PREFACIO Esta guía ha sido elaborada de acuerdo con las Bases Generales para la Normalización en CFE. La propuesta inicial fue preparada por la Gerencia Técnica de Proyectos Hidroeléctricos. Revisaron y aprobaron la presente guía las áreas siguientes:
CENTRO NACIONAL NACIONAL DE CONTROL DE ENERGIA COORDINACION COORDINACION DE PROYECTOS TERMOELECTRICOS T ERMOELECTRICOS GERENCIA DE ABASTECIMIENTOS GERENCIA DE LABORATORIO GERENCIA DE PROYECTOS PROYECTOS GEOT ERMOELECTRICOS GERENCIA TECNICA DE PROYECTOS HIDROELECTRICOS SUBDIRECCION DE PROGRAMACION De acuerdo con lo indicado en el Procedimiento CFE L0000-51 de junio de 1991, se emite la presente GUIA PROVlSlONAL para que sea aplicada durante por lo menos un año a partir de la fecha abajo indicada, a fin de probar su efectividad. Todas las observaciones que se deriven de la aplicación de la misma deben enviarse a la Gerencia de Laboratorio, cuyo Departamento de Normalización coordinara la revisión. Esta guía revisa y substituye a todos los documentos relacionados con guía de diseño de sistemas de alumbrado para centrales hidroeléctricas que se hayan publicado.
DR. DANIEL RESENDIZ NUÑEZ SUBDIRECTOR SUBDIRECTOR TECNICO
NOTA: Entra en vigor como guía provisional a partir de:
920925
CONTENIDO 1 2 3 3.1 3.2 3.3 3.4 4 5 5.1 6 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 8 8.1 8.2 8.3 9 9.1 10 10.1 10.2 10.3 10.4 TABLA 1 TABLA 2
OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACION APLICACION _______________________________ _______________________________ 1 NORMAS QUE SE APLICAN APLICAN ___________________________________ ________________________________________ _____ 1 DEFINICIONES _____________________________________ ___________________________________________________ ______________ 1 Iluminación General ____________________________________ _______________________________________________ ___________ 1 Iluminación General Localizada ___________________________________ _____________________________________ __ 1 Iluminación Suplementaria ____________________________________ _________________________________________ _____ 1 Sistema de Iluminación o Alumbrado ________________________________ ________________________________ 1 CONSIDERACIONES PARA DISEÑO _________________ ________ __________________ ________________ _______ 2 AREAS PARA ILUMINACION ILUMI NACION __________________ _________ __________________ __________________ _____________ ____ 4 Requisitos de lluminación ____________________________________ _________________________________________ _____ 5 NIVELES DE ILUMINACIONES ____________________________________ ______________________________________ __ 17 CONSIDERACIONES PARA LA SELECCION SELECCIO N DE LA UNIDAD _____________ _________ ____ 21 Tipo de Servicio ____________________________________ __________________________________________________ ______________ 21 Tipo de Diseño _____________________________________ ___________________________________________________ ______________ 21 Tipo de Montaje ____________________________________ __________________________________________________ ______________ 21 Altura de Montaje ___________________________________ _________________________________________________ ______________ 22 Tipo de Lampara de la Unidad ____________________________________ ______________________________________ __ 22 Curva de Distribución _____________________________________ _____________________________________________ ________ 23 METODOS DE CALCULO _____________________________________ __________________________________________ _____ 26 Método del Lumen o del Cálculo del Flujo Luminoso ___________________ ___________________ 26 Método Punto por Punto ___________________________________ ___________________________________________ ________ 40 Método de Lúmenes Promedio para el Cálculo de Proyectores __________ 43 FUENTE DE ALIMENTACION _____________________________________ _______________________________________ __ 48 Tensiones Nominales y Rango de Tensiones de los Sistemas para la Alimentación de los Equipos de Alumbrado ________________________ ________________________ 49 GENERALIDADES_____________ GENERALIDADES_______________________________ ____________________________________ __________________ 49 Circuitos y Protección Contra Sobrecorriente _________________________ _________________________ 50 Tableros ____________________________________ _______________________________________________________ _____________________ __ 50 Transformadores ___________________________________ _________________________________________________ ______________ 51 Contactos __________________________________ _____________________________________________________ _____________________ __ 51 Relación: separación/altura de montaje ______________________ ______________________________ ________ 15 Niveles de iluminación recomendados por iluminating Engineering Society y la Sociedad Mexicana de Ingeniería Ingeni ería e Iluminación _____________ 20
CONTENIDO 1 2 3 3.1 3.2 3.3 3.4 4 5 5.1 6 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 8 8.1 8.2 8.3 9 9.1 10 10.1 10.2 10.3 10.4 TABLA 1 TABLA 2
OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACION APLICACION _______________________________ _______________________________ 1 NORMAS QUE SE APLICAN APLICAN ___________________________________ ________________________________________ _____ 1 DEFINICIONES _____________________________________ ___________________________________________________ ______________ 1 Iluminación General ____________________________________ _______________________________________________ ___________ 1 Iluminación General Localizada ___________________________________ _____________________________________ __ 1 Iluminación Suplementaria ____________________________________ _________________________________________ _____ 1 Sistema de Iluminación o Alumbrado ________________________________ ________________________________ 1 CONSIDERACIONES PARA DISEÑO _________________ ________ __________________ ________________ _______ 2 AREAS PARA ILUMINACION ILUMI NACION __________________ _________ __________________ __________________ _____________ ____ 4 Requisitos de lluminación ____________________________________ _________________________________________ _____ 5 NIVELES DE ILUMINACIONES ____________________________________ ______________________________________ __ 17 CONSIDERACIONES PARA LA SELECCION SELECCIO N DE LA UNIDAD _____________ _________ ____ 21 Tipo de Servicio ____________________________________ __________________________________________________ ______________ 21 Tipo de Diseño _____________________________________ ___________________________________________________ ______________ 21 Tipo de Montaje ____________________________________ __________________________________________________ ______________ 21 Altura de Montaje ___________________________________ _________________________________________________ ______________ 22 Tipo de Lampara de la Unidad ____________________________________ ______________________________________ __ 22 Curva de Distribución _____________________________________ _____________________________________________ ________ 23 METODOS DE CALCULO _____________________________________ __________________________________________ _____ 26 Método del Lumen o del Cálculo del Flujo Luminoso ___________________ ___________________ 26 Método Punto por Punto ___________________________________ ___________________________________________ ________ 40 Método de Lúmenes Promedio para el Cálculo de Proyectores __________ 43 FUENTE DE ALIMENTACION _____________________________________ _______________________________________ __ 48 Tensiones Nominales y Rango de Tensiones de los Sistemas para la Alimentación de los Equipos de Alumbrado ________________________ ________________________ 49 GENERALIDADES_____________ GENERALIDADES_______________________________ ____________________________________ __________________ 49 Circuitos y Protección Contra Sobrecorriente _________________________ _________________________ 50 Tableros ____________________________________ _______________________________________________________ _____________________ __ 50 Transformadores ___________________________________ _________________________________________________ ______________ 51 Contactos __________________________________ _____________________________________________________ _____________________ __ 51 Relación: separación/altura de montaje ______________________ ______________________________ ________ 15 Niveles de iluminación recomendados por iluminating Engineering Society y la Sociedad Mexicana de Ingeniería Ingeni ería e Iluminación _____________ 20
TABLA 3
Identificación del nivel de iluminación normal y de emergencia así como el tipo de lámpara en función del área por iluminar _______________ _______________ 25 TABLA 4 Reflectancia del acabado acabado de diferentes materiales y de colores __________ 27 TABLA 5 Valores de las relaciones del local___________________________________ ___________________________________ 30 TABLA 6 Ejemplos de la obtención del coeficiente de utilización por medio del índice del local y las reflectancias de la superficie del local de una luminaria determinada ____________________________________ ____________________________________________ ________ 31 TABLA 7 Ejemplo de la obtención del coeficiente de utilización por medio de la relación de cavidad del cuarto y las reflectancias efectivas de las cavidades del techo pared y piso (método de cavidad zonal) para una luminaria determinada _____________________________________ _____________________________________________ ________ 32 TABLA 8 Factor de depreciación de las superficies del local por polvo____________ 37 TABLA 9 Ejemplo de valores a tabular cuando se calcula la iluminación por el método del lumen_________________________________________________ lumen_________________________________________________ 41 TABLA 10 Tabla de datos y valores calculados para la selección y aplicación de proyectores en la iluminación de grandes áreas ____________________ 47 FIGURA 1 Concepto de ángulo límite para evitar evitar el el efecto efecto de deslumbramiento _____ 7 FIGURA 2 Identificación de la zona de visión y de localización de la fuente de luz ___ 8 FIGURA 3 Cálculo de la distancia a que debe ser colocada la fuente de luz _________ 9 FIGURA 4 Unidades de embutir embutir o empotrar instaladas en falso plafón plano ________ 10 FIGURA 5 Unidades de embutir embutir o empotrar instaladas en falso plafón escalonado ___ 11 FIGURA 6 Unidades de embutir embutir o empotrar instaladas en canopras o ménsulas _____ 11 FIGURA 7 Ejemplo de alumbrado exterior de una subestación (vista en planta) _____ 18 FIGURA 8 Ejemplo de alumbrado exterior de una subestación (vista en corte) ______ 19 FIGURA 9 Esquema del método de cavidad cavidad zonal _______________________________ _______________________________ 33 FIGURA 10 Gráfica G ráfica para determinar la depreciación esperada por polvo en tanto por ciento _______________________________________________________ 36 FIGURA 11 Gráficas de categorías de mantenimiento para determinar el factor de degradación por suciedad de la luminaria ____________________________ ____________________________ 39 FIGURA 12 Concepto de iluminación vertical horizontal y normal de un punto FIGURA 13 Identificación Id entificación de la zona iluminada _____________________________ __________________________________ _____ 45 FIGURA 14 Ilustra Il ustra como superponer la zona que se desea iluminar en la cuadrícula fotométrica del proyector seleccionado ______________________________ 46
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1
OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACION APLICACION
Esta guía de diseño tiene por objeto establecer las características generales que deben cumplir los sistemas de alumbrado, así como los procedimientos y métodos de cálculo para facilitar y uniformizar los diseños para las Centrales Hidroeléctricas de la Comisión.
2
NORMAS QUE SE APLICAN CFE L0000-12-1986
Tensiones de Corriente Alterna empleadas en Centrales Generadoras.
ANSI-C2-1990
National Electrical Safety Code.
IES-Sec. 1 a 20-1987
IES Lighting Handbook.
TABLA-SMII
Niveles de Iluminación recomendados por la Sociedad Mexicana de Ingeniería e lluminación
3
DEFINICIONES
3.1
Iluminación General
La iluminación general debe producir un nivel de luz uniforme en el área considerada. Se define como iluminación uniforme, la distribución de la luz donde la iluminación máxima y mínima en cualquier punto no es más que un sexto arriba o abajo del nivel promedio en área. Los luminarios colocados con espaciamiento que no exceda de los máximos permitidos, debiendo de producir una iluminación uniforme en el plano de trabajo.
3.2
Iluminación General Localizada
La localización de maquinaria u otro equipo importante, generalmente requiere del uso de un nivel más alto que el nivel de iluminación general. Bajo estas condiciones normalmente se incrementa el número de luminarios o la potencia lumínica por luminario para proveer el aumento de nivel de iluminación.
3.3
Iluminación Suplementaria
La iluminación suplementaria, se emplea para proveer un nivel alto de iluminación en determinados puntos de un trabajo o área especificada.
3.4
Sistema de Iluminación o Alumbrado
Los sistemas de alumbrado se dividen en la f orma siguiente:
3.4.1
Sistema Normal
Tiene como objetivo, proveer a los diferentes locales y zonas de una Central Hidroeléctrica, una iluminación suficiente para llevar a cabo satisfactoriamente todas las funciones y operaciones necesarias, con un mínimo de inconvenientes por lo que respecta al factor luz. En el caso de las zonas exteriores, dicho alumbrado sustituye durante la noche a la luz natural o la complementa en horas en que la luz natural no es suficiente. Este sistema de alumbrado es de uso general, estando alimentado de un tablero independiente por área o nivel según sea el uso.
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3.4.2
Sistema Esencial
Este sistema debe permitir la operación de la central sin dificultad, cuando falla el sistema normal. La distribución y alimentación se hace acorde con el sistema normal, por tanto:
3.4.3
a)
Deben estar contenidos en tableros independientes a los otros sistemas, por áreas o niveles.
b)
El alumbrado debe llevarse por la misma canalización que use para el sistema de alumbrado normal.
c)
Debe procurarse su localización en áreas prioritarias de maniobra y/o operación sin exceder el 30% del sistema normal.
Sistema de Emergencia
Debe instalarse iluminación de emergencia con objeto de permitir la fácil salida de personal de algunas de las instalaciones, en otro caso como en el cuarto de control debe facilitarse la operación de algunos equipos auxiliares.
3.4.4
a)
Este sistema será a base de lámparas incandescentes de 250 VCD se usará en casa de máquinas, cuarto de control de la subestación y en la misma subestación.
b)
Se energizará este sistema automáticamente cuando haya perdida de CA funcionará el tablero de transferencia donde estará normalmente energizado y serán alimentados los tableros de distribución de CD
c)
Este sistema, para puntos estratégicos, especialmente en las áreas de galerías deben de fijarse para no ser retiradas unidades de alumbrado que autocontengan banco de baterías individual con cargador del tipo de rectificador-banco de baterías.
Iluminación diurna
Debe considerarse la posibilidad de la iluminación diurna. Esta consideración debe hacerse en colaboración con el Arquitecto del Proyecto.
3.4.5
Iluminación exterior
Se refiere a la iluminación exterior general con fines de seguridad y protección, se controlarán mediante una combinación de celdas foto-eléctricas, relojes de tiempo y contactores, previendo un mecanismo para operación manual en caso necesario. Se instalarán los controles locales necesarios para la iluminación suplementaria en áreas de operación y/o mantenim iento.
3.4.6
Localización de luminarios
Es la selección de la localización de los luminarios y de los métodos de soporte deben considerarse cuidadosamente el mantenimiento y evitarse la interferencia con charolas, tuberías, ductos, etc.
4
CONSIDERACIONES PARA DISEÑO
El diseño de alumbrado, se puede considerar en cierta manera, como el ensamble repetitivo, en distintas formas,
3 de 51 de elementos prediseñados; dependiendo de los requisitos funcionales y ambientales. Por otra parte, resulta complicado tratar este tema lo más completo posible, por existir una gran variedad de problemas difíciles de cubrir con detalle. La razón de esto es que el campo de luminotécnica (lluminación) y de las instalaciones eléctricas es tan grande que en cada Proyecto en particular, encontramos muchas y variadas situaciones; ya sea por las características funcionales, y por las condiciones ambientales; como puede ser la distinta naturaleza del terreno; las diferentes condiciones meteorológicas; los distintos niveles de contaminación, etc. Es de suma utilidad que de todo lo anterior se redacte una memoria técnica, descriptiva de sus observaciones e ideas personales, anexándola a cada trabajo a fin de completarlo. Pero no hay que olvidar que todo buen proyecto, para que así resulte requiere de una buena instalación con la adecuada supervisión, a fin de lograr los resultados deseados oportunamente (según el avance de las obras civiles) a una persona idónea que se encargue de la dirección de estos trabajos, no permitiendo que estas labores las lleven a cabo personas poco o nada enteradas del asunto. Para el diseño de un sistema de iluminación debemos hacer las siguientes consideraciones:
a)
Tipo de tarea visual a desarrollar.
b)
Calidad visual, que comprende, confort, reflejos, variaciones permisibles entre los niveles máximos y mínimos. (± 20% del nivel de áreas adyacentes).
c)
Cantidad de iluminación requerida acorde a la tarea visual a desarrollar.
d)
Ambiente del área, teniendo cuidado en prever la presencia de polvos, vapores, gases explosivos o corrosivos.
e)
Descripción y uso del área, que incluye desde las características físicas (dimensiones del local, reflectancia de las superficies, nivel del plano de trabajo, área específica, tipo de montaje para el luminario), hasta las características de operación del sistema de alumbrado.
f)
Selección de luminarios, la evaluación de los puntos anteriores nos daría las bases para la selección correcta del luminario y tipo de lámpara a emplear.
g)
La calidad de la iluminación no se cubre en esta guía. Una buena iluminación es algo sutil y alcanza sus mejores resultados cuando hay mínima evidencia del equipo de iluminación y de su asociada brillantez. Por tanto la iluminación es tanto un arte como una ciencia.
h)
Los estudios profundos sobre contrastes, resplandor, reflejos que impiden la visión, niveles de adaptación y otros elementos que afectan la eficiencia visual, están fuera del alcance de esta guía.
i)
En algunos casos el diseño de la instalación general de alumbrado, más la iluminación complementaria no solo debe dar una cantidad suficiente de luz, sino además, la dirección adecuada de la luz, su difusión, color y protección a los ojos, así como la posibilidad de tener niveles de iluminación variables utilizando reostatos o interruptores hasta donde sea posible, debe eliminar el resplandor directo y reflejado, así como sombras objetables, dando una
atención particular a la visibilidad del sistema anunciador iluminado, de interruptores, instrumentos, botones, pantallas en superficies verti cales etc.
4 de 51
5
j)
No deben existir sobreposición en las curvas de distribución de las luminarias, logrando una buena uniformidad luminosa y una relación optima entre la altura de montaje y la separación de las luminarias.
k)
Facilitar el mantenimiento considerado en la maniobra, seguridad, rapidez y accesibilidad con un mínimo de espacio.
AREAS PARA ILUMINACION
De los proyectos llevados a cabo por CFE se consideran que generalmente se pueden tener las siguientes áreas por iluminar.
a)
Casa de máquinas
.
Piso de excitadores,
.
piso de generadores,
.
piso de foso del generador,
.
piso de turbinas,
.
piso de foso de turbinas,
.
sala de baterías,
.
galería de transformadores,
.
galería de inspección,
.
galería de drenaje,
.
galería de oscilación,
.
galería de charolas,
.
túneles de acceso,
.
área de tableros,
.
taller mecánico,
.
sanitarios,
.
zonas de paso,
.
sala de equipo de acondicionamiento de aire y equipo de ventilación,
.
fachadas.
5 de 51
b)
Subestación
.
caseta de control,
.
sala de tableros,
.
sala de baterías,
.
sala de equipo de acondicionamiento de aire,
.
bodega,
.
oficina,
.
comedor,
.
vestíbulo,
.
sanitarios, etc.,
.
zona de equipo instalado,
.
zona de paso,
.
fachadas, etc.
Las áreas y zonas antes mencionadas, son las que normalmente deben tomarse en cuenta en un proyecto de alum brado, incluyendo otras que pudieran presentarse.
5.1
Requisitos de Iluminación
En el proyecto de iluminación de una Central Hidroeléctrica; los requisitos para la instalación de alumbrado dependen de los propósitos para los cuales sea empleada ésta instalación; ya que el alumbrado de los locales y zonas que integran una Central Hidroeléctrica, presentan diferentes condiciones y problemas. Para analizar estas condiciones y problemas, así como los requisitos necesarios para evitarlos; consideramos en general las siguientes zonas:
5.1.1
5.1.1.1
Iluminación interior a)
Area de tableros.
b)
Areas de montaje bajo.
c)
Areas de montaje alto.
Area de tableros
Al proyectar la iluminación en el área de tableros el requisito básico que se debe perseguir, es el de proporciona una adecuada y confortable iluminación, sobre los instrumentos y otros aparatos de control que se encuentran en el
6 de 51 o los tableros; lo cual necesariamente implica mayor importancia de la iluminación sobre el plano vertical, que la que es usualmente encontrada en los demás locales interiores. De esta manera, el problema de iluminación en el área de tableros, es muy diferente al de cualquier otro local destinado para otras funciones. No es suficiente con tener un buen nivel de iluminación sobre los tableros, sino que además deberán cumplirse otros requisitos, tales como visibilidad clara de los escalas de los instrumentos, libres de reflejos y sombras inconvenientes, iluminación uniforme sobre los tableros sin disturbios por contrastes de brillantez, y menor deslumbramiento en toda la iluminación del local. A continuación estudiaremos los problemas que normalmente se presentan para la iluminación de estas zonas; así como los requisitos para ev itarlos.
a)
b)
En general, los problemas que se han encontrado en la iluminación en el área de tableros, han sido: -
contrastes o circundantes,
diferencias
fuertes
de
brillantez
en
superficies
-
sombras en el campo visual del observador,
-
deslumbramiento directo desde la fuente de luz en el campo de visión de los operadores,
-
deslumbramiento reflejado por superficies metálicas o muy pulimentadas, es decir, el brillo producido por reflexión especular,
-
brillo reflejado por los cristales de los instrumentos hacia el campo de visión de los operadores.
Los efectos que producen estos problemas son: Disminución de la percepción visual. El observador concentra involuntariamente su atención hacia el objeto más brillante y disminuye, por lo tanto, la percepción en el resto del campo visual. Efectos desagradables a la vista Fatiga visual y, por lo tanto, menor rendimiento en el trabajo o tarea encomendada. Los problemas de iluminación antes mencionados, varían en relación con los tipos, alturas y configuraciones de los tableros, proporciones del cuarto, posición del personal al efectuar lecturas, tipos y medidas de instrumentos, color, tipo y tamaño de las escalas de los mismos, y también brillantez de los colores de acabado, localización de puertas y v entanas etc.
c)
Para solucionar estos problemas de iluminación en el área de tableros, se deberá considerar los siguientes requisitos: -
los contrastes de brillantez inadecuados, son eliminados pintando todas las superficies con colores claros de apropiadas características de reflectancia, incluyendo los tableros, para producir bajos contrastes de brillantes. Además los pisos de color claro agregarán efectividad a la iluminación,
7 de 51
d)
-
deberán evitarse acabados de alta reflectancia. Por ejemplo las cubiertas de los instrumentos deben tener un acabado satisfactorio, que proporcione un buen contraste que ayude a un enfoque natural de la vista de los operadores sobre las carátulas. Este contraste ha sido obtenido con cubiertas negras de los instrumentos,
-
el acabado de cualquier mueble en el cuarto de control, deberá tener factores de reflexión favorables, y deberán armonizar con los colores del cuarto, a fin de proporcionar un ambiente de conforta los operadores.
Factores de reflexión recomendados Techo (cielo) ------------------------------------------------- 80 % Muros ---------------------------------------------------------- 50 % Tableros ------------------------------------------------------- 50 % Escritorios ---------------------------------------------------- 35 % Pisos ----------------------------------------------------------- 30 %
e)
Angulo límite para evitar el efecto de deslumbramiento. -
para eliminar el deslumbramiento directo desde las fuentes de luz en el campo de visión de los operadores, estas fuentes deben colocarse si es posible, por encima de la línea normal de visión, es decir, por encima del ángulo límite: el cual se define como el ángulo formado por la dirección visual horizontal y la dirección de la visual al foco luminoso; para evitar el deslumbramiento, este ángulo ha de ser superior a 30°, tal como se m uestra en la figura 1.
8 de 51
f)
Deslumbramiento reflejado Las fuentes de luz de luminancia elevada, que hayan de quedar dentro de ángulos inferiores a 30°, deben protegerse mediante globos difusores, reflectores, controlentes, etc., es decir, con algún dispositivo que reduzca su luminancia. Para eliminar el deslumbramiento reflejado, se deben situar las fuentes luminosas de tal manera que los rayos reflejados no lleguen a los ojos del observador, con objeto de que la imagen reflejada quede fuera de su cuerpo visual. En general es necesario efectuar una localización cuidadosa de las unidades de alumbrado, ventanas, escritorios, puertas, etc., con respecto al campo de visión de los operadores. La reflexión de luz, vista en las carátulas de los instrumentos, es uno de los problemas más importantes a resolver. Cualquier fuente de luz para iluminación de tableros, puede ser reflejada en las carátulas de cristal de los instrumentos. Para mayor claridad de este problema, ver la figura 2. En esta figura se consideran tres posiciones de la fuente de luz, ocupando los puntos "A "B" y "C". El punto "I" es el punto más alto del instrumento superior. Se considera una zona de visión limitada en la parte inferior, a una altura de 120 cm. (que se considera nivel medio del ojo del operador, cuando éste esta sentado), en la parte superior a una altura de 170 cm. (que se considera nivel máximo del ojo del operador, cuando este esta de pie), y cerca del tablero con una proximidad máxima de 65 cm. Entonces debe evitarse que haya luz reflejada directamente de los instrumentos a esta zona de visión.
9 de 51 Basándose en la ley f ísica que dice: el ángulo de inci dencia es igual al ángulo de reflexión y recordando que por definición, el ángulo de incidencia de la luz, es aquel que se forma entre la perpendicular a la superficie y la línea de incidencia de la luz, se puede observar que para que no haya reflexión de los instrumentos sobre la zona de visión del operador, el ángulo de incidencia à deberá ser mayor que el ángulo à formado por la línea de visión A'l y la perpendicular al tablero, desde A'. Cuando se cumple esta condición, no hay problema de reflejos en los instrumentos al efectuar lecturas directamente desde el frente del tablero. Así las unidades de alumbrado pueden localizarse dentro de la "Zona de Seguridad" "X", aunque ya una localización muy cercana al tablero (por ejemplo en "B") puede causar sombras en la parte superior de las escalas de los instrumentos. En los instrumentos m odernos, casi no se ti ene sombras en las escalas, pues se construyen con los marcos, o solo la parte superior de ellos, de material transparente, o bien con la escala muy próxima a la carátula de cristal. Algunas veces los instrumentos son dotados con carátulas de cristal antideslumbrante, o cristales convexos.
g)
Iluminación parcial del frente del tablero. Otro problema que se presenta al colocar en el punto "B" (figura 2) unidades de alumbrado de curva fotométrica asimétrica (es decir, de haz luminoso oblicuo), es que solamente iluminarán una parte de f rente del tablero. Para solucionar este problema, se ha encontrado un método por resultados experimentales, con el cual se puede calcular la distancia adecuada en donde deberán colocarse las unidades de alumbrado de curva asimétrica, cuyo haz luminoso tenga una dirección de 15 a 20°, este método se describe a continuación.
10 de 51 Primeramente, de la figura 3, el ángulo í es la dirección que tienen el haz luminoso de la luminaria seleccionada (entre 15 a 20°) para iluminar el frente del tablero. El haz luminoso se dirigirá al tablero hasta una altura de 1/3 h del nivel del piso terminado, ya que por resultados experimentales, se tiene que a esa altura, todo el frente del tablero queda perfectamente iluminado; por lo que la distancia adecuada "D" en donde deberá colocarse la fuente de luz (ver figura 3) es: D / h" = tan J D = h" tanJ Donde h" = H - 1/3 h Con la colocación de las unidades de alumbrado, a esta distancia, además de quedar perfectamente iluminado el frente del tablero, se eliminará también el deslumbramiento reflejado por los cristales de los instrumentos, ya que la distancia "D" queda dentro de la "Zona de Seguridad" "X" (ver figura 2).
h)
Alumbrado directo en el área de tableros. -
sobre los escritorios de los operadores, es conveniente proporcionar un nivel de iluminación aproximadamente igual al nivel sobre la cara vertical de los tableros, evitando en lo posible grandes diferencias de brillantez entre los instrumentos y los objetos de trabajo sobre el escritorio, a fin de que el operador pueda percibir sin molestias desde su escritorio, las indicaciones aproximadas de los instrumentos, a cualquier hora.
12 de 51 En general, los niveles de iluminación en zonas adyacentes no deben presentar grandes diferencias, con objeto de no provocar deslumbramiento al personal, cuando transite a trav és de esas zonas. Para los fines de iluminación de las áreas de tableros de las subestaciones, se prefiere el sistema de iluminación directa con la finalidad de dirigir toda la luz hacia los planos de trabajo y reducir a un mínimo la potencia, para proporcionar la iluminación requerida. El sistema de iluminación directa en las áreas de tableros puede ser proporcionada de varias formas. Colocando las unidades en el techo cielo, o colocándolas en una ménsula o canopía en la parte superior del tablero. Cuando las unidades son instaladas en el techo o cielo, es preferible utilizar unidades del tipo de embutir o empotrar, instalando para ello un plafón falso plano, según se ilustra en la figura 4. También puede instalarse un cielo plano pero escalonado, a fin de que las unidades de alumbrado del tablero queden escondidas y no las puedan percibir directamente el operado (ver figura 5). Cuando las unidades son instaladas en una ménsula o canopía, también se utilizan unidades del tipo de embutir o empotrar, con la finalidad de tener un buen aspecto de la instalación (ver figura 6), y las que se instalan en la losa son del tipo de sobreponer. Con el sistema de iluminación directo, se obtiene la ventaja de proporcionar con cierta facilidad el nivel de iluminación promedio requerido en la cara del tablero, y el nivel requerido en el plano horizontal. Además el mantenimiento en estas instalaciones es muy sencillo.
5.1.1.2
Areas de bajo montaje (hasta 4 m sobre el piso)
El término "bajo montaje" se utiliza generalmente para denominar áreas donde la altura de montaje del equipo de alumbrado es de 4 m. o menor, medida sobre el nivel del piso. Dentro de esta clasificación se puede considerar la mayoría de los locales interiores de la Central Hidroeléctrica; aunque las áreas de tableros se trataron en un punto aparte, ya que es el único local que tiene algunos requisitos de iluminación diferentes a los demás locales. Al proyectar la iluminación de estas áreas de bajo montaje el requisito básico que se debe perseguir es el de proporcionar una adecuada y confortable iluminación sobre el plano de trabajo, el cual se encuentra generalmente en el pl ano horizontal. Además de una cantidad adecuada de luz, deben considerarse otros requisitos a fin de obtener una buena visibilidad con un esfuerzo mínimo de los ojos. En tales casos deberá seleccionarse la calidad apropiada de la luz, cuidando no tener la fuente de luz en la línea directa de visión y llevando la brillantez de dicha fuente, así como de las superficies iluminadas, a un valor bajo.
13 de 51
a)
En general, los problemas que se han encontrado en la iluminación de estas áreas de bajo montaje, han sido: -
contrastes o circundantes,
diferencias
-
sombras en el campo de visión del observador,
-
deslumbramiento directo desde las fuentes de luz en el campo de visión del observador,
-
deslumbramiento pulimentadas.
reflejado
fuertes
por
de
brillantez
superficies
en
metálicas
superficies
o
muy
Como puede observarse, estos problemas de iluminación son similares a los que se presentan en las áreas de tableros: por lo que, algunos de los requisitos de iluminación mencionados anteriormente, también son necesarios para la iluminación de las áreas de bajo montaje en cuestión. No lo son todas, debido a que la iluminación en las áreas de tableros, es principalmente en el plano vertical y en éstas áreas de bajo montaje es en ambos planos.
b)
Para solucionar los problemas de iluminación de las áreas de bajo montaje en cuestión, deben considerarse los siguientes requisitos: -
en estas áreas, se prefiere el sistema de iluminación directa, con objeto de dirigir toda la luz hacia los planos de trabajo y reducir a un mínimo la potencia para proporcionar la iluminación requerida,
-
es importante seleccionar los colores apropiados para los muros, cielo y equipo instalado en el área iluminada, evitando grandes contrastes de brillantez, entre superficies adyacentes,
-
las áreas que utilicen equipos de alumbrado del tipo de embutir o empotrar en el cielo o techo y requieran condiciones normales de visibilidad, es conveniente que el piso tenga un factor de reflexión de 30% o más, con la finalidad de que refleje la luz hacia arriba y el cielo quede suficientemente iluminado para no presentar un aspecto sombrío,
-
las áreas que utilicen equipos de alumbrado de sobreponer o colgar, es deseable que estas unidades proyecten un pequeño porcentaje de luz hacia arriba, a fin de tener el cielo iluminado y no se presente como una superficie obscura, contrastando con las demás superficies iluminadas,
-
los puntos brillantes y superficies muy pulidas, especialmente de metal, son con frecuencia fuentes de irritación de los ojos y por lo tanto deben evitarse,
14 de 51 -
para eliminar el deslumbramiento reflejado, se deben situar las fuentes luminosas de tal manera, que los rayos reflejados no lleguen a los ojos del observador con objeto de que la imagen reflejada quede fuera de su campo visual. Para eliminar el deslumbramiento reflejado en los escritorios, estos no deben tener cubiertas de cristal o ser altamente pulidas.
5.1.1.3
-
para eliminar el deslumbramiento directo desde las fuentes de luz en el campo de visión de los observadores, estas fuentes deben colocarse, si es posible por encima del ángulo límite (ver figura 1). Si esto no es posible, las fuentes de luz de luminancia elevada, que hayan de quedar dentro del ángulo límite, deben protegerse mediante globos difusores, controlentes, etc., es decir, con algún dispositivo que reduzca su luminancia,
-
para evitar sombras en el campo de visión del Observador, se debe realizar una localización adecuada de las unidades de alumbrado para una mejor distribución de la luz.
Area de montaje alto (más de 4 m sobre el piso)
El termino "montaje alto" se utiliza generalmente para denominar áreas donde la altura de montaje del equipo de alumbrado es mayor de 4 m., medida sobre el nivel del piso. Dentro de esta clasificación se pueden considerar algunas áreas de la Central Hidroeléctrica como:
a)
-
piso de excitadores,
-
galería de drenaje,
-
túneles de acceso.
Zonas de gran altura de techo En las zonas de gran altura de techo los trabajos se realizan generalmente con objetos tridimensionales más bien grandes, de características de reflexión difusa. En estas circunstancias, la tarea visual no es difícil ni se presenta ningún problema de deslumbramiento reflejado. Para estas aplicaciones conviene una fuente de luz que tenga una alta emisión luminosa, tal como una lámpara de descarga. Estas fuentes en reflectores directos producen luz con un componente direccional que causa ligeras sombras, y zonas luminosas que ayudan a la visión.
b)
Diseño de luminarias Las luminarias abiertas y ventiladas han remplazado ampliamente al tipo no ventilado. En las ventanillas, la sociedad se ve acumulando sobre la lámpara y el reflector mucho más despacio, debido a las corrientes de aire creadas por el calor de la lámpara. Este tipo se recomienda para toda clase de aplicaciones en lugares de gran altura, excepto para aquellos en que el aire
este fuertemente cargado de polvo o los humos puedan atacar al reflector. En estas zonas se deberán usar siempre luminarias de "servicio duro" cerradas.
15 de 51 Como las zonas de techo alto pueden ser anchas o estrechas y la tarea visual puede variar desde horizontal a vertical; las luminarias directas o semidirectas que se usan generalmente se clasifican por la distribución de su componente directo según la relación permisible entre la separación y altura de montaje (sobre el plano de trabajo) como sigue
Tabla 1 - Relación: separación / altura de montaje Valor de la relación
Clasificación de las luminarias
hasta 0.50.5 a 0.70.7 a 1.01.0 a 1.0por Muy encima de 1.5 Concentradora. Dispersadora
5.1.2
concentradora Dispersión med. Dispersión amplia.
-
zonas altas y estrechas.- En locales altos y estrechos, las luminarias que tengan una distribución concentrada o media son las más económicas a efectos de producir iluminación en el plano horizontal. En los casos en que la tarea visual esté inclinada un ángulo que exceda de los 45°, se deben usar luminarias con una distribución media o ancha, aunque llegue algo m enos de luz al plano horizontal,
-
zonas altas y anchas.- En locales anchos y altos, los equipos con distribución ancha proporcionan una superposición de haces de luz que resultan más económicas que en habitaciones estrechas, con la consiguiente reducción de la intensidad de las sombras y una iluminación mayor de las superficies verticales. En las líneas de luminarias próximas a las paredes pueden usarse equipos de distribución más estrecha para reducir al mínimo la pérdida de iluminación a causa de la absorción de las paredes y ventanas.
Iluminación exterior
Debido a que las Centrales Hidroeléctricas pueden ser construidas en el interior de una m ontaña o en el exterior ya que todas son diferentes entre sí, las áreas exteriores a iluminar son variadas y con sus particularidades para cada caso. Por lo anterior, a continuación se mencionan conceptos generales sobre el alumbrado de la subestación de la Central Hidroeléctrica, con la observación que algunos de estos conceptos pueden extrapolarse a otras áreas de la Central como son las de obra de tome, v ertedores, cortina, desfogues, etc.
5.1.2.1
a)
Zonas de paso y equipo i nstalado.
b)
Pasillos y fachadas.
Zonas de equipo instalado y zonas de paso
En general el alumbrado de la zona de equipo instalado, en la Subestación consiste en iluminar el equipo eléctrico como cuchillas desconectadoras, interruptores, transformadores, etc., algunos de los cuales son instalados en las estructuras relativamente altas sobre el nivel del piso. El alumbrado en las zonas de paso, consiste, en proveer una
16 de 51 iluminación general alrededor de la Subestación de la Central y demás zonas de tránsito normal, con la finalidad de permitir al personal transitar con seguridad por la instalación y percibir los diferentes aparatos e indicadores cercanos al nivel del piso. Por las consideraciones anteriores, es recomendable tener la iluminación dirigida hacia abajo, con objeto de iluminar simultáneamente el equipo, las estructuras y las zonas de tránsito normal; es por ello, que normalmente las unidades de alumbrado se instalen en las estructuras a una altura de 10 a 15 m. aproximadamente, medida sobre el nivel del piso. En general, se puede considerar que el sistema de alumbrado para las zonas de paso y equipo instalado, debe reunir las siguientes características. -
debe proveer una alta componente de luz directa sobre estos elementos vitales de la estructura,
-
no debe producir deslumbramiento en las zonas normalmente utilizadas por los operadores, para observar u operar el equipo vital en el área,
-
las sombras muy marcadas y zonas obscuras, deben ser marcadas a un mínimo,
-
las unidades de alumbrado utilizadas, deben ser accesibles para un fácil cambio de lámparas y no estar colocadas muy cerca del equipo eléctrico energizado, a fin de no presentar peligro para el personal de mantenimiento.
Es indudable que el sistema de iluminación empleado en estas zonas, es el directo, tanto para iluminar el equipo, como zonas de paso. Se debe efectuar una cuidadosa localización de las unidades de alumbrado, a fin de asegurar una mejor distribución de la luz en las áreas más importantes a iluminar, así como también, se debe dirigir la luz, de tal modo, que el operador pueda percibir el equipo sin que incidan directamente sobre sus ojos los rayos de luz, ev itándose de este modo deslumbramiento. Un ejemplo de iluminación de estas zonas se muestra en las figuras 7 y 8.
5.1.2.2
Pasillos y fachadas
Generalmente es necesario iluminar los pasillos alrededor de la caseta de control, solamente para transitar o hacer una inspección general de algún equipo que ahí se encuentre instalado. También se debe iluminar la entrada de la caseta y la parte posterior, con lo cual se debe tener iluminado todo el contorno. Es indudable que el sistema de iluminación en estas zonas de la Central Hidroeléctrica es el directo. Las unidades de alumbrado pueden estar montadas sobre el mismo edificio de la caseta de control, a una altura de 3 m. aproximadamente, para la iluminación de contorno de la misma. Se debe procurar que la iluminación sea lo más uniforme posible, y que no presenta manchas de sombras, o zonas obscuras, sin que ello vaya a representar un excesivo número de unidades, lo que sería anti-económico. En algunos casos es deseable darle cierta iluminación decorativa a la fachada, sobre todo cuando la importancia de la instalación hace suponer que va a tener con frecuencia visitantes.
17 de 51
6
NIVELES DE ILUMINACION
Al estudiar las necesidades de iluminación de las Centrales Hidroeléctricas, se desprende la siguiente conclusión: Para los diferentes locales y zonas, se requieren diferentes niveles de iluminación; los cuales dependerán del trabajo o tareas que se requieran efectuar en cada l ugar. El nivel de iluminación necesaria para conseguir una visión eficaz, rápida y confortable de la tarea encomendada, depende de cierto número de factores, entre los que podemos contar:
a)
Magnitud de los detalles, de los objetos que se trata de discernir.
b)
Distancia de estos objetos al órgano visual del observador.
c)
Factores de reflexión de l os objetos observados.
d)
Contraste entre los detalles y los f ondos sobre los que se destacan.
e)
Tiempo empleado en la observación de los objetos.
f)
Rapidez de movimiento de los objetos observados.
La mayor o menor dificultada de una tarea visual debe apreciarse en función de estos y otros factores, tales como, las condiciones de los alrededores y el estado fisiológico de los ojos que han de realizar el trabajo, etc. Según la importancia de estos factores, se han prescrito distintos niveles de iluminación, mediante investigaciones científicas, para los distintos tipos de locales y las diferentes tareas visuales. Estos niveles de ilum inación se expresan en la tabla 1.
19 de 51
20 de 51
Tabla 2 - Niveles de iluminación recomendados por Iluminating Engineering Society y la Sociedad Mexicana de Ingeniería e Iluminación Local
Nivel de iluminación (Luxes) I.E.S(Preferib S.M.I.I(Mínim le) o)
Locales Interiores: a) b) c) d)
Equipo de acondicionamiento de aire Auxiliares, cuartos de baterías, bombas y compresores Cuarto de equipo telefónico y carrier Cuartos de control: - Cara vertical de tableros. Sencillo o la sección · Tipo (a): Grandes cuartos de control centralizados desde 168 cm (66 pg) sobre el piso. · Tipo (b): Cuartos de control ordinarios, hasta 168 cm (66 pg) sobre el piso. - Cara de la sección de duplex opuesta al operador - Area interior del tablero duplex (pasillo) - Lado posterior de todos los tableros, (vertical) - Alumbrado de emergencia, todas las áreas - Escritorios o tableros tipo escritorio (nivel horizontal) - Iluminación general restante
e) Oficina f) Bodega g) Vestíbulo h) Comedor i) Sanitarios
Local Areas Exteriores:
100 200 300
60 100 200
500
300
300 300 100 100 30 500 300
200 200 60 60 20 300 200
300 200 200 300 100
200 100 150 200 60
I.E.S.S.M.I.I.(Luxes)
a) Zona de equipo instalado y de paso: - Iluminación general horizontal - Iluminación general vertical (sobre equipo)
20 20
b) Zonas alrededor de la caseta de control: - Entrada principal - Entrada secundaria - Pasillos
c) Cerca o alambrado d) Alumbrado de emergencia
100 50 20 2 5
NOTA: Se darán los niveles indicados en la columna "Preferibles", excepto en los casos en que sea patente que se pueden tener menores niveles, en cuyo caso se darán los mínimos o un valor intermedio
21 de 51 En dicha tabla la primera columna lleva por encabezado l.E.S. (Iluminating Engineering Society). 99% y esta formada por los niveles de iluminación determinados por la teoría del Dr. H. R. BLACKWELL, publicados por el l.E.S. Lighting Handbook con las dos consiguientes características: un 99% de rendimiento visual y 5 asimilaciones por segundo. Entendiéndose por 5 asimilaciones por segundo, el promedio de percepciones visuales de un objeto, que pueda realizar una persona en un segundo. La segunda columna lleva por encabezado S.M.I.I (Sociedad Mexicana de Ingeniería e Iluminación), 95% y está formada por los niveles de iluminación con un rendimiento visual de 95% y 5 asimilaciones por segundo. En este caso se acordó un 95% de rendimiento visual, para recomendar como valor "mínimo" en actividades que ocasionalmente se desarrollan bajo iluminación artificial, con lo que se baja la iluminación a valores aplicables en forma económica en México, sin que se provoque con ello niveles de iluminación que causen fatiga visual a las personas que trabajan en estos locales y que desarrollan una determinada tarea visual y al mismo tiempo no bajan mucho esos valores, ya que de hacerse así, la eficiencia del personal bajaría en igual proporción que los rendimientos visuales. Antes de seleccionar las unidades de alumbrado que resulven el proyecto que se este llev ando a cabo, es conveniente reunir la mayor literatura posible de los equipos de alumbrado que se tengan en el mercado, en la cual estén asentadas las características técnicas, recomendaciones y sugerencias de los usos apropiados para cada unidad. En caso de contar con escasa información, es recomendable ponerse en contacto con los Fabricantes o sus representantes, a fin de que ellos proporcionen la información posible (verbal y escrita) de los equipos de alumbrado que puedan proporcionar. Una vez reunida la información necesaria de las unidades de alumbrado, se requiere hacer un análisis de las condiciones de instalación, operación y del medio ambiente bajo las cuales van a quedar estas unidades en los diversos locales y zonas de la Central Hidroeléctrica, a fin de poder seleccionar la o las unidades que, de acuerdo con sus características, sean más apropiadas para satisfacer las necesidades del caso.
7
CONSIDERACIONES PARA LA SELECCION DE LA UNIDAD
7.1
Tipo de Servicio
Según el lugar en donde se vaya a instalar la unidad, ya sea interior o intem perie.
7.2
Tipo de Diseño
En la mayoría de los locales interiores, se requieren unidades de diseño normal, a excepción del cuarto de baterías en el cual se instalarán unidades a prueba de explosión. En las zonas exteriores, se deben instalar unidades herméticas al polvo y agua. En la mayoría de los locales interiores se requieren unidades de diseño normal, a excepción del cuarto de baterías que está clasificado como área y local peligroso, clase 1, División I, (Ver ANSI-C2) así como el equipo ser intrínsecamente seguro y los accesorios que se instalen, deben ser del tipo aprobado para dicho lugar, según las normas IES.
7.3
Tipo de Montaje
Generalmente en los locales interiores, donde exista plafón falso (por ejemplo, en la sala de tableros) se deben instalar unidades del tipo de embutir o empotrar; y en los locales donde no exista plafón falso (por ejemplo, en la sala de baterías) se deben instalar unidades del tipo de sobreponer o colgar. 22 de 51
Para el alumbrado exterior de la caseta de control de la S. E. se emplearán unidades para montaje en la pared. Para el alumbrado de las zonas de paso y de equipo instalado, las unidades generalmente son montadas en las estructuras, por medio de ménsulas, con la base de la unidad hacia arriba dirigiendo los rayos luminosos hacia abajo.
7.4
Altura de Montaje
Se debe tomar en cuenta la altura de montaje, ya sea que la unidad sea requerida para alto montaje o para montaje medio o bajo.
7.5
Tipo de Lámpara de la Unidad a)
b)
c)
En general para el alumbrado normal de los locales de la caseta de control, se prefieren las lám paras fluorescentes debido a las siguientes razones: -
las lámparas fluorescentes, debido a su alto rendimiento luminoso y a su larga duración útil en comparación con las lámparas incandescentes, resultan más económicas, cuando el nivel de iluminación necesario sobre el plano de trabajo, alcanza o sobrepasa los 200 luxes, sobre todo si la instalación ha de estar funcionando durante un elevado número de horas (2000 horas o más),
-
en las lámparas fluorescentes el flujo luminoso es fácilmente controlable, por lo que, hay una gran variedad de distribuciones luminosas,
-
en la mayoría de los locales interiores, se requiere una mayor superficie de la fuente de luz, con objeto de tener una mejor distribución de la luz y una menor brillantez intrínseca de la fuente.
Para el alumbrado normal de las zonas de paso y de equipo instalado en la Central Hidroeléctrica se prefieren las lámparas de vapor de sodio a alta presión por las siguientes razones: -
las lámparas de vapor de sodio a alta presión, son las más económicas para estos casos, debido a su elevado rendimiento luminoso y a su larga duración útil en com paración con los otros tipos de lámparas,
-
en estas zonas no se requiere una buena discriminación de los colores, por lo cual no se hace prohibitivo el empleo de la lámpara de vapor de sodio a alta presión, en estas zonas; además este tipo de lámpara suministra una luz monocromática amarilla, que resulta muy favorable en caso de bruma o niebla y que, en condiciones normales, procura una mejor visibilidad,
-
la lámpara de vapor de sodio a alta presión, es una fuente luminosa concentrada, lo que facilit a un control preciso de los rayos luminosos.
Por lo que respecta, al alumbrado de emergencia de los diferentes locales y zonas de la Central Hidroeléctrica; es indudable que se prefieren las lámparas incandescentes debido a las siguientes razones. -
el nivel de iluminación necesario en el plano útil de trabajo y el número de horas de utilización anual, requerido en el alumbrado de emergencia es bajo; por tal motivo, el em-
-
-
d)
7.6
23 de 51 pleo de las lámparas incandescentes resulta económico, ya que el costo inicial de las lám paras y su instalación es bajo, las lámparas incandescentes son fuentes de luz concentrada, por lo tanto, fácil de dirigir exactamente hacia el sitio y objeto que se desea iluminar, las lámparas incandescentes no distorsionan los colores, este tipo de lámparas encienden indistintamente en corriente alterna o directa, en las lámparas incandescentes el flujo luminoso es fácilmente controlable, por lo que, hay una gran variedad de distribuciones luminosas.
Finalmente, para el alumbrado normal de la fachada y pasillos alrededor de la caseta de control, también se prefieren las lámparas incandescentes, debido a las razones expuestas anteriormente.
Curva de Distribución
La curva de distribución del flujo luminoso de la unidad se seleccionará en función de la altura de montaje, del probable espaciamiento entre unidades (aunque más rigurosamente el espaciamiento es fijado por la curva de distribución de la luz) y de la altura de los planos de trabajo. En la mayoría de los locales interiores, se utilizan unidades para bajo montaje con curvas de distribución más o menos extensiva, según las necesidades. Para el alumbrado de los tableros de control, se utilizan unidades con curva de distribución asimétrica, diseñadas específicamente para dirigir la luz hacia la cara vertical de los tableros. En ocasiones, para el alum brado posterior de los tableros, se montan unidades en los muros con curva de distribución asimétrica y extensiva, iluminando así el piso y la cara posterior de los tableros. Alrededor de la caseta de control, se emplean unidades con curva de distribución muy extensiva, asimétrica, a fin de iluminar la mayor zona posible del piso, a lo largo de los muros. Estas unidades permiten un espaciamiento entre ellas de unas 6 veces la altura de montaje. Para las zonas de paso y de equipo instalado de la Central Hidroeléctrica, se usan unidades con tipo de curva de distribución sumamente extensiva, las cuales se fabrican con curva simétrica y con curva asimétrica. Las unidades con curvas simétricas se instalan en posiciones centrales, y las de curvas asimétricas se instalan en el perímetro de la estructura de la Central Hidroeléctrica cuando solo necesitan iluminar el equipo de un lado. En estos casos se requiere que la unidad tenga una distribución flexible de luz, a fin de tener fácil ajuste de ella sobre los planos de trabajo. Existen unidades que una vez montadas se pueden girar a fin de dirigir la máxima iluminación sobre el equipo importante. Con los puntos anteriores y de acuerdo con la información de las unidades existentes en el mercado, se puede seleccionar la o las unidades que sean apropiadas para cada caso, buscando en general que las unidades tengan baja depreciación permanente, bajo costo inicial y bajo costo de mantenimiento. Es evidente que cuando más de una unidad resuelven satisfactoriamente un determinado caso, se deberá elegir la que resulte más económica, de acuerdo con los conceptos anteriores. Con la selección de la unidad para cada caso, y los demás datos necesarios para el cálculo de la iluminación, se llega a determinar el número y efectuando la distribución de ellas en el local o
zona de que se trate, se puede obtener el espaciamiento de las mismas. Es conveniente que dicho espaciamiento no sobrepase el máximo recomendable 24 de 51 por el Fabricante, con la finalidad de no presentar una iluminación dispareja. En caso de que el espaciamiento obtenido, según el número de unidades y su distribución sea mayor que el máximo recomendado se deben elegir lámparas de mayor potencia o unidades para lámparas más potentes (cuando la misma unidad no sea apropiada para lámparas menores), y ajustar los cálculos para que ese espaciamiento sea muy próximo al máximo recomendado. Tampoco es conveniente tener un espaciamiento muy pequeño respecto al máximo permisible, ya que ello sería a base de gran número de unidades, lo cual representa un costo también grande. Antes de efectuar la distribución de las unidades de alumbrado en los diferentes locales de la caseta de control, el proyectista debe proveerse de los planos de disposición de equipo de la misma, y de los planos civiles de esta, y con ellos formar un solo juego de planos en donde esté indicado todo el equipo, columnas, ventanas, puertas, etc. La distribución de las unidades se efectúa según las dimensiones del local o zona por iluminar y el número de unidades calculado. Generalmente se pretende dar una distribución uniforme con la finalidad de proporcionar también una iluminación uniforme, pero tendiendo a localizar las unidades de tal manera que se iluminen lo más conveniente los diferentes equipos, o las áreas de más movimiento, reparaciones y tránsito normal. Por lo que respecta a la iluminación exterior circundante a la caseta de control, se debe procurar localizar las unidades espaciadas uniformemente, pero también tendiendo a iluminar algún equipo que se encuentra localizado en esas zonas. La distribución de las unidades de alumbrado en las zonas de paso y de equipo instalado, se debe efectuar de acuerdo con la disposición de las zonas de tránsito normal dentro de la Central Hidroeléctrica, de la disposición del equipo en la misma, y de la forma y disposición de las estructuras, ya que generalmente se aprovechan éstas para montar las unidades. Esta localización de unidades se debe hacer tendiendo a iluminar pasillos de tránsito normal, así como a los diferentes equipos, especialmente aquellos donde se requieren efectuar algunas operaciones u observaciones. La distribución de las unidades para el alumbrado de emergencia se debe efectuar con el fin de iluminar zonas y puntos donde se efectúan maniobras de vital importancia, como por ejemplo en los tableros de control, de servicios propios, sala de carrier, pasillos y demás zonas de tránsito importante, etc. En las zonas exteriores de la Central Hidroeléctrica, el alumbrado de emergencia se proveerá principalmente para iluminar pasillos de tránsito importante, cercanos a donde se encuentre el equipo vital y para iluminar algún equipo principal. Como adición a los puntos anteriores, la localización de las unidades de alumbrado debe ser tal que presenten fácil acceso y sobre todo no quedar cercanas a partes vivas o equipo de alta tensión, o a equipo en movimiento que presente peligro, a fin de poder dar el adecuado mantenimiento con facilidad y proporcionar una máxima seguridad, para el personal que efectúa esas labores. Además de todo lo anterior, no hay que perder de vista el aspecto estético, procurando en lo posible que las unidades y su localización, vayan en armonía con el acabado arquitectónico del edificio y estructuras. Comúnmente, los cálculos de iluminación son en cierto modo un poco inexactos, debido a que es difícil definir con precisión todos los factores que intervienen en los mismos, y el resultado práctico obtenido puede diferir un poco de las metas a las que se deseaba llegar. Por tal motivo, con visión y criterio el proyectista puede efectuar algunos ajustes a los cálculos, agregar alguna o algunas unidades cuando lo considere conveniente, o bien suprimir alguna que crea innecesaria.
Con base a los niveles de iluminación recomendados por la l.E.S. y S.M.I.I., así como las prácticas comunes empleadas en el diseño de Centrales Hidroeléctricas, se establecen los siguientes niveles de iluminación para las diferentes áreas de la Central Hidroeléctrica así como el tipo de unidad recomendada para las mismas, ver tabla 3. 25 de 51
Tabla 3 - Identificación del nivel de iluminación normal y de emergencia, así como el tipo de lámpara, en función del área por iluminar Area por Iluminar
Nivel de Iluminación NormalI Emerg.I x x
Piso de excitadores
300
30
Piso de generadores
200
30
Foso del generador Piso Turbinas
150 150
30 30
Sala de baterías
200
30
Galería de transformadores Galería de inspección
150
30
150
30
Galería de drenaje Galería de oscilación Túneles de acceso
100 100 150
30 30 30
Oficinas y talleres Cortina Vertedor Obra de toma Cuarto de control Subestaciones Otras áreas exteriores Escaleras
300 150 150 150 500 200 100 150
50 30 30 30 150 30 15 30
Tipo de Lámpara Vapor de sodio alta presión, de mercurio color corregido o aditivos metálicos Vapor de sodio alta presión de mercurio color corregido o aditivos metálicos Incandescente o vapor de mercurio Vapor de mercurio color corregido o aditivos metálicos Vapor de mercurio color corregido o aditivos metálicos Vapor de mercurio color corregido o aditivos metálicos Vapor de mercurio color corregido o aditivos metálicos Incandescente Vapor de sodio Vapor de sodio, vapor de mercurio o aditivos metálicos Fluorescentes Vapor de sodio alta presión Vapor de sodio alta presión Vapor de sodio alta presión Fluorescente Vapor de sodio alta presión Vapor de sodio alta presión Incandescentes
26 de 51
8
METODOS DE CALCULO
En general, todo proyecto de iluminación de la Central Hidroeléctrica en cuestión, se calcula por medio de tres métodos conocidos como:
a)
Método de lumen o del cálculo del flujo luminoso.
b)
Método de punto por punto.
c)
Método de lúmenes promedio para el cálculo de proyectores o reflectores.
A continuación se dará una breve descripción sobre cada método.
8.1
Método del Lumen o del Cálculo del Flujo Luminoso
Este método es utilizado para estimar el número de unidades de alumbrado, que producirán una iluminación determinada promedio en todos los puntos del área considerada en un salón o local; por lo que su aplicación se limita al cálculo de alumbrado de interiores. Cada uno de los factores que intervienen es este método deben ser valorados adecuadamente para la obtención de resultados más exactos. Para utilizar este método en la resolución del diseño de alumbrado, deben tener en cuenta los siguientes puntos fundamentales.
8.1.1
Datos generales a)
Dimensiones del local
Estos son datos físicos obtenidos de mediciones del local o de planos. Largo, Ancho y altura.
b)
Reflectancias La reflexión de una superficie es una medida de la cantidad de luz que se refleja de la superficie. Esta está expresada como un porcentaje de la cantidad total de luz que cae en la superficie, en general las superficies con colores claros, tendrán reflexiones mayores, que las superficies con acabados oscuros. La reflexión de una superficie puede ser medida por medio de un reflectómetro, o por comparación de colores de reflexiones conocidas con la superficie dada. (Observar la Tabla 4).
c)
Nivel de iluminación El nivel de iluminación, como ya se menciono anteriormente, es una de las exigencias básicas de una iluminación adecuada, es decir, se requiere un nivel de iluminación suficiente (número de luxes sobre el plano de trabajo), para facilitar una tarea visual y llevar a buen término de manera correcta, rápida, segura y fácil, (ver Tabla 2)
27 de 51
Tabla 4 - Reflectancias del acabado de diferentes materiales y de colores Acabado y color Reflectancias en acabado de madera
Reflectancias (%)
Maple
(claro)
42 %
Encino
(claro)
34 %
Avellana
(medio)
19 %
Nogal
(oscuro)
16 %
Caoba
(oscuro)
12 %
Reflectancias en acabados metálicos Blanco Porcelanizado o Esmalte Horneado
70 - 85%
Aluminio pulido (especular)
80 - 85%
Aluminio mate (difuso)
75%
Pintura aluminio (claro)
79%
Pintura aluminio (medio)
59%
Reflectancias en vidrio Vidrio claro Vidrio opaco
10% 15 - 30 %
Reflectancias en plásticoClaroOpalino 5 - 10%15 - 30%
Continúa ...
28 de 51 ... Continuación
Acabado y color Reflectancias en acabado mate
Reflectancia(%)
Muy claro Blanco
80 - 82%
Azul verde
76%
Verde
72%
Crema
80%
Amarillo crema
76%
Azul
70%
Gris
73%
Claro Azul verde
70%
Verde
64%
Crema
70%
Amarillo crema
66%
Azul
55%
Gris
49%
Café
35%
Medio Azul verde
54%
Verde
33%
Crema
44%
Amarillo crema
55%
Azul
22%
Continúa...
29 de 51 ... Continuación
Acabado y color
Reflectancia(%)
GrisCafé Oscuro:AmarilloNaranjaGrisRojoCaféAzul Verde
38% 21%
50% 25% 25% 12% 10% 8% 7%
8.1.2
Datos de luminaria a)
Tipo Anotar descripción de la luminaria seleccionada: Tipo de lámpara (incandescente, Fluorescente, etc.) Tipo de alumbrado (directo, semidirecto, etc.) Tipo de montaje (empotrar, sobreponer, etc.) Tipo de difusor, etc
b)
Marca y número de catálogo. (datos del Fabricante).
c)
Potencia Seleccionar la potencia nominal de la lámpara en watts.
d)
Lúmenes por luminaria (datos del Fabricante).
e)
Altura de montaje sobre el plano de trabajo.
8.1.3
Datos de cálculo
8.1.3.1
Coeficiente de utilización
Este coeficiente es la relación entre los lúmenes que alcanzan el plano de trabajo y los lúmenes totales generados por las lámparas. Este factor que normalmente proporciona el Fabricante, tienen 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 piso. Según la información del Fabricante, este coeficiente se puede determinar por alguna de las dos formas que se
30 de 51
describen a continuación:
8.1.3.1.1
Por medio del índice del local y de las reflectancias de las superficies del local. (ejemplo, ver tabla 6).
La forma de los locales que se van a iluminar pueden caracterizarse por un coeficiente, denominado índice del local, el cual esta dado en diez grupos indicados por letras. (ver la tabla 5).
Tabla 5 - Valores de las relaciones del local Indice del Local
Valor
J
Menos
I
0.7
de a a
Relación del local Punto Central 0.7
0.60
0.9
0.80
1.12
1.00
H
0.9
G
1.12
a
1.38
1.25
F
1.38
a
1.75
1.50
E
1.75
a
2.25
2.00
D
2.25
a
2.75
2.50
C
2.75
a
3.50
3.00
B
3.50
a
4.50
4.00
A
MAS DE 4.50
5.00
31 de 51
32 de 51
33 de 51 Una vez, obtenido el índice del local, así como también las reflectancias de las superficies del local (ver la tabla 4), podemos encontrar el coeficiente de utilización en las tablas correspondientes del luminario seleccionado, proporcionados por el Fabricante de dichas luminarias (ejemplo), Ver tabla 6.
8.1.3.1.2
Por medio del método de cavidad zonal
La relación del local fue sustituida, por un nuevo método para calcular y usar los coeficientes de utilización. Este procedimiento recibe el nombre de cavidad zonal. Las bases para el método de cavidad zonal descansan en el concepto de la teoría de transferencia de flujo, considerando que un cuarto está formado de una serie de cavidades que tienen reflectancias entre ellas y el plano de trabajo Cualquier cuarto puede generalmente ser dividido en tres espacios básicos o cavidades: el espacio entre los luminarios (si son suspendidos) y el techo, se define como "Cavidad de techo" o "Cavidad de cielo". El espacio entre el plano de trabajo y el piso se define como "cavidad de piso" y el espacio entre los luminarios y el plano de trabajo se llama "cavidad de cuarto".
34 de 51 Una vez que hemos visto lo anterior es posible calcular las relaciones numéricas conocidas como "relaciones de cavidad" las que se usan para determinar la reflectancia efectiva de las cavidades del piso y techo y después encontrar el coeficiente de utilización. Tenemos entonces 3 pasos básicos para calcular el coefi ciente de utilización:
a)
-
determinar las "relaciones de cavidad",
-
determinar las reflectancias efectivas de las cavidades,
-
seleccionar el coeficiente de utilización.
Primer paso Las relaciones de cavidad pueden ser encontrada de dos formas. La más exacta es calculada usando las siguientes fórmulas: Relación de cavidad de techo (CCR) = 5 hcc (L + A) LxA Relación de cavidad de cuarto (RCR) = 5 hcr (L + A) LXA Relación de cavidad de piso (FCR) = 5 hfc (L + A) LXA También pueden ser encontradas en las tablas publicadas en el manual IES.
b)
Segundo paso Se deben determinar las reflectancias efectivas para las cavidades de piso y techo. Estas las podemos localizar en las tablas de IES., bajo la combinación de la relación de cavidad y las reflectancias actuales de piso, paredes y techo. (ver la tabla 4). Nótese que si el luminario es empotrado o sobrepuesto o si el plano de trabajo es el piso CCR y FCR serán cero y entonces la reflectancia actual del techo o piso, será también la reflectancia. Luego las reflectancias efectiv as así encontradas serán: V cc = Reflectancia efectiva de la cavidad del techo. V fc = Reflectancia efectiva de la cavidad del piso.
c)
Tercer paso Con estos valores, la reflectancia de las paredes y conociendo la relación de cavidad del cuarto (RCR) previamente calculada, podemos encontrar el coeficiente de utilización en las tablas
35 de 51 correspondientes del luminario a utilizar proporcionadas por el fabricante de dichas luminarias; por ejemplo ver en la tabla 7. Nótese que ya que la tabla es lineal, se pueden hacer interpolaciones lineales para obtener valores exactos para diferentes combinaciones de reflectancias y relaciones de cavidad. Ya que el coeficiente de utilización encontrado es para 20 % de reflectancia efectiva de la cavidad del piso será necesario corregir para la reflectancia efectiva de la cavidad del piso previamente determinada. Esto se logra por medio de tablas, encontrando un multiplicador que utilizado en conjunto con el coeficiente de utilización ya encontrado, nos da el coeficiente de utilización final.
8.1.3.2
Factor de mantenimiento
El factor de mantenimiento de una instalación de alumbrado, se define como la relación entre la iluminación existente cuando esta alcanza su nivel más bajo en el plano de trabajo, inmediatamente antes de efectuar una acción correctora, y el nivel inicial de iluminación si no se considera ninguno de los factores parciales de perdida. Este factor es el producto de todos los factores parciales de pérdida de luz, los cuales se muestran a continuación.
8.1.3.2.1
Depreciación de las superficies del cuarto por polvo
La acumulación de polvo en las superficies del cuarto reduce el flujo luminoso reflejado en el plano de trabajo. Para tomar en cuenta esto se tiene previsto un factor de depreciación de las superficies del cuarto por polvo, que es usado en el cálculo para mantener un promedio de iluminación. Este factor se determina de la siguiente m anera:
a)
Se determina el tipo del ambiente si es muy limpio, limpio, medio, sucio y muy sucio y el tiempo que hay entre limpieza y limpieza, con estos datos entremos en la curva de la fig. 10 y encontramos la depreciación por polvo esperada. Por ejemplo si tenemos una atmósfera sucia y las superficies del cuarto son limpiadas cada 4 meses, la depreciación por polvo esperada es del 30% aproximadamente.
b)
Conociendo la depreciación, el tipo de distribución de la luminaria (Directa, Semidirecta, etc.) y la relación de cavidad del local, se determina por medio de la tabla 8, la depreciación de las superficies del local por polv o, (RDD) Por ejemplo, si la depreciación por polvo es de 30%, una luminaria que nos proporciona una iluminación directa y una relación de cavidad del local de 4, el factor RSDD es de 0.92.
36 de 51
8.1.3.2.2
Depreciación de los lúmenes de la lámpara
La información sobre la depreciación de los lúmenes de la lámpara, es proporcionada por los Fabricantes, en tablas o gráficas para la depreciación de lúmenes y mortalidad de la lámpara escogida. En el manual IES se encuentra amplia información sobre este factor (LDD). "Light Degradation Determination".
8.1.3.2.3
Depreciación de la luminaria por polvo
La acumulación de polvo en la luminaria resulta una pérdida de la emisión de luz y en consecuencia una pérdida en el plano de trabajo. Esta pérdida es conocida como factor de depreciación de la luminaria por polvo (LDD) y se determina como a continuación se indica:
a)
La categoría de mantenimiento de la luminaria está dada por el Fabricante o usando los datos del manual IES.
b)
El ambiente (muy limpio, limpio, medio, sucio y muy sucio), se determina de acuerdo con el local en que vaya a operar la lámpara.
c)
Conociendo la categoría de mantenimiento de la luminaria, las condiciones de suciedad del local y el tiempo en meses del ciclo de limpieza, el factor LDD es encontrado en las curvas de la figura 11 por ejemplo: si la categoría es I, el ambiente es sucio y la limpieza se hace cada 20 meses, el factor LDD es de 0.80.
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38 de 51
8.1.3.2.4
Cálculo inexacto del factor de mantenimiento
Existe otra manera para calcular el factor de mantenimiento, pero esta es más inexacta. En general, en las informaciones proporcionadas por los Fabricantes se han sugerido tres condiciones principales para estimar el factor de mantenimiento, y las cuales se mencionan a continuación.
a)
Factor de mantenimiento Donde el ambiente es limpio, las unidades son limpiadas con frecuencia y los focos son remplazados por nuevos cuando han trabajado las horas recomendadas por el Fabricante. Este factor puede variar de 0.65 a 0.85, dependiendo de la unidad.
b)
Factor de mantenimiento mediano Donde el ambiente es menos limpio, las unidades se limpian esporádicamente y los focos se substituyen hasta que se funden. El factor varia de 0.5 a 0.7 aproximadamente.
c)
Factor de mantenimiento malo Donde el ambiente es sucio y el equipo casi no se cuida. Este factor varía de 0.4 a 0.65 dependiendo del tipo de unidad.
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8.1.4
Cálculo del número de lámparas y luminarias
El número de lámparas y l uminarias se calculan mediante las siguientes fórmulas: Número de lámparas = .
Nivel luminoso en luxes lúmenes de lámparas
X
Superficie a iluminar en m² Coeficiente de
X
Factor de Utilización
Mantenimiento Número de = Luminarias
8.1.5
Número de lámparas . lámparas por luminaria
Cálculo del espaciamiento máximo entre luminarias
Para conseguir una buena distribución de iluminación para un área, es deseable no excederse de ciertos límites de la relación entre la "separación entre puntos de luz o iluminarias" y la "altura de Montaje", para obtener este factor tenem os las siguientes fórmulas: Espaciamiento montaje máximo entre luminarias
8.1.6
Máxima relación =
de espacio por altura de montaje
Altura de x
sobre el plano de trabajo
Distribución de las unidades de alumbrado
La colocación de las luminarias depende de la arquitectura general y dimensiones del local, tipo de luminaria etc. Pero en general para obtener una distribución uniforme de las unidades consideramos el método mostrado en la fi gura 9. Finalmente, el calculo de la iluminación por el método de lumen, se puede hacer de una manera práctica para los locales interiores en cuestión tabulando los diferentes valores con el fin de facilitar los cálculos, ordenarlos y obtener los resultados de una forma breve. Para lo anterior se puede formar la tabla 9.
8.2
Método Punto por Punto
En este método se calcula la iluminación en algún punto particular de la superficie por iluminar sin considerar la iluminación en dicho punto producida por reflexiones. Este método se basa en la ley de la inversa de los cuadrados, esta ley esta basada en fuentes puntiformes; por lo tanto, cuando la fuente es grande y extensa, bien sea lineal o superficial el método de punto por punto no podrá emplearse, a no ser que la distancia entre estas fuentes y el punto a iluminar sea suficientemente grande con respecto al tamaño de la fuente. Esta distancia se puede considerar sin mucho error, como la mínima, cinco veces la mayor dimensión de la fuente. Teniendo en cuenta las condiciones anteriores y por medio de las curvas de distribución luminosa de la unidad de alumbrado seleccionada (proporcionada por los Fabricantes), se puede determinar la iluminación en luxes en cualquier punto m ediante las siguientes expresiones. Cuando la iluminación (E) es normal al rayo (ver la figura 12)
41 de 51
42 de 51 Intensidad luminosa Iluminación =
.; Resultado en cd/m² Distancia al cuadrado
E=
l D²
candelas m²
Cuando se calcula la iluminación en el plano horizontal (ver figura 12). Intensidad luminosa Iluminación =
. ; X cosø Resultado en cd/m² Distancia al cuadrado I
E=
.x cosø D²
Como COS.ø = H/D, también tenemos que: IXH IX cos,³ø E= . = . D³ H²
43 de 51 Cuando se calcula la iluminación en el plano vertical
Iluminación = Intensidad luminosa X Distancia al cuadrado
E=
sen. Ø ; Resultado en cd/m²
I . D² xSenØ
Como Sen.Ø = R/D, también tenemos que:
E=
IXR = D³
I XCos²Ø XSenØ H²
Normalmente se necesita conocer la iluminación en los planos vertical y horizontal, y como sería muy laborioso calcular cada punto, se han ideado Tablar que reducen el trabajo y se basan en valores unitarios de intensidad luminosa cubriendo varias alturas de montaje y distancias horizontales. Bastaría después multiplicar los valores de las tablas por el valor de la intensidad luminosa que se considera entre el valor de la intensidad unitaria de las Tablas. Obteniéndose la iluminación en el punto deseado.
8.3
Método de Lúmenes Promedio para el Cálculo de Proyectores
Cuando se trata de iluminar espacios en los que la instalación de los elementos luminosos resulta complicado como lo es en las grandes áreas exteriores en cuestión, en las cuales el número de soportes de los elementos luminosos a de ser limitado, se emplean por lo general proyectores ó reflectores. Un proyectos es un dispositivo susceptible de concentrar el flujo emitido por una fuente luminosa en un cono o en un espacio de abertura relativamente reducida. Comúnmente los proyectores empleados para este tipo de iluminación son de una potencia elevada y de una intensidad máxima (en candelas) en el eje óptico, lo que se puede ajustar en los ángulos de iluminación requerida, de acuerdo con su horizontal y vertical al plano de trabajo y al nivel de iluminación necesaria. Uno de los métodos para el diseño de alumbrado por medio de proyectores, es el de lúmenes promedio, el cual nos proporciona el nivel de iluminación promedio en todos los puntos del área que se ha de iluminar. Para utilizar este método en la resolución del diseño de alumbrado, deben tenerse en cuenta los siguientes puntos fundamentales:
8.3.1
Datos generales a)
Dimensiones del área Estos son datos físicos obtenidos de mediciones del área que se trata de iluminar o bien de planos largo y ancho.
b)
Nivel de iluminación El nivel de iluminación es una de las exigencias básicas de una iluminación adecuada, es decir, se requiere un nivel de iluminación suficiente para facilitar una tarea visual y llevar a buen termino de mejora correcta, rápida, segura y fácil. (ver la tabla 1)
44 de 51
8.3.2
Tipo de emplazamiento de los proyectores
Los proyectores se dividen en siete tipos según la apertura o dispersión del haz, que se define como el ángulo comprendido entre las dos direcciones en que la intensidad luminosa es el 10% de la máxima que existe cerca o en el centro mismo del haz. La eficiencia de un haz se define como la relación en tanto por ciento entre los lúmenes del haz y los lúmenes de la lámpara, siendo los lúmenes del haz los que están contenidos dentro de la apertura del haz. Aunque la elección de la apertura del haz para una aplicación determinada depende de las circunstancias particulares, deberán aplicarse los siguientes principios generales: a) Cuanto mayor sea la distancia desde el proyector al área que ha de ser iluminada, más estrecha debe ser la abertura del haz. b) Ya que la cantidad de luz en el borde del haz de un proyector es el diez por ciento de la que tiene en el centro. Por lo que para tener uniformidad, razonable de iluminación, los haces de los proyectores, han de sobreponerse uno sobre otro lo mejor posible en los bordes de la superficie que ha de ser iluminada. c) El porcentaje de lúmenes del haz que queda fuera del área a iluminar es generalmente inferior con unidades de haz estrecho que con las de haz ancho. Así los proyectores de haz estrecho son preferibles siempre que proporcionen el grado necesario de uniformidad y el adecuado nivel luminoso. d) El emplazamiento de los proyectores es determinado por el tipo de aplicación y por los alrededores, físicos. Generalmente en las subestaciones en cuestión, los proyectores se instalan en las estructuras a intervalos regulares para proporcionar una iluminación uniforme.
8.3.3
Datos de cálculo
8.3.3.1
Coeficiente de utilización del haz
La relación entre los lúmenes incidentes sobre la superficie a iluminar y los lúmenes del haz se llame coeficiente de utilización del haz C.B.U., ( Coefficent of Bean Utilization) El coeficiente de utilización del haz para cualquier proyector individual depende de su emplazamiento, del punto al que se enfoca y de la distribución de luz dentro del haz. En general puede decirse que el C.B.U. medio de todos los proyectores de una instalación debe estar comprendido entre 0.6 y 0.9. Si el número de lúmenes del haz utilizados fuese inferior al 60% es señal de que se puede encontrar un plan de alumbrado más económico con emplazamientos diferentes o utilizando proyectores de haz más estrecho. Por otro lado, si el C.B.U. es superior a 90%, es probable que el haz seleccionado sea demasiado estrecho y la iluminación resultante resulte muy concentrada. La determinación precisa del v alor del C.B.U. solo es posible después de haber seleccionado los puntos a los que ha de dirigirse la luz. Sin embargo se puede estimar un C.B.U. por experiencia o haciendo el calculo para diversos puntos posibles de visión y tomando el valor promedio así obtenido.
Para hacer dichos cálculos, la zona iluminada, por ejemplo la mostrada en la figura 13, se superpone en la cuadricula fotométrica del proyector seleccionado (por ejemplo, ver la figura 14), para ellos se sigue el procedimiento que a continuación se describe.
45 de 51
8.3.3.1.1
Primer paso
El ángulo Ø para el punto F, es decir, el formado por GEF, será: ØF = arc tg
8.3.3.1.2
X . Y3
Segundo paso
Los ángulos Ø para los puntos Q, P y R se consideran como sigue:
8.3.3.1.3
Punto
Q; ØQ
= ØF 4
(ángulo G E Q)
Punto
P; Øp = ØF 2
Punto
R; ØR = 3ØR (ángulo G E R) 4
(ángulo G E P)
Tercer paso
Se consideran a las líneas TU y FG, como los ejes neutros de la cuadrícula fotométrica del proyector seleccionado.
8.3.3.1.4
Cuarto paso
Las ordenadas (en grados) de la cuadrícula fotométrica para los diferentes puntos del área a iluminar serán:
Ø (Ordenada) = (del punto en cuestión) - Øp
46 de 51
Si la ordenada (en grados) es negativa, esto indica que la dirección en que se trazará en la cuadrícula fotométrica, será del eje neutro horizontal hacia abajo. Si la ordenada es positiva se trazará en forma inversa.
8.3.2.1.5
Quinto paso
Las abscisas (en grados) de la cuadrícula fotométrica para los diferentes puntos del área a iluminar serán:
à (Abscisas)
=
Arc tg
Y (del punto en cuestión)
Cos. í (del punto en cuestión) Y3
Si la abscisa (en grados) es negativa, esto indica que la dirección en que se trazará en la cuadrícula fotométrica, será del eje neutro vertical hacia el lado izquierdo. Si la abscisa es positiva se trazará en forma inversa.
Con objeto de simplificar los cálculos y hacerlos de una manera más breve y rápida, es conveniente tabular los datos y los valores calculados en una tabla como la que se representa en la tabla 10. Una vez superpuesta el área a iluminar en la cuadrícula fotométrica, se procede a determinar el número de lúmenes comprendidos en esta área.
47 de 51
Tabla 10 - Tabla de datos y valores calculados para la selección y aplicación de proyectores en la iluminación de grandes áreas. Punto
Ordenada (grados) Dirección
Angulos verticales Ang. Ø Cos. Ø (grados)
Y1 o Y2 (metros)
Y3 (metros)
Angulos Horizontales Abscisa Tang. E (grados)
48 de 51 Finalmente, con el dato calculado anteriormente, se puede determinar la relación entre los lúmenes comprendidos en el área a iluminar y los lúmenes totales del haz (este último, es un dato proporcionado por el Fabricante), obteniendo así el C.B.U. del proyector seleccionado.
8.3.3.2
Factor de mantenimiento
La eficacia del alumbrado resulta gravemente perjudicada por la degradación de las lámparas y por la suciedad sobre las superficies reflectores y transmisores del equipo. Para compensar la disminución gradual de la iluminación en una área alumbrada por proyectores, se ha de aplicar en los cálculos un factor de m antenimiento que tenga en cuenta lo siguiente:
8.3.3.2.1
Pérdidas de emisión luminosa debido a la suciedad depositada sobre la lámpara, reflector y tapa de vidrio. Bajo condiciones análogas, los proyectores cerrados presentan una mejor conservación de la eficiencia que los abiertos, ya que la cubierta de vidrio protege al reflector y a la lámpara de la acumulación de polvo.
8.3.3.2.2
Pérdidas de la emisión luminosa de la lámpara a lo largo de su vida. Debido a que una parte de luz debe pasar a través del bulbo más de una vez antes de abandonar finalmente el proyector, el ennegrecimiento del bulbo también reduce su eficacia. Los factores de mantenimiento más utilizados han sido los siguientes: Proyectores cerrados......................0.70 Proyectores abiertos.......................0.60
8.3.4
Cálculo del número de proyectores
El número de proyectores se calcula mediante la siguiente expresión. Número de = Proyectores
Area a Iluminar, Lúmenes de haz
Nivel de Iluminación Coeficiente X de utilización del haz.
X
. Factor X de Mantenimiento
Tras haber realizado el cálculo anterior, es conveniente verificar la uniformidad de la iluminación mediante el cálculo de la intensidad luminosa en unos cuantos puntos. Esto puede hacerse por el método "Punto Por Punto", usando una curva de distribución luminosa o un diagrama isocandela. Si se comprueba que la uniformidad no es satisfactoria, puede que sea preciso instalar más proyectores.
9
FUENTE DE ALIMENTACION
El sistema de alumbrado de la Central Hidroeléctrica en cuestión, es uno de los servicios propios con que invariablemente debe contar, de tal manera que las fuentes de alimentación de energía eléctrica que tengan los servicios propios, serán también las del sistema de alum brado. En la mayoría de las Centrales Hidroeléctricas se tienen dos o más fuentes de energía para alimentar los servici os propios y asegurar así una continuidad de estos servicios.
49 de 51 Además, se tiene que considerar que para la alimentación del alumbrado debe haber dos fuentes, una para el sistema de alumbrado normal (invariablemente de corriente alterna), y otra para el sistema de alumbrado de emergencia (generalm ente de corriente continua).
9.1
Tensiones Nominales y Rango de Tensiones de los Sistemas para la Alimentación de los Equipos de Alumbrado a)
Sistemas de corriente alterna El Fabricante debe considerar un sistema con una tensión nominal de 240/139 VCA, 60 Hz, para la alimentación de l os Sistemas de Alumbrado. Los equipos proporcionados, deben operar correctamente y sin deterioro en la vida normal de los mismos, entre los límites máximo y mínimo indicados para las tensiones de utilización esto es: Indicadas en la tabla 4 de la especificación CFE L0000-12. -
tensión máxima
254 VCA
-
tensión mínima cuando se tiene cargas de alumbrado
212 VCA
Los valores anteriores corresponden a un sistema trifásico de 3 fases 4 hilos. La variación de la frecuencia debe ser de 60 H2 ± 5%
b)
Sistema de corriente directa El Fabricante debe considerar un sistema con una tensión nominal de 250 VCD para la alimentación de los equipos de control. Los equipos proporcionados deben operar correctamente y sin deterioro en la vida normal de los mismos entre los límites de tensión máximo y mínimo indicados a continuación: -
tensión máxima
280 VCD
-
tensión mínima
200 VCD
El Proveedor debe indicar en la oferta, las tensiones nominales de los equipos y aparatos eléctricos de su suministro.
10
GENERALIDADES
Una parte de la iluminación en el plano de trabajo es suministrada por la luz que ha sido reflejada una o v arias veces en techos, paredes y pisos. Los valores de reflectancia deben coordinarse con el arquitecto asignado al proyecto antes de iniciar los cálculos de iluminación, los valores de reflectancias de techo, piso y paredes, deben ser las reflectancias mantenidas previstas.
50 de 51
10.1
Circuitos y Protección Contra Sobrecorriente a)
Se considera la conexión de los luminarios en circuitos alternos de tal forma que la falla de un circuito no cause el oscurecimiento completo del área.
b)
Los conductores serán seleccionados por los encargados del diseño eléctrico, teniendo la precaución de especificar el conductor apropiado a las condiciones y tipo de instalación requerida.
c)
Para el cálculo y sección de alimentadores, se deberá considerar una caída de tensión máxima total del 5% desde el transformador al circuito (carga) derivado más alejado, repartiéndose como sigue: 2% para el alimentador principal y 3% para el derivado
10.2
d)
Los cálculos de capacidad de t ableros, conductores e interruptores de circuito y de sus clasificaciones se basarán en cargas continuas (125% de la carga conectada) para los circuitos tanto alimentador principal como derivados.
e)
Se instalarán interruptores locales en algunas áreas aunque no se usen continuamente, por ejemplo, salas de conferencias, privados, etc.
f)
En caso de tener un sistema de alimentación a 127V. Se podrá alambrar 3 fases con 1 neutro. Tomando en consideración que los circuitos considerados para las fases estén balanceados.
Tableros a)
Los interruptores de circuito en los tableros de alumbrado tendrán capacidad interruptiva suficiente para la corriente de corto circuito disponible más elevada en el sitio del tablero dentro del sistema de distribución.
b)
Cuando tengamos considerado un sistema de alumbrado por nivel (ejem. casa de máquinas) tendremos un tablero de alumbrado por nivel sin interruptor general, concentrando por esta razón, en el nivel 0.00 o el de mayor facilidad de acceso, un tablero que contenga los interruptores generales de todos los niveles.
c)
En el caso en que el tablero de distribución sea controlado por celdas foto-eléctricas o relojes se consideran tableros independientes para alumbrado y contactos, haciendo la misma consideración en el caso de emplear sistemas de alumbrado combinados.
d)
Se preveerá un mínimo del 20% de reservas o espacios en todos los tableros al terminarse el diseño.
e)
El alimentador principal al tablero de distribución de alumbrado debe dimensionarse sobre la base de la máxima carga contenida, incluyendo reservas y espacios.
f)
Todos los tableros de distribución de alumbrado deberán estar representados en el plano uni-
