple enrollamiento espiral. Dicho revestimiento, por ser de un material emisivo (bario, estroncio, oxido de calcio), emite electrones cuando se calienta a una temperatura de operación alrededor de 950 ºC. A esa temperatura, los electrones se desprenden libremente con solo una pequeña perdida de potencia en cada uno de los cátodos. Este proceso se denomina ―emisión termoiónica‖, ya que el calor es mas responsable por la emisión de electrones que el voltaje. A un electrodo de ese tipo se le llama ―cátodo caliente‖ (suele denominarse también ―cátodo incandescente‖) Este tipo de cátodos reduce el voltaje de arranque necesario para establecer el arco. Bases En la figura 3 se muestran las bases que se usan con las lámparas fluorescentes. Para las lámparas de precalentamiento y de arranque rápido, se necesitan cuatro contactos eléctricos, dos en cada extremo de la lámpara. Ello se realiza, en la línea común y corriente de lámparas, usando una base con dos espigas en cada extremo. Existen tres tamaños: miniatura de dos espigas para los bulbos T-8 y T-12; y mogul de dos espigas para los bulbos T-17. En las lámparas fluorescentes de alta emisión lumínica, así como las de, muy alta emisión lumínica, tienen bases embutidas de doble contacto. Las lámparas Slimline (de arranque instantáneo) requieren dos contactos eléctricos solamente, o sea uno en cada extremo de la lámpara y usan bases de una sola espiga.
Ilustración 13. Bases para lámparas fluorescentes.
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Características de iluminación de las lámparas fluorescentes.
Eficacia. Una de las ventajas mas importantes de las lámparas fluorescentes, es su alta eficacia. Suelen compararse con las lámparas incandescentes en ese respecto, pero la potencia de las primeras deben incluir las perdidas del balastro para que la comparación resulte exacta. Las lámparas convencionales de dos espigas tienen eficacias (sin incluir las perdidas del balastro) que fluctúan entre 24 y 81 lm/watt, dependiendo del tamaño y color del bulbo. Las lámparas Slimline fluctúan entre 48 y 84 lm/watt, las de alta emisión lumínica entre 40 y 84; las de muy alta emisión lumínica entre 45 y 75 lm/watt. Para las lámparas del mismo color y tipo, la clasificación de lm/watt es mayor para una lámpara larga que para una corta, ya que la energía consumida en los electrodos es igual, cualquiera que sea la longitud de la lámpara.
Distribución de energía. Aproximadamente el 60 por ciento de la energía de entrada en una lámpara fluorescente tipo blanco frió se convierte directamente en radiación ultravioleta; un 38 por ciento se convierte en calor y 2 por ciento en luz visible, tal como se ilustra en la figura 4. El fósforo convierte alrededor del 21 por ciento de energía ultravioleta a luz visible, y el 39% restante en calor. La conversión del 23 por ciento de energía en luz visible para una lámpara fluorescente de 40watts, es aproximadamente el doble del porcentaje de una lámpara incandescente de 300watts, la cual convierte únicamente 11 por ciento de la energía de entrada en luz visible. La producción del 36 por ciento de infrarrojo se compara con 69 por ciento para una lámpara incandescente de 300watts.
Ilustración 14 Distribución de energía de una lámpara Fluorescente tipo blanco-frió de 40watts.
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ENERGIA DE ENTRADA 100% 40 V 60%
253.7 mn ULTRAVIOLETA 60% 24 V
38%
40%
CALOR 78% 30.7 V
20% 2%
LUZ VISIBLE 22% 9.3 V
36%
INFRARROJO 36% 14.4 V
41%
CALOR DISIPADO
conveccion y conduccion
42%
16.3 V
Tipos de lámparas florescentes. Lámparas del tipo precalentamiento Las primeras lámparas fluorescentes que fueron presentadas en 1938, eran del tipo precalentamiento y funcionaban con arrancadores separados. El arrancador suministra durante varios segundos un flujo de corriente a través de los cátodos para precalentarlos, este periodo es el tiempo que transcurre desde el encendido de la lámpara hasta que esta emite luz. Los cátodos se precalientan para emitir electrones que ayuden a producir el arco a un voltaje mas bajo. El arrancador es generalmente del tipo automático el cual suministra corriente a los cátodos por un lapso suficiente a fin de calentarlos y luego se abre automáticamente para detener el flujo de corriente y causar que se conecte el voltaje total con un pico de voltaje inductivo a través de los dos cátodos, generando así el arco. Todas las lámparas de precalentamiento tienen bases con doble espiga. La abreviatura para ordenar las lámparas identifica el tipo, mediante la potencia, el diámetro del bulbo (en octavos de pulgada) y el color. Por ejemplo, la lámpara F20T12/CWX es de 20watts, de 1-1/2‖ de diámetro, del tipo blanco-frió de lujo.
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Lámparas Slimline (de arranque instantáneo) Las lámparas Slimline (de arranque instantáneo) hicieron su aparición en el año de 1944. Con el propósito principal de eliminar el arranque lento que sé venia experimentando con las lámparas del tipo precalentamiento. Las lámparas Slimline trabajan sin necesidad de arrancadores ya que el balastro suministra un voltaje lo suficientemente alto como para producir el arco en forma instantánea, simplificando así el sistema de alumbrado y el mantenimiento correctivo. Dado que los cátodos de las lámparas Slimline no necesitan calentamiento previo, se requieren bases con una sola espiga a cada extremo de la lámpara. Las lámparas de arranque instantáneo con bases de doble espiga se pueden identificar mediante las letras IS al final de la abreviatura para hacer el pedido. Por ejemplo, la F40T12/D/IS corresponde a una lámpara fluorescente de arranque instantáneo, luz de día, de 40watts, y de 1-1/2‖ de diámetro. Lámparas de arranque rápido Las lámparas de arranque rápido que fueron lanzadas al mercado en el año de 1952, arrancan con suavidad y rapidez sin necesidad de arrancadores. En realidad arrancan tan rápidamente como lo hacen las del tipo Slimline, y por lo tanto, en un periodo de tiempo mucho mas corto que las lámparas de precalentamiento, usando balastros mas eficientes y mas pequeños que los balastros de arranque instantáneo. Dependen del calentamiento del cátodo, suministrado por los devanados de calentamiento en el balastro para reducir el voltaje de arranque necesario por debajo del exigido por las lámparas Slimline del mismo tamaño. Debido a la popularidad de la lámpara de 40watts con bulbo T-12, la abreviatura que se usa para ordenarla se simplifica omitiendo el tamaño del bulbo. Por ejemplo, la descripción F40N significa que se trata de una lámpara de 40watts, de 1-1/2‖ de diámetro, tipo arranque rápido con acabado natural. Lámparas de alta emisión y de arranque rápido Las lámparas del tipo Slimline, de precalentamiento y arranque rápido fabricado con bulbo T-12, trabajan generalmente a una densidad de 10watts por pie con una corriente de 430 ma. Las lámparas de alta emisión para uso en interiores, generalmente funcionan a 800 mas, las lámparas suministran aproximadamente 45 por ciento mas de lúmenes que las del Slimline de tamaño comparable. Para emplearlas a la intemperie, es decir, para el alumbrado de calles o reflectores, las lámparas de alta emisión casi siempre trabajan a 1000ma, para suministrar una alta emisión lumínica a temperaturas mas frías.
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Las abreviaturas para ordenarlas, indican la longitud de la lámpara, el diámetro del bulbo y el color, pero llevan el sufijo ―HO‖ (que significa ―high output‖, o sea alta emisión), v.g.: F60T12/DSGN/HO se usa para la de 60 pulgadas, 1-1/2‖ de diámetro, diseño blanco, de alta emisión. Lámparas de muy alta emisión y de arranque rápido Las lámparas de muy alta emisión (VHO) trabajan a 1,500ma y aproximadamente a 25watts por pie de longitud del bulbo. Cuando la corriente de las lámparas fluorescentes excede del nivel de 1 Amper (1000ma), los watts/pie de las lámparas se vuelven muy elevados como para crear un problema de calentamiento que requiere mucho ingenio en el diseño para su debido control. El calor resultante de 1,500ma en un bulbo T-12, si se deja sin control, puede hacer que la temperatura de vapor de mercurio se incremente demasiado dando como resultado un aumento de presión la cual reduciría la eficacia de la lámpara. El funcionamiento mas eficiente se obtiene con una presión de vapor de mercurio de 6 a 10 micrones (una millonésima de metro) aproximadamente, la cual es la presión de vapor del mercurio entre 40º y 45ºC. Esta variación de temperatura se puede obtener en las lámparas de muy alta emisión (VHO) empleando blindajes reflectores metálicos circulares montados entre los electrodos y los extremos de las lámparas. Dichos blindajes interrumpen las corrientes de conexión en el gas calentado cerca de los cátodos con el objeto de obtener las temperaturas adecuadas en los extremos de las lámparas detrás de los cátodos. Esto, en efecto, produce un ―centro de control y se mantiene la presión de vapor de mercurio optima a través del tubo. En las lámparas de muy alta emisión (VHO) también se usa una mezcla de gases raros para proporcionarle al cátodo mayor duración y lograr mayor mantenimiento de lúmenes en el tubo convencional T-12. Todas las lámparas de muy alta emisión tienen bases embutidas, de doble contacto. Varían en potencia desde 110 hasta 215watts y en longitud desde 48‖ hasta 96‖. Las abreviaturas son iguales a las de las lámparas de alta emisión (HO) ya descritas con excepción del sufijo VHO en lugar del HO. Ilustración 15. Centro de control de presión para lámparas de muy alta emisión (VHO)
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Lámparas de vapor de mercurio. Teoría de funcionamiento La lámpara de vapor de mercurio pertenece a la clasificación conocida con el nombre de lámparas de descarga de alta intensidad lumínica, identificadas en ingles con las letras H.I.D. (High intensity Discharge) En las lámparas de este tipo, la luz se produce al paso de una corriente eléctrica a través de un vapor o gas bajo presión, en vez de hacerlo a través de un filamento de tungsteno como en la lámpara incandescente. El circuito eléctrico de una lámpara de vapor de mercurio típica, se muestra en forma esquemática en la figura. Se necesita un balastro de tamaño y tipo adecuado para que la lámpara de vapor de mercurio funcione en cualquier circuito eléctrico regular; Para ajustar el voltaje de distribución del circuito de alumbrado al voltaje que se requiere para encender y controlar la corriente es necesario debido a que la lámpara de vapor de mercurio, como todas las fuentes de luz de descarga tienen la característica de ―resistencia negativa‖: una ves encendida, el arco se ―desboca‖ tomando excesiva corriente la cual destruiría la lámpara si no se controlara por medio de un balastro. Cuando se conecta el interruptor de la línea de alimentación, el voltaje de arranque del balastro es aplicado a través del espacio existente entre los extremos opuestos del tubo de arco y también a través del pequeño espacio entre el electrodo de operación y el de arranque. Lo anterior ioniza el gas argón en el espacio existente entre el electrodo de arranque y operación, pero la corriente es limitada a un valor pequeño, debido al resistor de arranque. Cuando hay suficiente argón ionizado y vapor de mercurio, distribuidos ambas a lo largo del tubo de arco, se establece una descarga entre los electrodos de operación. Esto hasta alcanzar una condición estable. Después de formarse el arco principal, el resistor de arranque provoca que
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el potencial, a través del espacio de encendido, se mantenga muy bajo para mantener esta descarga, estableciéndose, en esta forma el flujo de descarga entre los electrodos de operación. Los iones y electrones que componen el flujo de la corriente (o ―descarga del arco‖), se ponen en movimi3ento a velocidades fantásticas a lo largo del trayecto existente entre los dos electrodos de operación situados en los extremos opuestos del tubo de arco. El impacto producido por los electrones y por los iones que viajan a enorme velocidad por el gas o vapor circundante, cambian ligeramente su estatura atómica. La luz se produce de la energía emitida por los átomos afectados, a medida que vuelven nuevamente a su estructura normal. Ilustración 16. Circuito de una lámpara de vapor de mercurio.
Construcción de la lámpara En la siguiente figura se muestran las partes básicas de la lámpara de vapor de mercurio. A pesar de que existen muchos tamaños y formas, los tipos más comúnmente usados están construidos a base de dos bulbos (bombillos), uno exterior a manera de ―cubierta‖, y otro interior, que es el ―tubo de arco‖. El tubo de arco, fabricado de cuarzo, contiene el arco propiamente dicho, vapor de mercurio, los electrodos y una pequeña cantidad de gas argón. El bulbo exterior llenado comúnmente de nitrógeno, sirve para proteger al tubo de arco contra el deterioro y la corrosión atmosférica. También regula la temperatura de funcionamiento del tubo de arco y actúa como filtro para absorber la radiación ultravioleta.
lustración 17. Partes básicas de la lámpara de vapor de mercurio.
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Las lámparas de vapor de mercurio están dotadas de un marco de montaje para el tubo de arco, construido de una sola pieza (uso rudo). El tubo de arco se encuentra firmemente sostenido y colocado correctamente por medio de soportes de resorte espaciadores. La construcción de los electrodos de operación es trimetalica, lo cual garantiza una alta emisión de electrones y un optimo mantenimiento lumínico. El electrodo consta de un vástago de tungst3eno que sirve de base a una bobina de tungsteno enrollada, que contiene (entre su devanado) un compuesto emisivo de óxidos trimetalicos. Esta protegida por una bobina de tungsteno roscada. El bulbo exterior, fabricado de vidrio boro silicato (duro) con base mecánica de bronce niquelado, ofrece la facilidad para poder grabar la fecha en que fue instalada la lámpara. En algunas lámparas de vapor de mercurio, la superficie interna del bulbo externo lleva un revestimiento de fósforo, a fin de mejorar el color, convirtiendo gran parte de la energía ultravioleta irradiada por el arco, en luz visible, predominantemente en la región roja del espectro.
Características de iluminación de las lámparas de vapor de mercurio Eficacia. Importante ventaja –entre otras—de las lámparas de vapor de mercurio es su gran emisión luminosa. La eficacia inicial (a las 100 horas de operación) varia de 30 a 65 lm/watt (dependiendo de la potencia y acabado de la lámpara). Esto no incluye las perdidas del balastro, que se deben sumar a los watts de la lámpara al hacer comparaciones con otras fuentes de luz.
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Distribución de la energía espectral. El espectro de la lámpara de vapor de mercurio contiene líneas fuertemente marcadas en las regiones ultravioleta y visible. La presión que existe en el tubo de arco, influye fuertemente en la distribución de energía espectral, característica de la lámpara de vapor de mercurio. La distribución de energía espectral varia considerablemente con la presión a que trabaja el tubo de arco. Las lámparas de vapor de mercurio de descarga de alta intensidad lumínica (H.I.D.) comunes y corrientes, operan con presiones el espectro del mercurio consiste principalmente de cuatro líneas cuyas longitudes de onda en el espectro visible son: 404.7, 435.8, 546.1 y 578.0 nanómetros; y dos en la región ultravioleta: 334.2 y 365.0 nanómetros. El tubo de arco, construido de cuarzo, transmite todas las longitudes de onda; pero el bulbo exterior corta casi todas las longitudes de onda menores a 300 nanómetros, dejando pasar exclusivamente la luz del espectro ultravioleta cercano y la luz visible. La lámpara de vapor de mercurio de bulbo claro, produce una luz de color blanco azulado, en la cual no existe virtualmente radiación roja. Debido a las fuertes líneas azules, verdes y amarillas, estos colores, en los objetos, se realizan notablemente, sin embargo, la falta de color rojo hace que el anaranjado y el rojo se aprecien parduscos. El revestimiento de fósforo aplicado en la superficie interior del bulbo exterior, mejora enormemente el color de la luz al convertir parte de la energía ultravioleta en luz visible, de forma similar a las lámparas fluorescentes. Estos fósforos no solamente mejoran el rendimiento de color, sino también aumentan, en algunos casos, la producción de lúmenes. Designación de las lámparas. Todas las lámparas de vapor de mercurio tienen sus propias designaciones para identificación, totalmente distintas a las usadas en las lámparas fluorescentes e incandescentes. Este sistema de identificación esta autorizado y controlado por el sistema de identificación esta autorizado y controlado por el ―American National Standard Institute‖ (ANSI). Todas las designaciones de las lámparas de vapor de mercurio comienzan con la letra ―H‖ proveniente de la palabra griega ―Hydrargyrum‖, que significa mercurio. Después se agrega el numero o números que identifican las características eléctricas de la lámpara y balastro (reactor). Si son dos números, significa que la lámpara puede funcionar con cualquiera de los dos tipos de balastros (reactores). Las dos letras que siguen a los números sirven para identificar el tamaño, forma, acabado y otras características físicas del bulbo (con excepción del color). Cuando el bulbo exterior tiene revestimiento interno de fósforo, se agregan una o mas letras, separadas de las anteriores por una diagonal, con el propósito de
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especificar el color. Por ejemplo, la descripción H33-IGL/DX de una lámpara de vapor de mercurio ―Blanco de Lujo‖ (Brite-White Deluxe) de 400watts, representa lo siguiente (antigua identificación ANSI): H
-Indica que es una lámpara de vapor de mercurio
33.1 -números que se usan para los balastros de 400watts GL -Son dos letras convencionales que describen las características físicas de la lámpara, tales como: tamaño, forma y acabado. DX -Indica el color de la lámpara ―Blanco de Lujo‖ (Brite White Deluxe). Esta parte de la designación no se requiere en lámparas claras. La designación establecida por ANSI se ha revistado para incluir la potencia nominal de la lámpara. Al mismo tiempo se elimino el segundo de los números que se usaban para describir el balastro. Por lo tanto 33-1 es ahora 33 tratándose de un balastro de 400watts. La clave se cambio con el propósito de hacer mas exacta la identificación de una lámpara especifica. Usando el nuevo sistema, la lámpara de vapor de mercurio de 400watts DX se convierte en H33GL-400/DX. Tipos de lámparas de vapor de mercurio Las lámparas de vapor de mercurio de uso general, varían en potencias desde 40 a 1,000watts. Las mas usadas son de 400 y 1,000watts de potencia. No obstante que las distintas potencias eléctricas de las lámparas de vapor de mercurio no pueden separarse estrictamente de acuerdo a sus aplicaciones especificas, se pueden agrupar por watts y usos comunes.
40-100watts (Base Media, Bulbos Tipo A-23, B-21)
Estos tipos son compactos, aproximadamente del mismo tamaño que una lámpara incandescente de 150watts de potencia de tipo ordinario; produciendo hasta dos veces y media mas luz que las incandescentes de la misma potencia. Resultan ideales para iluminación de patios, instalaciones para remolques, áreas de estacionamiento; entradas de edificios y usos residenciales. La lámpara H45AY;40/50/DX puede usarse como una lámpara de 50watts con un balastro del tipo H46. 100, 175 y 250Watts (Base Mogul, Bulbos BT-25 y BT-28)
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Este tipo de lámparas de baja potencia se usan principalmente para iluminación general de locales cuya altura de montaje es baja, en zonas residenciales e industriales y en calles secundarias. Cuando se usan como luz negra en los teatros, centros nocturnos u otros sitios similares, se les colocan filtros a las lámparas claras, las cuales se ofrecen en varios tipos con revestimiento de fósforos. 400watts (Base Mogul, Bulbo BT-37) Es la mas conocida entre todas las lámparas de vapor de mercurio. Se usa comúnmente para el alumbrado de callen en zonas comerciales y áreas intermedias, iluminación industrial para locales de amplia o mediana altura de montaje y por lo tanto en acabado claro como en otros tipos de acabado (revestimiento de fósforo). 700 y 1,000watts (Base Mogul, Bulbos Tipo BT-46 y BT-5? La lámpara de vapor de mercurio de 1,000watts se usa con mayor frecuencia que la de 700watts. Entre sus múltiples aplicaciones se pueden mencionar iluminación de avenidas de mucho trafico, locales industriales cuya altura de montaje es elevada y para iluminación de áreas de estacionamiento se encuentra disponible en el mercado en acabado claro y otros tipos.
Lámparas de luz mixta (lámparas mezcladoras)
Las lámparas de luz mixta con balastro (resistencia) incomparada, se producen en distintas potencias y formas de bullido. Estas lámparas se diseñan para operar en circuitos de 120 ó 220-240watts, sin el balastro exterior requerido por las lámparas de vapor de mercurio regulares. En este tipo de lámparas la función del balastro es sustituida por un filamento de tungsteno operando en serie, con el tubo de arco que controla la corriente y el voltaje requerido por la lámpara. Las lámparas de luz mixta son mucho menos eficientes y de menor duración que las de vapor de mercurio que funcionan con el balance separado, ello debido a la baja eficiencia del filamento de tungsteno.
Lámparas de sol RS.
La lámpara de Sol RS es de vapor de mercurio con resistencia propia, de 275watts, construida en bulbo R-40, con reflector ínter construido que provee la radiación ultravioleta bronceando como si fuera el propio sol. El bulbo de vidrio VYCOR transmite la energía ultravioleta térmica, generada por el arco de mercurio, el cual es controlado por un interruptor de arranque automático y un filamento que actúa como balastro. El consumo de energía del arco y filamento combinados es de 275watts, pudiéndose usar la lámpara directamente en cualquier circuito de 110-130watts, 5060 ciclos (hertz) de corriente alterna. Se requiere de un periodo de dos minutos, aproximadamente, para lograr el máximo rendimiento de energía ultravioleta y, aproximadamente tres minutos para el reencendido cuando se interrumpe el arco. La vida promedio de la lámpara del Sol, es de 1200 aplicaciones. Se recomienda leer cuidadosamente las instrucciones antes de usarla.
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Características de operación de la lámpara de vapor de mercurio. Vida de la lámpara. Una de las características sobresalientes de las lámparas de vapor de mercurio es su larga vida. Casi todas estas lámparas usadas en alumbrado general, de 100 a 1,000watts, tienen una vida promedio, por lo menos, de 24000 horas. Las lámparas de base mediana de 40.75 y 100watts, tienen una vida promedio también de 16,000 horas. En la figura se indican las curvas de caducidad de las lámparas de vapor de mercurio de 175, 400 y 1,000watts. La duración real en servicio depende en gran parte de las condiciones de operación, siempre Serra mayor cuando el ciclo de encendidos es continuo que en ciclos intermitentes. La vida de la lámpara también es afectada por diversas condiciones de funcionamiento, tales como la temperatura ambiental excesivamente alta, el voltaje de la línea y el diseño del balastro. Grafica 5. Vida útil o curvas de caducidad de las lámparas de vapor de mercurio de 175, 400 y 1,000watts a distintos ciclos de encendido.
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Mantenimiento de lúmenes. Al igual que en otras fuentes, la emisión lumínica de las lámparas de vapor de mercurio desminuye gradualmente en el transcurso de sus horas de vida, principalmente como resultado del deposito de materiales de emisión (incluyendo el tungsteno), de los electrodos en las paredes del tubo del arco. El nivel lumínico de las lámparas de vapor de mercurio, se considera a las 100 horas de operación y la disminución lumínica Serra mas gradual. Arranque y calentamiento. Durante el periodo de arranque y calentamiento de las lámparas de vapor de mercurio existen variaciones de los voltios de la lámpara, la corriente de la lámpara, de los watts, así como de la producción. Tanto la amplitud como el tiempo de estas variaciones dependen de varios factores, tales como tipo de lámpara, tipo de balastro, voltaje de alimentación, tipo de luminaria (abierto o cerrada), temperatura ambiente y velocidad del viento. Los valores nominales de operación se logran después de un periodo de calentamiento de 4 o 5 minutos. Efectos de la variación de voltaje de la línea de alimentación. Si el balastro de una lámpara de vapor de mercurio cuenta con derivaciones, es muy importante igualar el voltaje de la derivación con el mensaje medio de la línea, medido en el balastro para lograr su desempeño optimo. Algunos balastros cuentan con derivaciones para diferentes voltajes de línea, como por ejemplo 120 o 240 y algunos otros, tienen derivaciones para voltajes de línea diferentes a los valores nominales (110/120). Las derivaciones en el voltaje de alimentación del balastro producirán un aumento o una disminución en los watts de la lámpara, dependiendo del tipo de balastro que se use. Posición de operación de la lámpara. La clasificación de la emisión luminosa que se publica, relativa a la lámpara de vapor de mercurio, se refiere a las lámparas funcionando en posición vertical. Cuando trabajan en posición horizontal, la potencia, la emisión luminosa y la eficacia disminuyen ligeramente. La razón estriba en que la descarga del arco, estando en posición horizontal, tiende a colocarse en la parte superior, quedando mas cerca de la pared del tubo, reduciendo así ligeramente la presión del vapor del arco.
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Operación con sobre potencia. No se recomienda el funcionamiento de las lámparas de vapor de mercurio en potencias superiores a las recomendadas. Aun cuando aumentaría la emisión luminosa, los electrodos y el tubo de arco se someten a temperaturas excesivas dando como resultado una disminución en el mantenimiento de lúmenes y acortando la vida de la lámpara. No obstante, en algunas instalaciones de alumbrado de campos deportivos, se usan lámparas de vapor de mercurio tipo H-36 de 1,000watts con balastros especiales que operan la lámpara a 1,500watts como se indica en la tabla de datos de comportamiento con ello se aumenta la emisión luminosa de comportamiento con ello se aumenta la emisión luminosa de comportamiento con ello se aumenta la emisión luminosa de comportamiento con ello se aumenta la emisión luminosa promedio de vida de la lámpara de 24000 a 2000 horas. Lo anterior parece aceptable en la iluminación de campos deportivos, debido a que las horas de encendido por temporadas son relativamente cortas y el reemplazo colectivo de las lámparas a intervalos regulares, es generalmente económico. Efectos de la temperatura. A diferencia de las lámparas fluorescentes, la producción luminosa de las lámparas de vapor de mercurio, no se afecta notablemente por los cambios en la temperatura ambiente, debido a que el bulbo exterior actúa como aislante térmico para el tubo del arco. Sin embargo, para asegurar un arranque satisfactorio a bajas temperaturas, se requiere de balastros que suministren voltajes de arranque mas altos. Para el arranque a temperaturas extremadamente bajas se requiere utilizar un balastro lámparas Metalarc. Las temperaturas extremosas en la base o en el tubo externo (arriba de 210ºC en la base o 400ºC en las paredes del bulbo), pueden hacer fallar la lámpara o al menos provocar un comportamiento poco satisfactorio, debido al deterioro del tubo de arco, el bulbo exterior, el cemento de la base o de las otras partes de la lámpara. Las luminarias con reflector que, concentran el calor y los rayos de luz (sean en el bulbo exterior o en el tubo de arco interno), pueden ocasionar problemas muy serios. Efecto estroboscopico. El arco en una lámpara de vapor de mercurio que funciona con corriente alterna de 60 ciclos (hertz), se extingue completamente 120 veces por segundo. La luz de la lámpara clara, también se extingue completamente, pero en las lámparas con revestimiento de fósforo hay cierta acción fosforescente, es decir, que el revestimiento continua destellando por un corto tiempo, después de que la radiación
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del tubo de arco se termina. Sin embargo, existe una variación rápida en la emisión luminosa, la cual, bajo ciertas circunstancias, puede producir lo que se denomina efecto estroboscopico. A menudo el efecto estroboscopico pasa desapercibido y en la mayoría de las instalaciones, no constituye ningún problema. Se puede reducir operando las lámparas en pares, con balastros del tipo atraso-adelanto, o bien, tres lámparas operadas en fases diferentes de un circuito trifásico. LÁMPARAS METALARC. Teoría de funcionamiento. La lámpara Metalarc corresponde a la familia de lámparas de Alta Intensidad de Descarga (H.I.D.) y es la fuente de luz blanca mas eficiente disponible hoy en día. Además, incorpora todas las características deseables de otras fuentes luminosas: Alta eficacia, vida razonable económica, excepcional rendimiento de color y buen mantenimiento de lúmenes. Físicamente, la lámpara Metalarc es de tamaño compacto y tiene las mismas dimensiones exteriores correspondientes a una lámpara de Vapor de Mercurio de la misma potencia. Internamente, difieren considerablemente de la misma potencia. Internamente, difieren considerablemente de estas ultimas. La construcción de una lámpara Metalarc se muestra en la siguiente figura. Ilustración 18. Construcción de la lámpara Metalarc de 400watts base arriba.
Construcción de la lámpara de aditivos metálicos. La lámpara Metalarc tiene un tubo de descarga, de cuarzo. Ligeramente menor que el correspondiente a una lámpara de Vapor de Mercurio de la misma potencia. El tubo de arco contiene gas argón y mercurio, mas yoduros de torio, sodio y escandio. Estos 3 materiales son los responsables del excelente comportamiento de esta extraordinaria fuente luminosa. Los extremos del tubo de descarga tienen una
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pantalla térmica (Revestimiento), cuya función es controlar la temperatura en estas áreas durante la operación de la lámpara Metalarc según se planteara posteriormente. La lámpara Metarlac se fabrica con un montaje para el tubo de arco en dos secciones. Esta división es necesaria debido a la alta actividad electroquímica del sistema de aditivos, debido a la cual se requiere el máximo aislamiento de las partes metálicas del tubo de arco. El montaje de tubo de descarga incluye soportes en el cuello y domo, lo que proporciona un montaje muy durable y resistente, adecuado para el servicio rudo y la vibración. El bimetal debe permanecer cerrado durante la operación de la lámpara, para evitar un corto circuito entre el electrodo de arranque y el electrodo de operación adyacente. Con esto se evita una caída de voltaje entre el electrodo de arranque y el electrodo de operación, eliminando la falta por electrolisis en el sello del tubo de arco. Algunas lámparas Metalarc usan un diodo de estado sólido y un corta circuito bimetal. El diodo se encuentra en serie con el cortacircuito bimetal. El diodo se encuentra en serie con el corta-circuito bimetal durante la operación de calentamiento de la lámpara. El bulbo exterior de boro silicato (vidrio-duro) protégé las partes internas y también absorbe la radiación ultravioleta originada en el arco. Principios y características de operación. La descarga de Metalarc, difiere en forma significativa del sistema de vapor de mercurio, todo el material de descarga se encuentra en estado vaporizado, ya que la temperatura de las paredes del tubo de arco es mayor que la temperatura de ebullición considerablemente mas alto que la temperatura de las paredes del tubo de arco, por lo tanto algunos de los materiales permanecen condensados en estado sólido. Las cantidades de yoduros metálicos vaporizados se rigen por la temperatura del punto mas frió de la superficie interior del tubo de arco. El fenómeno antes descrito, ejerce gran influencia sobre algunas características de las lámparas de Metalarc, según se explicara en secciones posteriores. La lámpara Metalarc, hace uso del mismo principio de arranque de las lámparas de vapor de mercurio, pero difieren significativamente en características y requerimientos de ionizacion en el espacio existente entre el electrodo de arranque de yoduros metálicos y el electrodo de operación adyacente. Debido a la presencia de yoduros metálicos en el tubo de arco, el voltaje requerido para la ionizacion es mucho mas alto en la lámpara Metalarc. Cuando existe suficiente ionizacion se establece un flujo de electrones entre los electrodos principales. Una vez establecido el arco la lámpara empieza a calentarse conforme a la temperatura se va incrementando, los aditivos metálicos van integrándose al flujo de arco, emitiendo su radiación característica. Debido a la naturaleza del sistema de
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yoduros de aditivos metálicos, las exigencias básicas del balastro son mas severas que las requeridas en el balastro usado en la lámpara de vapor de mercurio. Cuando la lámpara ha logrado su estabilización y los aditivos metálicos se encuentran en el arco en concentración apropiada, sus efectos se notan claramente. La emisión espectral de la lámpara contiene todas las longitudes de onda a las cuales responde el ojo humano y adicionalmente, mucha de la energía radiada se desplaza a áreas del espectro donde la lámpara de vapor de mercurio es deficiente. Debido a que todas las longitudes de onda o colores están presentes en un balance aceptable, la apariencia del color de la lámpara es blanco, dando como resultado un excelente rendimiento cromático. La segunda ventaja de la lámpara Metalarc, en comparación con la lámpara de vapor de mercurio es su e es eficacia substancialmente mayor. En general, sobre la base de lámparas de la misma potencia, la lámpara Metalarc tiene una eficacia superior entre 65 y 70 %. La familia de lámparas Súper Metalarc incrementa este rendimiento hasta casi el 100%. A pesar de que la lámpara Metalarc tiene excelente calidad de color para la mayoría de los usos, las necesidades de interiores, tales como en tienda, supermercados y otras instalaciones comerciales requieren mayor rendimiento de fósforos, con el cual se incrementa el porcentaje de rojos, naranja, así como las longitudes de onda de los martillos en espectro. La lámpara Metalarc c/c, también tiene la ventaja de una menor temperatura de color (luz mas calidad). Siendo una fuente luminosa mas difusa, lo cual redunda en la reducción de la brillante y el deslumbramiento. Posición de operación. Las lámparas Metalarc, en su mayoría, se fabrican en dos tipos ―Base arriba a horizontal‖ (BU-HOR) y ―Base abajo‖ (BD). Para potencias de 250, 400, 1,000 y 1,500 vatios, las lámparas base arriba, están diseñadas para operar en posiciones que varían de base arriba, están diseñadas para operar en posiciones que varían de base arriba a horizontal, la lámpara base abajo de la posición base abajo hacia arriba a horizontal, la lámpara base abajo de la posición base abajo hacia arriba, pero sin llegar a la horizontal. La lámpara de 175watts base arriba y base abajo deberá de operarse únicamente en posiciones que están dentro de los 15˚ de vertical. Los tipos de lámparas base arriba (BU) y base abajo (BD) difieren en la localización del bimetal y del electrodo de arranque. Las lámparas de 175 y 250watts deberán de operarse en luminarias cerradas. Las lámparas de 400 y 1,000watts, cuando se operan en posición horizontal o dentro de los 60˚ de la horizontal, deberán instalarse en luminarias cerradas. Así mismo, la
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lámpara de 1,500watts deberá de operarse solamente en luminarias cerradas, independientemente de su posición de operación. Efecto de la posición de operación. Los datos característicos de las lámparas Metalarc se establecen con la lámpara operada en posición vertical y horizontal, cuando es operada en otra posición diferente a la vertical, los vatios y la producción lumínica decrecen ligeramente, así como el mantenimiento de lúmenes resultando una operación menos eficiente. Producción lumínica y mantenimiento. El sistema de la lámpara Metalarc resulta químicamente complejo y requiere de un periodo de operación para que todos sus componentes se estabilicen. Se requiere de un lapso de funcionamiento de 100 horas para que la lámpara alcance todas sus ventajas que, a la vez, son la base de sus características de comportamiento a través de sus horas de vida. Todas las especificaciones publicadas de las lámparas se basan en mediciones realizadas después de 100 horas. La lámpara Metalarc cuenta con características excelentes en lo referente al mantenimiento de lúmenes. El decremento en producción lumínica se produce en forma muy gradual, a través de las horas de vida de la lámpara. Las tres mayores causas de este decremento en la emisión lumínica son: El Deterioro de los electrodos a medida que pasa el tiempo; la perdida de transmisión del tubo de arco, debido al ennegrecimiento y cambio en el balance químico de los aditivos metálicos. El mantenimiento de lúmenes se obtiene cuando su operación es en ciclo continuo. En el caso de la lámpara fosforada existe una depreciación adicional de producción a través de las horas de vida, debido a la depreciación del fósforo que recubre el interior de la lámpara. El mantenimiento de lúmenes en posición horizontal, es aproximadamente 5% menor que en posición vertical al final de su Vida de la lámpara. La vida de la lámpara Metalarc se define como el lapso en horas, en el cual el 50% de una muestra representativa de la producción llega al final de la vida normal, cuando se opera con un voltaje controlado nominal de alimentación al balastro, en ciclos de 10 horas en posición vertical. El final de su vida nominal, se caracteriza cuando la lámpara falla en el arranque o bien cuando se acerca a su potencia de diseño. Lo anterior es causado por el
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deterioro de los electrodos de la lámpara a lo largo de las horas de vida. El deterioro de los electrodos es mas severa durante el periodo de arranque. Mientras mas largo sea el ciclo de operación, mayor Serra la vida de la lámpara y mejor el mantenimiento de lúmenes. Efecto de la temperatura. El funcionamiento de la lámpara Metalarc es esencialmente independiente de la temperatura ambiente, debido a que el bulbo exterior controla la temperatura de operación del tubo de arco. Los watts, la emisión luminosa y el color no varia apreciablemente con la temperatura. Sin embargo, la temperatura ambiente puede afectar el funcionamiento del balastro, y este a su vez afectar la operación de la lámpara. No obstante que el tubo de arco este protegido y relativamente independiente de la temperatura. Sin embargo, la temperatura ambiente puede afectar el funcionamiento del balastro, y este a su vez afectar la operación de la lámpara. No obstante que el tubo de arco este protegido y relativamente independiente de la temperatura, ambiental de la lámpara, ciertas condiciones ambientales deberán de mantenerse para lograr su funcionamiento normal. La temperatura en la base no deberá de exceder a 210˚C y 400˚C en las paredes del bulbo. El arranque de las lámparas Metalarc es sensible a la temperatura. A baja temperatura, la presión del vapor de mercurio se reduce, dificultando la ignición de la lámpara. En la condición de re-encendido (después de una interrupción momentánea) la lámpara deberá de reducir su temperatura interna, resultando una disminución en la presión del tubo de arco; a tal punto que el voltaje del balastro sea suficiente para arrancar la lámpara. Efecto estroboscopico. El arco, en una lámpara Metalarc y en las otras lámparas de descarga eléctrica que funcionan con corrientes alterna de 60 ciclos, se extingue completamente 120 veces por segundo. La emisión lumínica de la lámpara es modulada partiendo esta relación. Esta variación es mayor en la lámpara clara que en la lámpara Metalarc. Con el revestimiento de fósforo ha cierta acción fosforescente; es decir, que el revestimiento continua destellando un corto tiempo, después de que la radiación del tubo de arco se termina. Sin embargo, existe una variación rápida en la emisión luminosa, la cual bajo ciertas circunstancias, puede producir lo que se denomina efecto estroboscopico. Este efecto se puede reducir operando las lámparas en pares, con balastros del tipo atraso-adelanto o con tres lámparas operando en fases diferentes de un circuito trifásico.
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Efecto de variación de voltaje de líneas. Si el balastro Metalarc tiene derivaciones, es muy importante que el voltaje de la derivación y el de líneas coincidan, con objeto de lograr un optimo rendimiento de la lámpara. Algunos balastros tienen derivaciones para recibir varios voltajes de línea, tales como 120/240. En algunas ocasiones, existen derivaciones para voltaje de línea diferente a los valores nominales, tales como 110/120. Las variaciones en el voltaje de alimentación al balastro incrementara o disminuirá los watts de lámpara, dependiendo del tipo de balastro.
c) Interpretación de curvas de distribución
Curvas de distribución fotométrica
Definición Las curvas de distribución fotométrica son graficas polares que se elaboran según las características de las fuentes luminosas, proporcionan información en relación con la distribución de la luz que suministran en diversas zonas anulares a diferentes ángulos sólidos y son muy útiles en los proyectos de iluminación. Si la luminaria se encuentra en el centro de una esfera de radio R, entonces la curva de distribución fotométrica de dicha luminaria se puede determinar realizando mediciones de intensidad luminosa en diversos ángulos, siguiendo la superficie de la esfera. Las mediciones pueden realizarse de diez en diez grados, utilizando un fotómetro o un luxó metro y multiplicando todos los valores por el radio R al cuadrado. Ya que: E = Intensidad (I) . I = E X R2 . . R2 De esta manera, se obtienen los lm/estereorradian en cada dirección.
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En la practica la celda fotoeléctrica para medición se sitúa y se mueve en una pista circular vertical alrededor de la fuente, esta a su vez se gira por medio de un yugo en el plano horizontal hasta completar los 360o para así ―barrer‖ la esfera completa. Las curvas de distribución fotométrica se toman en un solo plano, ya sea vertical (transversal o longitudinal al eje de la lámpara) u horizontal (diagrama isocandela o isolux). Cuando la forma de la fuente es asimétrica se construyen una en cada eje de la lámpara y/o una horizontal. Requisitos Normalmente las curvas de distribución fotométrica de cada luminaria las proporciona el fabricante. Para que una grafica de este tipo pueda ser útil debe llenar los siguientes requisitos: La grafica debe ir apropiadamente señalizada con sus escalas respectivas en grados, lúmenes y candelas. Los datos de eficiencia y rendimiento deben estar en función de lámparas normales (conocidas). La distancia de medición debe ser cuando menos cinco veces mas grande que la dimensión mayor de la luminaria. Ilustración 19. Curvas de distribución fotométricas
Las curvas de distribución fotométrica se emplean constantemente en los cálculos de alumbrado con el método de punto por punto, para determinar los coeficientes de
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utilización característicos de una luminaria en particular, y en general donde se desea conocer la iluminación de una superficie a determinado ángulo sólido. Por ejemplo, si deseamos conocer la iluminación de una superficie a una distancia r de la fuente luminosa y en un determinado ángulo a partir de la vertical, se toma el dato de la intensidad luminosa en la curva de distribución respectiva y se aplica la formula:
E = I cos Θ r2 Donde Θ es el ángulo de los rayos con respecto a la normal a la superficie.
El flujo luminoso en lúmenes para cada ángulo subtendido por un área, se calcula multiplicando la intensidad luminosa en candelas por una constante de zona. Dicha constante se calcula para áreas subtenidas de 10 en 10 o de 5 en 5 grados, de manera que la suma de todas las constantes da 4 π = 12.57. Puesto que: Φ = w I, una fuente de una candela de intensidad dará Φ = 4 π I = 12.57 lúmenes totales. Las curvas de distribución fotométrica dependen también del difusor empleado en la luminaria o del reflector, por ello, la curva fotométrica de la luminaria es diferente de la curva fotométrica de la lámpara desnuda. Calculo de las constantes de zona o ángulos sólidos (estereorradianes), para el calculo de los lúmenes emitidos en zonas anulares de 10 en 10 grados.
h = α R = 3.14 X 10o R = 0.175R 180o
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Ilustración 20. Calculo de las constantes de zona o ángulos sólidos
Zona 0o a 10o A = π r2 = π h2 = π (αR) = π R2 0.1752 w = A = π R2 0.1752 = π 0.1752 = 0.0948 R2 R2 o también: A = π r2 = π (R cos 80o)2 = π R2 0.1742 w = π 0.1742 = 0.094 Zona de 10o a 20o A = (B + b) h = (2 π r1 + 2 π r2) R 2 = π R2 (cos 80o + cos 70o) W = π (0.516) 0.175 = 0.281
Tabla 3. Clasificación de las zonas o ángulos sólidos ZONA
ANGULO MEDIO
ZONA
ANGULO MEDIO
0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60
5 15 25 35 45 55
170-180 160-170 150-160 140-150 130-150 120-130
175 165 155 145 135 125
ANGULO SÓLIDO W 0.0948 0.281 0.462 0.620 0.776 0.898
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60-70 70-80 80-90
65 75 85
110-120 100-110 90-100
115 105 95
0.995 1.059 1.099
Zona de 80 a 90 W = A = Base x h = 2 R x 0.175 x R = 6.28 X 0.175 = 1.099 R2 R2 R2 Y así sucesivamente. La clasificación de las luminarias en directa, semidirecta, indirecta, semindirecta, etc., esta hecha con base en el porcentaje de la distribución del flujo luminoso, en los hemisferios superior e inferior, de la curva de distribución fotométrica de cada luminaria en relación con los lúmenes totales de ambos hemisferios. La eficiencia de la luminaria es la relación entre los lúmenes totales emitidos por la luminaria y los lúmenes emitidos por la lámpara desnuda. % de emisión en el hemisferio superior = lúmenes hemisferio superior X 100 lúmenes totales
% de emisión en el hemisferio inferior = lúmenes hemisferio inferior X 100 lúmenes totales
Eficiencia de la luminaria = lúmenes totales X 100 lúmenes lámpara desnuda Ejemplo: Curva de distribución fotométrica vertical de una lámpara incandescente de 300watts, 127 voltios., 60 hertz, simétrica dentro de una luminaria tipo directa. Tabla 4. Curva de distribución fotométrica vertical de una lámpara incandescente.
ZONA
0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60
ANGUL O MEDIO 5 15 25 35 45 55
INTEN SIDAD LUMIN OSA (CD) 105 105 105 103 98 87
ANGU LO SÓLID O (SR) 0.0948 0.281 0.462 0.620 0.776 0.898
FLUJO LUMINO SO (LM) 9.954 29.505 48.510 64.060 76.648 78.125
CALCULO, EFICIENCIA Y FORMULAS % emisión hemisferio superior = = hemisferio superior X100= E total
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60-70 70-80
65 75
75 56
0.995 1.059
74.625 59.304
= 475.89 X 100 = 4957.21
80-90
85
32
1.099
35.168 475.899
= 9.6% (DIRECTA)
Total hemisferio superior (0 - 90) % emisión hemisferio inferior = 45 1.099 49.435 90-100 95 100368 1.059 389.762 = hemisferio inferior X 100 = 105 110 E total 110764 0.995 760.180 115 120 = 4481.32 X 100 = 120991 0.898 900.918 4957.21 125 130 1301150 0.776 892.400 = 90.39 % 135 140 (DIRECTA) 1401178 0.620 730.360 145 150 1501070 0.462 494.340 155 160 160965 0.281 211.650 165 170 170889 0.0948 84.277 175 180 Total hemisferio inferior (90-180) 4481.322 Eficiencia luminaria = lúmenes total X 100 = 4957.21 X 100 = 98% lúmenes lámpara desnuda 5050 Grafica 6 Grafica polar de una lámpara incandescente de 300 w.
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Grafica polar de una lámpara incandescente de 300 127 v., 60 Hz. Simétrico, dentro una luminaria tipo directa. En esta grafica se muestra la distribución de la intensidad luminosa en candelas. Las luminarias fluorescentes requieren de dos o tres curvas de distribución debido a que su forma no guarda simetría con respecto a sus dos ejes, por lo tanto, es necesario construir una curva en el plano transversal y otra en el longitudinal, frecuentemente se construye en un plano a 45 entre ambos. La tabla 29 corresponde a los valores de intensidad luminosa a diferentes ángulos, de una luminaria con difusor acrílico, dos lámparas fluorescentes de 38watts, ―Slimline‖, 127 voltios, 60 hertz, marca Holophane, cat. No. 6800. Distancia de prueba = 7.5m, flujo luminoso de las lámparas desnudas 6 200 lúmenes. Para conocer la distribución fotométrica de las luminarias empleadas en alumbrado publico, se construyen curvas en el plano horizontal, es decir, las mediciones de intensidad luminosa se realizan en una pista circular alrededor de la fuente, en el plano horizontal y sobre un determinado cono generatriz. La distribución fotométrica de proyectores de haces estrechos, se representa en coordenadas cartesianas, tabulando en el eje de las abscisas la separación en grados del eje del haz y en el de las ordenadas la intensidad luminosa. Tabla 5. Valores de intensidad luminosa a diferentes ángulos.
0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-70 70-80
5 15 25 35 45 55 65 75
INTEN SIDAD LUMIN OSA (CD) 1525 1515 1515 1405 1045 450 235 155
80-90
85
105
ANGU ZONA LO (GRAD MEDI OS) O
ANGUL O SÓLID O (SR.) 0.0948 0.281 0.462 0.620 0.776 0.898 0.995 1.059 1.099
FLUJO LUMINO CALCULO DE EFICIENCIA Y SO FORMULAS USADAS (LM) 144.670 425.715 699.930 863.100 810.920 404.100 233.825 164.145 115.395
Total hemisferio superior 3772.000 = 17.64% 90-100 95 85 1.099 93.415 100105 250 1.059 264.750 110 110115 210 0.995 208.950 120
% Hemisferio superior = = 3772.0 X 100 = 82.3% (SEMIDIRECTA) % Hemisferio inferior = = 808.239 X 100 4580.2 (SEMIDIRECTA) Eficiencia luminaria = = lúmenes totales =
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120125 115 0.898 92.270 130 130135 85 0.776 65.960 140 140145 70 0.620 43.400 150 150155 55 0.462 25.410 160 160165 40 0.281 11.240 170 170175 30 0.0948 2.844 180 Total hemisferio inferior 808.239 = 73.87%
lúmenes lámpara desn. = 4580.2 X 100 6200
Grafica 7. Grafica polar constituida con los datos de la luminaria anterior.
En la grafica anterior se muestra la distribución del flujo luminoso (lm) en el hemisferio superior e inferior. El tipo de alumbrado que proporciona es el semidirecto. Tabla 6Clasificación de las luminarias según el tipo de alumbrado que proporcionan.
TIPO DE LUMINARIA
% DEL FLUJO TOTAL HEMISFERIO SUPERIOR
% DEL FLUJO TOTAL HEMISFERIO INFERIOR
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Directa Semidirecta Indirecta Semindirecta General difusa
0-10 10-40 90-100 60-90 40-60
90-100 60-90 0-10 10-40 40-60
Ilustración 21. Curvas de distribución fotométrica.
Diagramas isocandelas. Son curvas de distribución fotométrica de una misma intensidad luminosa en diferentes separaciones en grados, vertical y horizontalmente del eje de haz, y representan con mucha fidelidad a un haz de luz irregular. En ellos se utilizan coordenadas cartesianas. Diagramas isolux. Son curvas de distribución que unen puntos de una misma iluminación en un plano determinado de trabajo.
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3.2.
INTRODUCCION AL DISEÑO DE ALUMBRADO
a) Niveles de iluminación
El concepto de iluminación o iluminancia (E) expresado en la unidad lux es una medida de la cantidad de luz que incide en el plano de trabajo. Pruebas realizadas han demostrado que el nivel de iluminación determina la calidad de la visión: cuanto mayor es el nivel de iluminación se puede ver mas fácil claramente. Nuestros ojos están constituidos de manera que la visión es optima con los niveles de iluminancia proporcionados por la luz del día –no necesariamente bajo la luz directa del Sol—que van desde unos miles a 100000 luxes. técnica y económicamente resulta imposible, o muy difícil, obtener valores de alumbrado de 10000 a 20000 luxes que nos permitan ver en las condiciones mas favorables y con un mínimo de esfuerzo. En la practica, tenemos que aceptar niveles de iluminación ―adecuados‖ técnica y económicamente, mucho mas bajos que los mencionados, aprovechando la gran capacidad de acomodación y adaptación de la vista humana. En cada proyecto, el encargado de una instalación de alumbrado debe elegir el termino medio correcto entre las mejores condiciones visuales y un sistema de alumbrado que sea factible desde los puntos de vista técnico y económico. En la determinación de los niveles de iluminación óptimos para una tarea visual especifica se toman en cuenta los siguientes factores:
La duración del trabajo con luz artificial. Si el trabajo es nocturno o diurno. Exigencias de calidad impuestas al producto que se trabaja, tamaño y contraste con los objetos. La edad de los usuarios de la instalación del alumbrado.
En los niveles de iluminación recomendados por algunos fabricantes de equipos de alumbrado y asociaciones de ingenieros, están implícitos los primeros tres factores; sin embargo, el cuarto factor –la edad de los usuarios—afecta el nivel de iluminación seleccionando en cierto porcentaje de acuerdo con el criterio que se adopte al considerar el promedio de edad de los usuarios del sistema de alumbrado utilizado. Extensas investigaciones han demostrado que a medida que el hombre envejece es necesaria una mayor iluminación para desarrollar una tarea visual con la misma eficiencia que cuando se es joven.
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10 años: 20 años: 30 años: 40 años: 50 años: 60 años:
nivel recomendado aumentar un 30 % el nivel recomendado. aumentar un 40 % el nivel recomendado. aumentar un 50 % el nivel recomendado. aumentar un 80 % el nivel recomendado. aumentar un 170 % el nivel recomendado.
Actualmente, se ha fijado una tabla de niveles de iluminación adecuados para cada tarea visual. Esta tabla se calculo según la teoría del Dr. H.R. Blackwell, fue publicada por el I.E.S. Lighting Handbook en 1959 y se determino con un rendimiento visual de 99% y 5 asimilaciones por segundo (el ojo puede tener incluso 37 asimilaciones por segundo, como en el cinematógrafo). La Sociedad Mexicana de Ingeniería e Iluminación S.M.I.I calculo nuevos niveles de iluminación apropiados para México y sus condiciones económicas; basados en un rendimiento visual del 95% y las mismas 5 asimilaciones por segundo (al igual que el sonido responde a la sonoridad, loa sensibilidad del ojo responde en forma logarítmica a la iluminación), con lo que la iluminación se baja a niveles aplicables en forma económica sin que por ello se produzca un cansancio visual o bajo rendimiento. En la tabla a continuación aparecen dos columnas, la primera, I.E.S. 99%, proporciona los niveles de iluminación recomendados en EE.UU.; la segunda, S.M.I.I. 95%, proporciona los niveles luminosos sugeridos para México. En los casos en que ambos valores son los mismos, significa que el valor mínimo que se debe recomendar. Asimismo, se anota otra columna de niveles de iluminación propuestos por una compañía europea fabricante de equipos y lámparas de iluminación. Se puede obtener con la combinación de alumbrado general y alumbrado suplementario especializado, manteniendo las relaciones de brillantez recomendadas. Estas tareas visuales generalmente hacen intervenir la discriminación de los detalles delicados por largos periodos de tiempo y bajo condiciones de contraste reducido. Para dar la iluminación requerida, es necesario usar una combinación del alumbrado general antes indicado mas el alumbrado suplementario especializado. El diseño e instalación de estos sistemas combinados no deberá únicamente proveer una cantidad suficiente de luz, sino que también deberá dar la dirección apropiada a la luz, difusión y además protección al ojo humano. deberá también, tanto como sea posible, eliminar el deslumbramiento directo o reflejado como sombras desagradables. Las pinturas o cuadros con colores obscuros y con detalles delicados o finos, deberán tener una iluminación de 2 a 3 veces mayor.
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En algunos casos, una iluminación mayor de los 1000 luxes es necesaria para hacer resaltar la belleza de las estatuas. La iluminación se puede reducir o aminorar durante el sermón, la introducción o la meditación. Si los acabados interiores son obscuros (menos de 10% de reflexión), la iluminación será de 2/3 partes del nivel recomendado para evitar altos contrastes en brillantez, como en el caso de las paginas de los libros de salmos o cantos y el medio semioscuro que lo rodea. Es esencial un diseño cuidadoso para evitar brillantez desagradable. Alumbrado especial, tal que (1) el área luminosa sea lo suficientemente grande para cubrir completamente la superficie que esta siendo inspeccionada y (2) la brillantez deberá estar dentro de los limites necesarios para obtener condiciones de contrastes confortables. Esto implica el uso de fuentes luminosas de gran área y relativa baja brillantez en los casos en que la brillantez de la fuente luminosa se considere como un factor principal en vez de los luxes producidos en un punto considerado. Para inspección minuciosa, 500 luxes. Los manuscritos a lápiz y la lectura de reproducción y copias pobres requieren 700 luxes. Para inspección minuciosa, 500 luxes. Esto se puede hacer en el cuarto de baño, pero si se tiene un tocador, es necesario un alumbrado localizado para obtener un nivel recomendado. La superficie especular del material puede hacer necesaria una recomendación especial en la selección y localización del equipo de alumbrado, o alguna determinada orientación del trabajo. O no menos de 1/5 del nivel de las áreas adyacentes. La brillantez de la tarea visual debe relacionarse con la brillantez que la rodea. La iluminación general de estas áreas no necesariamente tiene que ser muy uniforme. Incluyendo calles y establecimientos cercanos.
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-Los valores recomendados son iluminación sobre la mercancía o aparadores. El plano en el cual la luz sea ms importante puede variar desde el horizontal al vertical. Áreas especificas en las cuales se involucra una difícil visión, se puede iluminar con niveles de iluminación considerablemente mas altos. La selección del color de las lámparas fluorescentes es importante. Para una mejor apariencia de la mercancía se puede combinar los sistemas fluorescentes e incandescentes. La iluminación puede hacerse muchas veces no uniforme para hacer resaltar la distribución de la mercancía. Estos valores están basados en un 25% de reflexión, ya que este es el promedio de reflexión de la vegetación y superficies exteriores típicas. Estos valores se deben ajustar para las reflexiones de materiales específicos iluminados, para obtener una brillantez equivalente. Estos niveles dan una brillantez satisfactoria cuando son vistos desde interiores o terrazas en penumbra. Cuando son vistos desde áreas obscuras se pueden reducir cuando menos a la mitad o se pueden doblar cuando se desee un efecto mas dramático. Iluminación promedio recomendada (en luxes). Tabla 7. Iluminación promedio recomendada. TRANSITO DE PEATONES
Intenso Mediano Escaso
CLASIFICACIÓN DE TRANSITO DE VEHÍCULOS POR HORA Muy escaso (menos de 150) 6 4 2
Escaso (150 a 500)
Mediano (500 a 1200)
Intenso (mas de 1200)
8 6 4
10 8 6
12 10 8
Estos valores están basados en condiciones de reflexión del pavimento muy favorables, del orden de 10%.
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Cuando la reflexión sea pobre (del orden de 3%, como en el asfalto) la iluminación recomendada deberá aumentarse 50%. Cuando la reflexión sea raramente alta (20% o mas, como en el concreto claro) los valores recomendados pueden reducirse un 25%. Los valores recomendados se supone que deberán mantenerse en servicio. Si el mantenimiento es bajo, estos valores deberán aumentarse. El valor mas bajo en cualquier punto de la carretera no deberá ser menos de 1/10 de los valores indicados en la tabla para carreteras con transito de vehículos muy escaso y con transito de peatones escaso, y no menos de ¼ de los valores anteriores indicados para todos los demás casos de carreteras. Vertical.
600 lúmenes por metro cuadrado de superficie. 1000 lúmenes por metro cuadrado de superficie.
En este espacio se deberá usar alumbrado suplementario con objetos de poder obtener los niveles de iluminación recomendados que requiere cada tarea visual involucrada. La instalación deberá ser tal, que el nivel de la iluminación pueda ser aumentado por lo menos 400 luxes para embarque diurnos. En las áreas publicas, tales como salas de descanso, salones de baile, fumadores, cantinas y comedores, los valores de luxes pueden variar ampliamente, dependiendo de la atmósfera deseada, los decorados interiores y el uso que se vaya a dar a cada uno de estos lugares.
b) Sistemas de alumbrado Consideraciones generales Cuando un edificio sea diseñado y construido para un uso único, se considerara para fines de aplicación de la presente Norma Oficial Mexicana, la Densidad de Potencia Eléctrica (DPEA) máxima permisible correspondiente.
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Cuando un edificio sea diseñado y construido para mas de un uso (uso mixto), se determinaran por separado las DPEA correspondientes a cada uso aplicándose para cada una de ellas los valores máximos permisibles establecidos en la tabla 1 del capitulo 6. Cuando un edificio sea diseñado y construido para mas de un uso (uso mixto), se determinaran por separado las DPEA correspondientes a cada uso aplicándose para cada una de ellas los valores máximos permisibles establecidos en la Tabla Cuando un edificio sea diseñado y construido para uso mixto y tenga usos no contemplados en el Campo de aplicación, se considerara como DPEA máxima permisible de estos usos el valor de DPEA de aquel uso que predomine sobre los demás en términos de la superficie ocupada. La determinación de las DPEA del sistema de alumbrado de un edificio no residencial nuevo o ampliación de alguno ya existente, de los tipos cubiertos por la presente Norma Oficial Mexicana, serán calculadas a metodología indicada a continuación. La expresión genérica para el calculo de la Densidad de Potencia Eléctrica (DPEA) es: DPEA = Carga Total Conectada para Alumbrado Area Total Iluminada Donde la Densidad de Potencia Eléctrica (DPEA) esta expresada en W/m2 , la carga total conectada para alumbrado esta expresada en watts y el área total iluminada esta expresada en m2. Se considerara que la instalación cumple con lo establecido por esta Norma Oficial Mexicana si y solo si, las DPEA calculadas son iguales o menores que los valores limites establecidos para cada uso del edificio analizado, tomando en cuenta las excepciones aplicables y los ajustes por bonificaciones de potencia permitidos. Será obligatorio para fines de certificación y verificación del cumplimiento de la presente Norma que los proyectos incluyan cuadro resumen del calculo de las DPEA para el sistema de alumbrado del inmueble (Apéndice 1) y se anexe una memoria de calculo que detalle toda la información y consideraciones efectuadas durante el calculo. La preparación de esta información Serra una obligación del Responsable del Proyecto, por lo que deberá estar debidamente integrada y firmada por el mismo.
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La autoridad responsable de la certificación y verificación del cumplimiento de la presente Norma Oficial Mexicana, revisara y tomara en cuenta esta información para fines de aprobación del proyecto, así como para comprobar que durante la construcción del inmueble o ampliación, las instalaciones que constituirán el sistema de alumbrado se realicen con estricto apego al proyecto aprobado. Metodología Las DPEA totales para los sistemas de alumbrado interior y exterior se determinaran en forma independiente una de otra. Estas densidades no podrán ser combinadas en ningún momento, por lo que se determinaran y reportaran los valores de cada una de ellas en forma separada. En el caso de estacionamientos interiores y bodegas o áreas de almacenamiento que formen parte de alguno de los tipos de edificios cubiertos por la presente Norma Oficial Mexicana, se determinaran y reportaran también en forma separada las DPEA correspondientes a estas áreas. En el caso de edificios de uso mixto se determinaran y reportaran en forma separada las DPEA para alumbrado interior de cada uno de los usos del inmueble. Las DPEA se obtendrán en cada caso a partir de la carga total conectada de alumbrado y el área total por iluminar, considerando las excepciones contenidas en el capitulo 2 y las bonificaciones de potencia establecidas en la Tabla de la presente Norma Oficial Mexicana. Lo anterior significa que para algunas áreas o espacios del edificio, en función de las actividades y tareas especificas que en su interior se desarrollen, se podrán obtener valores de DPEA mayores a los limites establecidos en la presente Norma Oficial Mexicana pero que tendrán que ser compensadas por otras áreas con valores de DPEA menores y así lograr que los valores de DPEA totales del inmueble cumplan con lo establecido por esta Norma Oficial Mexicana. Determinación de la DPEA del sistema de alumbrado. A partir de la información contenida en los planos del proyecto de la instalación eléctrica y de los valores de potencia real nominal obtenidos de los fabricantes de los diferentes equipos de alumbrado considerados en dicha instalación se cuantificara la carga total conectada destinada a iluminación, así como el área total iluminada a considerarse en el calculo para la determinación de la DPEA del sistema de alumbrado, siguiendo la siguiente secuencia:
Alumbrado Interior
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Se identificara el numero total de niveles o pisos que integran el edificio, así como los diferentes usos del inmueble. Para cada uno de estos se identificaran los diferentes espacios o particiones; para cada una de estas se determinara la carga total conectada para iluminación como la suma de las potencias nominales de todos los equipos de alumbrado incluidos en el proyecto. Se excluirán aquellas áreas, sistemas y cargas especificas conceptualizadas como excepciones indicadas en el capitulo 2 de esta Norma. En el caso de los equipos de alumbrado que requieran el uso de balastros u otros dispositivos para su operación se considerara para fines de cuantificar la carga conectada el valor de la potencia nominal del conjunto lámpara-balastro-dispositivo; la información anterior Serra expresada en watts. Para los equipos de alumbrado que utilicen atenuadores de los tipos de resistencia en serie y auto-transformador en su operación, se considerara para fines de cuantificar la carga conectada, el valor de la potencia nominal del conjunto lámparaatenuador, la información anterior Serra expresada en watts. Para cada uso se determinaran las áreas interiores de los espacios o particiones a ser iluminadas; la información anterior Serra expresada en m 2. A partir de la información anterior, se integrara para cada uno de los niveles o pisos la carga total conectada para alumbrado y el área de cada nivel por uso. La carga total conectada y el área total de cada uso se integraran a partir de los valores parciales obtenidos para cada piso o nivel; con estos datos se determinaran las diferentes DPEA de alumbrado interior.
Alumbrado Exterior
Se identificaran las áreas abiertas del edificio, como son: zonas de jardines, andadores, zonas de carga y descarga, zonas de circulación peatonal y vehicular, fachadas, estacionamientos exteriores, etc. Para cada una de estas zonas se determinara su área expresada en m 2 y se totalizara. Asimismo, se cuantificara la carga conectada para iluminación en ellas como la suma de las potencias nominales de todos los equipos de alumbrado considerados en el proyecto expresada en watts. Se excluirán aquellas áreas, sistemas y cargas especificas conceptualizadas como excepciones indicadas en el capitulo 2 de esta Norma. En el caso de los equipos de alumbrado que requieran el uso de balastros u otro dispositivo para su operación, se considerara para fines de cuantificar la carga
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conectada el valor de la potencia nominal del conjunto lámpara-balastro-dispositivo; la información anterior Serra expresada en watts. Para los equipos de alumbrado que utilicen atenuadores de los tipos de resistencia en serie y auto-transformador en su operación, se considerara para fines de cuantificar la carga conectada, el valor de la potencia nominal del conjunto lámparaatenuador, la información anterior Serra expresada en watts. La carga total instalada en áreas abiertas y la superficie total de las mismas, serán consideradas para la determinación de la DPEA de alumbrado exterior.
Estacionamientos interiores.
Se identificaran los espacios, pisos o niveles interiores destinados al estacionamiento de vehículos se determinara el área de cada uno de ellos y se integrara para obtener el área total en m 2. De la misma manera se cuantificara la carga total conectada para iluminación en estos estacionamientos, calculada como la suma de las potencias nominales de todos los equipos de alumbrado considerados en el proyecto expresada en watts. Se excluirán aquellas áreas, sistemas y cargas especificas conceptualizadas como excepciones indicadas en el capitulo 2 de esta Norma. En el caso de los equipos de alumbrado que requieran el uso de balastros u otro dispositivo para su operación, se considerara para fines de cuantificar la carga conectada el valor de la potencia nominal del conjunto lámpara-balastro-dispositivo; la información anterior Serra expresada en watts. Para los equipos de alumbrado que utilicen atenuadores de los tipos de resistencia en serie y auto-transformador en su operación, se considerara para fines de cuantificar la carga conectada, el valor de la potencia nominal del conjunto lámparaatenuador, la información anterior Serra expresada en watts. La carga total instalada para alumbrado y la superficie total obtenida serán consideradas para la determinación de la DPEA de alumbrado exterior.
Bodegas o áreas de almacenamiento.
Se identificaran los espacios, pisos o niveles destinados a bodegas o áreas de almacenamiento, se determinara el área de cada uno de ellos y se integrara para obtener el área total en m2. De la misma manera se cuantificara la carga total
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conectada para iluminación en estos estacionamientos, calculada como la suma de las potencias nominales de todos los equipos de alumbrado considerados en el proyecto expresada en watts. Se excluirán aquellas áreas, sistemas y cargas especificas conceptualizadas como excepciones indicadas en el capitulo 2 de esta Norma. En el caso de los equipos de alumbrado que requieran el uso de balastros u otro dispositivo para su operación, se considerara para fines de cuantificar la carga conectada el valor de la potencia nominal del conjunto lámpara-balastro-dispositivo; la información anterior Serra expresada en watts. Para los equipos de alumbrado que utilicen atenuadores de los tipos de resistencia en serie y auto-transformador en su operación, se considerara para fines de cuantificar la carga conectada, el valor de la potencia nominal del conjunto lámparaatenuador, la información anterior Serra expresada en watts. La carga total instalada en áreas abiertas y la superficie total obtenida serán consideradas para la determinación de la DPEA en bodegas o áreas de almacenamiento. c) Método de lúmenes Este método esta basado en la definición de lux, que es igual a un lumen por metro cuadrados y por lo tanto: Lúmenes incidentes sobre una superficie Numero de lux = Área en metros cuadrados
Conociendo la emisión luminosa inicial de cada lámpara (dato suministrado por el fabricante), el número de estas instalado en la zona y el área de esta en metros cuadrados, pueden calcularse los lúmenes por metro cuadrado generados inicialmente en una determinada área. Este valor, sin embargo, difiere del número de lux en dicha área, ya que algunos lúmenes son absorbidos por la luminaria, y también debido a otros factores tales como la suciedad de la luminaria, la disminución gradual de la emisión de la luz de las lámparas, etc. Estos factores, entre otros, se toman en consideración en la formula del método de los lúmenes:
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Lámparas por luminaria x lúmenes por lámpara x coeficiente de utilización x factor de conservación o de perdidas Nivel en lux = Área por luminaria
Al emplear el método de los lúmenes han de tenerse en cuenta cinco puntos fundamentales. Determinación del nivel de iluminación requerido. Muchas de las tareas visuales más comunes, junto con la cantidad de iluminación que ha de proporcionarse para cada una de ellas. Estas recomendaciones representan calores mínimos en el lugar mismo de la tarea visual de acuerdo con la práctica actual; la total comodidad visual puede exigir niveles muy superiores. Determinación del coeficiente de utilización El coeficiente de utilización es la relación entre los lúmenes que alcanzan el plano de trabajo (ordinariamente se toma como tal un plano horizontal a 75cm sobre el suelo) y los lúmenes totales generados por la lámpara. Es un factor que tiene en cuenta la eficacia y la distribución de la luminaria, su altura de montaje, las dimensiones del local y las reflectancias de las paredes, techo y suelo. A causa de las múltiples reflexiones que tienen lugar dentro de un local, una parte de lux pasa hacia abajo a través del plano imaginario de trabajo mas de una vez, por lo que en algunas circunstancias el coeficiente de utilización puede sobrepasar la unidad. En general, cuanto mas alto y estrecho sea el local, mayor Serra la proporción de luz absorbida por las paredes y mas bajo el coeficiente de utilización. Los locales se clasifican de acuerdo con su forma en diez grupos, identificados por el valor de su relación de la cavidad del local. Determinación de la relación de la cavidad del local (RCL) Puede calcularse como sigue: 5H (longitud + anchura) Relación de la cavidad del local = Longitud x anchura Donde H es la altura de la cavidad
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Una formula mas conveniente es relación de la cavidad del total = `
10H . x relación Gaysuna Ancho
La relación Gaysuna refleja la influencia de la longitud del local y varía con la relación entre la longitud y la anchura. Tabla 8. Relación de cavidad. LONGITUD DEL LOCAL ANCHURA DEL LOCAL 1.000 1.250 1.500 2.000 2.500 3.000 4.000 5.000 infinito
RELACIÓN GAYSUNAS 1.000 0.900 0.833 0.750 0.700 0.666 0.625 0.600 0.500
La relación de la cavidad puede determinarse también mediante la tabla ―Relaciones de la cavidad‖. Cuando se trabaja con luminarias no incluidas en dichas paginas, el coeficiente de utilización deberá tomarse de la tabla de otra luminaria de eficacia y curva de distribución similares. El coeficiente de utilización buscado puede determinarse entonces para la propia relación de la cavidad del local y las reflectancias apropiadas de la pared y de la cavidad del techo. Para luminarias montadas o empotradas en el techo, la reflectancia de la cavidad del techo es la misma que la del techo real. Para lámparas suspendidas, en cambio, es necesario determinar la reflectancia efectiva de la cavidad del techo como sigue:
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Ilustración 22. Relación de la cavidad del local.
Calculo del número de lámparas y luminarias requeridas.
El número de luminarias y lámparas se puede calcular por las siguientes formulas: Nivel luminoso en lux x superficie Numero de lámparas = Lúmenes por lámpara x coeficiente de utilización x x factor de conservación o mantenimiento
Numero de lámparas Numero de luminarias = Lámparas por luminaria
Fijación del emplazamiento de las luminarias. La colocación de las luminarias depende de la arquitectura general y dimensiones del edificio tipo de luminaria, emplazamiento de las salidas de conductores existentes con antelación, etc. Para conseguir una distribución uniforme de iluminación sobre una zona, no conviene excederse de ciertos límites en la relación ―espacio entre luminarias-altura
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de montaje‖. La columna ―Separación entre luminarias no superior a‖ de las tablas del coeficiente de utilización de este capitula da las máximas relaciones admisibles entre la distancia entre luminarias y altura de montaje sobre el plano de trabajo, para los tipos considerados. En la mayoría de los casos es necesario colocar las luminarias más próximas que lo que indica dichas máximas, a fin de obtener los niveles de iluminación requeridos. Los equipos fluorescentes deben montarse con frecuencia en filas continuas. Un factor que suele pasarse por alto al estudiar un sistema de alumbrado indirecto es el brillo del techo. En un intento de emplear el menor numero de unidades posible, el proyectista puede esforzarse en adoptar el máximo espacio de separación usando lámparas de alta potencia, lo que puede redundar en un deslumbramiento desagradable desde el techo, en especial si la unidad de luz debe estar próxima al mismo. Factor de pérdida. El brillo inicial de iluminación si no se considera ninguno de los factores parciales de perdidas. En este contexto la iluminación inicial es la que seria producida por las lámparas cuando estas proporcionarán su emisión nominal. Los fabricantes de lámparas clasifican las lámparas de filamento de acuerdo con la emisión luminosa cuando están nuevas, mientras que las lámparas de descarga de vapor (incluidas las fluorescentes, las de mercurio y todos los demás tipos corrientes) se catalogan según su emisión de luz después de 100 horas de funcionamiento. Los niveles de iluminación dados, representan los valores mínimos de la tarea visual para cualquier momento. De acuerdo con esto, el factor de perdidas de luz o factor de conservación debería incluir las perdidas atribuibles a todo tipo de causas, algunas de las cuales son acumulativas hasta tanto se efectué una acción correctora. Así pues, el programa de mantenimiento es, en realidad, una parte de la instalación de alumbrado. Ha de hacerse una precisa evaluación de los factores de pérdida de luz e incorporarla al programa práctico de que se llevara a cabo. Toda la exactitud del proceso de cálculo puede perderse si los factores de perdidas se estiman al azar o si no se tienen en cuenta en el programa de entrenamiento a seguir. Hay 8 factores parciales de perdida que deben tenerse en cuenta. De algunos de ellos puede hacerse una estimación y otros se pueden evaluar basándose en gran número de datos de ensayo o de informaciones suministradas al respecto. Estos 8 factores son:
172
Características de funcionamiento de la reactancia. Las especificaciones de la CBMA (Certified Ballast Manufactures Association) para lámparas fluorescentes requieren una reactancia tal que haga trabajar a la lámpara al 95% de la emisión luminosa que proporciona cuando trabaja con una reactancia patrón, entendiendo por esta a una de laboratorio usada por los fabricantes para establecer los valores nominales de la lámpara. Para reactancias que llevan el rotulo CBMA, tomar 0.95. Para reactancias sin dicho rotulo, la emisión luminosa es generalmente mas baja. La vida de la lámpara también se acorta, de ordinario. No se dispone de especificaciones para reactancias de las lámparas de vapor de mercurio; para este factor de perdida consúltese con el fabricante. Tensión de alimentación de las luminarias. La tensión de servicio es difícil de predecir. Para lámparas de filamento, pequeñas desviaciones de la tensión nominal causan aproximadamente una variación del 3% en los lúmenes emitidos por cada 1% de la desviación de la tensión. Las reactancias de alto valor de las lámparas de mercurio originan igualmente de la tensión primaria de la reactancia con respecto a su valor nominal. En las reactancias de salida regulada (potencia constante) la emisión luminosa de la lámpara es independiente de la tensión primaria. Los lúmenes emitidos por una lámpara fluorescente varían aproximadamente un 1% por cada 2.5% de variación en la tensión primaria. Variaciones de la reflectancia y transmitancia de la luminaria. Este efecto es normalmente pequeño, pero puede ser significativo después de un largo periodo de tiempo en las luminarias con acabados o plásticos de inferior calidad. No se dispone de amplios datos. Fallo de lámparas. Los faltos de lámparas deben subsanarse rápidamente o, de lo contrario, habrá unas perdidas de iluminación proporciónales al porcentaje de lámparas fuera de servicio. Temperaturas ambiente de la luminaria. Las variaciones de temperatura no influyen en las lámparas de filamento ni de mercurio. Las lámparas fluorescentes normalmente se calibran fotometricamente a 25ºC. Desviaciones significativas de esta temperatura, por encima o por debajo, pueden producir perdidas sustanciales de la emisión luminosa. Una excepción de lo anterior se da en las luminarias con lámparas de carga elevada, en las que la emisión máxima se presenta de 115 , a 21ºC. El mismo fenómeno ocurre con las
173
que llevan gran número de lámparas de 425 miliamperios. La emisión de la luminaria puede, en casos extremos, incrementarse hasta un 20% por encima de los valores facilitados en las publicaciones informativas si se da la temperatura ambiente óptima de la luminaria. No se dispone de datos de ensayos extensivos. Las perdidas pueden aminorarse en las luminarias con lámparas de 1500 miliamperios mediante el empleo de lámparas de amalgama de indio (SHOII). Las luminarias ventiladas son también ordinariamente de considerable utilidad para mantener temperaturas de trabajo satisfactorias en las lámparas. Luminarias con intercambio de calor. Las luminarias que sirven a la doble finalidad de suministrar iluminación y de actuar como retorno de aire en el sistema de ventilación se calibran fotometricamente sin paso de aire a través de las mismas. Por tanto, cuando son instaladas y se extrae aire del local a través de ellas, su eficacia aumenta, a veces hasta un 20% en los casos en que la luminaria esta sobrecargada con la potencia de las lámparas. Este incremento de eficacia es función de la temperatura del aire y de la cantidad de este que pasa a través de la luminaria por minuto. La eficacia de las luminarias ―de dirección del aire‖, que actúan meramente como difusores del aire entrante es la misma que la de las luminarias estáticas de aire.
Grafica 8. Emisión luminosa relativa.
Degradación luminosa de la lámpara. La gradual reducción de la emisión luminosa de la lámpara a medida que transcurre su vida es más rápida en unas lámparas que en otras. El factor de perdidas por este
174
concepto para las fluorescentes viene dado generalmente como la relación entre la emisión luminosa de la lámpara cuando ha transcurrido el 70% de su vida nominal y el valor inicial (a las 100 horas) de dicha emisión. La disminución de los lúmenes emitidos por las lámparas fluorescentes, de filamento y de vapor de mercurio indica el tanto por ciento de la emisión inicial al 70% de la vida media. Disminución de emisión luminosa por suciedad. Este factor varía con el tipo de luminaria y el ambiente en que trabaja. Las luminarias se dividen en seis categorías. Una vez determinada la categoría, el factor de degradación por suciedad de la luminaria se puede leer en una de las 5 curvas que se muestran para cada categoría. El punto de la curva ha de elegirse de acuerdo con el número de meses transcurridos entre dos limpiezas consecutivas de luminarias. La curva particular elegida Serra la correspondiente al contenido de suciedad en el ambiente. Tabla 9. Cinco grados de suciedad SUCIED AD GENERA DA MUY LIMPI Nula O
SUCIED AD AMBIEN TE
Nula
Algo (no LIMPI Muy poca llega casi O a nada)
MEDI O
Perceptib le, pero no alta
Algo de suciedad alcanza la zona
SUCI O
Se acumula rápidame nte
Una gran cantidad llega a la zona
ELIMINACI ÓN O FILTRACIÓ N
ADHERENCI A DE LA SUCIEDAD
Excelente
Nula
Superior a la media
Escasa
Inferior a la media
Solo ventiladores o soplantes si los hay
Suficiente para hacerse visible después de algunos meses Alta, probablement e debida al aceite, a la humedad o estática
EJEMPLOS Oficinas de alto rango, no próximas a las zonas de producción; laboratorios, habitaciones limpias Oficinas en edificios antiguos o próximas a los puntos de producción
Oficinas de fabrica
Tratamientos térmicos; impresiones a alta velocidad; procesos con goma
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MUY SUCI O
Casi Acumulac ninguna ión queda constante excluida
Alta
Similar al grado sucio pero en las luminarias dentro de la zona inmediata de contaminación
Ejemplo característico Una oficina pequeña de 6 x 12 metros y una altura de techo de 3.75 metros se va a iluminar para trabajos administrativos normales. Se considera una reflectancia del 80% para el techo y del 50% para las paredes. Para ilustrar la mayor complejidad de cálculos que implica la existencia de luminarias suspendidas, supóngase que se usa la luminaria de lados opacos y que se suspende 60cm por debajo del techo. Tómese como altura del plano de trabajo 75cm, así pues, la altura de la cavidad del local es de 2.40 metros y la del techo es 0.60m. Paso 1 De acuerdo con lo visto anteriormente se recomienda un nivel luminoso de 1,000lux para trabajos normales de oficina.
Paso 2
La relación de la cavidad del local es (10 x 2.40 / 6) x ¾ = 3.0 (La tabla de relaciones de cavidad, indica un valor de 2.9 para un local del 6 x 13.5 con una altura de cavidad de 2.4m) como la altura de la cavidad del techo es ¼ de la del local, su relación de cavidad es ¼ de la del local, es decir, 0.75; la tabla de reflectancia efectivas de cavidad muestra que con una reflectancia de techo del 80% y de paredes del 50% la reflectancia de la cavidad esta comprendida entre el 69% para una relación de la cavidad de 0.8 y el 71% para una relación de cavidad de 0.6; de modo que en el presente caso la reflectancia de la cavidad del techo es del 70%. La tabla de coeficientes de utilización da para ella un valor de 0.45. Paso 3
176
Determinación del factor de pérdidas de luz o factor de mantenimiento. Tómese rendimiento de la teactandia 0.95; factor de tensión 1.0; variaciones de la reflectancia u la transmitancia de la luminaria 0.98; lámparas inutilizadas, se supone que no se admiten, por tanto tómese el factor 1.0; la luminaria no intercambiara calor, factor 1.0; degradación de la emisión luminosa de la lámpara; lámparas F96 T12/CW/HO luciendo 12 horas por cada encendido; la tabla indica 0.84; degradación por suciedad de luminaria categoría VI, tómese la curva de ―limpio‖ para el grado de suciedad y considérese que las luminarias se limpiaran anualmente, por lo que el factor de suciedad es 0.86; el factor total de perdidas de luz es: 0.95 x 0.98 x 0.84 x 0.86 = 0.672 Paso 4 Sustituyendo estos valores en la formula básica que se aplica a continuación resulta (la emisión luminosa de la lámpara F96 T12/CW/HO es de 9,000 lúmenes): 1,000 x 6 x 12 Numero de lámparas =
9,000 x 0.45 x 0.672
= 28 lámparas
Paso 5
Se pueden instalar catorce luminarias de dos lámparas en siete filas de a dos montadas transversalmente en el local. Ordinariamente, resulta preferible montar las luminarias de forma que la intensidad luminosa mas baja se proyecte en la dirección de la zona donde mas empleados hay. Esto puede requerir que algunas hayan de montarse paralelas a la línea de visión de la mayor parte de los empleados. Otras deben montarse perpendicularmente a dicha línea. La luminaria del presente caso tiene una intensidad luminosa baja en todas las direcciones visuales, pero tiende a crear un alto brillo de techo. Sin embargo, si las luces se disponen perpendiculares a la línea de vista protegen la visión contra dicho brillo. Como en el local que se estudia la línea predominante de visión es con mayor probabilidad paralela a lo largo del local, se sugiere que las luminarias se monten perpendiculares al largo de la habitación. d) Método del punto por punto Calculo de punto por punto.
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Este método se utiliza para determinar la iluminación (lux) producida por una o varias lámparas en un punto de la superficie iluminada. Su uso esta restringido al cálculo de la iluminación producida con proyectores. En este apartado trataremos únicamente lo relativo al cálculo de la iluminación producida por una sola lámpara, o varias de ellas dispuestas en una forma típica. Casos típicos a. Fuente puntual La iluminación es inversamente proporcional al cuadro de la distancia y directamente proporcional a la intensidad de iluminación, al coseno del ángulo θ formado entre el rayo de luz y la norma a la superficie. Ehorizontal
=
I cos θ r2
Evertical
=
I sen θ r2
como cos θ =
y . r2
y sen θ
=
x . r2
Ehorizontal
=
IxY r2
Evertical
=
I x X = I cos2 θ sen θ r2 y2
=
I cos θ y2 2 cos θ
= I cos3 θ y2
Ilustración 23. Fuente puntual.
178
Donde: E
es la iluminación en lux
I
es la distancia luminosa en bujías (lm/esterorradian)
r
es la distancia entre la lámpara y el punto P en m.
y
es la altura de la luminaria sobre el plano de trabajo en m.
x metros. θ
es la distancia horizontal, de la vertical a la lámpara y al punto P en es el ángulo formado entre el rayo luminoso y la vertical a la luminaria.
La intensidad luminosa de la luminaria, en un determinado ángulo, se establece en su curva de distribución fotométrica. A continuación mostramos la tabla que proporciona las intensidades luminosas a diferentes ángulos y en diferentes planos verticales de la luminaria, como se indica en la figura Ilustración 24. Intensidad luminosa.
Calculo típico por el método punto por punto.
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Determinar la iluminación E en los puntos A, B y D (ver figura continuación)
Ilustración 25. Método punto por punto.
De la figura anterior podemos determinar los ángulos que tornan los haces de luz de las luminarias a los puntos considerados, así: 2.66 θ = arc tan
= 49.6˚ 2.7 3.0
θ = arc tan
= 48.4˚ 2.7 4.0
θ = arc tan
= 56˚ 2.7
180
En el punto B contribuyen a la iluminación 6 luminarias (además de la contribución de las restantes, que se considera mínima) Contribución de la luminaria B aplicando la formula: I0 cos3 θ EH = H2 La intensidad luminosa I se toma de la tabla del fabricante de la luminaria. Sustituyendo valores: I0˚ cos3 0˚ EB =
I0˚ =
2.7
1398Cd =
= 191.7 lux 7.29m2
7.29
En el plano vertical la contribución de las luminarias G y H es idéntica: I44.6˚ cos3 44.6˚
835 x 0.36
EG = EH =
= 2.7
= 41.3 lux
2
7.29
La luminaria A contribuye con: I48.4˚ cos3 48.4˚
1018 x 0.29
EA =
= 2.72
= 40.8 lux en un plano vertical a 90˚ del eje de la luminaria
7.29
La contribución de iluminación de las luminarias K y J es idéntica en un plano vertical a 45˚ del eje longitudinal de las luminarias, así: I56˚ cos3 56˚
615 x 0.17
EK = EJ =
= 2.72
= 14.3 lux 7.29
181
Por lo tanto, la iluminación total en el punto B es: ET(B) = EB + EG + EH + FA + EJ = 191.7+41.3+41.3+40.8+14.3+14.3 = 343.7 lux En el punto A contribuyen a la iluminación 9 luminarias, por simetría posemos considerar que: I0˚ cos3 0˚
2xI48.4˚ cos3 48.4˚
ET(A) = EA + 2EB + 4EG + 2EK =
+ 2.7
4 x I56˚ cos3 56˚ +
2.72
2 x I44.6˚ cos3 44.6˚ +
2.7 1398 =
2
2
2.72
2 x 1018 x 0.29 +
4 x 615 x 0.17 +
7.29
2 x 835 x 0.36 +
7.29
7.29
7.29
= 191.7 + 81.0 + 57.4 + 82.4 = 412.5 lux En el punto D contribuyen 8 luminarias, por simetría podemos considerar que: I29˚ cos3 29˚
1167 x 0.67
EB = EH = EA = EJ =
= 107 lux (en el plano a 45˚)
= 2.72
7.29
1.5 Siendo θ = arc tan
= 29˚ 2.7
4.3 θ = arc tan
= 58˚ 2.7
I58˚ = 325 candelas (en un plano a 22.5˚)
182
325 cos3 58˚
325 x 0.48
EG = EK = EY = EX =
= 7.29
= 6.63 lux 7.29
Por lo tanto: ET(D) = 4(107) + 4(6.63) = 428 + 26.5 = 454.5 lux De cualquier manera, este método de cálculo de punto por punto sirve a manera de comprobación del cálculo de la iluminación por el método de Lumen. Para mayor seguridad se pueden hacer mediciones con el luximetro, una vez que la instalación este hecha. b. Fuente lineal de longitud infinita. La iluminación es inversamente proporcional a la distancia y directamente proporcional a la intensidad luminosa.
Ilustración 26. Fuente de longitud infinita.
Sea P un punto en un plano horizontal paralelo al plano de la luminaria, en donde se desea conocer el nivel de iluminación proporcionado o la tira luminosa de longitud (dx) y que la intensidad luminosa de las lámparas se da en cd/m. A un incremento dx en la longitud de la línea luminosa se producirá un incremento en la iluminación dE el cual valdrá: Idx dE r2
= cos θ
(1)
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De la figura podemos obtener: r Sec θ
= r2 = y2 sec2 θ
=
(2)
y x Tan θ x = y tan θ
=
dx = y d(tan θ) dx = y sec2 θ d θ
y
(3)
Sustituyendo (2) y (3) en (1): I y sec2 θ dθ dE = = 2
2
I = cos θ =
y sec θ
cos θ dθ y
Integrando con respecto a θ entre los límites II/2 y –II/2:
90
1
1
90
E = dE = -90
cos θ dθ = y
1
y 90
cos θ dθ
–90
1
I
E= -90
y
sen θ = y
[sen 90 - sen(-90)] = [I-(-I)] y
2I E= y
Estando la intensidad luminosa I en cd/m. Un caso típico seria una fila continua de luminarias fluorescentes para iluminar, por ejemplo, un túnel.
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c. Fuente de luz de área infinita La iluminación es directamente proporcional a la luminancia o brillo fotométrico, como se muestra en la siguiente figura. Ilustración 27. Fuente de luz de área infinita.
Las fuentes superficiales como los plafones luminosos no siguen la proporcionalidad inversa del cuadrado de la distancia, ya que el flujo luminoso no varia con el ángulo sólido y en todo caso la intensidad es proporcional al brillo y a la superficie. Sea B la densidad de intensidad de iluminación o brillo fotométrico en cd/m 2 y dA un elemento diferencial de área, los cuales producen un diferencia de intensidad en el punto P que vale: dI = B dA = B x dB dx La iluminación en P debida al elemento diferencial dI es: DI cos θ
B x dB dx
dE =
= r2
r2
cos θ
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d. Fuente de luz de haces paralelos La iluminación es directamente proporcional a la luminancia y no cambia con la distancia; ver figura a continuación. Ilustración 28. Fuente de luz de haces paralelas.
Una fuente puntual dentro de un reflector parabólico cae dentro de este caso. Podemos considerar que todo el flujo luminoso de la fuente se proyecta hacia el plano de trabajo, es decir: =4I
4I E=
A
A
Por lo tanto E=4B Las fuentes luminosas tienen dimensiones finitas y los rayos de luz tenderán a separarse siempre. Por ello, esta formulas solo se aplican dentro de ciertas distancias, pues incluso el rayo láser, que es un haz colimado, proyecta su energía dentro de un ángulo sólido cuando se trata de grandes distancias. En la practica, pasando de cierto limite es aplicable la ley de la inversa de los cuadrados.
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4. INSTALACIONES ELECTRICAS INDUSTRIALES
4.1. Consideraciones de planeación
Este capitulo pretende dar un panorama general de las instalaciones eléctricas industriales describiendo sus principales componentes y la importancia que tienen.
a) Sistemas de distribución Sistemas radiales Supongamos que se tiene un centro de cargas, y varias cargas que deben ser alimentadas desde este centro. Desde cada carga hasta el centro se debe encontrar un camino a través de un cable. El cable puede ser exclusivo para cada carga o bien puede pasar por varias cargas sucesivamente. El sistema de alimentación en el cual cada carga esta unida con el centro de alimentación a través de un cable exclusivo. Es característico de las instalaciones industriales en el nivel de alimentación de las cargas. Una ventaja de este sistema es que permite el control centralizado desde el centro de alimentación, un ejemplo clásico es un centro de control de motores. (Los círculos negros representan los centros de alimentación, y los blancos las cargas) El sistema de alimentación en el cual un solo cable va pasando por todas las cargas sucesivamente
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Es característico de la distribución domiciliaria, de los circuitos de iluminación de calles. Este sistema obliga a tener los dispositivos de control de las cargas distribuidos, uno en correspondencia de cada derivación de carga, salvo que simplemente se conecten y desconecten todas las cargas juntas desde el centro de alimentación. Ambos sistemas son de diseño intuitivo, característica muy valiosa ya que reduce la cantidad de documentación descriptiva necesaria. Una mezcla entre los dos sistemas podemos llamarla arborescente , el cable nace troncal en el centro de alimentación, y se subdivide en ramas y mas ramas, llegando hasta las cargas (hojas). El calculo de la red es simple, el flujo de carga se puede desarrollar suponiendo perdidas nulas, la carga que pasa por una rama cualquiera es suma de todas las cargas comprendidas entre esa rama y las hojas. Así puede determinarse la corriente en la rama y verificar que el cable seleccionado para la rama soporta esta corriente (desde el punto de vista térmico), otra verificación de interés es determinar la caída de tensión en la rama (para lo cual se deben conocer sus parámetros resistencia y reactancia y la longitud). Determinadas las caídas de tensión en todas las ramas, la caída de tensión total en cada camino se obtiene sumando las caídas de todas las ramas desde el punto de interés hasta el punto de alimentación. En modo similar se pueden determinar las perdidas en cada cable, y perfeccionar el flujo de carga teniendo en cuenta también las perdidas. Todos los esquemas vistos presentan la particularidad de que la
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perdida de un cable (de un tramo) significa la perdida de todas las cargas que incluyen el tramo como camino de alimentación. Anillos y mallas Buscando soluciones a esta debilidad (desde el punto de vista de seguridad de alimentación) se plantean redes de mayor complejidad. Los esquemas radiales se pueden duplicar, radial doble, y cada carga puede seleccionar si se alimenta desde un cable o el otro. O bien una línea que alimenta muchas cargas puede terminar en otro centro de alimentación, alimentarse desde ambas puntas, formando un anillo Si a un sistema arborescente se le agregan mas ramas entre nodos ya existentes , se forma un sistema mallado. El sistema mallado puede tener también mas puntos de alimentación. (Los círculos negros representan los centros de alimentación, y los blancos las cargas, los cables rojos permiten cerrar mallas o alimentar desde otro centro). La documentación de estas redes es mas compleja, ahora nada es intuitivo... es necesario que se hagan muchas aclaraciones a fin de poder calcular el funcionamiento de la red en una condición cualquiera. Frecuentemente en el nivel de distribución el funcionamiento de las redes, aun teniendo estructura mallada es radial, es decir se abren cierta cantidad de ramas a fin de poder alimentar todas las cargas y la red queda radial. En caso de perdida de un cable en servicio se conectan otros cables (que estaban desconectados) a fin de que nuevamente la red con un nuevo esquema radial preste servicio a todos los usuarios, se puede decir que la red mallada funciona como red radial dinámica (que cambia). El calculo y verificación de esta red se debe repetir para distintas configuraciones, encontrando para cada elemento las condiciones dimensionantes (criticas). Si se desea mantener las mallas cerradas, debe considerarse que los sistemas de protecciones deberán garantizar el buen funcionamiento separando exclusivamente el tramo que en cada condición se encuentre en falla. Esta es la principal dificultad que aun cuando se plantean sistemas mallados a nivel de distribución se los hace funcionar en modo radial, para facilitar la identificación de los puntos donde ocurren las fallas. Las redes de alta tensión (transmisión) son las que funcionan en modo mallado, a medida que se baja a tensiones menores el funcionamiento se plantea en modo radial. Reflexiones sobre redes electricas de suministro La red eléctrica une la fuente de energía con los usuarios, las cargas, en su forma mas simple e intuitiva es una red de tipo arborescente, radial pura, cuya raíz es la fuente y cuyas hojas son los usuarios. Una red de este tipo tiene una ventaja que frecuentemente no se aprecia lo suficiente, es esencialmente simple, no es
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necesario documentación para transmitir su forma, la operación es intuitiva, y no hay posibilidad de errores ligados a la estructura de la red. A veces el usuario no soporta la perdida de servicio, esta puede ser debida a distintas razones, imputables a la red o no. Cuando se considera que pueden producirse fallas en los dispositivos incluidos en las ramas de la red (aparatos de maniobra, cables, transformadores) si se desea mantener la estructura de la red a cada carga debe llegarse con dos cables, y los correspondientes aparatos de maniobra, surge así el llamado esquema doble radial. El nodo desde donde nace el esquema doble radial, debe permitir que la mayor seguridad que el esquema brinda sea efectivamente mantenida, el punto desde donde se alimenta la carga, debe tener elevadisima confiabilidad para que efectivamente el doble radial sea aprovechable. Observemos que el esquema doble radial obliga a instalar mas aparatos, que el simple radial, pueden ser aparatos mas económicos, pero su confiabilidad debe ser elevada en caso contrario se pierde la ventaja. Por otra parte la carga también tiene su grado de confiabilidad, que quizás sea de orden de magnitud inferior al circuito de alimentación, entonces no vale la pena la complicación del radial doble. Varias cargas también pueden alimentarse con una única línea que pasa por todas ellas, el tamaño de los conductores puede decrecer a medida que en el camino a la ultima carga estas van quedando atrás. El esquema de una única línea comparado con el radial simple tiene sentido mientras el tamaño de los conductores en la única línea pueda ser mínimo, en caso que así no sea la única línea no presenta ventajas respecto del esquema radial simple, con un cable a cada carga. Si la única línea termina en una barra que puede ser de alimentación, eventualmente la misma de donde comenzó, aunque mas lógico es otra, el sistema de distribución es en anillo, la línea debe ser dimensional para transmitir en una u otra dirección. Generalmente los anillos así concebidos trabajan en forma radial, con un punto de corte que puede ser cualquiera, eventualmente los extremos, lo que explica la sección grande en los extremos, y finalmente en todo el desarrollo del anillo. Mientras que en el esquema radial los equipos de maniobra están concentrados en la raíz donde arranca el sistema, el anillo obliga a distribuir equipos en todo el desarrollo, esto presenta dificultades de operación y protección. Los anillos pueden trabajar cerrados, en esta forma se generan mallas, y aumentan las complicaciones de operación y protección, aunque aparecen ventajas de mayor continuidad del servicio. Las redes de distribución, tanto de baja como de media tensión, de uso publico como internas de fabricas, pueden desarrollarse con esquemas radiales, o anillos que trabajan abiertos.
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Las redes de transmisión en cambio, donde la interconexión resulta indispensable para la operación segura y económica se hacen malladas, enfrentando los problemas que surgen de esta estructura compleja. En algunos casos que pueden juzgarse excepcionales se han desarrollado sistemas de distribución de baja o media tensión mallados (network) o en anillo (banking), debiendo aceptar las complicaciones que ello implica. Alternativas practicas y su caracterización En bajas tensiones las potencias manejadas son relativamente bajas, en redes industriales se alimentan directamente los usuarios, los equipos, las redes son frecuentemente radiales, difícilmente se justifican esquemas radiales dobles. La red de baja tensión de distribución publica en cambio tiene generalmente un largo distribuidor del que se derivan las cargas, los distribuidores a su vez son derivados a lo largo de un alimentador. En media tensión la red industrial puede ser radial simple cuando soporta una interrupción que puede ser poco probable, cuando no el esquema es radial doble. A veces el esquema radial doble alimenta mas centros a lo largo de su recorrido, permitiendo cierta economía de equipos de maniobra. La red publica utiliza esquemas radiales simples mientras las cargas son modestas, cuando el área servida es de mayor importancia el esquema se hace anillado, trabajando en forma radial, solo excepcionalmente se avanza haciéndolo trabajar cerrado, las complicaciones entonces son grandes. Difícilmente una industria posee un red de alta tensión compleja, esto solo se da en industrias muy grandes (acerías por ejemplo), a lo sumo se observan dos o tres centros de alta tensión desde donde se derivan distribuciones de media tensión o se conectan eventuales generadores, los centros de alta tensión se unen a la red publica en forma radial o formando anillo que trabaja cerrado en ambos extremos. La red de alta y muy alta tensión tiene siempre estructura de red mallada, de la que se desprenden estructuras arborescentes, radiales, que con el tiempo (al desarrollarse el área) se convierten en nuevas mallas, a su vez al superponerse a una red de alta tensión otra mayor, la de menor tensión reduce su función de transporte a distribución, y entonces frecuentemente pierde su estructura mallada y se hace (nuevamente) radial. Factores característicos de las cargas Demanda: la demanda de una instalación (o de un sistema) es la carga promedio sobre un lapso especificado en los terminales de entrada. Lapso de demanda: es el periodo en el cual se promedia la carga (para determinar la demanda). Pude ser 15 minutos, 30 minutos o mas. El diagrama (curva) de carga representa la carga en función del tiempo, frecuentemente esta representación se lleva a valores por unidad (relativos).
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Puede cubrir un periodo diario, o mas. Los datos de la curva de carga se pueden representar ordenados por valor, curva de carga - duración. Máxima demanda: es el mayor valor de demanda que se presenta en un periodo especificado (semana, mes, año). Diversidad de demanda (coincidencia de demanda): dado un conjunto de cargas, se agrupan con cierta clasificación, se determinan los diagramas de demandas de cada grupo, por ejemplo: Carga residencial urbana Carga comercial Carga residencial rural Carga comercial rural Carga industrial Carga miscelánea (iluminación de calles, ventas a otras empresas, etc.) Perdidas de transmisión y distribución Totalizando se tiene el diagrama del conjunto, se observan demandas coincidentes o diversificadas. Demanda no coincidente: suma de las demandas de un grupo de cargas sin restricciones en el intervalo en que cada carga se presenta. Factor de demanda: relación entre la máxima demanda del sistema y la carga total conectada del sistema. DF = máxima demanda / demanda total conectada Carga conectada: suma de los consumos (carga que pueden absorber con continuidad) de los aparatos conectados al sistema (o a una parte). Factor de utilización: relación entre la máxima demanda de un sistema y la capacidad nominal del sistema, o de una parte, la capacidad nominal puede ser definida por criterio térmico o por caída de tensión. Fu = máxima demanda / capacidad nominal del sistema Factor de planta: relación de la energía total producida, en un determinado lapso, y la energía que podría producirse en el mismo tiempo con la máxima potencia nominal de la planta. Factor de planta = energía producida / (capacidad nominal * Tiempo) Factor de carga: relación entre la carga promedio en un determinado periodo y la carga de pico de ese mismo periodo. Este factor se puede definir diario, mensual, anual. FLD = carga promedio / pico de carga
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Factor de diversidad: suma de las demandas máximas individuales, dividido la demanda máxima coincidente. FD = (D1 + D2 + D3 +... ) / Dg Factor de coincidencia: es la relación máxima demanda total coincidente de un grupo de cargas, y la suma de las máximas demandas individuales. Fc = 1 / FD Diversidad de carga: es la diferencia entre la suma de los picos de dos o mas cargas individuales y el pico de las cargas combinadas. LD = (D1 + D2 + D3 +... ) - Dg Factor de contribución: es el factor con que contribuye una carga individual a la máxima demanda. Dg = c1 * D1 + c2 * D2 + c3 * D3 +... Factor de perdidas: relación entre las perdidas promedio y las perdidas en el pico de carga. FLS = perdidas promedio / perdidas en el pico Esta relación es valida para las perdidas dependientes de la carga, perdidas en el cobre, pero no para las perdidas en vacío, perdidas en el hierro. Demanda máxima diversificada Para cada conjunto de cargas en base a los datos publicados se puede determinar el diagrama de carga correspondiente.
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La figura muestra la maxima demanda diversificada por usuario (valor medio), en funcion del numero de cargas, las letras de la figura identifican distintos tipos de artefactos (eléctricos) de uso en el hogar (carga residencial) A - seca ropas B - calentador de agua fuera de pico, carga fuera de pico C - calentador de agua no controlado D - cocina E - iluminación y aplicaciones misceláneas F - enfriador de ambiente (0.5 HP) G - calentador de agua fuera de pico, carga de pico (elemento superior no controlado) H - quemador de calefactor I - congelador (freezer) J - refrigerador (heladera) K - aire acondicionado central que incluye bomba de enfriamiento , y bomba de calor 5 HP L - calefactor de casa, que incluye bomba de calor calefacción conectada de 15 kW y bomba 5 HP Ademas una tabla detalla cada tipo de carga residencial, de hora en hora, el valor del factor de variacion de la carga.
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No todos los usuarios tienen todos los aparatos, se determina el numero de aparatos, multiplicando el total de usuarios por el factor de reduccion en por unidad, que tiene en cuenta la proporcion de usuarios que tienen determinado tipo de carga. Se determina la correspondiente demanda diversificada por usuario para el numero de aparatos. Se determina la máxima demanda multiplicando la demanda diversificada por el numero de aparatos. Finalmente se determina la contribución de cada tipo de carga del grupo a la máxima demanda utilizando los factores de variación horaria. Se determina el diagrama de carga a partir de estos resultados.
a figura muestra la demanda total obtenida para cada hora, para cierta cantidad (30 usuarios) y cierta combinación de tipos de artefactos (E luz y misceláneos, J refrigerador, I freezer, K aire acondicionado). Relación entre factores de carga y perdidas El factor de perdidas no es determinable a partir del factor de carga, unos ejemplos aclaran las situaciones que se pueden presentar.
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La carga tiene por cierto tiempo t un valor máximo P2, por el resto del tiempo (T - t) un valor mínimo P1, el factor de carga que corresponde es: FLD = (P2 * t + P1 * (T - t)) / (P2 * T) FLD = t / T + (P1 / P2) * (1 - t / T) Las perdidas Joule dependen del cuadrado de la corriente, esta depende de la carga. El factor de perdidas (aceptando que depende del cuadrado de la carga) es: FLS = (P2^2 * t + P1^2 * (T - t)) / (P2^2 * T) FLS = t / T + (P1 / P2)^2 * (1 - t / T) Se puede plantear un caso extremo, que representa una carga que funciona a pleno P2 durante t, y luego la carga es cero P1 = 0 FLD = t / T FLS = t / T = FLD El otro caso es una carga que funciona en un tiempo muy pequeño t = 0 con P2, situación que representa por ejemplo la sobrecorriente de arranque (de un motor), y luego funciona por todo el resto del tiempo T con la carga P1. FLD = P1 / P2 FLS = (P1 / P2)^2 = FLD^2 Si se dispone del diagrama de carga horario, o el diagrama ordenado, se puede obtener el diagrama de perdidas y los valores FLD y FLS,
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La figura muestra la demanda y perdidas ordenadas por valor. Para estos diagramas los valores son: FLD = 0.620 FLS = 0.420 Formula utilizable en estos casos: FLS = 0.3 * FLD + 0.7 * FLD^2 Utilizando esta formula para el ejemplo de las figuras 3 y 4 se obtiene: FLS = 0.455 Que se compara con el valor calculado por el método exacto, observándose un error menor del 10 %, lo cual indudablemente es aceptable cuando se desconoce el diagrama de carga. Crecimiento de la carga Cuando se observa la carga de año en año se nota un crecimiento de la misma, este es el factor que influye en la expansión del sistema de distribución: Pn = P0 * (1 + g)^n
Tipos de sistemas de distribucion Sistemas de Distribución Industrial. Comprende a los grandes consumidores de energía eléctrica, tales como las industrias del acero, químicas, petróleo, papel, etc.; que generalmente reciben el suministro eléctrico en alta tensión. Es frecuente que la industria genere parte de su demanda de energía eléctrica mediante procesos a vapor, gas o diesel. Sistemas de Distribución Comerciales. Es un término colectivo para sistemas de energía existentes dentro de grandes complejos comerciales y municipales, tales como edificios de gran altura, bancos, supermercados, escuelas, aeropuertos, hospitales, puertos, etc. Este tipo de sistemas tiene sus propias características, como consecuencia de las exigencias especiales en cuanto a seguridad de las personas y de los bienes, por lo que generalmente requieren de importantes fuentes de respaldo en casos de emergencia. Sistemas de Distribución Urbana.
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Alimenta la distribución de energía eléctrica a poblaciones y centros urbanos de gran consumo, pero con una densidad de cargas pequeña. Son sistemas en los cuales es muy importante la adecuada selección en los equipos y el dimensionamiento. Sistemas de Distribución Rural. Estos sistemas de distribución se encargan del suministro eléctrico a zonas de menor densidad de cargas, por lo cual requiere de soluciones especiales en cuanto a equipos y a tipos de red. Debido a las distancias largas y las cargas pequeñas, es elevado el costo del kWh consumido. En muchos casos es justificado, desde el punto de vista económico, la generación local, en una fase inicial, y solo en una fase posterior, puede resultar económica y práctica la interconexión para formar una red grande.
Características de operación. Para comprobar las características de operación, confiabilidad y seguridad de un sistema de distribución industrial, es necesario efectuar una serie de estudios analíticos; los cuales entregan índices de funcionamiento, cuya exactitud dependerá del modelo empleado en la representación del sistema. Los estudios típicos que se efectúan en un SDI son los siguientes: • • • •
Flujos de potencia. Cálculo de corrientes de cortocircuito. Regulación de tensión y compensación de reactivos. Partida de motores.
b) Sistemas de tierras Los procedimientos para diseñar un sistema de tierras se basan en conceptos tradicionales, pero su aplicación puede ser muy compleja. Los conceptos son ciencia, pero la aplicación correcta es un arte, ya que cada instalación es única en su localización, tipo de suelo, y equipos a proteger. Como se puede invertir tanto dinero como se desee en un sistema de tierras, se plantearán en los siguientes capítulos los puntos a observar en un diseño básico. Con estas direcciones se resolverán la mayoría de los problemas, pero en los casos complejos, es preferible consultar la bibliografía proporcionada.
Diferentes tipos de sistemas de puesta a tierra. Puesta a tierra de fuerza: Tiene la intención de canalizar las corrientes de falla de baja frecuencia o de corriente directa para que operen las protecciones por sobrecorriente de los equipos. Tiene que ver la CORRIENTE. Se logra mediante el sistema de cables eléctricos que
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conectan a todas las partes metálicas que pueden conducir electricidad en caso de falla. Puesta a tierra de equipos eléctricos: Su función es la protección de las personas. Es una función del VOLTAJE. Se logra uniendo todas las partes metálicas a un punto de referencia. Puesta a tierra de protección atmosférica: Sirve para canalizar la energía de los rayos a tierra. Es un caso de ENERGIA. Se logra con una malla igualadora de potencial conectada a tierra que cubre el area a proteger. Puesta a tierra de protección electrostática: Sirve para neutralizar las cargas de corriente directa producidas en los materiales dieléctricos. Es una función de CARGAS. Se logra uniendo todas las partes metálicas y dieléctricas. Puesta a tierra de señales electrónicas: Para evitar la contaminación con ruido de alta frecuencia en la señal deseada. Considera las FRECUENCIAS. Se logra mediante una jaula de Faraday o blindajes. La regla es unir todos los electrodos de los diferentes sistemas entre sí, cuidando de no violar la ley siguiente: Cada sistema de tierras debe cerrar únicamente el circuito eléctrico que le corresponde.
c) Sistemas de emergencia Los sistemas de emergencia tienen la función de suministrar energía, cuando falla el sistema principal de alimentación de energía eléctrica, y es importante que por el tipo de actividad o función que desempeñe, no interrumpa el servicio, es asi como las plantas de emergencia son comunes en: hospitales, hoteles, teatros, cines, industrias de procesos continuos. Debido a que la función principal de estas plantas de emergencia es suministrar la energía a las cargas consideradas estrictamente de emergencia y por lapsos de tiempo relativamente cortos, su capacidad queda comprendida entre 30 y 1,000 kw; y por lo general, son accionadas por motor de combustión interna diesel, gasolina o gas. Para plantas de emergencia de alta capacidad, dentro de su rango, se prefiere el diesel como combustible, por ser relativamente económico; ser menos inflamable y tener mayor poder calorífico
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La planta de emergencia esta constituida principalmente por un grupo motorgenerador; el motor normalmente es de combustión interna y sus características principales a especificar son las siguientes:
1. Potencia (HP) 2. La velocidad, que dependiendo del numero de polos del generador da la frecuencia; pudiendo ser por ejemplo de 1,200 r.p.m. a 1,800 r.p.m para generar a 60 Hz. 3. La cilindrada, que se refiere al volumen que admite cada cilindro cuando succiona aire, multiplicado por el numero de cilindros de la maquina. 4. El diámetro que tienen los cilindros y su desplazamiento (carrera). 5. Condiciones ambientales como: Presión atmosférica, Temperatura, Humedad.
El tamaño del generador y el motor impulsor , se determina en función del valor de la carga, que se debe absorber durante una interrupción del servicio normal, también el tipo de combustible para el motor impulsor queda determinado por la carga y las restricciones normativas en el lugar de instalación, la localización del grupo motorgenerador y algunos otros aspectos.
Por lo general las plantas eléctricas de emergencia pueden se para uso de hasta durante ocho horas con carga continua, y admitir en forma eventual, sobrecargas por lapsos de ½ a 1 hora, siempre y cuando no excedan al 10% o 20% de su capacidad
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Es importante recordar que la planta de emergencia solo debe de alimentar aquellos servicios que son indispensables, de manera que para una instalación eléctrica en particular se debe hacer un censo de aquellas cargas que se deben mantener en operación, cuando se interrumpe la alimentación de la compañía suministradora.
Combustible para las plantas de emergencia En cualquier planta de emergencia, es necesario disponer del tanque de combustible, que permita generar la potencia requerida durante un lapso de tiempo determinado, por esto por lo general se usan dos tanques, uno se denomina tanque de almacenamiento de combustible que por lo general se instala fuera del área donde se instala la planta; normalmente se instala enterrado y es de lamina negra (no debe ser galvanizado); y el otro tanque se denomina tanque de diario o auxiliar, es de pequeña capacidad, también debe ser con los tubos y conexiones de hierro negro ya que el diesel produce una reacción con el fierro galvanizado, que desprende partículas que pueden ensuciar al motor y provocar mala operación.
Sistemas de refrigeración Las plantas de emergencia que usan como motor impulsor a los llamador motor diesel; pierden por radiación del calor; aproximadamente la tercera parte del poder calorífico del combustible; este calor producido, se tiene que disipar por medio de los sistemas de refrigeración que básicamente es agua circulante, que se hace pasar alrededor de los cilindros, esta agua se enfría de distintas formas, como por ejemplo;
a) Para plantas con potencias no mayores de 1,000 kw se usa radiador y ventilador incorporado al propio motor como es el caso del enfriamiento de los motores de los vehículos. b) Para plantas de potencias mayores de 1,000 kw se pueden usar las llamadas torres de enfriamiento o bien haciendo circula r el agua hacia un rio, cuando se tiene esta facilidad, cercana a la planta.
Escape de gases y sistemas de ventilación
Como se sabe todas las llamadas maquinas de combustión interna producen gases producto de la combustión pero también es necesario para quemar el combustible, proporcionar suficiente aire que lleve el oxigeno al combustible.
El aire que se inyecte al motor, debe estar excento de impurezas ya que si tiene polvo o partículas corrosivas se puede perjudicar, esto significa que el local en donde se aloje la planta de emergencia, debe estar provisto de una buena dotación de aire, por medio de ventanas y ductos amplios y filtros cuando se considere necesario.
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Por otra parte de la energía generada aproximadamente del 15 al 25 %, se transforma en calor, mismo que se debe extraer del local en donde esta la planta , por lo que se debe disponer de un sistema de ventilación apropiado, para esto se estima que la cantidad de aire necesario (en m 3/seg), para evacuar el calor de las perdidas se obtiene por un factor de 0.166 multiplicado por la potencia de la planta expresada en Kva. El aire necesario para la combustión del motor se estima que es del orden de 5.5 a 6.8 m3/Kwh; se considera que es pequeño en comparación con el necesario para la ventilación y por lo mismo no se considera en los cálculos. El escape de los gases de combustión se debe llevar a la atmósfera en forma rápida y silenciosa para esto se debe proveer a los motores de combustión un escape apropiado con silenciador.
Localización y montaje de una planta de emergencia
Un buen servicio de una planta eléctrica depende en parte de una buena localización en la proximidad del centro de carga eléctrica, con fácil forma de abastecimiento de combustible, buena ventilación e iluminación y un correcto montaje; lo que requiere una cimentación apropiada.
Interruptor de transferencia Cuando falla el servicio de alimentación de energía eléctrica de la compañía suministradora; la planta de emergencia puede entrar en forma manual o automática. Lo ideal es que sea en forma automática para evitar interrupciones de servicio en caso de emergencia, como por ejemplo en hospitales; para esto, se usan los llamados interruptores (switch) de transferencia, que son trifásicos y se encuentran dentro de un gabinete, y se tiene la función de transferir la carga de la línea de alimentación de la compañía suministradora a la planta de emergencia, cuando falle el suministro de la compañía. La capacidad del motor impulsor y del generador de la planta de emergencia debe ser suficiente para absorber las cargas definidas como de emergencia.
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d) Corrección del factor de potencia
La energía eléctrica es suministrada a los usuarios en un voltaje de Corriente alterna, cuya forma de onda mostraremos, en la figura. 1 Este voltaje alterno varía continuamente entre un máximo positivo y un mínimo negativo un ciclo completo incluyendo una alternativa positiva y una negativa. Él numero de ciclos por segundo es la frecuencia la cual es designada con el símbolo f y se expresa en unidades de Hertz (Hz.) La estandarización de la frecuencia fue iniciada antes de la primera guerra mundial, pero no se pudo terminar dadas las conducciones de la mencionada, 50 y 60 Hz son las dos frecuencias usadas a través de todo el mundo hoy en día.
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Figura 1
La frecuencia de 50 Hz es usada territorialmente en mayor cantidad que 60 Hz, los cuales existen principalmente en Norte y Sudamérica, a excepción de las regiones del sudeste de Sudamérica(Argentina, Bolivia; Chile, Uruguay Y Paraguay), en donde se utilizan 50 Hz, en tanto que la frecuencia de 60 Hz es también encontrados en Liberia(África), Corea, Las Filipinas, Taiwán (Asia) y en algunas regiones de Arabia Saudita y Japón. Los voltajes están en el rango de 190 a 660 volts, pero predominantemente entre 380 y 415 volts. En México los voltajes de alimentación en baja tensión son suministrados desde 0-1000 volts a una frecuencia de 60 Hz, con una variación permitida de ± 10%, ver figura 2. Figura 2. Forma de una onda de señal alterna
Cuando una carga es conectada a la red (cuyo voltaje es expresado en volts, Entonces una corriente I, fluirá) expresada en Amperes, A. En términos generales pueden distinguirse tres tipos de carga.: Conceptos básicos. La resistencia. Un horno eléctrico resistivo, un radiador, una lámpara incandescente de luz, etc. son todas ellas cargas resistivas, tales cargas son referidas como si
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tuvieran una resistencia. Una resistencia es distinguida con el símbolo R y se expresa en unidades de Ohms En un circuito puramente resistivo, la corriente esta en fase con el voltaje y es una función inmediata del voltaje, ver figura 3, por lo tanto si el voltaje y la corriente están en fase, tenemos que: I = V / R, una resistencia absorbe potencia (en watts) por lo tanto Figura. 3
P: V x I =R x I2 = V2 / R
Dependiendo del tiempo conectado, la energía se consume y pagaremos un cierto número de KWH. La inductancia. Al igual que la resistencia el circuito más común mente encontrado es el circuito inductivo, cargas inductivas pueden ser encontradas donde haya bobinados involucrados, por ejemplo, en transformadores, motores, balastros para lámparas de descarga. La inductancia es denotada por la letra I y expresadas en unidades de Henrios, en unos circuitos puramente inductivos la corriente no esta en fase con el voltaje ya que se va retrasada en 90 grados eléctricos, ver figura 4. Figura 4
Se crea un campo magnético el cual absorbe energía. Posteriormente este campo se elimina y la energía es liberada sin perdidas, Por ejemplo en un circuito puramente inductivo la potencia activa es nula. No existe un consumo de energía a pesar de que la corriente ha fluido. La inductancia consume potencia reactiva, usualmente expresada en volts-amperes reactivos o var.
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Un circuito inductivo puro no existe en la practica, los alambres conductores de la bobina tiene una cierta resistencia y hay perdidas en el circuito magnético, sin embargo, puede decirse que la inductancia consume una pequeña cantidad de energía activa. El capacitor. El capacitor es el tercer tipo de carga en un circuito, la capacitancia es designada por la letra C y expresada en unidades de Farads (F), en un circuito puramente capacitivo, la corriente se encuentra adelantada 90º a el voltaje, ver figura 5, así mismo no existe consumo de energía aun si hay una corriente circulando, no obstante el capacitor genera potencia reactiva expresada en VA reactivos del valor de la capacitancia puede calcular la potencia reactiva Q. Donde: Q= 2 x x f x C x V2 Figura 5
Cargas combinadas.
En la práctica una carga no esta constituida solamente por resistencias, inductancias o capacitancias, estas tres cargas con frecuencia coexisten. Las diversas cargas son usualmente abastecidas directamente de la red principal de suministro eléctrico. Estas cargas se describen siendo conectadas en paralelo.
Definición de potencia. Potencia activa.
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Los diferentes dispositivos eléctricos convierten energía eléctrica en otras formas de energía tales como, mecánica lumínica, térmica, química, etc. Esta energía corresponde a una energía útil o potencia activa o simplemente potencia, similar a la energía consumida por una resistencia. Una carga que consuma la mayor potencia reactiva y el factor de potencia bajo es el fenómeno eléctrico que puede suceder en condiciones estables. Para una potencia consumida constante, el factor de potencia es mas bajo, la potencia aparente será más alta y así también más alta la calidad de la corriente de la red. Con un factor de potencia igual a 0.5, la cantidad de corriente por la carga será dos veces la corriente útil. Con un factor de potencia igual a 0.9 la cantidad de corriente será 10 % más alta que la corriente útil. Para una potencia constante la cantidad de corriente de la red se incrementara en la medida que el factor de potencia disminuya. Esto significa que los transformadores y cables de distribución estarán sobrecargados y que las perdidas en ellos se incrementarán ( en proporción al cuadrado de la corriente. Potencia reactiva. Los motores, transformadores y en general todos los dispositivos eléctricos que hacen uso del efecto de un campo electromagnético, requieren potencia activa para efectuar un trabajo útil, mientras que la potencia reactiva es utilizada para la generación del campo magnético. Esta potencia reactiva corresponde a la potencia reactiva estando 90 grados desfasada de la potencia activa. Potencia aparente. El producto de la corriente y el voltaje es llamada potencia aparente, es también la resultante de los vectores gráficos de la potencia activa y la potencia reactiva, esto puede mostrarse en una representación grafica como se muestra en la figura 6, por otra parte el ángulo entre la potencia activa y aparente es denotado por la letra , y tenemos que la potencia aparente (P) es el resultado del producto entre la potencia aparente (S) y el coseno de . P= S cos Figura 6
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Que es el factor de potencia? Factor de potencia. Para estar en posibilidad de corregir el factor de potencia, es necesario saber su significado y en base a que sus valores en cuanto a condiciones de carga conectada. Se puede partir de la expresión de la potencia en un circuito de corriente continua dada por la formula P = ExI (Watts), esta no sufre ninguna variación puesto que, en corriente continua los valores de tensión y de corriente son constantes. En corriente alterna (C.A.) la formula P= ExI (Watts), solo es cierta para cuando se tienen conectadas cargas puramente resistivas como son: Lámparas incandescentes, parrillas, planchas, calentadores, hornos eléctricos y en general todos los elementos y equipos que transforman toda la energía eléctrica que toman de la línea en calor, cuando lo anterior sucede, se dice que la corriente y la tensión están en fase, aprovechándose sus valores en un 100%. Puede observarse en la representación grafica la diferencia de la altura de las ondas sinusoidales de los valores, ello es debido a que son diferentes unidades, sin embargo, se dicen que están en fase la tensión y la corriente porque coinciden en amplitud, frecuencia, en sus ceros máximos además de desplazarse en la misma dirección al tomar sus valores ascendentales y descendentes. Las ondas sinusoidales son el resultado de graficar los valores de tensión y corriente, tomados a intervalos regulares de tiempo. Tipos de cargas. Cargas inductivas.
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Las cargas inductivas como son los motores de inducción hornos de arco, maquinas soldadoras, etc., tienen la particularidad de atrasar la corriente con respecto a la tensión, si la carga fuera 100% inductiva, el atraso de la corriente seria de 90% geométricos.
Cargas capacitivas. Como motores sincronos y capacitores, tienen la propiedad de adelantar la corriente con respecto a la tensión, el adelanto también podía ser de 90º geométricos si la carga fuera 100% capacitiva.
Una vez que se conocen los tres tipos de cargas por conectar y la posición que guarda en cada caso el vector corriente con respecto al vector tensión que se toma como eje o plano de referencia, es obligado tener presente, que en todo circuito o instalación eléctrica real, es imposible tener el 100% de solo un tipo de carga y que, solamente para cálculos aproximados ( hasta 2% de error) se consideran cargas puramente resistivas, por lo demás, todo calculo se hace tomando en cuenta que pueden tenerse las siguientes combinaciones. Cargas resistivas e inductivas. Cargas resistivas y capacitivas. Cargas inductivas y capacitivas. Cargas resistivas, inductivas y capacitivas. De las combinaciones anteriores, el ángulo entre los vectores tensión y corriente o ángulo de desfasamiento podría ser mayor o menor de 45º ( cos 45º =0.7071) adelantado o atrasado según el tipo de carga que prevaleciera, sin embargo, generalmente es atrasado y cercano su valor a 0o (cero grados) pues no es permitido tener un factor de potencia o Cosθ menor de 0.85 (ángulo de desfasamiento no mayor de 31º ) ya que, de acuerdo con él articulo 5, del reglamento para el Suministro de Energía Eléctrica, el consumidor esta obligado a mantener un factor de potencia o Cosθ tan aproximado a 1 o 100% como sea practico sopena de pagar un recargo por cada KVA. , Extra que se le suministre para una demanda dada, si el factor de potencia es bajo (menor de 0.85). Los valores recomendables del factor de potencia (Fp = Cos θ) fluctúan entre 0.9 y 0.97 correspondientes a ángulos de desfasamiento entre 25 y 14 grados respectivamente. Por lo antes expuesto y haciendo notar que normalmente se tiene carga puramente resistiva o bien, resistiva e inductiva dando origen la segunda a un
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ángulo de desfasamiento, corregir el FP, no es mas que calcular lo potencia del banco de capacitores para reducir dicho ángulo hasta un valor recomendable para así poder aprovechar al máximo dentro de ciertos límites la potencia aparente o de la línea que es proporcionada por la compañía suministradora de la energía eléctrica. Potencia aparente o de la línea = P. Aparente. Potencia aparente = E x I ----------- Volt Amperes Potencia aparente = E x I ----------- VA Cargas puramente resistivas. Angulo entre el vector tensión y el vector corriente = 0 o
Cos 0 =1 P. aparente = E x I ----------- V.A P. útil
= E x I cos θ = E x I cos θ = E x I x 1= E x I ------ Watts.
Como el factor de potencia es la relación watts sobre VA, y en este caso valen lo mismo: Cos θ =FP. = P. Útil / P. Aparente = watts / VA =1 o 100% El valor 1 o 100% del cos θ o FP. Nos indica que los valores tensión y corriente, son aprovechados en forma total. Cargas resistivas e inductivas. Al tener en un circuito o instalación eléctrica cargas inductivas y resistivas, las primeras dan origen a un ángulo de desfasamiento atrasado. Bajo las anteriores condiciones, en este caso la potencia aparente difiere de la potencia útil. P. aparente = E x I / VA. P. Util = E x I cos θ / Watts. Cos θ = Watts/ VA
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Para este caso y todos los similares, al existir ángulo de desfasamiento, el cos θ ó FP. Siempre es menor que la unidad, cuyo valor puede interpretarse como el tanto por ciento de lo que aprovecha la potencia aparente o de la línea. Para mejor entender él porque solo se aprovecha un tanto por ciento de la potencia aparente cuando se tienen cargas inductivas, es necesario indicar en un sistema de ejes coordenados los vectores tensión y corriente con un ángulo desfasamiento. La corriente que desarrolla trabajo afectivo, es solamente la que esta en fase con la tensión (I cos) y la proyectada sobre el eje de las YY (sen), es la que provee al campo inductor. Lo aquí especificado viene a corroborar que, corregir el factor de potencia es reducir el ángulo de desfasamiento y con ello, absorber una corriente menor para una potencia dada, disminuyendo las perdidas por efecto Joule y el pago de energía a la compañía suministradora al aprovecharse al máximo dentro de los limites marcados la potencia aparente o de la línea. Hasta ahora, se ha trabajado con valores Watts y Volt Amperes pero como en la corrección del factor de potencia se trabaja con potencias grandes, hay necesidad de valerse de un triangulo de potencias como el mostrado en la figura 6. KW. KVA. KVAR. KW. KVA.
= Potencia en Kilo Watts, = Potencia en Kilo Volt Amperes. = Potencia en Kilo Volt Amperes reactivos. = Potencia útil. = Potencia aparente o de la línea.
Donde: KW KVAR Cos θ KVAR
= KVA Cos θ = KVA. Sen θ = FP = KW / KVA = ( (KVA) 2 – (KW) 2 )1/2
La potencia reactiva, la cual no produce un trabajo físico directo en los equipos, es necesaria para producir el flujo electromagnético que pone en funcionamiento elementos tales como motores, transformadores, lámparas fluorescentes, equipos de refrigeración y otros similares. Cuando la cantidad de estos equipos es despreciable los requerimientos de potencia reactiva
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también se hacen significativos, lo cual produce una disminución exagerada del factor de potencia. Un alto consumo de energía reactiva puede producirse como consecuencia principalmente de: Una gran numero de motores Presencia de equipos de aire acondicionado Una sub-utilización de la capacidad instalada en equipo electromagnéticos, por una mala planificación y operación en el sistema eléctrico de la industria. El hecho de que exista un bajo factor de potencia en la industria puede producir algunos inconvenientes tanto al suscriptor como a la empresa suministradora de energía los cuales son:
Para el suscriptor: Aumento de la intensidad de corriente Perdidas en los conductores y fuertes caídas de tensión Incrementos de potencia de las plantas, transformadores, reducción de su vida útil y reducción de la capacidad de conducción de los conductores. La temperatura de los conductores aumenta y esto provoca una disminución en la vida de su aislamiento. Aumentos en sus facturas por consumos de electricidad.
Para la compañía suministradora de energía, en nuestro caso (CFE) Mayor inversión en los equipos de generación, ya que su capacidad en kva debe ser mayor, para poder entregar esa energía reactiva adicional. Mayores capacidades en líneas de transmisión y distribución así como en transformadores para el transporte y transformación de esta energía reactiva. Elevadas caídas de tensión y baja regulación de voltaje, lo cual puede afectar la estabilidad de la red eléctrica.
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Naturaleza de la energía reactiva. Todas las maquina eléctricas como (motores, transformadores, etcétera.) e iluminación que son alimentados en corriente alterna, como ya se miro necesitan para su funcionamiento dos tipos de energía, la energía activa y energía reactiva, la energía activa es la que se transforma íntegramente en trabajo o en calor y se mide en Kw/h, y la energía reactiva se pone de manifiesto cuando existe un trasiego de energía activa entre la fuente y la carga, generalmente está asociada a los campos magnéticos internos de los motores y transformadores, se mide Kvar/h. Como esta energía provoca sobrecarga en las líneas transformadoras y generadoras sin producir un trabajo útil, es necesario neutralizarla o compensarla, evitando de esta forma el pago de la penalización que la compañía suministradora de energía eléctrica cobra por no corregir este problema. Las disposiciones tarifarías de las compañías suministradoras de energía, en nuestro caso CFE establece márgenes de operación de los sistemas para usuarios de manera que su factor de potencia no sea demasiado distinto al de la unidad. Inclusive se contempla una penalización económica a los usuarios que se encuentran operando con factores de potencia menores al 90% ya que este es el mínimo requerido por CFE. Por otra parte, se contempla la bonificación, como un estimulo económico de los usuarios que mantengan su factor de potencia en valores superiores al 90% ya que esto permite una operación mas eficiente del sistema eléctrico de la compañía suministradora, así como la de todo el sistema eléctrico nacional, de esta forma el usuario que mantenga un factor de potencia igual a 90% no será acreedor a una bonificación pero tampoco a una penalización. Recargos por factor de potencia. Recargos por factor de potencia menor a 90% El usuario procurará mantener un factor de potencia tan aproximado a 100 %, como le sea posible, cuando el factor de potencia del servicio durante cualquier periodo de facturación, tenga un promedio menor de 90% atrasado, el suministrador de energía tendrá derecho a cobrar al cliente, la cantidad que resulte de aplicar al monto de la facturación, el porciento de recargo que se determine, según la siguiente formula: Porcentaje de recargo: % Rec = 3 / 5 [ ( 90 / FP ) – 1 ] x 100 Donde:
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% Recargo = porciento de recargo por bajo factor de potencia. FP = factor de potencia del periodo de facturación.
Es importante aclarar que este recargo actualmente no deberá ser mayor a 120%, como se muestra en la grafica siguiente. Grafica 1 CARGO POR BAJO FACTOR DE POTENCIA
130 120 120 110 94.29
100 90
75.00
% DE CARGO
80 70
60.00 60 48.00 50 38.18 40 30.00 30
23.08 17.14
20
12.00 7.50 3.53
10
0.00 90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
0 FACTOR DE POTENCIA
Grafica 1 Fuente: indirecta
Bonificaciones por factor de potencia. Bonificación por factor de potencia superior a 90% En el caso de que el usuario mantenga un factor de potencia superior al 90%, el suministrador bonificara al cliente la cantidad que resulte de aplicar a la factura el porciento de bonificación, de acuerdo a la formula siguiente:
Porcentaje de bonificación: %Bon = 1 / 4 [1 – (90 / F P)] x 100 Donde:
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%Bonificación = porciento de bonificación en la factura. FP = factor de potencia del periodo de facturación.
BONIFICACION ALTO FACTOR DE POTENCIA 3.0
100 2.5
99 98
% DE BONIFICACION
2.0
97 96
1.5
95 94
1.0
93
92 0.5
91
90 0.0 90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
FACTOR DE POTENCIA
Gráfica 2.
Fuente : indirecta
Igualmente para este caso tiene sus restricciones de bonificación ya que estas no serán mayores a 2.5%, como se muestra en la gráfica 2. Criterios que se aplican sobre el factor de potencia. Los valores resultantes de la aplicación de las dos formulas anteriores según sea el caso, se redondearan a un solo decimal, por defecto o exceso, según sea o no menor que cinco el segundo decimal. En servicios nuevos o en aquellos donde se estime conveniente la instalación del equipo para determinar el factor de potencia, la aplicación del recargo o bonificación por factor de potencia, se hará efectiva desde la primera vez que ocurra. El factor de potencia es simplemente el nombre dado a la relación de la potencia activa usada en un circuito expresada en volts-amperes o kilovoltsamperes (KVA). 216
Las cargas industriales en su naturaleza eléctrica son de carácter reactivo a causa de la presencia principalmente de equipos de refrigeración, motores, etc. Este carácter reactivo obliga que junto al consumo de potencia activa (kw) se sume el de una potencia llamada reactiva (kvar), las cuales en su conjunto determinan el comportamiento operacional de dichos equipos y motores. Esta potencia reactiva ha sido tradicionalmente suministrada por las empresas de electricidad, aunque puede ser suministrada por las propias industrias. Al ser suministrada por las empresas de electricidad deberá ser producida y transportada por cargas puramente resistivas, tales como alumbrado incandescente, resistencias de calentamiento, etc. No causan este tipo de problema ya que no necesitan de la corriente reactiva. La presencia de altos niveles de carga reactiva en las redes eléctricas impide que se transmitan toda la potencia activa para la cual están dimensionadas, lo que es motivo de preocupación permanente de las empresas que distribuyen la energía eléctrica. El esquema tarifario vigente prevé la aplicación de recargos en la facturación, penalizando el consumo por factor de potencia menor en la ciudad de 0.90. Por otra parte el progreso en el campo de la electrónica de potencia ha traído una revolución a la industria moderna. Estos avances son el resultado de continuos desarrollos en el campo de los semiconductores, así como en las tecnologías de diseño de convertidores, las cuales van de la mano. Con estos rápidos desarrollo mas y más sistemas convencionales están siendo remplazados por modernos sistemas de potencia electrónicos, trayendo una gran cantidad de ventajas a los clientes, como la tecnología de los conversores esta ganando terreno rápidamente en las plantas industriales modernas, los sistemas de suministro de energía están contaminados y la forma de onda de tensión y corriente senoidal ideal se encuentran raramente. Sin embargo estos sistemas electrónicos de potencia modernos están generando un creciente número de problemas, especialmente en el contexto de los temas de calidad de la energía. Con las nuevas reglamentaciones a partir del 10 de noviembre de 1991, los capacitores proporcionan además de la eliminación del cargo por bajo factor de potencia, un beneficio económico que puede llegar al 2.5% de bonificación del valor total de la facturación, adicionalmente a esto si los capacitores son colocados con las normas generalmente aceptadas para la instalación de estos equipos en los lugares adecuados, pueden proporcionar ahorros adicionales por menores perdidas de energía entre 4 al 7 %, lo que a todas luces es una inversión altamente rentable. Los capacitores.
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Un tema importante también es la localización de los capacitores, ya que esto constituye lo que se denomina el modo de compensación. La compensación de una instalación puede realizarse de distintas maneras; esta compensación puede ser global, parcial (por sectores), o local (individual). El principio de compensación ideal es la que permite producir energía reactiva en el lugar mismo donde se consume y en una cantidad que se ajusta a la demanda. Los criterios técnico-económicos determinan su elección. El empleo de interruptores manuales con interruptores fusible para la maniobra y protección de las baterías de condensadores debe evitarse. No hay que olvidar que los fusibles deben ser dimensionados para aguantar la corriente resultante en el circuito de la batería de condensadores, por lo tanto protegen solo la instalación en caso de corto circuito entre los conductores de conexión o se funden cuando se produce un corto circuito dentro de un condensador, es decir en el momento de la destrucción del mismo. De ninguna manera los fusibles pueden proteger eficazmente las baterías contra sobrecargas debidas a los armónicos o elevación de tensión de la red, es decir evitar la destrucción de los condensadores. Por lo tanto lo recomendable para la protección eficaz de las baterías de condensadores hay que prever relevadores magnéticos y térmicos automáticos, calibrados según nuestra instalación. Cuando se conectan capacitores a una red de corriente alterna se produce una elevada corriente transitoria que dura tan solo unos milisegundos. Si no se la limita, en equipos de 100 Kvar o mas, puede causar el deterioro rápido del banco y de los equipos de protección y maniobra.
Operación de los capacitores. Es conveniente que los capacitores se encuentran en un lugar ventilado, para evitar problemas con la temperatura, verificar que la corriente consumida esta dentro del dato de placa del fabricante, en la energización de un banco de capacitares; alcanzan 10 veces la corriente nominal en ocasiones, dependiendo de la potencia del banco y la impedancia en ese punto, y en casos de bancos en paralelo podrá ser de 100 a 200 veces la corriente nominal, destruyendo equipos de conexión y desconexión, e incluso los capacitores. Es importante que el voltaje aplicado al capacitor este dentro del 10% máximo de su operación nominal, porque de lo contrario esto le reducirá la vida en forma exponencial, si es menor el voltaje, el capacitor entregara menos
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KVAR, al sistema a compensar, así mismo evitar la colocación cerca de fuentes emisoras de armónicas, por reducir la vida de estos o colocar una inductancia de choque, para evitar problemas al capacitor o en algunos casos es recomendable la colocación de filtros para armónicas. Para evitar los problemas de armónicas se puede utilizar filtros pasabanda en serie, en paralelo y de sintonía, previamente conociendo el factor de distorsión de la onda fundamental y un espectro de las armónicas, para determinar el tipo de filtro a utilizar. El bajo factor de potencia sigue siendo una de las principales oportunidades para reducir los costos de energía en la facturación eléctrica, él calculo de un banco de capacitores no implica grandes consideraciones del entorno eléctrico o cálculos complejos, sin embargo el desarrollo de nuevas tecnologías en electrónica para aplicaciones de ahorro de energía y / o de control ha propiciado que las armónicas produzcan un efecto en los capacitores conocido como resonancia en paralelo, el cual esta asociado con altas corrientes o tensión que llegan a ser destructivos para las maquinas ( PC, motores, transformadores, etc.) instaladas en la planta. Tipos de compensación. Los tipos de compensación que podemos realizar en baja tensión principalmente son tres:
Compensación individual por carga. Es recomendable cuando la potencia de los motores es significativa con respecto a la potencia ( KVA) requerida en la instalación. Definitivamente aquí los beneficios de instalar bancos de capacitores son notables, en la eliminación de multas, la reducción de perdidas en los conductores y en los calibres, en cuestiones de mantenimiento será necesario incluir en nuestra agenda una rutina para la supervisión de los capacitores. Si su planta se encontraba bajo este esquema de compensación seguramente ha realizado algunos cambios, considerando que la modernización llego en pro del ahorro de la energía y con ello comienza la sustitución de los arrancadores a tensión plena, o de tensión reducida por arrancadores eléctricos, el mas utilizado los variadores de velocidad, que además son excelentes ahorradores en aplicaciones de bombeo o aire acondicionado. En la mayoría de las veces esta sustitución se realiza de manera progresiva y los problemas se presentan casi al finalizar el reemplazo, cuando la distorsión armónica en corriente se fue incrementando hasta distorsionar la forma de onda de la tensión.
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Y por consiguiente la distorsión armónica de la tensión llega a tener valores fuera del estándar recomendado por el Instituto de Ingenieros en Electricidad y Electrónica conocidas con sus siglas en ingles IEEE, del 5% y el daño a los equipos no se hace esperar. Cuando realice este tipo de compensación siempre tenga presente que un banco de capacitores fijo con un variador eléctrico de velocidad o un arrancador de estado sólido, no son la mejor pareja, se mostrará el sistema de compensación individual utilizando un esquema, en el diagrama 1. Si la distorsión armónica esta creando problemas en la red, la solución debe ser un banco de capacitores antiresonante o un filtro. Para determinar la capacidad del banco se deben de observar varias condiciones antes de determinar si la solución es local y se deba hacer de manera global.
Diagrama 1. Diagrama unifilar mostrando una compensación individual por carga. fuente: indirecta
Compensación individual de un motor. La compensación de un motor individual es particularmente útil para motores de inducción, ya que estos obtienen las siguientes ventajas. Instalando los capacitores cerca de la carga, la potencia reactiva es confinada al segmento más pequeño posible de la red.
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El arrancador para el motor puede también servir como un interruptor para el capacitor eliminando así el costo de un dispositivo de control del capacitor solo. El uso de un arrancador proporciona control semiautomático para los capacitores, no son necesarios controles complementarios. La compensación individual de motores no es generalmente utilizada para cuando los valores de los motores sean menores de 10 kw, la potencia del capacitor a conectar directamente con el motor puede ser calculado de acuerdo a uno de los siguientes métodos: a) Mediante tabla de datos del fabricantes de capacitores en el que es necesario saber la potencia del motor en HP, y la velocidad nominal en rpm, ver tabla 1. Tabla 1 . Potencia máxima sugerida de capacitores. Fuente: Indirecta POTENCIAS MAXIMAS SUGERIDAS DE LOS CAPACITORES Motores de inducción NEMA diseño C alto par de arranque, corriente normal. MOTOR DE INDUCCION POTENCIA HP 5 7.5 10 15 20
velocidad nominal en rpm y numero de polos 1800 1200 900 720 4 6 8 10 kvar kvar kvar kvar 2 2.5 4 **** 3 3 4 **** 3 4 5 **** 4 5 7.5 **** 4 5 7.5 ****
25 30 40 50 60
5 5 10 15 15
5 7.5 10 10 20
10 10 15 20 25
**** 20 **** 25 25
75 100 125 150 200
20 25 30 35 45
20 25 35 40 50
30 40 40 45 60
35 40 45 50 60
250 300 350
50 60 70
60 70 75
70 80 90
75 80 100
Ejemplo 1: Se tiene un motor de 75 HP, de 4 polos de 1800 rpm Por lo tanto observando la tabla 1, este motor se debe de compensar con un capacitor de 20 kvar. La corriente capacitiva no debe exceder 90% de la corriente sin carga. La corriente sin carga obtenida de hojas de datos o catálogos de los fabricantes
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de motores, puede también ser medida directamente sobre un motor sin carga, así como una estimación buena y rápida es la de considerar 1/3 de la corriente nominal Ejemplo: Se tiene un motor trifásico de 75 hp, (56 kw), 480 volts, 4 polos de 1800 rpm, 60 hertz, con una corriente sin carga de 22.47 amp. Por lo tanto la corriente capacitiva es igual a 0.9 x 22.47 = 20.22 Amp. El valor del capacitor es de : Q = 1.73 x V x I /1000 Q = 1.73 x 480 x 20.22 / 1000 Q = 16.79 kvar
Donde: Q = Capacidad del capacitor kvars V = Voltaje de operación del motor I = Corriente capacitiva Como se puede observar el capacitor a utilizar para la compensación es de 20 kvar, como en el ejemplo anterior. Compensación individual de un transformador. De acuerdo a las normas técnicas para instalaciones eléctricas, cuando sea corregido el factor de potencia de un transformador con capacitores de potencia instalados en el secundario del mismo y exista la posibilidad de que el transformador opere en vacío con los capacitores, la potencia reactiva (kvar) de los capacitores , no debe exceder el 10% de la potencia nominal (kva) del transformador. Por supuesto la solución ideal en este caso es usar bancos automáticos de corrigen al valor unitario y en ausencia de carga desconectan capacitores para evitar el fenómeno de la resonancia entre el transformador y el capacitor.
Compensación por zonas. Este tipo de compensación se recomienda cuando la instalación es bastante amplia y donde las trayectorias de la carga / tiempo diferente de una parte de la instalación, los bancos de capacitores se conectan al bus de distribución donde se encuentran el grupo de cargas. Las ventajas además de la eliminación de multas, son que se reduce la demanda aparente KVA, se libera
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capacidad en el transformador el cual es capaz de aceptar mas carga, el calibre de los conductores d alimentación en el bus local puede ser reducidos o se puede tener mas capacidad para cargar futuras y finalmente la perdida en los mismos cables se ve reducida. Entre las desventajas, la corriente reactiva continua fluyendo a corriente descendente a donde se han instalado los capacitores y es la razón por la que los calibres de esos conductores y las perdidas no son mejoradas por este tipo de compensación. Otro problema puede ser cuando las cargas tienen grandes cambios, pudiéndose presentar un riesgo de sobre compensación y de sobre tensión, se mostrará el sistema de compensación por zonas, utilizando un esquema en el diagrama 2. Diagrama 2. Diagrama unifilar mostrando una compensación por zonas. fuente: indirecta
Compensación global. Se recomienda cuando la carga es continua y estable, los bancos de capacitores se instalan en la subestación principal y funcionan en los periodos de la carga normal. Los beneficios continúan siendo la alimentación de multa, disminución de la demanda de potencia activa en KVA y disponible en el transformador para cargas futuras. Las desventajas son las mismas que en el caso de compensación por zonas. Como indicamos al principio, la instalación de bancos de capacitores es el método mas recurrido para disminuir los consumos de energía pero, si estos no fueron bien seleccionados y aplicados sus costos de operación se pueden incrementar, se mostrara un sistema de compensación global utilizando un esquema en el diagrama 3. Diagrama 3. Diagrama unifilar mostrando una compensación global.
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Fuente: indirecta
El capacitor es el equipo eléctrico que almacena la mayor cantidad de energía por unidad de volumen, lo que lo hace extremadamente delicado y sensible a los defectos en su fabricación, así como a las altas temperaturas y a las descargas parciales debido a esto se ha optado por utilizar elementos impregnados individualmente en bote de aluminio. Reglas de seguridad en capacitores. Es muy importante que antes de conectar el capacitor por primera vez a la red, para poder manejarlo hay que poner en corto-circuito sus terminales con un cable aislado y con guantes igualmente aislados, para evitar una posible descarga sobre el operario. Como todo equipo eléctrico, el gabinete del capacitor deberá ser aterrizado desde la terminal dispuesta para ello. Cuando el capacitor es desconectado de la red esperar dos minutos, y después poner en corto circuito las terminales con un cable aislado y con guantes igualmente aislados, para poder manejarlo. Es recomendable establecer un día de la semana, por lo general los lunes como inicio de operaciones para tomar lecturas de corriente en las tres fases del capacitor, a fin de verificar si no se ha fundido algún fusible en el fin de semana. Esto puede ser provocado por el incremento de voltaje que se tiene por estar de descanso la mayoría de las industrias. Semestralmente se recomienda tomar la corriente del capacitor y compararla contra la que tenía en el momento de ser energizado para comparar estos
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valores y ver la condición del equipo en una forma semestral como mantenimiento. Selección de capacitores. En general para determinar la potencia reactiva (kvar) total para la corrección del factor de potencia solo basta con conocer la información siguiente que puede ser obtenida en los recibos de la compañía suministradora en este caso CFE y con una tabla de capacidad de capacitores que puede ser obtenida por medio de una catalogo del fabricante: El promedio de las ultimas tres mediciones de demanda en (kw) El promedio de los tres últimos factores de potencia El factor de potencia deseado. Tabla 2. Potencia necesaria del capacitor para corregir el factor de potencia. Fuente: indirecta FACTOR DE POTENCIA INICIAL
1.00
0.98
0.96
0.95
0.94
0.92
0.90
0.87
0.85
0.82
0.80
0.77
0.70
0.700 0.750 0.775 0.800 0.825 0.850 0.875 0.900 0.920 0.940 0.950 0.960 0.980 1.000
1.02 0.88 0.82 0.75 0.69 0.62 0.55 0.48 0.43 0.36 0.33 0.29 0.20 0.00
0.82 0.68 0.61 0.55 0.48 0.42 0.35 0.28 0.22 0.16 0.13 0.09 0.00
0.73 0.59 0.52 0.46 0.39 0.33 0.26 0.19 0.13 0.07 0.04 0.00
0.69 0.55 0.49 0.42 0.36 0.29 0.22 0.16 0.10 0.03 0.00
0.66 0.52 0.45 0.39 0.32 0.26 0.19 0.12 0.06 0.00
0.59 0.46 0.39 0.32 0.26 0.19 0.13 0.06 0.00
0.54 0.40 0.33 0.27 0.20 0.14 0.07 0.00
0.47 0.33 0.26 0.20 0.13 0.07 0.00
0.40 0.26 0.20 0.13 0.07 0.00
0.34 0.20 0.13 0.06 0.00
0.27 0.13 0.07 0.00
0.14 0.00
0.00
FACTOR DE POTENCIA
DESEADO
Bancos automáticos de capacitores. Al instalar bancos de capacitores automáticos para la corrección del factor de potencia se obtienen enormes beneficios además de representar la solución económica y técnica ideal para la corrección del factor de potencia. Como se ha visto anteriormente un factor de potencia inferior al 0.90 ocasiona cargos por la compañía suministradora y si este es superior al valor anteriormente mencionado hasta un máximo de 1.0, se otorgan bonificaciones que pueden llegar hasta el 2.5%, esto hace que los bancos automáticos sean la solución ideal ,dado que el tener un cerebro electrónico que regula el factor de potencia en la instalación donde se halle instalado, conectando y desconectando capacitores conforme sea necesario se mantiene un valor, de factor de potencia, igual al prefijado.
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Los bancos automáticos constan de los siguientes elementos principales: Capacitores fijos en diferentes cantidades y potencias (kvars). Relevador de factor de potencia. Contactores. Fusibles limitadores de corriente. Interruptor termomagnético general. Los bancos de capacitores pueden ser fabricados en 5, 7, 11 y 15 o en cualquier número de pasos hasta 27, siendo los mencionados los estándares. El valor de los capacitores fijos depende del número de pasos previamente seleccionado así como de la cantidad total necesaria en kvars, para compensar el factor de potencia al valor unitario. A mayor numero de pasos, el ajuste es mas fino, dado que cada paso del capacitor es mas pequeño permitiendo lograr un valor mas cercano al unitario, pero obviamente esto ocasiona un mayor costo, en las tablas 3 y 4 (ver pagina siguiente), mostraremos algunos datos técnicos sobre los capacitores antes mencionados. Tabla 3.
Tabla 4.
DATOS DE LOS CAPACITORES MAS COMUNES POTENCIA AMPS. A AMPS. A PROTECCION KVAR 220V 440V 240V 480V TERMOMAGNETICO / FUSIBLE
ALIMENTADOR TUBERIA DE (MM) FASES
CABLE CONEXIÓN A TIERRA
5 10 15 20 25 30 40 50
11.0 22.0 33.0 44.0 55.0 66.0 88.0 110.0
12.0 24.0 36.0 48.0 60.0 72.0 96.0 120.0
20 40 50 70 100 100 150 175
30 60 60 100 100 150 200 200
12 10 8 6 4 2 1/0 2/0
16 16 21 27 35 35 41 41
12 10 10 8 8 8 6 6
60
132.0
145.0
200
250
3/0
57
6
20 40 50 70 100 100 150 150 175 200 200 250
30 60 60 100 100 150 150 200 200 250 250 300
12 10 8 6 4 2 1/0 2/0 3/0
16 16 21 27 35 35 41 49 57
12 10 10 8 8 6 6 2 2
10 20 30 40 50 60 70 80 100 110 120 130
11.0 22.0 33.0 44.0 55.0 66.0 77.0 88.0 110.0 121.0 132.0 143.0
12.0 24.0 36.0 48.0 60.0 72.0 84.0 96.0 120.0 132.0 145.0 156.0
Fuente: indirecta
Problemas con un factor de potencia bajo.
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Se ha visto la considerable influencia que el factor de potencia tiene sobre el valor de la corriente demanda en el sistema. Este punto en que aumenta la corriente ocasionara muchas ventajas para el usuario industrial, todo lo cual tiene repercusiones financieras. Ésas costosas desventajas pueden citarse cuatro categorías. Aumenta las perdidas por efecto Joule las cuales son una función del cuadrado de la corriente; por ejemplo los cables entre el medidor y el usuario, los embobinados de los transformadores de distribución, dispositivos de operación y protección. Un aumento en la caída de voltaje resultado en un insuficiente suministro de potencia a las cargas (como motores, lámparas, etc.), estas cargas sufren una reducción en su potencia de salida. Esta caída de voltaje afecta a: los embobinados de los transformadores de distribución, los cables de alimentación, sistemas de protección y control. Las instalaciones no pueden ser usadas a toda su capacidad resultando en altos costos de depreciación. Esto es particularmente importante en el caso de transformadores de distribución. Esas desventajas también afectan al productor y al distribuidor de energía eléctrica. Es completamente comprensible, sin embargo que el debe penalizar al usuario malo, asiendo que el mismo pague mas por su electricidad. Las pérdidas debidas al efecto joule son proporcionales al producto de la resistencia efectiva por el cuadrado de la corriente eficaz y en la práctica son por mucho las más importantes. De acuerdo con lo anterior, se deduce que la disminución de la corriente favorece en general a la eficiencia de los sistemas eléctricos. Existen por supuesto excepciones; el caso de los conductores es distinto, ya que un delgado alambre magneto o un grueso cable de potencia, la resistencia depende de su calibre, del material, de la longitud de la frecuencia y de la temperatura a la que trabaje. La temperatura a su vez esta determinada por la técnica de instalación y del ambiente en el que opere, pero sobre todo de la corriente que maneje. Un conductor que conduzca corriente alta se calienta y con ello elevara sus perdidas. Por ejemplo, un alambre de cobre que debido a la corriente trabaje a 100º C, presentara una resistencia 1.314 veces mayor que cuando se encuentra a 20º C sin conducir corriente. Esto implica que las perdidas por efecto joule en dicho conductor aumentaran 31.4% por causa del efecto térmico de la corriente. Pero este no es el único inconveniente; el aislamiento del conductor sufrirá las consecuencias de este calentamiento. En la practica
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se considera que por cada 10º C de incremento en la temperatura promedio de operación, la resistencia del aislamiento y la vida útil se reducen a la mitad, con las inevitables consecuencias negativas en la seguridad y en los costos de mantenimiento por mano de obra y material. Esto es valido también para los motores, reguladores, arrancadores, reactores, balastros, transformadores, etc. Independientemente del efecto térmico de la corriente al circular por los conductores, las perdidas varían en forma cuadrática con respecto a dicha corriente. Por tanto, si la corriente se duplica las perdidas se duplicaran; en cambio si la corriente se reduce por ejemplo 30%, las perdidas decrecerán 51% y si se reduce 60% las pérdidas bajaran 84%, para mejorar el factor de potencia de un valor inicial Cos θ 1 a un valor Cos θ 2, las pérdidas I²R en watts pueden ser reducidas por un factor: K = { 1 – ( Cos θ 1 / Cos θ 2 ) ² } * 100 Vemos que una mejora del Cos θ de 0.6 a 0.8 reduce las pérdidas en 44% y una mejora de 0.6 a 1.00 resultara en una reducción del 64%. Aunque estos factores sean bien conocidos poca atención es dada para las posibles mejoras económicas. El calculo económico es muy simple supongamos que tenemos una instalación que alimenta a un grupo de bombas el motor esta clasificado en tres kw a 380 volts y tiene un coseno de θ de 0.72, el cable alimentador es tipo aéreo de 35mm² con una longitud de 180m, la instalación esta en servicio 480 hr/mes, determinaremos el ahorro anual en kw/hr cuando el factor de potencia es mejorado de 0.72 a 0.95. Primeramente se deberá determinar la corriente de fase. Con Cos θ = 0.72 I = P / (1.732) * V * Cos θ I = 37,000 / (1.732) * 380 * 0.72 I = 78Amp Con Cos θ = 0.95 I = P / (1.732) * V * Cos θ I = 37,000 / (1.732) * 380 * 0.95 I = 59Amp Determinación de la resistencia del cable. Consultando la tabla de resistencias de alambres de cobre se obtiene que para el cable de 35mm² la resistencia total es de 0.09 ohms y las pérdidas de cable son 0.0005 ohms/m.
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Las pérdidas en el cobre varían con el cuadrado de la corriente y están directamente relacionadas con el factor de potencia. Las perdidas totales son iguales a las perdidas en el núcleo mas las perdidas en el cobre a plena carga, corregidas por la relación al cuadrado de las potencias a la carga dada divida por la potencia a plena carga. Determinación de las pérdidas térmicas. Con Cos θ = 0.72 P = 3 * R * I² P = 3 * 0.09 * (78)² P = 1,643 watts Con Cos θ = 0.95 P = 3 * R * I² P = 3 * 0.09 * (59)² P = 940 watts Diferencia 703 watts Diferencia de consumo anual de energía. 703 * 480 * 12 / 1000 = 4,050 kwh/año Este ahorro representa el 2 % de la cantidad consumida solamente por el rubro mínimo de perdidas en los cables. 703 * 37,000 * 100 = 2.0%
Efectos de un bajo factor de potencia. Como influye el factor de potencia en la eficiencia, de las instalaciones eléctricas de cualquier tipo, en alta o baja tensión. Se utiliza más combustible para generar la energía eléctrica. Se aumenta la capacidad del generador, estos especificados normalmente en kvas, los equipos eléctricos son más grandes por lo tanto más costosos, como interruptores, transformadores, cables, tuberías, tableros, etc. Se incrementan las pérdidas por potencia, por concepto de perdidas por calor en las instalaciones eléctricas. Se paga una multa a la compañía suministradora de energía eléctrica. En vista de los problemas anteriores, las compañías suministradoras de energía eléctrica en el mundo y en usuarios de importancia en carga, se les mide el consumo de energía real en Kw y potencia reactiva kvar, en nuestro
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país se mide normalmente a usuarios con carga de 24 kw o más, para detectar las perdidas de su instalación eléctrica, en tarifa 3, tarifa 6, tarifa OM, tarifa H-M, así como sus variantes. Lo que se debe hacer para saber si se tiene este problema es verificar en un recibo de energía eléctrica, si se tiene medidor KVARH y que tarifa se tiene contratada. Y observar el concepto de factor de potencia posteriormente observar si se encuentra dentro del limite permisible por la compañía suministradora que actualmente es de 90 como mínimo. Los equipos que ocasionan estos problemas del bajo factor de potencia son los elementos inductivos, como son los motores, las lámparas de descarga que se utilizan balástras, hornos de inducción, transformadores para subir o bajar voltaje, los aislamientos, etc.
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5.1. SISTEMA DE ALARMA Los sistemas de alarmas están constituidos por instalaciones destinadas a avisar al personal en caso de siniestro. Toda escuela, hospital, jardín infante, casa de anciano, edificios, oficinas, hotel, fábrica, departamento; deben contar con una protección adecuada. Las alarmas pueden ser: Alarmas manuales: consta de estaciones de aviso distribuidas por toda la fabrica. Estas estaciones consisten en llaves o timbres cuyo accionamiento hace sonar la alarma. Con el objetivo de impedir que alguien las oprima inadvertidamente están protegidas por vidrios. Deben estar colocadas al alcance de los operarios de manera que no sean necesarios a estos recorrer más de 30 metros para encontrar una. Alarmas automáticas: estas pueden accionarse por dos mecanismos. Uno es un detector que indican un aumento de la temperatura ambiente sobre un cierto límite: tipo de temperatura fija. Y el otro es un detector sensible a una variedad brusca de la temperatura ambiental: tipo de rapidez de aumento. Existen diversos tipos de señales: auditivas ó luminosas; ambas deben ser seguras, ser características, y llegar a todos los operarios. Estar combinadas con una llamada de auxilio a los bomberos con el objeto de asegurar su funcionamiento a los sistemas de alarma deben estar alimentados eléctricamente por fuentes de energía independiente de las maquinarias o el alumbrado. La sirena de alarma debe ser característica de incendio sin lugar a dudas o confusiones. Debe ser audible para todos los operarios y en todos los rincones de las fábricas (talleres, comedores, vestuarios, baños, depósitos, etc.)
Tipos de alarmas
Alarma de compaginado: sirve para concretar al personal clave, incluso los petitos de seguridad, de empleados de primeros auxilios, etc., cerca de su oficina centralita de teléfono. Indispensable en los casos de emergencia. Alarma contra ladrones: de protección en todos los puntos de entrada de la planta. Señales de comienzo y término de jornada: también para los cambios de turno. Señales periódicas: que indican las pausas de descanso en la mañana o por la tarde, ó al mediodía; que marcan los exámenes que se llevan acaso cotidianamente. Indicadores de peligro: montados sobre tableros indican cuando surge un problema con el equipo. Por ejemplo una señal suena actuada por un termostato cuando se recalienta un cojinete.
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Indicadores de advertencia: la señal suena cuando ciertas personas ó vehículos penetran el algún sitio de la fabrica. Las señales cerca de las bombas de gasolina, etc. Indicadores para el teléfono: en las secciones ruidosas de la planta donde el sonido del teléfono seria inaudible, se monta una campanilla, zumbador ó bocina con mayor intensidad.
5.2 SISTEMAS DE COMUNICACIÓN El objetivo general de este tema enfatiza el entendimiento de los contenidos en lugar de su memorización, con el fin de estimular el pensamiento creativo mediante la lectura y el desarrollo de habilidades innovadoras entre al alumnado, en el área de las Telecomunicaciones. Se aplican métodos de enseñanza enfocados en el aprendizaje del educando. La instrucción se realiza mediante clases de teoría y prácticas de laboratorio y gabinete. Esto se hace con el objeto de desarrollar las habilidades citadas en forma óptima, así como estimular el desarrollo de habilidades de comunicación, habilidades interpersonales y de dinámica del grupo. Se espera que el estudiante participe activamente durante las clases. El número de horas cátedra semanales está limitado, por ello, se espera que el alumno dedique un tiempo adecuado al autoaprendizaje en su lugar de estudio. El uso eficaz y la correcta aplicación de los sistemas de Telecomunicación Digitales juegan una parte crucial en nuestras vidas. El explosivo desarrollo de las Comunicaciones Digitales en la última década no hace más que confirmar la importancia que estas tienen en el desarrollo económico y social de un país. Es esencial para un Ingeniero tener un dominio de los fundamentos de esta área de la Ingeniería. Además, en el campo laboral de estos, se destaca la demanda de especialistas en el tema Comunicaciones Digitales . En el estudio de esta materia, se desarrollarán habilidades que permitirán al alumno entender los principios sobre los que se basan los Sistemas de Comunicaciones Digitales y se formará una plataforma de conocimientos, actitudes y aptitudes para la especialización en este campo, posibilitando asimismo el seguimiento de la evolución que las Comunicaciones Digitales están desarrollando en este siglo que comienza. Se estudian aquí temas como Estadística, Análisis de Fourier Generalizado, Modulación Digital, Muestreo y Cuantificación de Señales. El trabajo cubierto en esta materia es la continuación y profundización de los contenidos, alcance y objetivos cubiertos por la materia Sistemas de Comunicaciones Analógicas, la cual se cursa normalmente antes de esta y sirve como preludio para los temas que en la actualidad y a futuro poseerán un mayor desarrollo. 5.3.
SISTEMAS DE AUDIO
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En este tema se exponen algunas ideas sobre el sonido en el ordenador; comenzando por algunos conceptos básicos sobre física del sonido, que consideramos un soporte mínimo e indispensable que ayude a comprender aspectos más técnicos de la relación de la informática con el fascinante mundo de la música y el sonido. Los aspectos más concretos de la tecnología del sonido en el ordenador actual se han dejado deliberadamente en el aire, apenas apuntados; las razones son varias. En primer lugar el propio desconocimiento del autor (nunca me han interesado demasiado los aspectos tecnológicos de este tipo). En segundo lugar, el fulgurante desarrollo de la tecnología del hardware, hace que dispositivos punteros de hoy parezcan anticuados pasado mañana, por lo que nos parecen más importante las ideas básicas, mucho más perdurables, que los últimos diseños, marca, modelo o tecnología de tal o cual tarjeta de sonido. En tercer lugar, la descripción detallada de dispositivos concretos se saldría totalmente del enfoque que pretendemos para esta obra. Este capítulo pretende ser simplemente una introducción al tema; introducción que puede servir como punto de partida para que los lectores más interesados puedan comenzar a buscar por sí mismos. Sinopsis Según el Diccionario de la Lengua de la Real Academia Española, sonido es la sensación producida en el órgano del oído por el movimiento vibratorio de los cuerpos, transmitido por un medio elástico, como el aire. Luego nos aclara que es el efecto de la propagación de las ondas producidas por cambios de densidad y presión en los medios materiales, y en especial el que es audible. A efectos prácticos podemos destacar dos ideas importantes: Que es una "sensación", (como la luz), por tanto subjetiva, y que el medio de propagación generalmente es el aire. Pero como el diccionario no es el mejor sitio para aprender física, añadiremos algunas puntualizaciones al respecto. Suponiendo un medio aéreo (el que es normal para los seres humanos), el sonido está originado por cualquier perturbación en la presión atmosférica. Esta oscilación en más y en menos alrededor del valor normal se propaga por el aire en lo que denominamos una onda acústica. En contra de lo que ocurre con las ondas electromagnéticas (la luz), cuya velocidad de propagación es una constante universal, la velocidad de propagación de las ondas acústicas depende en gran medida de las características del medio en que se transmiten. En las películas hemos visto como pegando el oído a la vía del tren se percibe más claramente, y antes, su llegada que si esperamos a oírlo por el aire. También en el agua se propagan los sonidos mejor que en el aire; de esta circunstancia sacan provecho algunos animales marinos para su comunicación. Otra diferencia importante con respecto a la radiación electromagnética, es que las ondas acústicas necesitan de un medio elástico para su propagación, no pueden transmitirse en el vacío como aquellas. Nota: En ciertos aspectos, el sonido y la luz comparten características comunes, por lo que frecuentemente estableceremos paralelismos y analogías entre ellos; el punto crucial, y común, es que ambos se refieren a la "percepción" en nuestra mente de
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fenómenos físicos, con todo lo que ello tiene de subjetivo, ya que la percepción humana es subjetiva (distinta para cada individuo) y no es desde luego fácilmente cuantificable ni sigue una relación de tipo lineal respecto al fenómeno que las origina. Otro punto importante es que estos fenómenos pueden ser estudiados desde un punto de vista físico (objetivo) e independiente de la percepción que el humano pueda tener de los mismos. El sonido en el aire Los fenómenos que percibimos como sonido son vibraciones, y desde el punto de vista físico es equivalente considerarlas como desplazamientos oscilatorios (en dos direcciones opuestas) de las moléculas del aire, o como alteraciones de presión también oscilatorias. Estas alteraciones inciden sobre el tímpano, y a través de los huesos del oído medio, son conducidas al oído interno, donde producen alteraciones electo-químicas que llegan hasta el cerebro por los nervios auditivos. Hemos señalado que las alteraciones de presión que constituyen el sonido se desplazan a una velocidad que depende del medio; es lo que se conoce como velocidad de propagación. En el caso del aire a nivel del mar, esta velocidad es aproximadamente de 340 metros por segundo; es denominada Mach 1 en aviación. De forma similar a lo que ocurre con la radiación electromagnética, el oído humano es capaz de percibir las perturbaciones de presión de las ondas acústicas. Aquí hay dos aspectos importantes a considerar: Uno es relativo a las frecuencias perceptibles; el otro a la energía necesaria para que la onda sea perceptible. Nos referiremos a los aspectos energéticos más adelante (Intensidad Sonora). Respecto al primer punto, el oído es sensible a una gama de frecuencias, el denominado rango de frecuencias audibles o frecuencias de "Audio". Generalmente se acepta que comprende entre 20 Hz y 20,000 Hz, aunque existen componentes armónicos de audio que se extienden muy por encima de los 20 KHz. También aquí, algunos animales son capaces de percibir y utilizar, sonidos fuera del rango que es perceptible a los humanos. Por ejemplo, perros, gatos, delfines y murciélagos. Nota: El sistema de altavoces y los auriculares que suelo conectar en el ordenador de trabajo, son de calidad mediana. El primero es un sistema auto-amplificado de 2 altavoces y 9 W por canal que, de acuerdo con sus especificaciones, tiene un rango de respuesta de 120 Hz a 20 KHz. El de los auriculares es de 18 Hz a 22 KHz. Como puede verse, es más fácil hacer que la membrana de estos últimos funcionen a altas y bajas frecuencias, que la de los altavoces, que por ser mayores tienen mayor inercia. Amplitud, tono y timbre Como ocurre con todos los fenómenos ondulatorios, en el sonido son importantes dos parámetros: La frecuencia y la amplitud. La frecuencia es percibida como tono,
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las frecuencias elevadas se perciben como tonos agudos, las más bajas como tonos graves. Por su parte, la amplitud se percibe como intensidad, volumen o sonoridad. Las vibraciones de gran amplitud se perciben como sonidos fuertes, las de pequeña amplitud son sonidos débiles.
La velocidad de propagación V en la forma: L= V/F F=V/L
Por ejemplo, a una frecuencia de 10 KHz le corresponde una longitud de onda: L = 340 / 10 · 103 m = 34 mm Las longitudes de onda de las frecuencias audibles oscilan entre 1.7 cm y 17 metros; los murciélagos pueden utilizan sonidos de unos 10 KHz. Los 34 mm de longitud de onda de este "Sonar" es suficiente para discriminar y capturar insectos en vuelo. El conocimiento de la longitud de onda del sonido es fundamental cuando se trabaja en espacios acústicos como estudios de grabación, micrófonos, cajas acústicas, etc. Cuando se trata del sonido, además de la frecuencia (tono) y amplitud (sonoridad) también es importante el timbre o calidad del tono. Siguiendo nuestro paralelismo con la radiación existen sonidos puros (de una sola frecuencia). Los sonidos reales son compuestos de vibraciones de muchas frecuencias, precisamente la proporción de las frecuencias componentes es lo que caracteriza el timbre de los sonidos, desde la voz humana a los instrumentos musicales. Incluso un sonido más o menos puro como una nota de piano, tiene una componente fundamental, que corresponde a la frecuencia de la propia nota, pero está acompañada de toda una gama de frecuencias (múltiplos y divisores) por arriba y por debajo de esta frecuencia fundamental. Son los denominados componentes armónicos, que en conjunto caracterizan la nota. Por ejemplo, la nota más baja del piano es de 27 Hz y la más alta de unos 4 KHz. El LA central (natural) -nota A en la nomenclatura anglosajona- es de 440 Hz, sin embargo está acompañado de componentes armónicos de 220, 110, 55,..., 880, 1320, 1760, Etc. que exceden con mucho las frecuencias fundamentales de las teclas extremas. Considere que son precisamente las amplitudes de los armónicos, lo que permiten distinguir un LA natural de piano de un LA de saxo o de clarinete. Otro aspecto importante para la identificación de sonidos es su evolución en el tiempo. La amplitud del sonido tiene una evolución desde el momento inicial hasta que desaparece, y esta evolución concierne tanto a la componente fundamental como a sus armónicos. Su representación es la envolvente del sonido y tiene cuatro partes características: El ataque ("Attack") es la fase en que el sonido va creciendo en intensidad hasta alcanzar un máximo. El sostenido ("Sustain") es una fase en
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que la intensidad es más o menos constante; en ocasiones después de un pequeño descenso ("Decay") después de la amplitud máxima. Finalmente, la desaparición ("Release") es la fase en que la intensidad va disminuyendo hasta desaparecer. Por ejemplo, una palmada tiene un tiempo de ataque de unos 2.5 ms en los que la amplitud crece muy rápidamente; un sostenimiento de unos 3 ms y desaparece en otros 2.5 ms. En cambio, el tiempo de ataque de un gong es mucho más lento, del orden de 1 s; su sostenimiento es de 1.5 s y su desaparición del orden de 30 segundos o más. Tenga en cuenta que la intensidad de los armónicos (su envolvente) no evoluciona igual que la de la frecuencia principal y es a su vez distinta para los distintos instrumentos. Nota: Generalmente los armónicos de alta frecuencia se atenúan antes que los de frecuencias bajas, que son más persistentes. Puesto que el sonido es la percepción de vibraciones mecánicas en un medio elástico (el aire), estas vibraciones pueden ser medidas en término de variaciones ± del valor de la presión atmosférica, cuyo valor máximo puede e ser expresado por: pmax = A B 2 π / L = A B k En esta fórmula, A es la amplitud de la vibración; B es el módulo de elasticidad de volumen, o módulo volumétrico ("Bulk modulus"), del medio de propagación (aire en nuestro caso); L es la longitud de onda y π es el número Pi (3.1415...). El término k (2 π / L) es conocido como número de onda o constante de propagación. Magnitudes físicas Desde el punto de vista de la física existen dos magnitudes que tienen importancia en la percepción del sonido: La potencia y la intensidad sonoras.
Potencia Sonora
El frente de ondas que se propaga alrededor de un punto transporta cierta energía. Esta energía es captada por el tímpano, y es precisamente la responsable de que podamos oírlo. Es bastante intuitivo que cuanto más extenso sea este frente (más alejado del punto inicial) la energía estará menos concentrada (el sonido se percibe como más débil). Por esta razón la energía en sí misma no es muy representativa de lo "Fuerte" que puede resultar un sonido. Como veremos a continuación, es más representativa la energía por unidad de superficie. Sin embargo, indicaremos aquí que el oído es un órgano extraordinariamente sensible en este aspecto, pudiendo percibir energías infinitesimales. Se estima que al hablar en tono normal desarrollamos una una potencia de 0.00001 W (10-5 W), y tres veces este valor para un grito. Intensidad sonora
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La intensidad I de un sonido puede medirse mediante la energía que transporta por unidad de superficie (medida en perpendicular a la dirección de propagación); se expresa en W/m2. Esta magnitud que depende de la amplitud y frecuencia de la fuente sonora, y es independiente de cualquier consideración subjetiva (del observador). Se acepta que la intensidad del sonido más tenue perceptible por el oído humano normal es de 10-12 W/m2, y que 1 W/m2 es el umbral del dolor. En este sentido podemos afirmar que el sentido del oído es realmente notable y que su rango de percepción es increíble (podemos suponer como es el de algunos animales). El físico Alexander Wood lo comparó con la variación de luminosidad aparente de una lámpara de 50 Watt encendida en Londres para una persona que partiese de su proximidad y se alejase paulatinamente hasta Nueva York. Precisamente este enorme rango de intensidades sonoras perceptibles por el oído ha motivado que, como veremos en el próximo epígrafe, se utilice para su medición no una escala lineal, sino logarítmica. Suponiendo que la energía se distribuye uniformemente alrededor del que habla, un interlocutor a 1 m percibe una intensidad I = 10-5/ (4 ( 12) = 79.577 10-8 W/m2. Si en un teatro queremos conseguir que a 20 m del escenario percibamos la conversación de dos actores como si estuviésemos en la propia escena, debemos utilizar un amplificador que proporcione una potencia sonora Ps: Ps / (4 ( 202) = 10-5/ (4 ( 12) ==> Ps = 10-5(4 ( 202) / (4 ( ) = 4 mW.
Nivel de presión acústica Otra forma de referirse a la energía transportada por un sonido es su nivel de presión SPL ("Sound Pressure Level") o volumen acústico, que depende de la amplitud de la vibración. Es importante significar que la misma frecuencia nos parece de tono distinto cuando cambia su intensidad y que niveles elevados se consideran dañinos para la salud y pueden llegar a producir sensaciones dolorosas. El volumen acústico se mide en Bels, abreviadamente B, nombre elegido en honor de Alexander Graham Bell. Tiene su origen en los laboratorios Bell de AT&T cuando necesitaban un método para medir las pérdidas de señal en líneas telefónicas. El volumen acústico ß de un sonido de intensidad I expresado en Bels se define como:
ß = log -----
(Bels)
Como la unidad resultaba demasiado grande, se utiliza el decibelio (décima parte del Bel) designado dB que ha quedado como unidad "de facto" para la medida del volumen acústico. Así pues, el volumen acústico ß de un sonido de intensidad I expresado en decibles se define como:
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ß = 10 log -----
(dB)
Como puede verse, se trata de un cociente entre dos magnitudes, expresado en una escala logarítmica. Salvo indicación en contrario, el valor de referencia Io es 10-12 W/m2 (intensidad del sonido más tenue perceptible por el oído humano), que se considera como punto origen para las medidas acústicas. De la propia definición se deduce que el volumen acústico correspondiente a Io es: ß = 10 log ----- = 10 log 1 = 0
La intensidad de 1 W/m2 (umbral del dolor), equivalente a una presión sonora de 120 dB, y 1 dB es la mínima variación de intensidad de un sonido que puede detectar el oído. De la aplicación de la fórmula se deduce que duplicar la intensidad de un sonido (pasar de un valor I1 a otro 2 · I1) supone una variación de 10 log 2 = 3.01 dB. Nota: Observe que la intensidad I de un sonido es una magnitud absoluta, independiente del observador, mientras que el nivel de presión sonora SPL, es un valor relativo que toma como referencia un nivel de señal relacionado con un observador humano estándar. La ventaja de utilizar la presión acústica SPL en dB frente a la intensidad, es que al estar referida al nivel de percepción humano, es más significativa para hacernos una idea de "cuanto" de fuerte es percibido un sonido. Además, tratándose de sonidos para "consumo" humano, voz, música, señales acústicas, Etc. el rango a manejar es de 120 en vez de 1.000.000.000.000. Por ejemplo, la diferencia entre dos intensidades de 10-8 W/m2 y 10-4 W/m2, que son 10,000 W/m2, puede ser expresado como una diferencia de 40 decibelios (4 Bels). Las medidas en Bels y decibels representan un cociente entre dos valores. Es decir, una medida relativa como lo podría ser el % (ver a continuación), que no tiene sentido si no se conoce el valor de referencia. Es frecuente encontrar esta medida en todo tipo de trabajos que tienen que ver con el sonido, y no siempre el valor de referencia se refiere a 10-12 W/m2. Por ejemplo, al referirse a amplificaciones o atenuaciones de señales eléctricas, se utiliza como valor de referencia el valor de la señal (tensión) de entrada, que es equivalente, ya que las potencias de las señales eléctricas son proporcionales al cuadrado de su tensión. W=V *I I =V/R W = V2/R Significado: W = potencia; I = intensidad; R = resistencia.
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BIBLIOGRAFIA
1. Reglamento de instalaciones electricas SECOFI Ed. Andrade 2. Manual de alumbrado de Westinghouse Ed. Dossat 3. Instalaciones Electricas Industriales – Comerciales Gilberto Enriquez Harper Ed. Limusa 4. El ABC de las Instalaciones Electricas Industriales Gilberto Enriquez Harper Ed. Limusa 5. El ABC de las Instalaciones Electricas Residenciales Gilberto Enriquez Harper Ed. Limusa 6. Manual de conductores electricos CONDUMEX Ed. Mc. Graw Hill 7. Instalaciones Electricas Onesimo Becerril 8. Manual del Ingeniero Electricista Knowlton Ed. Labor 9. Especialidades Electricas Fisher Ed. Diana 10. Manual Electrico de Conductores Phelpps – Dodge 11. Fundamento de las Instalaciones Folley Ed. Mc. Graw Hill 12. Normas Electricas 13. NEC (Nacional Electric Code); USA 14. Handbook of NEC
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ANEXO 1
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