Unidad
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Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luor luoresc escent entee En esta unidad aprenderemos a:
• Instaar Instaar e aumbrado idóneo dependiendo de os usos de as distintas estancias de a instaación. • Reaizar e cácuo necesario para a coocación de uminarias. • Vericar Vericar e correcto funcionamiento de toda a instaación.
Y estudiaremos:
• Luminotecnia. • Lámparas de incandescencia. • Lámparas de descarga. • Lámparas luorescentes. • Dispositivos Dispositivos para e contro de aumbrado.
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Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
1. Introducción
mm 1013 1011 109 10 7 10 5 10 3 10 10-1 10-3
Es necesario estudiar os conceptos básicos de a uminotecnia para conocer y entender os fenómenos que trata y apicaros en os eementos de aumbrado que iremos estudiando. Difícimente seremos capaces de anaizar un dispositivo de aumbrado y sus eementos auxiiares, para su montaje o reparación, si no tenemos os conocimientos básicos sobre su funcionamiento y sus posibes montajes. Tampoco Tampoco sacaremos e rendimiento adecuado a una instaación de aumbrado si no conocemos os fundamentos básicos sobre uminotecnia, para apicaros a os variados sistemas de aumbrado actuaes. Longitud de onda y radiación Es sobradamente conocida a diferencia que hay entre un ambiente iuminado y otro oscuro. Cuando un observador se encuentra en un LW ambiente iuminado, percibe sensaciones que e permiten distinguir y MW reconocer os objetos que e rodean, mientras que en un ambiente osKW curo dejan de producirse dichas sensaciones. Más de a mitad de as UKW informaciones sensoriaes recibidas por e hombre son de tipo visua, TV es decir, tienen como origen primario a acción de a uz. E hombre ha empeado diversos métodos para iuminarse: hogueras, Radar antorchas, ámparas de aceite, ámparas de carburo, veas de cera, IR etcétera. Cuando, en 1879, Thomas Ava Edison inventa a ámpara Luz visible eéctrica, se superaron todas as formas de aumbrado articia exisUV tentes hasta a fecha. Rayos X En a actuaidad, as ámparas han evoucionado tanto que existe un Gamma diseño para cada tipo de apicación.
10-5 10-7
Naturaleza de la luz
Radiación espacial
La energía se propaga a través de espacio mediante radiaciones eectromagnéticas de distintas ongitudes de ondas. Estas radiaciones se caracterizan por su capacidad de propagación por cuaquier medio, sobre todo en e vacío, a una veocidad aproximada de 300 000 km/s. E conjunto de estas radiaciones forma e amado espectro electromagnético (véase a Figura 8.1).
10-9 10-11 10-13
Fig. 8.1. Espectro electromagnético.
Se dene como luz a parte de espectro que e ojo humano es capaz de percibir percibir,, ya que produce sensaciones visuaes cuando incide sobre a retina de ojo. Longitud de onda de los colores que percibe el ojo Color
Longitud de onda (nm)
Vioeta
380-436
Azu
436-495
Verde
495-566
Amario
566-589
Naranja
589-627
Rojo
627-780
Tabla 8.1. Longitud de onda visible por el ojo humano. 176
Esta zona de espectro es a comprendida entre radiaciones cuyas ongitudes de onda vaen 380 y 780 nm (nanómet (nanómetros), ros), es decir decir,, entre a franja utravioeta (donde e cuerpo humano percibe e efecto bronceador bronceador de os rayos soares) e infrarroja (radiacioness que se perciben en forma de caor). (radiacione La máxima sensibiidad de ojo humano será para una radiación cuya ongitud de onda tenga 555 nm. En dicha zona se encuentra toda a gama de coores que puede percibir e ojo humano. En a Taba 8.1 se muestran as ongitudes de onda de os distintos coores.
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Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
1. Introducción
mm 1013 1011 109 10 7 10 5 10 3 10 10-1 10-3
Es necesario estudiar os conceptos básicos de a uminotecnia para conocer y entender os fenómenos que trata y apicaros en os eementos de aumbrado que iremos estudiando. Difícimente seremos capaces de anaizar un dispositivo de aumbrado y sus eementos auxiiares, para su montaje o reparación, si no tenemos os conocimientos básicos sobre su funcionamiento y sus posibes montajes. Tampoco Tampoco sacaremos e rendimiento adecuado a una instaación de aumbrado si no conocemos os fundamentos básicos sobre uminotecnia, para apicaros a os variados sistemas de aumbrado actuaes. Longitud de onda y radiación Es sobradamente conocida a diferencia que hay entre un ambiente iuminado y otro oscuro. Cuando un observador se encuentra en un LW ambiente iuminado, percibe sensaciones que e permiten distinguir y MW reconocer os objetos que e rodean, mientras que en un ambiente osKW curo dejan de producirse dichas sensaciones. Más de a mitad de as UKW informaciones sensoriaes recibidas por e hombre son de tipo visua, TV es decir, tienen como origen primario a acción de a uz. E hombre ha empeado diversos métodos para iuminarse: hogueras, Radar antorchas, ámparas de aceite, ámparas de carburo, veas de cera, IR etcétera. Cuando, en 1879, Thomas Ava Edison inventa a ámpara Luz visible eéctrica, se superaron todas as formas de aumbrado articia exisUV tentes hasta a fecha. Rayos X En a actuaidad, as ámparas han evoucionado tanto que existe un Gamma diseño para cada tipo de apicación.
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Naturaleza de la luz
Radiación espacial
La energía se propaga a través de espacio mediante radiaciones eectromagnéticas de distintas ongitudes de ondas. Estas radiaciones se caracterizan por su capacidad de propagación por cuaquier medio, sobre todo en e vacío, a una veocidad aproximada de 300 000 km/s. E conjunto de estas radiaciones forma e amado espectro electromagnético (véase a Figura 8.1).
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Fig. 8.1. Espectro electromagnético.
Se dene como luz a parte de espectro que e ojo humano es capaz de percibir percibir,, ya que produce sensaciones visuaes cuando incide sobre a retina de ojo. Longitud de onda de los colores que percibe el ojo Color
Longitud de onda (nm)
Vioeta
380-436
Azu
436-495
Verde
495-566
Amario
566-589
Naranja
589-627
Rojo
627-780
Tabla 8.1. Longitud de onda visible por el ojo humano. 176
Esta zona de espectro es a comprendida entre radiaciones cuyas ongitudes de onda vaen 380 y 780 nm (nanómet (nanómetros), ros), es decir decir,, entre a franja utravioeta (donde e cuerpo humano percibe e efecto bronceador bronceador de os rayos soares) e infrarroja (radiacioness que se perciben en forma de caor). (radiacione La máxima sensibiidad de ojo humano será para una radiación cuya ongitud de onda tenga 555 nm. En dicha zona se encuentra toda a gama de coores que puede percibir e ojo humano. En a Taba 8.1 se muestran as ongitudes de onda de os distintos coores.
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Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
2. Luminotecnia La luminotecnia es a ciencia que estudia as formas de producción de uz, así como su contro y apicación apicación..
A. Magnitudes fundamentales
Importante Los datos que se recogen en as tabas sobre as diferentes ámparas son siempre valores orientativos. Por o tanto, en cada caso deberemos consutar os catáogos de os fabricantes de ámparas eéctricas.
Para que exista iuminación, es preciso contar con una fuente productora de uz, un objeto que iuminar y un observador. Será necesario conocer y denir as magnitudes siguientes: • Fujo uminoso. • Rendimiento uminoso. Flujo luminoso emitido por algunas lámparas • Intensidad uminosa. Tipo de lámpara Potencia (W) Flujo luminoso (Lm) • Nive de iuminación o iuminancia. • Luminancia. Incandescente 100 1 380
Flujo luminoso (lumen) Es a cantidad tota de uz radiada o emitida por una fuente uminosa en todas as direcciones durante un segundo. Se representa por a etra griega (Φ). Su unidad es e lumen (Lm). E lujo uminoso también puede denirse como potencia luminosa. En a Taba 8.2 podemos ver os vaores de lujo uminoso emitido por determinadas ámparas.
Rendimiento luminoso (lumen/vatio)
Fuorescente de uz día
36
3 250
Fuorescente de banco cáido
36
3 350
Mercurio a ata presión
250
13 000
Mercurio a ata presión
400
22 000
Luz mezca
250
5 600
Sodio a baja presión
35
4 800
Sodio a ata presión
250
25 000
Sodio a ata presión
400
47 000
250
17 000
400
31 000
Cuando encendemos una ámpara, no toda a energía trans- Haogenuros metáicos formada es aprovechada para a producción de uz visibe, Haogenuros metáicos ya que gran parte se pierde en caor y en radiaciones no visibes. Si partimos de a base de que a ámpara está con- Tabla 8.2. Flujo luminoso. sumiendo una energía para producir un lujo uminoso:
Rendimiento luminoso de algunas lámparas
Se denominará rendimiento o ecacia luminosa a lujo que emite una fuente uminosa (una ámpara en e caso que nos ocupa) por p or cada unidad de potencia eéctrica consumida para su obtención. E rendimiento se representa por a etra griega eta (η) y su unidad es e lumen/vatio (Lm/W). La expresión de rendimiento uminoso viene dado por a fórmua: Siendo: η=
Φ P
η
Rendimiento uminoso en Lm/W
Φ
Fujo uminoso en úmenes
P Potencia eéctrica de ámpara en vatios
Potencia (W)
Rendimiento luminoso (Lm/W)
100
13,8
Fuorescente de uz día
36
98
Fuorescente de banco cáido
36
93
Mercurio a ata presión
250
52
Mercurio a ata presión
400
58
Luz mezca
250
22
Sodio a baja presión
35
137
Sodio a ata presión
250
100
400
118
250
68
400
78
Tipo de lámpara
Incandescente
Hipotéticamente, e máximo rendimiento se produciría en Sodio a ata presión una ámpara que no tuviese ningún tipo de pérdida, que Haogenuros metáicos emitiese todas sus radiaciones con una ongitud de onda de 555 nm. Su vaor sería de 680 Lm/W. Sin embargo, os Haogenuros metáicos rendimientos de as ámparas actuaes están por debajo de Tabla 8.3. Rendimiento luminoso. estos vaores, como se ve en a Taba 8.3.
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Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
Intensidad luminosa (candela) S = 1 m
ω
m 1 =
r
Fig. 8.2. Ángulo sólido. Niveles de iluminación Equipo y actividad
La intensidad luminosa es a cantidad de uz emitida o radiada por una fuente uminosa durante un segundo, en una dirección dada y para un ánguo sóido de vaor un estereorradián (Sr). Se representa por a etra I. Su unidad es a candela (Cd). Un ánguo sóido se dene por e voumen formado por a super cie atera de un cono cuyo vértice coincide con e centro de una esfera de radio r y cuya base se encuentra situada sobre a supercie de a esfera (véase a Figura 8.2). Si e radio r vae 1 m y a supercie S de a base de cono es de 1 m2, e ánguo sóido vae un estereorradián (1 Sr). Lux La intensidad uminosa de una fuente se cacua mediante a expresión:
Colegios
Pasios, vestíbuos, aseos Auas y bibiotecas Auas de dibujo Competiciones deportivas Tenis Baoncesto Fútbo saa Hospitales Pasios durante e día Pasios durante a noche Habitación, iuminación genera Sala de operaciones y autopsias: Iuminación genera Puesto de trabajo Quirófano Zona adyacente a quirófano Locales de venta y exposición Amacenaje y expedición Comercio y saas de exposición Pabeones de ferias Escaparates Puestos de trabajos varios Mecánica en genera Montajes eéctricos de precisión Montajes de piezas de miniatura Trabajo en máquinas de carpintería Tabla 8.4. Niveles de iluminación. 178
I = Φ
200 750 1 000
1Cd
1Lm =
ω
Siendo: 300 500 300
1Sr
I
Intensidad uminosa en a dirección considerada, en Cd
Φ
Fujo uminoso dentro de ánguo sóido, en Lm
ω
Vaor de ánguo sóido, en Sr
La intensidad uminosa no se distribuye por igua en e espacio debido a que a forma de as ampoas de as ámparas, os casquios, etc., inluyen 250 en eo. Por este motivo, para haar a distribución de uz emitida por una 40 fuente uminosa podemos representar grácamente dicha distribución me150 diante as curvas fotométricas. Estas curvas se obtienen en e aboratorio y sus características dependen de tipo de ámpara. 1 000 Más de 5 000 20 000 100 000 10 000 250 500 500 Más de 1 000
Nivel de iluminación o iluminancia (lux) E nivel de iluminación es a cantidad de uz que incide sobre a unidad de supercie. La Taba 8.4 muestra os vaores que determinan as Normas de Eectrotecnia y Tecnoógicas de a Edicación para os nivees de iuminación mínimos de determinados ocaes según qué actividad desarroen. Se representa por a etra E. Su unidad es e lux (x), que equivae a a iuminación de una supercie de 1 m 2 cuando incide sobre ea un lujo uminoso, uniformemente repartido, de 1 Lm. E uxómetro es e aparato que usamos para medir e nive de iuminación, que se cacua mediante a expresión: E =
500 1 500 2 000 500
Siendo:
Φ
1lx
S
E Nive medio de iuminación, en x Φ
Fujo uminoso, en Lm
S Supercie a iuminar, en m2
1Lm =
1m2
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Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
Ley inversa del cuadrado de la distancia Cuando tenemos una supercie perpendicuar a a dirección de haz uminoso producido por una fuente uminosa, se demuestra a siguiente ey: E nivel de iluminación de a supercie es menor según se aeja de foco uminoso, de forma que e nive de iuminación en dicha supercie es directamente proporciona a a intensidad uminosa de foco e inversamente proporciona a cuadrado de a distancia que o separa de este.
1m
1m
1m A3 = 9A1 E P =
A2 = 4A1
I d
2
A1 Fuente P I
P
P
72 lx 18 lx 8 lx
d=1m
Se puede comprobar mediante a expresión: Siendo:
E p =
I p d 2
E p
Nive de iuminación en e punto P, en x
I p
Intensidad uminosa en a dirección de a fuente a punto P, en Cd
d
Distancia entre a fuente y e punto P, en m
d=2m Plano a
d=3m
iluminar
Fig. 8.3. Ley inversa del cuadrado de la distancia.
En a Figura 8.3 podemos apreciar o expuesto, considerando que a fuente produce una intensidad uminosa de 72 Cd en dirección a punto P.
Ley del coseno Cuando a supercie a iuminar no es perpendicuar a as radiaciones uminosas, a expresión anterior hay que mutipicara por e coseno de ánguo β, que forma e pano iuminado con a dirección de as radiaciones uminosas. Por o tanto, queda como sigue: E p =
I p cos β d 2
Luminancia (Cd/m2) Es a magnitud que mide e brio de os objetos iuminados o fuentes de uz, ta como son observados por e ojo humano. En reaidad se trata de a verdadera medida de a sensación de iuminación de un objeto. Si tenemos dos objetos iguamente iuminados, veremos con mayor caridad e que mayor uminancia tenga. La luminancia es a intensidad uminosa por unidad de supercie aparente de una fuente de uz primaria o secundaria (a que emite uz o a que a releja). Se representa por a etra L. Su unidad es a candela/m2 (Cd/m2) y un submútipo, a candela/cm2 (Cd/cm2). La uminancia viene dada por a expresión: Siendo:
L=
I S ⋅ cos β
L
Luminancia, en Cd/m2
I
Intensidad uminosa, en Cd
S Supercie rea iuminada, en m2 β
Ánguo que forma e pano norma iuminado, con a proyección visua de observador
En a Taba 8.5 podemos ver os nivees de uminancia de agunas fuentes uminosas.
Actividades 1. Disponemos de un foco uminoso que emite una intensidad uminosa de 1 000 Cd hacia una superficie perpendicuar a este. Cacua e nive de iuminación que tendrá a superficie en os siguientes casos: a) Superficie situada a 3 m de foco. b) Superficie situada a 5 m. c) Superficie situada a 5 m y con un ánguo de incinación de 60º respecto a haz uminoso. 179
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Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
B. El color y la luz
Luminancia de diferentes fuentes de luz Fuente de luz
Luminancia (Cd/cm2)
So
150 000
Lámpara de sodio a ata presión
500
Pape banco iuminado con 1 000 x
250
Lámpara incandescente cara
100 a 200
Lámpara incandescente mate
5 a 50
Lámpara incandescente opa
1a5
Lámpara de haogenuros metáicos
78
Lámpara de vapor de mercurio
11
Lámpara luorescente
0,75
Luna
0,25
Cieo despejado (estreas)
Temperatura de color
0,3 a 0,5
Tabla 8.5. Luminancia o brillo. Temperatura de color de diferentes lámparas Tipo de lámpara
K
o
Incandescente
2 100 a 3 200
Fuorescente de uz día
6 000
Fuorescente de banco cáido
3 000
Mercurio a ata presión
3 500
Luz mezca
3 600
Sodio a baja presión
1 800
Sodio a ata presión
2 000
Haogenuros metáicos
10 000 a 30 000
Tabla 8.6. Temperatura de color.
Temperaturas de coor inferiores a 3 300 ºK dan una apariencia de coor cáido, mientras que por encima de 5 000 ºK, se produce una sensación de uz fría. En a Taba 8.6 mostramos a temperatura de coor de varias fuentes uminosas.
Índice de reproducción cromática (Ra)
Índice de reproducción cromática Grado
Índice (Ra)
Nivel de reproducción
1A
90 a 100
Exceente
1B
80 a 89
Muy bueno
2A
70 a 79
Bueno
2B
60 a 69
Moderado
3
40 a 59
Reguar
4
Inferior a 40
Bajo
Tabla 8.7. Índice de reproducción cromática. 180
Una forma de describir una fuente uminosa es indicar qué temperatura de coor tiene. Así, por ejempo, si indicamos que cierta ámpara tiene una temperatura de coor de 5 000 ºK, queremos decir que emite e mismo tono de uz que emitiría un cuerpo negro caentado a esa temperatura. Como se ve, se expresa en grados Kevin (ºK) y da información sobre as tonaidades de a uz. Si nos jamos en a propia naturaeza, a uz diurna pasa por una gama innita de tonaidades a o argo de día: os fríos rayos uminosos de amanecer, a uz briante de mediodía, e cáido respandor de a puesta de so, etc. Podemos entender por temperatura de color, a apariencia de coor de a propia uz.
3 000 a 6 000
Cieo azu
E coor no es una cuaidad de os cuerpos, ya que no se genera en eos como ta, sino que es una interpretación que e cerebro reaiza de as radiaciones eectromagnéticas que e ojo es capaz de percibir. Los cuerpos no generan radiaciones eectromagnéticas, sino que relejan, transmiten o absorben parte o todas as que inciden sobre eos. Por ejempo: si un cuerpo absorbe todas as radiaciones, excepto as correspondientes a coor verde, que son relejadas, o veremos de coor verde. Si releja todas as radiaciones que inciden sobre é, se verá de coor banco. Y si, por e contrario, as absorbe todas, se verá de coor negro.
E índice de reproducción cromática es a capacidad que presenta una fuente uminosa de permitir una buena apreciación de os coores sobre e objeto iuminado. Se representa por Ra. Cuanto más uniforme y competa sea a composición espectra de a radiación de un iuminante, mejor quedarán reproducidos os coores. Un objeto iuminado por dos ámparas de coor e iuminación simiares puede presentar aspectos distintos si estas tienen un índice de reproducción cromática distinto. Su vaor se expresa en porcentaje y, para cacuaro, se toma como referencia e cuerpo negro, que tiene una radiación competa en todo e espectro visibe, a que se asigna un vaor de 100. E resto de vaores se deducen por comparación con este. En a Taba 8.7 vemos os índices de rendimiento cromático divididos en seis grupos. La caidad de a fuente uminosa dependerá de grado que esta tenga.
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Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
C. Posición de funcionamiento de las lámparas Agunas cases de ámparas soo rinden adecuadamente en una posición determinada. En a Figura 8.4 se muestra a representación gráca y a designación de agunas de as más usuaes. Como se ve, mediante un círcuo se indica a posición de funcionamiento. La parte sombreada corresponde a a zona no admisibe para posicionar a ámpara, mientras queda en banco a que resuta admisibe. Los números que acompañan a as etras indican e ánguo en que se puede mover e eje de a ámpara.
Posición de funcionamiento
Permitido S
°
S
S H
S
15
30
S
45
S
H
45
H
P
20
90
S
105
120
H
135
1 3 5
H
105
S
S
120
135
= de pie (base abajo)
45
H
H
15
30
H
= colgado (base arriba)
°
5 0 1
° 4 5
SE 90 9
SE 90 SE 30
0
°
SE =
–90 + 45
9 0
inclinación un solo lado (base abajo) P 20 2 0
°
Los sistemas de generación de uz por medio de energía eéctrica son dos: • Termorradiación: se basa en a radiación de uz y caor por parte de un cuerpo caiente. A este sistema pertenece e aumbrado incandescente. • Luminiscencia: se basa en una descarga eéctrica en un recinto cerrado en e que se encuentra un gas y en e que se produce una radiación. A este sistema pertenece e aumbrado luorescente y de descarga en gas. En a Figura 8.5 se aprecian os diferentes sistemas de generación de uz.
No permitido
135 °
P
D. Sistemas de generación de luz
S
45 4 5
P
–90 + 45
P
4
°
4 5
°
°
0 2
P
= horizontal
posición universal
Fig. 8.4. Representación gráca de la posición de funcionamiento de las lámparas.
Fuentes de luz Un aparato receptor es e que utiizamos en una instaación para transformar a energía eéctrica en energía de otro tipo. En e caso que nos atañe, as fuentes de uz a transforman en energía uminosa. En esta unidad reaizamos un estudio de as ámparas más signicativas de cada sistema de aumbrado, distinguiendo dos grandes grupos: • Aumbrado incandescente. • Aumbrado de descarga en gas, correspondiente a aumbrado luorescente.
Luminiscencia
Termorradiación
Incandescencia
Fluorescencia Descarga en gas
Estándar
Halogenadas Mezcla Sodio V. mercuri o Fluorescencia corregido Con reflector V. mercuri o
Fig. 8.5. Sistemas de generación de luz.
Caso práctico 1 Representa en una taba os aspectos más signicativos de Solución: as magnitudes fundamentaes de uminotecnia. Magnitud
Fórmula
Unidad
Φ
Lumen (Lm)
Rendimiento
η = Φ/P
Lumen/vatio (Lm/W)
Intensidad
I = Φ/ω
Candea
Iuminancia
E = Φ/S
Lumen/m2 (x)
Luminancia
L = I /S
Candea/m2 (Cd/m2 )
Fujo uminoso
Denición rápida
(Cd)
Cantidad de uz emitida por una fuente en todas direcciones Fujo que emite una fuente por cada vatio consumido Cantidad de uz emitida por una fuente en una dirección dada Cantidad de uz que incide sobre a unidad de supercie Intensidad uminosa por unidad de supercie aparente de una fuente que emite uz o que a releja, captada por e ojo humano 181
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Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
3. Lámparas de incandescencia La constitución y e funcionamiento de a ámpara incandescente estándar se estudió en a Unidad 4, dentro de Apartado 2. En esta unidad veremos otros tipos de ámparas incandescentes.
Tipos de lámparas incandescentes Podemos dividiras en tres grandes grupos: • Incandescentes que no utiizan gases haógenos. • Incandescentes que utiizan gases haógenos. • Incandescentes especiaes.
A. Incandescentes que no utilizan gases halógenos Fig. 8.6. Lámpara incandescente estándar.
Entre as incandescentes que no utiizan gases haógenos, podemos destacar:
Lámpara estándar Es a de uso más extendido. Su ampoa tiene a forma ovaada cásica y se fabrica en diferentes tipos: cara, mate, cooreada, etc. Su apicación está destinada a a iuminación doméstica y comercia (véase a Figura 8.6). Se fabrican para vaores de potencia que oscian entre 25 y 200 W, con casquio E27, y de 300 W con casquio E40.
Lámpara de vela
Fig. 8.7. Lámpara incandescente de vela.
Su ampoa tiene forma de vea. Las hay de diferentes coores y se fabrican de os tipos iso y rizado. Su apicación está destinada a a iuminación decorativa, doméstica o comercia. Se fabrican para vaores de potencia que oscian entre 25 y 60 W, con casquio E14 (véase a Figura 8.7).
Lámpara de globo Su ampoa tiene forma de gobo redondo de gran tamaño. Se fabrican de diferentes diámetros y su apicación está destinada a iuminación decorativa doméstica o comercia y en aparatos abiertos de techo. Se fabrican para vaores de potencia que oscian entre 60 y 100 W, con casquio E27 (véase a Figura 8.8).
Lámpara reectora
Fig. 8.8. Lámpara incandescente de globo. 182
Este tipo de ámpara varía en a forma de a ampoa y en que incorpora un relector para controar a dirección de lujo uminoso. E relector suee consistir en un baño de auminio apicado en una de as partes de interior de a ampoa y adopta diferentes formas según a utiidad que se requiera. Se fabrican de diferentes tamaños y coores. Su apicación está destinada principamente a a iuminación comercia, sobre todo en comercios de tejidos, pinturas o aimentación. Las de coores se utiizan para a iuminación de bares, saas de baie, exposiciones, escaparates, etc.
Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
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Se fabrican para potencias que oscian entre 25 y 150 W, con casquios E14 y E27 y 300 W con casquios Gx16d. También se utiizan en iuminación de piscinas. En este caso, son de bajo votaje (12 V) y van aimentadas mediante un transformador. Sueen ser de 300 W de potencia y e casquio incorpora terminaes con tornios. En a Figura 8.9 se representa una ámpara incandescente relectora. En a Figura 8.10 se representan varios tipos de casquios para as ámparas incandescentes. E40/GES
E27/ES
E14/SES
5 , 0
± 0 , 5 4
B22d-3
5 , 0
5 , 0
5 , 0
±
± 5 , 5 2
5 , 5 2
0 , 7 2
27,0 ± 0,5
39 máx.
B22d/BC
5 , 0
±
17,3 ± 0,1
± 5 , 5 2
26,3 ± 0,25
26,3 ± 0,5
Fig. 8.9. Lámpara incandescente reectora.
B15d/SBC
S15
S15s . n í m 2 1
1
±
5 1
4 2
15
BY22d
S19 . n í m 8 1
15,25 máx.
17,0 ± 0,1
BA15d
S19s
0 2
19
19,2 máx.
Gx16d
S14s
5 7 , 2
0 9 1
4 1
2 1
16
75
26
0 9
22 máx.
Fig. 8.10. Casquillos de lámparas incandescentes.
Características de las lámparas incandescentes • Por o genera, su rendimiento uminoso es muy bajo, de orden de 10 a 20 Lm/W. • La temperatura de coor es de 2 700 ºK. • E rendimiento cromático es de 100 %. • La duración es de unas 1 000 h, excepto as de relector de vidrio prensado, que es de unas 2 000 h. • La posición de funcionamiento es universa. • No precisan ningún equipo auxiiar para su encendido. Su utiización se imita a aumbrado genera y a ocaizado de interiores (viviendas, ocinas, comercios, etc.) siempre que a atura de su instaación no sea muy eevada. La Unión Europea ha aprobado un caendario vigente a partir de septiembre de 2009 para a supresión progresiva de as ámparas incandescentes y su sustitución por os nuevos modeos de bajo consumo, entre eos os diodos emisores de uz (LED). De esta manera se uchará contra e cambio cimático, ahorrando energía y reduciendo as emisiónes de CO2.
We b @ Para ampiar tus conocimientos sobre os efectos que as ámparas de incandescencia producen en e medio ambiente, puedes visitar as siguientes páginas Web: http://www.greenpeace.org http://www.wwf.es http://www.ambilamp.es 183
8
Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
B. Incandescentes que utilizan gases halógenos (halógenas) Este grupo, conocido como halógenas, es e que utiiza gases haógenos de reeno (normamente yodo), que disminuyen e fenómeno de evaporización de amento, ya que e gas haógeno hace que as partícuas evaporizadas de woframio o tungsteno vuevan a depositarse sobre e amento de nuevo. De esta forma, conseguimos aargar a vida de as ámparas a a vez que obtenemos mayor ecacia uminosa, pues a temperatura de funcionamiento puede ser más eevada. Existen dos tipos según e votaje: de bajo votaje (12 V), en cuyo caso necesitan incorporar un transformador para reducir a tensión, y de ato votaje, que se conectan directamente a a red de 230 V sin necesidad de ningún aparato auxiiar. Dentro de as haógenas, podemos destacar as que estudiamos a continuación. Fig. 8.11. Lámpara halógena con reector metálico y cápsula (bajo voltaje).
Fig. 8.12. Lámpara halógena con reector metálico (alto voltaje).
Fig. 8.13. Lámpara halógena con reector dicroico. 184
Halógenas con reector metálico Estas ámparas están constituidas por una ampoa de cuarzo con un relector metáico de ato índice de relexión (generamente auminio), que puede ser iso o faceteado en espira, dependiendo de tipo de haz uminoso que queramos obtener. Se pueden construir con vidrio protector o sin é. Las que no están protegidas, no se pueden tocar con os dedos, pues con a grasa y e sudor e cuarzo se desvitrica (pierde transparencia). La vida media de estas ámparas es superior a a de as estándares y as relectoras, y se sitúa entre as 2 000 y 3 500 h, por o que sueen utiizarse para sustituir a as incandescentes relectoras. Por o tanto, su apicación está destinada a mismo tipo de iuminación que as expuestas para estas. La gama de fabricación es muy variabe en tamaños, potencias, tipos de casquios, votajes, etc. Las de bajo votaje (12 V) tienen potencias que oscian entre 20 y 50 W y casquios GX/GU5.3 y BA15d. Las de ato votaje (230 V), potencias entre 50 y 100 W y casquios E27 (véanse as Figuras 8.11 y 8.12).
Halógenos con reector dicroico Estas ámparas disponen de un relector de vidrio con un revestimiento espejeado, o que evita os inconvenientes de as ámparas con relectores metáicos: producen menos caor, ofrecen mejor distribución de a uz, dan mayor rendimiento uminoso, poseen una vida media más proongada y reducen as radiaciones utravioetas. La ente fronta puede ser transparente o incorporar un baño especia para producir iuminación en coor. Se empean para a iuminación acentuada en ocaes comerciaes, museos o en e hogar. También para objetos, aimentos o texties sensibes a caor. Las ámparas de coores crean efectos de uz especiaes en escaparates (por ejempo, uz azu en joyerías), bares y discotecas. La vida media de estas ámparas es de 4 000 h. Se fabrican para bajo votaje, con un diámetro de 35 mm y para potencias desde 20 a 35 W, con casquios GZ4/GU4, y con diámetro de 50 mm para potencias desde 20 a 50 W, con casquio GX/GU5.3 (véase a Figura 8.13). Para ato votaje utiizan e casquio E27.
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Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
Halógenas de vela y de globo Son ámparas haógenas que funcionan con votaje norma y están diseñadas para sustituir a as ámparas incandescentes tipo vea, vea rizada o gobo, ya que ofrecen un rendimiento uminoso superior y tienen e dobe de duración. Se empean en iuminaciones domésticas o comerciaes en interiores. Las ámparas de gobo se usan en apicaciones decorativas y en techos (ámparas cogantes). Se fabrican para potencias que oscian entre 25 y 100 W, con casquios E14 y E27 (véase a Figura 8.14).
Fig. 8.14. Lámparas halógenas, vela y globo.
Halógenas de doble casquillo o lineales Están constituidas por una ampoa tubuar transparente en cuyo interior se aoja e amento ongitudinamente, sujeto con unos soportes interiores para que no toque a ampoa. Los dos extremos de a ampoa están cerrados por dos casquios con contactos metáicos y recubiertos con materia cerámico que protege os contactos de amento. Su posición de funcionamiento es prácticamente horizonta y debemos tener especia cuidado de no tocar a ampoa con os dedos para evitar a desvitricación. Se utiizan en a iuminación extensiva de monumentos, parques, jardines y fachadas, así como para iuminación indirecta en interiores. Se fabrican para tensión norma, con potencias que oscian entre 60 y 2 000 W y casquios R7s (véase a Figura 8.15). En a Figura 8.16 se representan varios tipos de casquios para ámparas haógenas.
E27
E14
Mini-CAN (ANSI C81.10a) ∅
5 , 0 ±
±
17,3
. n í m 5 8 , 5
2 1 , 5 1
5 , 5 2
27,0 ± 0,5
±
. x á m 3 , 0 1
13,49
5 , 0
0 , 7 2
G4
Fa4
0,1
10,67
BA15d
±
0,13
12,5 máx.
R7s
G6.35
5 2 , 0 ±
9 1 . n í m 5 , 7
15,125 ± 0,125
0,7
5 , 7
7,49 máx.
6,1 mín.
2,8 mín.
1,05 máx.
4,0
GY6.35
GZ4/GU4
GX/GU5.3
1,5 mín.
1,5 mín.
0,4 mín. 10,2 mín.
0,4 mín. 17,1 mín.
5 , 7
6,1 mín.
4,3 máx. 11,5 máx.
1,3 máx. 4
15,2 máx.
Fig. 8.15. Lámpara halógena de doble casquillo o lineal.
8,25 máx. 7,62 máx.
1,05 máx. 10,5 máx. 11 máx.
5,33 15,76 máx.
1,6 máx. 10,54 máx. 11,5 máx.
Fig. 8.16. Casquillos de lámparas halógenas.
Características de las lámparas halógenas Estas ámparas presentan considerabes diferencias con respecto a as incandescentes: Tienen mayor rendimiento uminoso que as incandescentes y egan a acanzar os 30 Lm/W. La temperatura de coor es de 3 000 ºK. Las hay que acanzan una vida de 4 000 h. 185
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Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
C. Incandescentes especiales Además de as ámparas que se han descrito, existen muchas ámparas especiaes, entre as que cabe mencionar as ámparas miniatura (internas, bicicetas, juguetes,…), ámparas para automóvies, ámparas para fotografía y proyección, etc. Pero no serán objeto de estudio por tener menor utiidad en nuestro tema. En as Figuras 8.17 [ a), b), c), y d)] observamos agunas ámparas especiaes:
Fig. 8.17. a). Lámpara halógena para grabación de vídeo, cine y fotografía.
Fig. 8.17. b). Lámpara incandescente de microproyección.
Fig. 8.17. c). Lámpara de infrarrojos.
Fig. 8.17. d). Lámpara de halógenos de cuarzo para alumbrado de escenarios y teatros.
Caso práctico 2 Reaiza un cuadro comparativo entre as ámparas incandes- Solución: centes y haógenas, con os aspectos más signicativos. Lámpara
s e t n e c s e d n a c n I
186
Potencia
Casquillo
25 y 200
E27
300
E40
Utilidad
Estándar
230
Vea
230
25 y 60
E14
Doméstica y decorativa
Gobo
230
60 y 100
E27
Decorativa
Relectora
230
25 y 100
E14/ E27
300
Gx16d
12
20 y 50
GX/GU5.3 y BA15d
230
50 y 100
E27
12
20 y 35 (35 mm) 20 y 50 (50 mm)
GZ4/GU4 GX/GU5.3
230
20 y 50
E27
Vea y gobo
230
25 y 100
E14/ E27
Linea
230
60 y 2 000
R7s
Relector metáico s a n e g ó l a H
Tensión
Relector dicroico
Doméstica y comercia
Comercia, decorativa y piscinas Comercia, decorativa y piscinas
Comercia y decoración Doméstica y decorativa Iuminación extensiva
Características generales
Rendimiento: muy bajo (entre 10 y 20 Lm/W) Temperatura de coor: 2 700 ºK Reproducción cromática: 100 % Duración: aprox. 1 000 h Posición: universa
Rendimiento: 30 Lm/W Temperatura de coor: 3 000 ºK Reproducción cromática: 100 % Duración: aprox. hasta 4 000 h Posición: universa Horizonta: ámpara inea Las ámparas de 12 V precisan un transformador
Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
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4. Lámparas de descarga Las principaes ámparas de descarga pueden casicarse en: • Fuorescentes (vapor de mercurio a baja presión). • De vapor de mercurio a ata presión. • De uz mezca o mixtas. • De haogenuros metáicos. • De vapor de sodio de baja presión. • De vapor de sodio a ata presión. En esta unidad trataremos soo e aumbrado luorescente y dejaremos para a Unidad 9 e resto de ámparas de descarga.
Electrón excitado
Núcleo
Principio de las lámparas de descarga En as ámparas incandescentes, a corriente eéctrica recorre e amento produciendo a incandescencia. En una ámpara de descarga, a corriente debe atravesar un gas o vapor metáico. Las ámparas de descarga se basan en e fenómeno de a uminiscencia.
Fig. 8.18. Excitación de un átomo.
Luminiscencia Cuando un eectrón con una veocidad eevada choca contra un átomo es capaz de excitar ese átomo, haciendo pasar aguno de sus eectrones a un nive de energía superior (véase a Figura 8.18). Los eectrones eevados de nive (que han ganado energía) en e átomo excitado retornan rápidamente a su posición inicia, devoviendo a energía que habían adquirido en forma de radiaciones eectromagnéticas (véase a Figura 8.19). Las radiaciones de os eectrones pertenecientes a os átomos de agunos gases son visibes.
Radiaciones
Núcleo
Luminiscencia por descarga eléctrica en un gas E fenómeno de uminiscencia se suee provocar aceerando eectrones por medio de un campo eéctrico. Tenemos un tubo transparente en cuyo interior hay un gas adecuado. E tubo dispone en sus extremos de eectrodos conectados a una fuente de tensión continua. Lamaremos ánodo a eectrodo unido con e poo positivo y cátodo a unido con e poo negativo (véase a Figura 8.20).
Fig. 8.19. Radiaciones electromagnéticas emitidas por un átomo.
Átomos de gas + (Ánodo)
– (Cátodo)
Tubo cerrado
Fig. 8.20. Efecto de luminiscencia.
A apicar tensión, os eectrones ibres de interior de tubo son atraídos por e eectrodo positivo o ánodo. En su recorrido, os eectrones chocan con os átomos de gas produciendo e efecto de uminiscencia. 187
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Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
Ten en cuenta Cuando estudiamos o eemos bajo a uz de una ámpara luorescente y notamos maestar en a vista o door de cabeza, puede ser debido a efecto estroboscópico, e cua no apreciamos aunque sí sus efectos.
Agunos eectrones son tan veoces que, a chocar con un átomo, este desprende eectrones de su capa externa (se ioniza e átomo), con o cua e número de eectrones aceerados aumenta y e proceso no se detiene. Los primeros eectrones ibres se obtienen de os propios eectrodos, pues van recubiertos de sustancias que os emiten fácimente, como e bario o e cesio, bien a temperatura ambiente (ámparas de cátodo frío) o bien caentándoos (ámparas de cátodo caiente). Estos útimos se basan en e efecto termoiónico.
Descarga eléctrica en corriente alterna Hemos considerado que os eectrodos de grupo de descarga quedaban sometidos a una tensión continua. Naturamente, si se aimentan con corriente aterna, cada uno de dichos eectrodos funcionará aternativamente como ánodo o como cátodo. A estudiar as ámparas de descarga en un gas, hay que tener en cuenta dos consideraciones fundamentaes con respecto a as ámparas incandescentes. La primera es que necesitan incorporar un eemento reguador de a intensidad. La segunda es que as ámparas de descarga únicamente emiten radiaciones de una determinada ongitud de onda, mientras que as incandescentes producen un espectro uminoso continuo.
Efecto estroboscópico E efecto estroboscópico es otro factor importante a estudiar as ámparas de descarga. También amado centeeo, consiste en un efecto óptico que se produce en as ámparas de descarga cuando están aimentadas con corriente aterna. Sabemos que a corriente aterna se interrumpe dos veces por periodo, por o tanto, para una frecuencia norma de 50 Hz, o hará cien veces en un segundo. Cuando a tensión apicada a os eectrodos pasa por e vaor cero, no circua corriente por a ámpara, con o que esta tiende a apagarse, pero antes de que o haga, a tensión vueve a tomar un determinado vaor y se producen luctuaciones uminosas muy rápidas. Aunque normamente nuestros ojos no as aprecian, o a) b) cierto es que se ven sometidos a un esfuerzo supementario debido a a adaptación forzada a dichas luctuaciones. También cuando iuminamos objetos redondos (ruedas, poeas, etc.) que giran a gran veocidad, da a sensación de que están parados o se mueven a satos. Dicho efecto puede provocar graves accidentes de trabajo. La Figura 8.21 muestra e efecto indicado en e párrafo anterior. Podemos observar que a ámpara incandescente permite ver e movimiento de a rueda, mientras que con e luorescente da a sensación de estar parada. Para atenuar e efecto estroboscópico, se reaizará a conexión de as diferentes ámparas de una instaación entre as distintas fases de a red de distribución, cuando dispongamos de un sistema trifásico, o un montaje especia de grupos de ámparas en redes monofásicas, Fig. 8.21. Efecto estroboscópico: a) lámpara incandescente, b) uorescente. que se estudiarán más adeante. 188
Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
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5. Lámparas fluorescentes Las ámparas luorescentes son ámparas de descarga eéctrica en atmósfera de vapor de mercurio a baja presión y un gas inerte cuyo efecto uminoso se basa en e fenómeno de a luorescencia.
Pared del tubo
Radiaciones visibles
Polvos fluorescentes sin excitar Polvos fluorescentes excitados Radiaciones ultravioletas
Electrón excitado
La uorescencia es una propiedad que poseen determinadas sustancias en virtud de a cua transforman as radiaciones no visibes que inciden sobre eas, generamente utravioetas (producidas por e fenómeno de uminiscencia), en radiaciones visibes.
Electrón libre
Núcleo
Electrón libre después del choque
Choque
Estas sustancias son unos povos luorescentes que se sitúan en a pared interna de tubo de descarga. La Figura 8.22 muestra e fenómeno de luorescencia. Fig. 8.22. Fenómeno de uorescencia.
A. Constitución del tubo fluorescente Los principaes eementos de un tubo luorescente son: e tubo de descarga, que está en contacto con e medio ambiente; dos casquios de conexión, provistos de sendos pares de patias o cavijas, a as que se conectan os eectrodos en forma de amento; e gas de reeno y os povos luorescentes (véase a Figura 8.23). Cristal con polvos fluorescentes Electrodo
Radiaciones visibles
Electrón libre
Radiaciones ultravioleta
Casquillo
Clavijas
Electrón después del choque Choque
Átomo de mercurio
Fig. 8.23. Tubo uorescente. Constitución.
Tubo de descarga Es un tubo ciíndrico que aísa os eectrodos y e gas de reeno de medio ambiente. Suee ser de crista o cuarzo y su cara interna va recubierta de una capa de povos luorescentes. Puede adoptar varias formas: recto, circuar, en forma de U, etc. Los diámetros más normaes son de 16, 26 y 38 mm, mientras que as ongitudes más comunes para os tubos rectos son de 590, 1 200 y 1 500 mm, que corresponden a os tubos estándares de 20, 40 y 65 W, para os tubos de 38 mm de diámetro, y 18, 36 y 58 W para os de 26 mm de diámetro. En e mercado hay una ampia gama de tubos para innidad de apicaciones.
Casquillos de conexión Los tubos luorescentes disponen de dos casquios de conexión, uno en cada extremo, provistos de sendos pares de patias o cavijas y unidos eéctricamente por os eectrodos. Las patias de conexión están separadas de cuerpo de casquio por medio de una pieza aisante, que puede ser baqueita, pástico, etc.
Importante A referirse a un tubo luorescente, soo hay que hacer mención a valor de su potencia, ya que carecen de valor de tensión. Sus dimensiones van impícitas en a potencia. Por ejempo, un tubo de 36 W tiene una ongitud de 1 200 mm y un diámetro de 26 mm. 189
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Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
Electrodos Ten en cuenta Balance energético de una lámpara uorescente Pérdidas por calor
71,5%
Energía consumida 100 %
Los eectrodos o amentos son de hio de tungsteno, arroados en dobe o tripe espira, y están recubiertos por sustancias que emiten gran cantidad de eectrones, por o genera bario o cesio. Cuando se es apica una tensión eéctrica, e paso de a corriente eéctrica a través de eos provoca su cadeo y, en consecuencia, a emisión de eectrones por e efecto termoiónico. E propio caor generado por a descarga os mantiene a a temperatura adecuada.
Gas de relleno
Ultravioleta 0,5%
E gas de reeno de os tubos luorescentes suee ser uno fácimente ionizabe e inerte, como e argón o e neón. Se añade una pequeña cantidad de mercurio que, mientras e tubo no funciona, permanece en estado íquido. Como e argón es muy ionizabe, a primera descarga tiene ugar a través de é, de modo que genera una temperatura suciente para vaporizar as gotas de mercurio. Posteriormente se produce a descarga como si en e interior de tubo soo hubiese vapor de mercurio.
Luz visible 28 %
Polvos uorescentes Son os que transforman en uz visibe as radiaciones utravioetas producidas en a descarga. Es, por o tanto, e eemento más importante de estas fuentes de uz, ya que aproximadamente e 90 % de a uz emitida por os tubos se debe a su acción. Agunas de as sustancias luorescentes empeadas determinan e rendimiento y e coor de a uz emitida: • Haofosfatos de cacio: ata ecacia uminosa. • Siicato de cacio: buen rendimiento de coor. • Auminatos de magnesio con aditivos: aumentan a ecacia uminosa y e rendimiento en e coor. • Borato de cadmio: produce e coor rosa caro. • Siicato de cadmio: produce e coor amario-rosa. • Siicato de cinc y beriio: produce e coor amario-verde. • Tungstato de magnesio: produce e coor azu. Importante Las ámparas luorescentes inservibes se consideran residuos peigrosos por su contenido de mercurio, entre otros. Cuando se rompen, iberan de su interior partícuas de mercurio mezcado con argón, que son atamente tóxicos para a saud humana y e medio ambiente. Por eso, es muy importante que los deposites en puntos de recogida especíca. 190
B. Equipo complementario para lámpara fluorescente Para que una ámpara luorescente funcione, es preciso dotara de un equipo compementario, pues de o contrario no se encendería a no ser que e apicáramos una tensión muy eevada. Pero eo pondría en peigro a vida de tubo y su duración sería mucho más corta. Existen varios sistemas de arranque o encendido de as ámparas luorescentes: • Con cebador (convenciona o eectrónico). Provoca e caentamiento de os eectrodos. • Rápido. La pequeña tensión que proporciona una reactancia caienta os eectrodos de tubo. • Instantáneo. Un autotransformador proporciona una tensión suciente para provocar e arco entre os eectrodos. También amado arranque en frío. Anaizaremos con mayor profundidad e primer caso, que es e más utiizado.
Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
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Encendido con cebador En este caso e equipo compementario de una ámpara o tubo luorescente está compuesto por: • Reactancia o baasto. • Portatubo. • Cebador. • Portacebador.
Reactancia La reactancia consiste en un arroamiento de hio de cobre esmatado sobre un núceo magnético de hierro duce. Es un eemento indispensabe para e encendido de una ámpara luorescente. También se denomina baasto eectromagnético (siendo esta a denominación más correcta). La Figura 8.24 muestra una reactancia. La naidad de este eemento es: • Suministrar una tensión superior a a de ínea para encender a ámpara luorescente. • Limitar a intensidad de corriente de arco a un vaor adecuado 1 para a ámpara. Las características de a reactancia deben ser acordes con as de a 2 ámpara (en cuanto a a potencia en vatios) y con a de a ínea de aimentación (en cuanto a a tensión). Por eo, existen reactancias para todo tipo de ámpara luorescente. Las más utiizadas son: 18, 36 y 58 W, para os tubos de 26 mm de diámetro, y 20, 40 y 65 W 3 para tubos de 38 mm. Los fabricantes imprimen en as reactancias e vaor de factor de potencia y de condensador para su corrección, que estudiaremos posteriormente. 4
Fig. 8.24. Reactancia o balasto.
Cebador 1. Ampolla de vidrio llena de gas Este eemento se utiiza para e encendido o cebado de as ámparas 2. Láminas bimetálicas luorescentes. Consta de dos áminas, una de eas bimetáica, situa3. Condensador antiparásito 4. Bornes de conexión das en e interior de una ampoa de vidrio ena de gas neón a baja presión. E cebador incorpora exteriormente un condensador antiparásito conectado en paraeo con este, y e conjunto está encerrado en un ciindro protector de materia aisante, de que saen os dos bornes para su conexión a portacebador (véase a Figura 8.25). E condensador antiparásito absorbe a chispa producida en a desconexión de as áminas de cebador, proongando así su vida, a a vez que evita interferencias en os aparatos de radio y teevisión, entre otros. Hay cebadores para cada potencia de ámpara. Para un tubo de 36 W, coocaremos un cebador de igua potencia. Existen cebadores estándares que abarcan una ampia gama de vaores de potencia: por ejempo, de 4 a 65 W. Se pueden utiizar con cuaquier tubo, aunque para determinados vaores de potencias (as más bajas) producen dicutades en e arranque, ya que a intensidad que os recorre es pequeña y e bimeta tarda en deformarse.
Fig. 8.25. Cebador.
Portatubos y portacebadores Son eementos que sujetan e tubo luorescente y e cebador y que, además, faciitan a conexión de os conductores eéctricos. Existen portatubos que ya incorporan e portacebador. Un tubo luorescente necesita un portatubo para cada extremo. En a Figura 8.26 podemos ver agunos modeos.
Fig. 8.26. Portatubos y portacebadores. 191
8
Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
C. Funcionamiento del equipo fluorescente Tubo fluorescente
L1
N Reactancia a)
Cebador
L1
N b)
L1
N
c)
L1
N
d)
Fig. 8.27. Proceso de encendido de un tubo uorescente.
Ten en cuenta Una vez encendido e tubo luorescente, e cebador no tiene ninguna misión, ¡compruébalo!
Actividades 2. ¿Qué ocurre si coocamos e condensador deante de interruptor que acciona a equipo fuorescente? Razona tu respuesta. 192
Anaicemos os esquemas representados en a Figura 8.27. a) Primero, e interruptor está abierto y todos os dispositivos están en reposo. b) A cerrar e interruptor y conectar e circuito a a red, a tensión queda apicada entre as dos áminas de cebador . Dada a proximidad a a que se encuentran ambas, se estabece entre eas, a través de gas neón de reeno, un pequeño arco que aumenta a temperatura dentro de a ampoa y deforma a ámina bimetáica, que se curva hasta hacer contacto con a ja. c) De esta manera, queda cerrado e circuito de cadeo y a corriente circua por os dos amentos de tubo hasta poneros incandescentes, produciéndose a emisión de eectrones por e efecto termoiónico. d) Transcurridos unos instantes, a temperatura dentro de a ampoa de cebador disminuye y a ámina bimetáica vueve a su posición de reposo, abriendo bruscamente e circuito. Este corte brusco de corriente hace que a reactancia induzca una sobretensión que provoca e estabecimiento de arco entre os eectrodos de tubo a través de a atmósfera de argón, con a consiguiente emisión de radiaciones uminosas. Una vez encendido e tubo, a diferencia de potencia entre as áminas de cebador es insuciente para hacero funcionar de nuevo, por o que queda en reposo. A quedar conectada a reactancia en serie con e tubo, se reparten a tensión de aimentación, de forma que una disminución de a resistencia dentro de tubo por un aumento de ionización de gas tenderá a provocar un aumento de a corriente dentro de mismo, con e consiguiente perjuicio para este. En este caso, se produce una mayor caída de tensión en a reactancia, con o que se imita e vaor de a corriente en e tubo, ya que se controará a ionización de gas para que no continúe disminuyendo a resistencia. Por este motivo, se dice que una de as funciones de a reactancia es imitar a corriente de arco.
D. Factor de potencia de las lámparas de descarga En genera, en os circuitos de ámparas de descarga interviene una reactancia que, en un circuito de corriente aterna, aumenta e desfase en retraso de a intensidad con respecto a a tensión, provocando una disminución de factor de potencia (aumbrado de bajo factor). La instaación se ve perjudicada ya que se produce mayor intensidad de corriente en a ínea de aimentación, mayor caída de tensión, caentamiento de a ínea, etc. En e circuito interno de equipo luorescente es benecioso un factor de potencia o más bajo posibe, mientras que en e circuito exterior necesitamos un factor de potencia ato, o más próximo posibe a a unidad (cos φ ≅ 1). Para corregir e factor de potencia, recurrimos a a conexión de condensadores. Como sabemos, tienen a propiedad de corregir e factor de potencia de una instaación, porque absorben corriente de adeanto respecto de a tensión en bornes y compensan de esta manera a corriente en retraso absorbida por a reactancia (aumbrado de ato factor).
8
Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
Estos condensadores estarán siempre en función de tipo de ámpara y de a potencia de esta. Se conectan en paraeo con e equipo competo de a ámpara para respetar e bajo factor interno que esta precisa, y por detrás de interruptor que o acciona, de modo que no afecte a a instaación cuando e equipo luorescente no esté funcionando. Podemos ver esta instaación en a Figura 8.28. Por rega genera, dentro de as características impresas en as reactancias, os fabricantes incuyen e vaor de factor de potencia que estas provocan y e vaor de condensador que debe conectarse para su mejora.
Conexión simple
N
18 W
18 W
C
Fig. 8.28. Montaje simple.
E. Montajes con tubos fluorescentes En os circuitos con tubos luorescentes podemos reaizar diferentes combinaciones según os vaores de potencia de a reactancia y de os tubos. Por o genera, os equipos luorescentes van montados sobre uminarias especícas para estos que permiten aojar uno o varios tubos con sus respectivos eementos auxiiares, accionados todos a a vez desde uno o varios puntos. De todo eo se deduce que existen varios tipos de montajes, entre os que destacamos os más usuaes.
L1
L1
N
36 W
18 W
18 W
C
C
Fig. 8.29. Montaje serie.
Cuando e vaor de a potencia de a reactancia y e tubo coinciden, se reaiza e montaje simpe o norma (véase a Figura 8.28).
L1
N
Dos tubos en serie con una reactancia En este caso, con una reactancia cuyo vaor de potencia sea e dobe que a de os tubos luorescentes, estos se conectan en serie con a reactancia, cada uno con su correspondiente cebador. Por ejempo, dos tubos de 18 W conectados con una reactancia de 36 W. Este montaje tiene e inconveniente de que si un tubo o cebador se avería, e resto no funciona. En uminarias se utiiza para reducir peso y temperatura. La Figura 8.29 representa este montaje.
Varios tubos independientes Este montaje se empea cuando queremos accionar varios tubos con su correspondiente reactancia o una uminaria con varias ámparas, desde uno o varios puntos (véase a Figura 8.30).
18 W
18 W
C 18 W
18 W
C
Fig. 8.30. Montaje independiente. L1
N
Conexión DUO También denominado circuito inductivo/capacitivo, es una variante de anterior, una uminaria con dos equipos luorescentes independientes a a que deseamos corregir e efecto estroboscópico, estudiado en e Apartado 4 (véase a Figura 8.31). E condensador, conectado en serie con uno de os tubos, produce un desfase con respecto a primero que hace que no coincidan os instantes en os que os vaores de a tensión egan a cero, con o que se corrige e efecto estroboscópico.
C
Fig. 8.31. Montaje DUO. 193
8
Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
Centralización de un alumbrado uorescente Consiste en instaar en un mismo sitio (generamente un armario eéctrico) todos os eementos compementarios de os tubos luorescentes (reactancias, cebadores y condensadores en su caso) y en otro ugar os tubos luorescentes, como ocurre en e caso de os rótuos uminosos con tubos luorescentes. De armario sadrán todos os conductores que se conectarán directamente a os tubos.
Encendido con cebador electrónico Todos os casos estudiados hasta e momento incorporan un cebador convenciona, pero también podría evar uno eectrónico, como se indica en e Apartado 5-B. La instaación no varía con respecto a as anteriores. E cebador eectrónico proporciona rapidez y seguridad a equipo, y reduce a a mitad e tiempo de encendido.
F. Encendido rápido L1
N
Transformador
Fig. 8.32. Tubo con encendido rápido.
Es un sistema de encendido en e que se eimina e cebador. E precaentamiento de os eectrodos o reaiza un transformador que está conectado permanentemente a tubo, de forma que su bobinado secundario proporciona una pequeña tensión que es suciente para e cadeo de os eectrodos. E encendido se reaiza mediante una reactancia, a igua que en os casos estudiados anteriormente. E funcionamiento de a ámpara es e siguiente: a conectar e circuito a a red de aimentación, os eectrodos se caientan muy rápidamente. Cuando acanzan a temperatura de emisión, a ámpara se enciende espontáneamente, ya que se ahorra e tiempo de funcionamiento de cebador. En a Figura 8.32 podemos observar e circuito de un tubo luorescente con encendido rápido.
G. Encendido instantáneo o arranque en frío No eva reactancia ni cebador. E encendido se reaiza mediante un autotransformador que proporciona una tensión de ato vaor, suciente para provocar e arco entre os eectrodos de forma instantánea, y sin necesidad de precaentamiento. Por este motivo se denomina ámpara de cátodo frío. Estas ámparas se distinguen de as demás en que soo evan un contacto de espiga en cada casquio (véase a Figura 8.33).
L1
N
Fig. 8.33. Tubo uorescente de cátodo frío.
En a Figura 8.34 podemos ver e esquema de un tubo de cátodo frío.
H. Encendido con reactancias electrónicas Autotransformador
Lámpara de cátodo frío
Fig. 8.34. Tubo con arranque instantáneo o de cátodo frío. 194
Cada día se exige mayor caidad a os diferentes tipos de aumbrado, así como mayor versatiidad de uso. Con as reactancias eectrónicas no hacen fata cebadores y podemos conseguir un mejor sistema de arranque, sin parpadeos y más rápido que os sistemas convencionaes, con o que además aargamos a vida de as ámparas. Agunas permiten reguar e nive de iuminación de forma manua o automática mediante un dispositivo de contro incorporado que favorece e ahorro energético.
Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
8
Existe una ampia gama de reactancias adaptadas a as distintas posibiidades de montaje. Los fabricantes indican a compatibiidad con os tipos de ámparas luorescentes que se pueden conectar a eas. En a Figura 8.35 se muestra una reactancia eectrónica reguabe. En a Figura 8.36 se puede observar una conexión de dos tubos luorescentes mediante una reactancia eectrónica reguabe. La seña exterior para reguar a uminosidad se hace a través de a entrada de contro.
I. Otros tipos de lámparas fluorescentes La ista de ámparas luorescentes es ampia, por o que nos resuta imposibe estudiar aquí todos y cada uno de os casos, aunque sí queremos hacer mención de as ámparas luorescentes compactas y de os rótuos uminosos.
Fig. 8.35. Reactancia electrónica regulable (Cortesía de Phiips). Control
Lámparas uorescentes compactas Está constituida por uno o varios luorescentes de miniatura con diferentes formas y sus correspondientes eementos compementarios, por o genera, una reactancia eectrónica integrada en a base de a ámpara. Dicha ámpara va dotada generamente de un casquio de rosca, aunque puede utiizar otros. Están especiamente diseñadas para sustituir a as demás incandescentes, ya que tienen un bajo consumo eéctrico. Se utiizan tanto en e ambiente doméstico como en comercios, restaurantes, etc. (véase a Figura 8.37).
– +
– + Reactancia
PE
electrónica
L1
L
N
N
1 2 3 4 5 6 7
Alimentación
Fig. 8.36. Esquema de conexionado de dos tubos uorescentes mediante reactancia electrónica regulable.
Rótulos luminosos con lámparas de alta tensión Los luorescentes para rótuos uminosos están formados por tubos más degados y argos, de cátodo frío, por o que necesitan una tensión muy ata para funcionar, entre 800 y 1 000 V/m. Los eectrodos son de un soo contacto y van conectados a un transformador que proporciona a tensión adecuada en función de a ongitud de tubo. Si e etrero o componen varias etras, van conectadas en serie a mismo trasformador, con o que habrá que tener en cuenta a ongitud tota de tubo. Si o componen diferentes paabras o anagramas, con encendidos independientes, se requieren varios transformadores, cada uno adaptado a os tubos que aimenta. Según e tipo de gas introducido en e tubo se obtienen diferentes coores. En a Figura 8.38 podemos observar a conexión de un rótuo uminoso con un transformador para as dos paabras con encendido único, mediante interruptor manua. Además de as estudiadas hasta ahora, existe una ampia gama de ámparas especiaes, como pueden ser: • Lámparas luorescentes de pequeñas dimensiones. • Lámparas luorescentes para corriente continua. • Lámparas luorescentes para efectos espeFig. 8.37. Lámpara uorescente compacta. ciaes. 195
8
Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
J. Características fotométricas de las lámparas fluorescentes L1 N PE 1
N
F1
F2
Transformador
Desde a aparición de as primeras ámparas luorescentes, que emitían una uz azu verdosa, se ha avanzado mucho. Actuamente existen grandes posibiidades de obtener iuminaciones de gran caidad, ya que con os nuevos materiaes empeados en luorescencia, se ha conseguido mejorar a caidad sin desmejorar a cantidad. La extensa gama de tonaidades aparecidas en e mercado se han tenido que casicar tomando como base dos criterios principaes: a temperatura de coor y e rendimiento cromático. En función a a temperatura de color, se agrupan en tres tonaidades básicas: Banco cáido
inferior a 3 000 ºK
Banco neutro
3 000 a 5 000 ºK
Luz día fría
superior a 5 000 ºK
En función a rendimiento cromático, se agrupan en:
Fig. 8.38. Rótulo luminoso de alta tensión.
Norma
Nive 3 (40 a 59)
De ujo
Nive 2A y B (60 a 79)
Especia de ujo
Nive 1A y B (80 a 100)
Características Ten en cuenta La vida úti de una ámpara luorescente depende de número de encendidos y apagados.
• E lujo uminoso es de orden de siete veces superior a de as ámparas incandescentes de igua potencia. • La ecacia uminosa, según e tipo y a potencia de a ámpara, oscia entre 40 y 100 Lm/W. • La duración o vida media se estabece en unas 7 000 h para un encendido cada 3 h. Para encendidos cada 10 h, su vida aumenta en un 40 %.
Aplicaciones
Importante Las ámparas luorescentes necesitan un periodo de caentamiento hasta acanzar su ujo luminoso normal. Por eo, no es aconsejabe utiizaras en ugares que necesiten encendidos y apagados con reativa frecuencia, como escaeras o pasios. 196
La gran variedad de tonos, su rendimiento uminoso y a buena caidad de uz (puede superar os 5 000 ºK) hacen que as ámparas luorescentes sean de apicación universa en os sistemas de aumbrado, en especia para interiores de ocinas, coegios, hospitaes, grandes amacenes, comercios, industrias, etc., donde a atura de montaje no supere os cinco metros.
Inconvenientes frente a las lámparas de incandescencia • Necesitan un equipo compementario (cebador, reactancia, transformador, etc.). • Es necesario conectar un condensador para mejorar e factor de potencia: con este tipo de aumbrado se provoca un bajo factor de potencia en a instaación. • Se ven afectadas por temperaturas ambiente atas, ya que a variar a presión de vapor de mercurio que hay en su interior, disminuye e lujo uminoso. • E equipo es costoso y requiere mayor mantenimiento.
Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
8
Inuencia de la tensión de alimentación En estas ámparas, a contrario de o que ocurre en as incandescentes, a disminuir a tensión de aimentación también o hace e rendimiento uminoso y a vida de a ámpara (véase a Figura 8.39). A aumentar a tensión de a red, se produce un caentamiento de a reactancia, aumenta a intensidad y se aceera e proceso de evaporación de os eectrodos, acortándose a vida de a ámpara.
K. Solución de averías en equipos fluorescentes
Arranque y funcionamiento inseguros
Sobrecalentamiento
120 Lm ) % ( o i c 100 i v r e s n e s e r 80 o l a V
W W Lm
E buen funcionamiento de una instaación de aumbrado luorescente resuta, en todos os casos, más difíci que si se trata de una instaación con ámparas incandescentes. Esto es debi60 do a a mayor compejidad de os eementos que constituyen 85 90 95 100 105 e equipo luorescente. Para que un tubo luorescente funcione Tensión de la red (%) correctamente, o tiene que hacer también a reactancia y e cebador. Para eo, os eementos deben eegirse apropiada- Fig. 8.39. Inuencia de la tensión en los uorescentes. mente, permanecer en buen estado de funcionamiento y estar conectados correctamente. A veces, incuso cumpiendo os requisitos anteriores, existen circunstancias exteriores que impiden e norma funcionamiento de os equipos luorescentes, por ejempo, a fata o e exceso de tensión de aimentación, as corrientes de aire frío que enfrían as ámparas, e exceso de temperatura, etc.
110
115
Consecuencias de algunas averías en los elementos • Cebador – Cortocircuitado: no se abre; os amentos de tubo se ponen incandescentes y este no enciende; e tubo se deteriora rápidamente. – No se cierra: no enciende e tubo porque no se produce e cadeo de os eectrodos. – Cebador agotado: tarda en encender e tubo, ya que os eectrodos están demasiado tiempo sometidos a a corriente de cadeo, o que es perjudicia para e tubo. – Condensador antiparásito estropeado: e tubo no funciona correctamente. Si está cortocircuitado hace e mismo efecto que si o está e cebador. – Produce desteo: puede ser por anomaía de cebador o de tubo. La soución es cambiar e cebador. Si a avería persiste, a causa de probema es e tubo. • Reactancia – Bobina cortada: e tubo no funciona ya que no hay paso de corriente. – Bobina cortocircuitada: a reactancia se caienta y e tubo no enciende, ya que no se produce a sobretensión para que se forme e arco interno. – Bobina derivada a chasis: puede causar un ma funcionamiento de tubo. • Tubo uorescente – Fiamento cortado: no puede encender e tubo. – Tubo agotado: dicutad en e encendido; e rendimiento uminoso disminuye y se produce parpadeo sin que encienda de manera continua, etc. E tubo se ennegrece por os extremos. – Anios cooreados en os extremos de tubo: indican e desgaste anorma de os eectrodos por arranques inadecuados provocados por e cebador. • Portalámparas y portacebador – Si as conexiones no son idóneas, e tubo no funciona o o hace incorrectamente.
Actividades 3. Un tubo fuorescente se ennegrece por os extremos. Indica por qué ha sucedido y qué consecuencias tiene. 4. Se forman anios cooreados en os extremos de un tubo fuorescente. Indica por qué ha sucedido y qué consecuencias tiene.
Ten en cuenta Para comprobar e estado de os amentos de un tubo luorescente mediante un poímetro, hay que comprobar la continuidad entre as dos patias de cada uno de os casquios, puesto que entre un extremo y otro de tubo no existe continuidad. 197
8
Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
Localización de las averías más frecuentes
`
`
V
V
Paso 1. U:
230 V
Puente durante unos instantes y retirar
Paso 2.
`
V
Puente
Paso 3. U: 230V
230 V
Paso 4. U: 230V
230 V
Paso 5. 198
Partiendo de a base de que en cada caso actuaremos según nuestro criterio en función de tipo de avería que encontremos, a continuación se indican qué pautas generaes deberemos seguir si e equipo no funciona en dos casos diferentes: se avería una instaación que previamente había estado en funcionamiento o se avería una instaación nueva que no egó a funcionar. Avería de una instalación que ya estuvo en funcionamiento • Inspección visual. En primer ugar, reaizaremos una inspección visua de circuito por si detectásemos cuaquier anomaía, incuso en os eementos de accionamiento y protección (interruptores, magnetotérmicos, etc.). • Comprobación de los diferentes elementos. Para comprobar e estado de tubo, o más ecaz es coocaro, siempre que sea posibe, en e ugar de otro que esté funcionando. Si no es posibe hacero, se puede comprobar e estado de os amentos con un poímetro, midiendo a continuidad entre as dos patias de cada uno de os extremos (véase Paso 1). Para comprobar e estado de cebador, puede coocarse en e ugar de otro que esté en buen estado y anaizar e efecto que produce sobre ese otro circuito, o bien sustituiro reaizando, durante un instante, un puente con un eemento conductor entre os bornes de portacebador, de modo que, a retirar dicho puente, e tubo encienda. De ser así, e cebador está defectuoso (véase Paso 2). La reactancia o baasto es e eemento más compejo de comprobar, aunque sea e que menos averías provoque. Podemos medir e vaor de su resistencia si a conocemos o por comparación con otra en buen estado y de as mismas características utiizando e poímetro. También podemos coocara en e ugar de otra de as mismas características, que esté funcionando correctamente para ver cómo afecta a circuito. Por rega genera, su comprobación se deja para e na, ya que por eiminación se puede deducir su ma estado. • Comprobación de la continuidad del circuito completo . Otra forma de comprobar todo e equipo luorescente consiste en medir a continuidad de conjunto (desconectándoo de a red de aimentación) y sustituir e cebador por un puente conductor para cerrar e circuito entre reactancia, eectrodos y e propio puente. De esta forma también se comprueba un ma contacto o un conductor roto. Se puede comprobar a continuidad de circuito por tramos hasta competar e recorrido (véase Paso 3). • Comprobación con tensión. Cuando e equipo esté conectado a a red y con e interruptor cerrado, podremos comprobar si ega tensión. Para eo: – Quitamos e cebador y comprobamos con un votímetro a tensión que hay en os extremos de portacebador. Estando e circuito en reposo, esta debe medir e vaor de a tensión de aimentación (generamente 230 V) (véase Paso 4). – Puenteamos os bornes de portacebador con un eemento conductor y comprobamos a tensión que hay en os bornes de a reactancia. En este caso debe medir prácticamente e vaor de aimentación (véase Paso 5).
Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
Avería de una instalación nueva que no llegó a funcionar Además de o expuesto para e caso de una instaación que ya ha funcionado, debemos tener en cuenta o siguiente: • Comprobar que as características de os eementos sean as correctas y se correspondan entre sí, incuido e condensador para a mejora de factor de potencia, si o hubiese. • Vericar si e diseño de circuito es correcto. • Comprobar si e cabeado y e conexionado se corresponden con e circuito diseñado. • Comprobar que a tensión de red sea a adecuada. Cuando anaizamos un circuito constituido por dos tubos en serie con una soa reactancia, e probema se agrava, ya que intervienen más eementos. Además, a estar todos conectados en serie, basta con que uno no funcione bien para que e equipo competo no o haga. En cada caso, habrá que corregir a anomaía encontrada o sustituir e eemento deteriorado.
1 0
5
13
2G7 G23 Fa6
6
Casquillos para lámparas fluorescentes En a Figura 8.40 podemos ver os casquios para ámparas luorescentes más comunes.
G10q
G13
G5
8
7 23
7
Fig. 8.40. Casquillos de lámparas uorescentes.
Caso práctico 3 Disponemos de una instaación de aumbrado con cuatro tubos luorescentes de 18 W cada uno de forma independiente accionados mediante un interruptor. Uno de os tubos luorescentes no funciona. Accionamos varias veces e interruptor y no se observa ningún efecto, mientras que e resto de tubos sí funcionan correctamente.
b) Sustituir e tubo por uno que esté funcionando o coocar en e ugar de otro que esté funcionando.
Anaiza as posibes causas y as pautas a seguir para detectar y reparar a avería.
d) Comprobar tensión:
c) Sustituir e cebador por uno que esté funcionando o bien coocaro en e ugar de otro que esté funcionando o sustituiro por un puente conductor haciendo contacto de forma intermitente.
• En os extremos de portacebador (sin cebador). Nos debe dar e vaor de a tensión de ínea (230 V). • En os extremos de a reactancia, con e portacebador puenteado. Nos debe dar e vaor de a tensión de ínea (230 V).
Solución: 1. Posibles causas:
a) Deterioro de tubo, cebador o reactancia. b) No e ega tensión a equipo por un ma contacto de un conductor o de aguno de os eementos o bien se ha roto un conductor. 2. Pautas a seguir. Iremos comprobando una a una hasta encontrar la avería: a) Inspección visua para observar si e tubo o e cebador están ma coocados o en ma estado. Ver conexionado.
e) Medir continuidad de equipo competo desconectándoo de a red y con e portacebador puenteado. f)
Sustituir a reactancia por una que funcione.
199
8
Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
6. Dispositivos para el control del alumbrado Esquema de conexiones
M
L
1
3
Hasta e momento, hemos visto que as ámparas se accionan desde uno o varios puntos de forma manua (interruptores, conmutadores, etc.) o de forma semiautomática (teerruptores, automáticos de escaeras, etc.). En ocasiones necesitamos controar e encendido de os eementos de aumbrado de una forma automática. Por o tanto, vamos a estudiar agunos de os dispositivos que utiizamos para eo: • Interruptor horario. • Detector de proximidad o de presencia. • Interruptor crepuscuar.
Fig. 8.41. Interruptor horario modular.
A. Interruptor horario
1
Fig. 8.42. Interruptor horario digital. 200
Es un dispositivo eéctrico que mantiene accionada una instaación eéctrica durante e horario que e hayamos programado. Incorpora un mecanismo de reojería para activar uno o varios contactos eéctricos, que actúan sobre a instaación que aimenta. Se conecta a a red para aimentar e sistema de reojería que, por o genera, tiene una reserva de tiempo para seguir funcionando en e caso de quedarse sin suministro eéctrico. Se fabrican de varios tipos. Entre eos, destacan os anaógicos moduares y os digitaes. Por o genera, os moduares, como e representado en a Figura 8.41, evan una esfera con cabaetes insertados que pueden adoptar dos posiciones distintas. Según a posición en a que os cooquemos, actúan sobre un mecanismo que abre o cierra os contactos. Cada cabaete equivae a 15 min de tiempo, por o que podemos reaizar diferentes combinaciones. La esfera eva marcada divisiones correspondientes a as 24 horas de día, que utiizamos para ponero en hora. También incorpora un mando manua de dos posiciones que permite e funcionamiento automático o a conexión permanente de a instaación. Los digitaes incorporan una avanzada tecnoogía que permite mutitud de funciones, con absouta precisión de Esquema de conexiones marcha y maniobra. Su ampia capacidad de memoria nos permite reaizar 5 6 F maniobras diferentes, que pueden ser ejecutadas en uno o varios días de a semana. Otros incorporan incuso programación anua. Disponen de una pantaa donde se marcan a fecha y a hora, así como a indicación de circuitos y funciones. Permiten hacer conexiones, desconexiones y pusos de corriente de varios segundos para reaizar maniobras breves (véase a Figura 8.42). 2 3 N Las características de aparato relejan a intensidad máxima que soportan sus contactos, a tensión de aimentación, e tiempo de reserva, etc.
Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
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B. Detector de proximidad o de presencia Se trata de un dispositivo eéctrico que controa e accionamiento de una instaación cuando en su radio de acción detecta un movimiento. Cuando se activa e detector, actúa como un interruptor temporizado reguabe. Incorpora un ajuste para reguar e tiempo de encendido de aumbrado a activarse y un ajuste de sensibiidad para actuar soo cuando e nive de iuminación esté por debajo de umbra estabecido. Es idóneo para controar e encendido de aumbrado de zonas de acceso en hotees, ocinas, baños, etc. Existe una ampia gama con distintos diseños, características, posibiidades de conexiones, carga máxima admisibe, etc. Las características de aparato relejan e acance en metros, e tiempo de reguación de encendido, e ánguo de detección, a sensibiidad de nive de iuminación, etc. En a Figura 8.43 podemos observar un detector de presencia.
Esquema de conexiones
Sensor N
Interruptor auxiliar
C. Interruptor crepuscular
N
Es un dispositivo eéctrico que controa e accionamiento de una insta- Fig. 8.43. Detector de proximidad o de presencia. ación de aumbrado cuando e nive de iuminación natura que incide sobre é no acanza e nive estabecido. Dispone de una resistencia variabe con a uz (LDR) que, asociada a un sistema comparador, va midiendo a seña recibida por a LDR y a compara con un vaor prejado en e interruptor crepuscuar. Dependiendo de dicho vaor, abre o cierra sus contactos a través de un reé. Incorpora un mecanismo retardador, para que en e umbra de a conexión y a desconexión no se reaicen conmutaciones repetidamente o no e afecte una uz fugaz, como e respandor de faro de un coche. Hay que tener precaución con e ugar y a orientación de instaación, de manera que no se vea afectada por e lujo uminoso producido por as ámparas que controa, ya que de o contrario provocaría su desactivación y a apertura de circuito. En a Figura 8.44 podemos observar Esquema de conexiones un interruptor crepuscuar.
Accionamiento sobre un contactor Estos tres dispositivos estudiados pueden actuar directamente sobre os N N eementos de aumbrado y, en e caso que nos ocupa, cuando a carga a aimentar así o permita. En caso de cargas superiores o circuitos con aimentación a través de íneas trifásicas, estos dispositivos actúan sobre un reé o un contactor, que puede aimentar a un eevado número de ámparas u otro tipo de instaaciones, mientras que su contro se reaiza de forma automática por os dispositivos aquí expuestos o bien de forma manua con pusadores o interruptores. Fig. 8.44. Interruptor crepuscular.
N
Actividades 5. Indica en qué tipo de instaaciones podemos utiizar y cómo se ponen en funcionamiento os siguientes dispositivos: e interruptor horario, e detector de proximidad o presencia y e interruptor crepuscuar. 6. Anaiza qué tipo de instaaciones requieren e uso de contactor conjuntamente con os dispositivos expuestos en a actividad anterior. 201
8
Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
Comprueba tu aprendizaje Instalar el alumbrado idóneo dependiendo de los usos de las distintas estancias de la instalación
6. Mediante e uso de un uxómetro, reaiza a medición de nive de iuminación en diferentes puestos de trabajo de taer de instaaciones eectrotécnicas.
1. Disponemos de una uminaria con cinco tubos fuoresAnaiza os resutados comparándoos con os mínimos centes de 20 W cada uno. Debes reaizar e circuito estabecidos para e ugar señaado y enumera as con e menor número posibe de reactancias (disponeposibes mejoras. mos de reactancias de 20 y 40 W). E circuito se aimentará a través de un teerruptor 7. Señaa as ventajas e inconvenientes de as ámparas accionado desde tres puntos diferentes. Reaiza e fuorescentes con respecto a as ámparas incandesesquema funciona y mutifiar en dos cajas de empacentes. mes. 8. Enumera agunos tipos de ámparas incandescentes 2. Reaiza e circuito correspondiente a aumbrado de que puedes encontrar en e mercado. a escaera de un edificio de cuatro pantas mediante detectores de presencia. En cada panta, dispondre9. Reaiza un anáisis comparativo de as características mos de un detector de presencia y dos uminarias fuouminotécnicas principaes de una ámpara incandesrescentes de 2 × 36 W cada una. Soo se iuminará cente estándar y un tubo fuorescente estándar, ambos a panta donde se detecte presencia. Levará además de 40 W. un interruptor magnetotérmico para accionamiento manua. 10. Reaiza una taba donde se recojan as magnitudes fundamentaes de uminotecnia, a fórmua para e Reaiza e esquema funciona. cácuo (en su caso), as unidades, a representación de as magnitudes y sus unidades. 3. Deseamos iuminar os aseos de unos grandes amacenes mediante 5 ámparas haógenas con refector dicroico de baja tensión (12 V). E accionamiento de as ámparas se reaizará mediante un detector de pre- Verificar el correcto funcionamiento de toda la instalación sencia, hasta que a uz natura sea insuficiente y se active un interruptor crepuscuar que as mantenga 11. En una instaación de aumbrado, tenemos un tubo fuorescente que parpadea y no consigue encenderse. encendidas de forma permanente. Durante a noche, desde as 23.00 hasta as 7.00 h, un interruptor horaa) Anaiza as posibes causas de a avería. rio as mantendrá apagadas. Se podrán accionar de forma manua mediante un interruptor. b) Enumera de forma ordenada qué actuaciones deberán seguirse para detectar a avería. Reaiza e esquema funciona. 4. Reaiza e esquema funciona y mutifiar en caja de 12. Un tubo fuorescente no enciende a cerrar su interrupempames de una uminaria de dos tubos fuorescentes tor. ¿Cómo podrías comprobar que a avería está prode 18 W con una reactancia de 36 W, accionada vocada por e cebador? mediante un detector de presencia. 13. En e mismo caso anterior, ¿cómo comprobarías que a avería está provocada por e tubo fuorescente? Realizar el cálculo necesario para la colocación de luminarias 14. E encendido de una ámpara está controado por un interruptor crepuscuar. Observamos que a ámpara 5. Deseamos iuminar una pared con un foco que emite no enciende a egar a noche. ¿Cómo comprobarías una intensidad uminosa de 8 000 Cd. Dicha pared o que a avería está provocada por un ma funcionaforma un ánguo de 30 con respecto a haz uminoso. miento de interruptor crepuscuar? Medimos e nive de iuminación en a pared y observamos que hay 430 x. 15. ¿Qué e ocurre a un tubo fuorescente de 40 W si o ¿A qué distancia hemos coocado e foco de a pared? conectamos a una reactancia de 20 W?
202
Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
8
Práctica final Práctica 8.1
Características de los elementos
Accionamiento de un tubo fluorescente mediante interruptor manual. Cuestiones: 1. Expica a constitución de un tubo luorescente. 2. Expica a constitución de un equipo luorescente. 3. Expica con detae cómo funciona un equipo luorescente. 4. Reaiza e esquema funciona de conexiones para reaizar a medida de intensidad de equipo. 5. Competa a Taba 8.8 tras reaizar as medidas correspondientes.
Lámpara
Reactancia
Condensador
Medidas a realizar sobre la lámpara Arranque
Nominal I
U
I
Con condensador
Con condensador
Sin condensador
Sin condensador
U
Factor de potencia
Con condensador
Sin condensador
Tabla 8.8. Características de un uorescente. L1 L1
N
N
PE
PE 1
2 1
2
N 1
N
N
N N 1
N
N
N
C
C
Luminaria 1 × 18 W o Luminaria 1 × 36 W
Esquema 8.1. a). Funcional. Tubo uorescente.
Esquema 8.1. b). Multilar. Tubo uorescente. 203
8
Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
Práctica final Práctica 8.2 Accionamiento de una luminaria fluorescente de dos tubos de 18 W, con una reactancia de 36 W, mediante interruptor manual. Cuestiones: 1. ¿En qué fenómeno se basa a ámpara luorescente para hacer visibe a uz? 2. Expica por qué usamos e condensador en a instaación. L1
3. Expica por qué utiizamos e cebador. 4. Expica por qué empeamos a reactancia. 5. ¿Qué ocurrirá si conectamos un tubo luorescente de 18 W a una reactancia de 36 W?
L1
N PE
N
PE
W 6 3
E1 C
W 8 1
E1
E2 C
C
E2 C
W 8 1
Luminaria 2 × 18 W Reactancia 36 W
Esquema 8.2. a). Funcional. Luminaria con dos tubos uorescentes en serie. 204
Esquema 8.2. b). Multilar. Luminaria con dos tubos uorescentes en serie.
Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
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Práctica final Práctica 8.3 Accionamiento de una luminaria fluorescente de dos tubos de 18 W, mediante interruptor manual. Cuestiones: 1. ¿Qué ocurrirá si conectamos un tubo luorescente de 36 W a una reactancia de 18 W? 2. ¿Cómo podemos comprobar que una instaación no funciona por cupa de cebador? 3. ¿Puede funcionar un tubo luorescente con un soo amento? ¿Por qué?
4. ¿Qué es e efecto estroboscópico? 5. ¿Qué ocurre si durante e encendido no se abre e cebador? 6. E tubo está encendido, ¿qué ocurre si quitamos e cebador? 7. ¿Cómo se conecta e condensador?
L1
L1
N
PE
N PE
R1
W 8
R2
1
W 8 1
E1 E1 C
W 8 1
E2 C
W 8
R2
R1
E2 C
C
1
Luminaria 2 × 18 W
Esquema 8.3. a). Funcional. Luminaria con dos tubos uorescentes independientes.
Esquema 8.3. b). Multilar. Luminaria con dos tubos uorescentes independientes. 205
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Luminotecnia. Dispositivos para aumbrado incandescente y luorescente
Práctica final Práctica 8.4 Centralización de cuatro tubos fluorescentes accionados mediante interruptor horario e interruptor manual. Condiciones de funcionamiento: e aumbrado funcionará e tiempo que tengamos programado e interruptor horario o bien cuando accionemos e interruptor magnetotérmico F3 para encendido manua. Cuestiones: 1. Reaciona e materia necesario para ejecutar a instaación.
2. ¿Conectamos e condensador permanentemente a a red o soo cuando cerramos e interruptor horario o e interruptor manua F3? 3. Tenemos e tubo encendido. ¿Qué ocurre si cortocircuitamos e cebador? 4. ¿Qué ocurre si durante e encendido no se cierra e cebador? 5. ¿Cómo podemos corregir e efecto estroboscópico? 6. ¿Cómo comprobaremos que e amento de un tubo está fundido? 7. ¿Puede sustituirse e cebador por un interruptor? Razona tu respuesta.
1
N E
F1
E3
C
C
E4
E1
C
C
E2
F2
F3
R1
E1
R2
E
R3
E3
R4
R1
E4
R2
R3
R4
PE C
C
C
C
N L1 F1
F2
F3
Armario para centralización
Esquema 8.4. a). Funcional. Centralización de cuatro uorescentes. 206
Esquema 8.4. b). Multilar. Centralización de cuatro uorescentes.
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Práctica final Práctica 8.5 Instalación para el alumbrado de un escaparate Cuestiones: con dos lámparas halógenas mediante un in- 1. Expica detaadamente e funcionamiento de a instaación. terruptor horario, un interruptor crepuscular y otro manual. 2. Reaiza a reación de materia necesario para ejecuCondiciones de funcionamiento: as ámparas funcionarán cuando e nive de iuminación natura esté por debajo de nive estabecido. Durante a noche, permanecerá apagado desde as 00.00 h hasta as 6.00 h. Se podrá encender mediante e interruptor manua F 3 a cuaquier hora.
tar a instaación. 3. Describe a constitución, e funcionamiento y a utiidad de as ámparas haógenas con relector dicroico. 4. Indica as características de as ámparas haógenas.
L1
L1
N
PE
F1
N PE
F2 F1
F2
F3
F3
Esquema 8.5. a). Funcional. Alumbrado de escaparate mediante interruptor crepuscular e interruptor horario.
Esquema 8.5. b). Multilar. Alumbrado de escaparate mediante interruptor crepuscular e interruptor horario. 207
