ILUMINACION

Naturaleza de la luz.- La luz es una manifestacin de la energa en forma de

radiaciones electromagnticas, capaces de afectar al rgano visual. Donde radiacin es

la transmisin de energa a travs del espacio. Se tiene la idea de que la luz es blanca y

que la percibimos en forma sencilla y nica, pero esta compuesta por un conjunto de

radiaciones electromagnticas.

Produccin de la luz.- La produccin relacionada con las lmparas elctricas son:

Calentando cuerpos slidos hasta alcanzar su grado de incandescencia, lmparas

incandescentes.

Provocando una descarga elctrica entre dos placas o electrodos en el seno de un gas o

vapor metlico, lmparas de descarga.

En la tcnica de iluminacin intervienen la fuente productora de luz y el objeto a

iluminar.

Las magnitudes y unidades para valorar y comparar las cualidades y efectos de las

fuentes de luz son:

Flujo luminoso.- (Potencia luminosa) Las fuentes luminosas no transforman toda la

energa que reciben en luz. Una lmpara incandescente transforma la energa electrica

que recibe en energa radiante de la cual una pequea parte es percibida por el ojo en

forma de luz, mientras que el resto se pierde en calor y flujo no luminoso. A la energa

radiante que afecta a la sensibilidad del ojo durante un segundo se llama flujo luminoso,

su unidad es lumen y se representa por (fi), y corresponde a 1/680 W.

Flujo Luminoso de Algunas Lmparas

Tipo lmenes

Vela de cera 10

Incandescente de 100w 1380

Fluorescente L 40W/20 (blanco fro) 3200

Mercurio alta presin HQL 400w 23000

Halogenos HQI 400w 28000

Sodio alta presin VT 400w 48000

Sodio baja presin 180w 31500

Rendimiento luminoso.- Es flujo luminoso por unidad de potencia elctrica utilizada,

lm/w. La lmpara que no tenga perdidas y transforme toda la energa elctrica en flujo

luminoso tendra el pico de rendimiento de 680 lm/w, pero en la realidad los

rendimientos son bien bajos, por ejemplo la lmpara incandescente estndar de 100w

emite 1380 lm, su rendimiento n=13.8 lm/w.

Rendimiento Luminoso de Algunas Lmparas

Tipo Potencia w lmenes

Incandescente de 100w 0.3 2

Fluorescente L 40W/20 (blanco fro) 40 80

Flujo luminoso Rendimiento luminoso Cantidad de luz

Intensidad luminosa Iluminancia Luminancia

Mercurio alta presin HQL 400w 400 69

Halogenos HQI 400w 380 78

Sodio alta presin VT 400w 400 120

Sodio baja presin 180w 180 175

Cantidad de luz.- (Energa luminosa) Es el flujo luminoso emitido por unidad de

tiempo, se representa por Q y su unidad es lumen por hora lmh, Q = x t.

Intensidad luminosa.- Es la cantidad de flujo luminoso por ngulo slido, I = /w,

donde w es el ngulo slido en estereorradianes, y su unidad es la candela cd. El

conjunto de puntos en todas las direcciones para cierto valor de intensidad se denomina

distribucin luminosa, y esta depende de la forma de la fuente de luz y del tipo de

luminaria. Haciendo pasar un plano por el eje de simetra de la lmpara se obtiene la

curva de distribucin luminosa o fotomtrica, figuras 4.5, 4.6, 4.7 y 4.8.

Las curvas fotomtricas se dan referidas a un flujo luminoso de 1000 lm. Los valores de

intensidad luminosa para cualquier lmpara se obtiene con una relacin simple, por

ejemplo una lmpara de Hg de alta presin tipo HQL c tiene un flujo luminoso de

23000 lm, los valores de la intensidad luminosa de su curva fotomtrica dada para 1000

lm, habr que multiplicarlos por el factor 23 (23000/1000) para obtener el verdadero

valor.

Iluminancia.- La iluminancia de una superficie es la relacion de ese flujo por la

superficie E = / S , su unidad es lm/m2 = lux. La iluminancia es un dato importante para

valorar el nivel de iluminacin de un puesto de trabajo, recinto, calle, etc.

Iluminancias de diversas fuentes

Fuente lux

Medio da verano cielo despejado 100.000

Medio da verano cielo cubierto 20.000

Oficina bien iluminada 1.000

Buen alumbrado publico 20

Noche de luna llena 0.25

Luz de las estrella 0.01

Luminancia.- La luminancia de una superficie es la relacin entre la intensidad

luminosa y la superficie aparente , o vista por el observador, se representa por L y su

unidad es cd/m2 = nit. L = I/(S x cos a). Fig 4.10. La luminancia puede ser directa, de

las fuentes luminosas, o indirecta, de objetos iluminados.

La luminancia es la que produce en el ojo la sensacin de claridad, pues la luz no se

hace visible hasta que es reflejada por los cuerpos. La mayor o menor claridad con la

que vemos los objetos igualmente iluminados depende de su luminancia. El libro y el

escritorio de la figura 4.12 tienen la misma iluminancia pero se ve con mas claridad el

libro por que su luminancia es mayor que la del escritorio.

Valores aproximados de luminancias

Fuente cd/cm2

Sol 150.000

Luna 0.25

Lmpara incandescente 200

Lmpara fluorescente L40w/20 0.75

Lmpara Hg alta presin HQL 400w 11

Lmpara Halgeno metlico 400w 78

Lmpara Na alta presin V T400w 500

El Color.- La presencia de la luz produce una serie de estmulos en nuestra retina y

unas reacciones en el sistema nervioso que comunican al cerebro un conjunto de

sensaciones cromticas (colores). El color es por lo tanto una interpretacin

psicofisiologica del espectro electromagntico visible.

El que no podamos ver directamente los componentes cromticos de la luz blanca del

da, se debe a que si sobre nuestro cerebro acta un conjunto de estmulos espectrales

diferentes, aquel no distingue a cada uno de los componentes, producindose un efecto

aditivo de los mismos que constituye el color de la luz. Este efecto es lo contrario que ocurre en el proceso auditivo, en el cual el cerebro puede captar perfectamente un

tritono distinguiendo la diferente intensidad de cada uno de los tonos.

El color de los cuerpos.- Se asocia equivocadamente al color como una propiedad de

los cuerpos, pues el color como tal no existe ni se produce en ellos. Los cuerpos solo

tienen unas determinadas propiedades de reflejar, transmitir, o absorber los colores de

luz que reciben.

El color de un cuerpo depende entonces de la composicin espectral de la luz con que se

ilumina y de las propiedades de reflexin, absorcin y transmisin que posee. Asi, si

posee la propiedad de reflejar todos los colores del espectro visible y se ilumina con luz

blanca este aparecer de color blanco; pero si se ilumina con luz monocromtica de

color amarillo, reflejara esa luz y se vera amarillo. Si por el contrario no refleja sino que

absorbe todos los colores, el cuerpo aparecer de color negro no importa con que tipo

de luz se lo ilumine. Pero tambin puede poseer las propiedades de reflexin y

absorcin en cuyo caso presentara un color determinado que es el que lo refleja. Lo

mismo ocurre con los cuerpos transparentes.

Factores que influyen en la visin

Sin luz no hay visin, el ojo no puede transmitir al cerebro ninguna informacin de lo

que nos rodea si ello no se halla iluminado por cualquier tipo de luz.

En la percepcin visual de los objetos influyen los siguientes factores: Iluminacin,

Contraste, Sombras, Deslumbramiento, Ambiente cromtico

Todos guardan una relacin entre si y cualquiera puede ser decisivo.

Iluminacin.- La capacidad visual depende de la iluminacin y estas a su ves afecta al

estado de nimo de las personas, a su aptitud para desarrollar un trabajo, a su poder de

relajacin, etc.

Cada actividad requiere una determinada iluminacin nominal, la que esta en funcin

de una serie de factores como: tamao de los detalles a captar, distancia entre el ojo y el

objeto observado, factor de reflexin del objeto observado, contraste entre el objeto y el

fondo sobre el que destaca, tiempo de observacin, rapidez de movimiento del objeto.

El grado de percepcin visual obliga a cierto nivel de iluminacin, por ejemplo un nio

de 10 aos lee normalmente una pgina de un libro con buena impresin con un nivel

medio de iluminacin de 175 lux, una de 40 aos requiere 500 lux y otra de 60 aos

2500 lux.

Las normas correspondientes consideran estos factores para los valores mnimos de

iluminacin para cometido visual.

Contraste.- En luminancia se vio que el ojo solo aprecia diferencias de luminancia

entre el objeto que se observa y su espacio inmediato, esta diferencia se conoce por

contraste. Los trabajos que requieren mayor agudeza visual requieren mayor contraste.

Contraste de colores en orden decreciente

Color del Objeto Color del Fondo

Negro Amarillo

Verde Blanco

Rojo Blanco

Azul Blanco

Blanco Azul

Negro Blanco

Amarillo Negro

Blanco Rojo

Blanco Verde

Blanco Negro

Sombras.- Si no tuviramos dos ojos, no veramos los objetos en relieve, es decir unos

mas cerca de otros, debido a que cada ojo capta una imagen ligeramente distinta y al

juntarse las dos en el cerebro dan la sensacin de relieve. Pero para poder captar el

relieve de los objetos se precisa que estos presenten zonas menos iluminadas que otras,

estas zonas menos iluminadas son las sombras y destacan las formas plsticas de los

objetos.

Ambiente Cromtico.- Los colores facilitan extraordinariamente el reconocimiento de

cuanto nos rodea, los efectos psicofisiologicos que producen constituyen el ambiente

cromtico, de gran influencia en el estado de animo de las personas.

Lmparas incandescentes para alumbrado general

La lmpara incandescente para alumbrado general es un termo radiador compuesto por

un filamento metlico de wolframio en forma de espiral alojado en el interior de una

ampolla evacuada y calentado al rojo blanco por la corriente elctrica, emitiendo luz y

calor, el rendimiento en las la transformacin luminosa de las lmpara incandescentes es

pequeo llegando hasta un 12% ( hasta 20 lm/w). La construccin de esta lmpara es

sencilla y su funcionamiento simple, pues no requiere de cebador o balastro.

Gamma de potencias.- Para alumbrado general es, segn norma CIE

25/40/60/100/150/200/300/500/1000/1500 w. Potencias menores se emplean en

alumbrado auxiliar y decorativo tipo vela, pebetero y tubular.

Caractersticas Tcnicas de Lmparas Incandescentes standard

Potencia Flujo Luminoso Rendimiento Luminoso

(w) (lm) (lm/w)

110 v 220 v 110 v 220 v

25 220 220 8,8 8,8

40 425 350 10,6 8,75

60 750 630 12,5 10,5

100 1380 1250 13,8 12,5

150 2340 2100 15,6 14

200 3250 2950 16,25 14,75

300 5100 4750 17 15,85

500 9300 8400 18,6 16,8

1000 20000 18800 20 18,8

1500 31000 30000 20,65 20

Lmparas de vapor de mercurio de alta presin

El principio bsico de la descarga en vapor de mercurio se basa en la luminiscencia

obtenida por la descarga elctrica en el seno del mercurio gasificado, el rendimiento

luminoso y las caractersticas de la misma dependen principalmente de la presin del

vapor y de la intensidad de la corriente del arco.

Caractersticas Tcnicas de la Lmparas de Hg a Alta Presin

Tipo de Flujo Rendimiento Luminancia

Lmpara Luminoso

220 voltios lm lm/w cd/cm2

HQL 80W 3800 43 5

HQL 125W 6300 46 7

HQL 250W 13500 51 10

HQL 400W 23000 54 11

HQL 700W 40000 55 13

HQL1000W 55000 53 15

HQL2000W 130000 63 25

Las posibilidades de aplicacin de las lmparas de vapor de mercurio a alta presin son

importantes. La economa que representan por su elevado rendimiento luminoso y larga

vida, permite realizar iluminaciones en las que se requiere una luz abundante con una

aceptable reproduccin cromtica, se las utiliza en el alumbrado externo e industrial.

Lmparas de Halogenuros Metlicos

Son lmparas de vapor de Hg alta presin que contienen halogenuros como Dysprosio

(Dy), Holmio (Ho) y Tulio (Tm). Estas lmparas tienen un amplio campo de aplicacin

tanto en alumbrado interno como externo y en usos especiales. Su elevado rendimiento

luminoso, alta temperatura de color y excelente reproduccin cromtica distinguen a

estas lmparas como las mas apropiadas para aquellas iluminaciones de calidad en las

que se desee crear un ambiente de vida y color en escenarios y al aire libre.

Lmparas de Luz Mezcla

Son una combinacin de lmpara de vapor de Hg a alta presin y lmpara

incandescente, pues dentro de la misma ampolla de un tubo de descarga de vapor de Hg

y un filamento incandescente de wolframio. Estas lmparas se usan en instalaciones de

alumbrado de interiores y exteriores. En interiores para el alumbrado de naves de

fabricas, talleres salas de maquinas y otros lugares de trabajo. Al igual que las de vapor

de Hg a alta presin, se emplean tambin en alumbrado exterior de calles, plazas, vas

de comunicacin, etc. Al poder ser conectadas directamente a red, pueden sustituir con

ventaja a las lmparas incandescentes.

Caractersticas Tcnicas de las Lmparas de Luz Mezcla

Lmparas de Vapor de Sodio a Baja Presin

En estas lmparas la descarga electrica se produce a travs del metal sodio vaporizado a

baja presin, provocando la emisin de una radiacin visible caso monocromtica. El

rendimiento de la lmpara es muy elevado alcanzando valores de hasta 178 lm/w. Aun

disponiendo este tipo de fuente de luz del mayor rendimiento luminosos existente en la

actualidad, debido a su luz monocromtica sus aplicaciones no son muy amplias,

quedando limitadas a aquellos casos en que interesa disponer de gran cantidad de luz sin

que influya la calidad de la misma, como son los alumbrados de autopistas, carreteras,

muelles de carga y descarga, aparcamientos, instalaciones portuarias, minas etc.

Tambin se aplican en el alumbrado arquitectnico para resaltar los colores tostados de

ciertos tipos de piedra.

Caractersticas Tcnicas Lmpara de Vapor de Na a Baja Presin

Lmparas de Vapor de Sodio a Alta Presin

La presin de vapor mas elevada deja destacar el espectro de otros vapores obteniendo

de esta forma un espectro con cierta continuidad, de cuya composicin resulta una luz

Tipo de Flujo Rendimiento Luminancia

Lmpara Luminoso

220 voltios lm lm/w cd/cm2

HWL 150W 3100 19 9

HWL 250W 5600 22 11

HWL 500W 14000 28 13

HWL1000W 32500 32 17

Tipo de Flujo Rendimiento Luminancia

Lmpara Luminoso

220 voltios lm lm/w cd/cm2

Na 55W 7700 101 10

Na 90W 12500 110 10

Na 135W 21500 123 10

Na 180W 32000 145 10

de color blanco dorado que permite distinguir todos los colores de la radiacin visible.

La aparicin de estas lmparas constituyo una nueva etapa en la iluminacin por sodio.

Su elevado rendimiento y tono de luz aceptable han ampliado mas las posibilidades de

aplicacin de luz de sodio en el alumbrado publico e industrial.

Caractersticas Tcnicas de Lmparas de Vapor de

Sodio a Alta Presin

Tipo de Flujo Rendimiento Luminancia

Lmpara Luminoso

220 voltios lm lm/w cd/cm2

VT 250 25500 93 400

VT 400 48000 107 500

VT 1000 130000 119 600

Lmparas Fluorescentes

Son fuentes de descarga elctrica en atmsfera de vapor de mercurio a baja presin en

lasque la luz se genera por el fenmeno de la fluorescencia. El rendimiento luminoso

que se obtiene con las lmparas fluorescentes es elevado llegando hasta 80 lm/w. Las

lmparas fluorescentes normales estn constituidas por un tubo de vidrio de 38 mm y

diversas longitudes segn la potencia; recubierto en su parte interna de una capa de

sustancia fluorescente. En cada extremo del tubo se encuentra fundido un soporte con

una espiral doble o triple de wolframio (electrodo) impregnado de pasta emisora de

electrones y protegida por medio de una pantalla metlica. El interior del tubo contiene

argn a baja presin y una gota de mercurio.

Balastro

El balastro cuya misin principal es la limitar la corriente de la lmpara ejerce tambin

la funcin de regular la corriente necesaria para el precalentamiento de los electrodos y

producir el impulso de tensin que ayude al encendido normal de la lmpara. Esta

conformado por una bobina, inductancia, de hilo de cobre esmaltado montada sobre un

ncleo ferromagntico y alojada en una caja metlica que facilita su conexin.

Cebador

Se conecta en serie con el balastro y en paralelo con los electrodos de la lmpara,

cuando se establece la conexin el cebador deja circular brevemente una corriente por

los electrodos de la lmpara luego se abre

Caractersticas Tcnicas de Lmparas Fluorescentes

Tipo de Flujo Luminoso

Lmpara lm

110 voltios Blanco Frio Blanco Universal

L 4W 140 120

L 8W 370 350

L 16W 1060 950

L 20W 1250 1080

L 40W 3200 2500

L 65W 5100 4000

L140W 9000 7200

Rendimiento 78,5 61,5

lm/w

y el balastro lanza un impulso de tensin que inicia la descarga del arco y funciona la

lmpara, quedando el cebador fuera de servicio. Si falla el encendido el cebador repite

el proceso.

Las lmparas fluorescentes, por sus excelentes caractersticas para proporcionar la

cantidad, calidad y color de luz requeridos en iluminacin, adems de la ventaja

econmica que supone su elevado rendimiento luminoso y larga vida til han

conseguido que se generalice su uso en el alumbrado de industrias, oficinas, comercios,

locales pblicos y de espectculos, escuelas y viviendas.

Las lmparas fluorescentes, por sus excelentes caractersticas para proporcionar la

cantidad, calidad y color de luz requeridos en iluminacin, adems de la ventaja

econmica que supone su elevado rendimiento luminoso y larga vida til han

conseguido que se generalice su uso en el alumbrado de industrias, oficinas, comercios,

locales pblicos y de espectculos, escuelas y viviendas.

Luminarias

Segn la CIE, Comisin Internacional de Alumbrado, luminarias son aparatos que

distribuyen, filtran o transforman la luz emitida por una o varias lmparas y contienen

los accesorios para fijarlas, protegerlas y conectarlas al circuito de alimentacin. Las

luminarias deben poseer caractersticas pticas, mecnicas, elctricas y estticas.

Las luminarias se clasifican en simtricas y asimtricas respecto al flujo luminoso. En

funcin del flujo luminoso emitido por debajo de un plano horizontal que pase por el eje

de la fuente de luz se clasifican en directo, semidirecto, directo-indirecto, semi indirecto

e indirecto. Las luminarias de alumbrado pblico por sus facilidades de observacin

para un conductor se clasifican en: haz recortado, haz semi recortado y haz no

recortado.

Alumbrado de Interiores

Existen tres sistemas relacionados:

Alumbrado General.- El tipo de luminaria, altura de montaje y distribucin se

determinan para obtener una iluminacin uniforme sobre toda el rea. La iluminacin es

independiente de los puestos de trabajo pero la iluminancia media debe corresponder a

las personas que requieren mayor iluminacin (ancianos).

Alumbrado General Localizado.- Las luminarias se disponen para adems de

proporcionar una iluminacin general uniforme permita aumentar el nivel de las zonas

que lo requieran segn el trabajo a realizar.

Alumbrado Localizado.- Consiste en producir un nivel medio de iluminacin general y

colocar un alumbrado directo para elevar el nivel de iluminacin en puestos especficos

de trabajo.

Un alumbrado general en locales de oficinas, talleres, etc., proporciona las mejores

condiciones de visibilidad, dando al ambiente un aspecto sereno y armonioso.

Calculo del Alumbrado Interior por el Mtodo del Rendimiento de la Iluminacin

Se debe establecer el tipo de actividad a desarrollar y las dimensiones y caractersticas

fsicas del local. Estos datos fijan la iluminancia media a obtener y las condiciones de

calidad que debe cumplir el alumbrado de acuerdo con los factores que influyen en la

visin tratados en capitulo ocho, para determinar el tipo de luminaria, fuente de luz, el

sistema de alumbrado y distribucin mas conveniente.

Con esos datos se determina el flujo necesario, luego la potencia de las lmparas, el

numero de puntos de luz y la distribucin de las luminarias. El flujo luminoso necesario

se calcula con la formula:

El flujo luminoso total es

T flujo luminoso necesario (lmenes)

Em Iluminancia media (lux)

S superficie a iluminar (m2)

n rendimiento de la iluminacin

fc factor de conservacin de la instalacin

La iluminancia media (Em) lo fija la actividad a desarrollar y en funcin de los factores

que influyen en la visin, la tabla 20-2 recomienda iluminancias medias para estos

casos.

El rendimiento de la iluminacin (n) es el producto del rendimiento del local nR y del

rendimiento de la luminaria nL. n = nR . nL

El rendimiento del local depende de las dimensiones de este y los factores de reflexin

del piso p1, paredes p2 y techo p3, ver tabla 20-3, y de la forma de distribucin de la luz

por la luminaria, curva fotomtrica, Esta curva y el rendimiento de la luminaria es

proporcionada por el fabricante.

La influencia de las dimensiones del local en el rendimiento del mismo esta dado por el

ndice k que las relaciona

Para luminarias desde la A1 hasta la C4 tabla 20-4 ara luminarias desde la D2 hasta la E3 tabla 20-4

a y b son las dimensiones de la superficie, h es la distancia entre el plano de trabajo

(0.85 m) y las luminarias, h es la distancia entre plano de trabajo y el techo. La tabla

20-4 dispone de rendimientos de local para curvas de distribucin simtrica de la

intensidad luminosa ilustradas en la figura 20-5 y diversas combinaciones de factores de

reflexin de paredes, piso y techo, considerando una distribucin regular de las

luminarias segn se indica en la figura 20-4.

Factor de conversin (fc) esta determinado por la perdida de flujo luminoso de las

lmparas debido a envejecimiento y presencia de polvo y suciedad, oscilan entre 0.50 y

0.80 el mas alto corresponde a locales limpios, cerrados en los que se hace reposicin y

limpieza frecuente de lmparas, mientras que el valor mas bajo corresponde a lo

contrario.

El numero de puntos de luz (N) o de luminarias resulta de dividir el flujo total para el

flujo luminoso nominal de la lmpara o lmparas contenidas en una luminaria, N = T/

L.

Altura de las luminarias sobre el plano de trabajo (h) para las distintas clases de

iluminacin viene dada por las siguientes relaciones.

h = 2 h`/3 h = 3 h/4 h = 4 h/5 altura mnima altura aconsejable altura optima Distancia entre luminarias (d) esta en funcin de la altura de h sobre el plano de

trabajo y del ngulo de abertura del haz de la luminaria.

La seleccin del tipo de luminaria con respecto a la altura del local se hace de la

siguiente forma:

Ejemplos de clculo de alumbrado de interiores.

Datos:

Longitud del local a = 20 m

Ancho del local b = 8 m

Altura del local H = 3 m

Altura del plano de trabajo h = 3-0.85 = 2.15 m

Color del techo blanco

Color de las paredes gris oscuro

Color del suelo rojo oscuro

Iluminancia media Em (segn tabla20-2) 500 lux

Luminaria con distribucin: d menor o igual a

intensiva 1.2h

semi intensiva o semi extensiva 1.5h

extensiva 1.6h

altura del local Tipo de luminaria

hasta 4 m Extensiva

de 4 a 6 m semi extensiva

de 6 10 m semi intensiva

mas de 10 m intensiva

Tipo de luminaria: semi intensiva empotrable, para 2 lmparas fluorescentes 40w.

curva de distribucin luminosa A 1.2, tabla 20-4

Tipo de lmpara OSRAM fluorescente normal L40W/20 (blanco fro)

Flujo luminoso de la lmpara L 3200 lm

Circuito Elctrico

Un circuito elctrico puede estar formado por un generador de electricidad, unos

conductores, interruptor, un receptor o carga y aparatos de medida.

Intensidad de la Corriente Electrica.- Es la cantidad de electricidad que circula en un

segundo se representa por I. La unidad es el amperio.

Tensin Electrica.- Para que la corriente electrica circule en un circuito, es necesario

que entre dos puntos de conexin exista una diferencia de potencial o fuerza

electromotriz. Esta tensin electrica la producen los generadores elctricos como

alternadores, dinamos, bateras, etc. La unidad de tensin electrica es el voltio.

Resistencia Electrica.- La corriente electrica al circular por un conductor encuentra

cierta resistencia que depende de la resistividad del conductor, su largo y su seccin

recta. La unidad de la resistencia electrica es el ohmio.

L l longitud en m.

R = r --- a rea en mm2

A r resistividad

Resistividad de Conductores Usuales a 20C

Plata 0.0146

Cobre 0.0170

Aluminio 0.0256

Hierro 0.0906

Ejemplo: Que resistencia presenta un conductor de cobre calibre 12 (seccin recta de

3.3mm.) de 300 m. de longitud.

R = 0.0170 x 300/3.3 = 1.54 Ohmios

Conductores y Aislantes.- Un material es conductor cuando tiene una resistividad baja

como los metales, los materiales que presentan una alta resistividad son aislantes como

la porcelana, vidrio, la mica.

Relacion entre Corriente, Voltaje y Resistencia, Ley de Ohm.

Si a los extremos de un conductor de resistencia R se aplica una tensin V, la intensidad

de corriente que circula por el mismo es directamente proporcional a la tensin e

inversamente proporcional ala resistencia.

I V = I R

La ley de Ohm se cumple en corriente continua. En corriente alterna nicamente cuando

se trata de circuitos que presentan resistencia ohmica como es el caso de las lmparas

incandescentes, en las lmparas de descarga se produce una limitacin de corriente por

la inductancia que veremos mas adelante.

CONDUCTOR

CALIBRE SECCION RESISTENCIA CAPACIDAD

AWG - MCM mm2 Ohmio/100m. AMPERIOS

14 2,10 0,810 15

12 3,30 0,515 20

10 5,30 0,321 30

8 8,40 0,202 40

6 13,30 0,128 55

4 21,10 0,081 70

2 33,60 0,051 95

1/0 53,50 0,032 125

2/0 67,40 0,025 145

3/0 85,00 0,020 165

4/0 107,20 0,016 195

250 136,60 0,012 215

300 152,00 0,011 240

350 177,40 0,010 260

400 202,70 0,008 280

500 253,40 0,007 320

600 304,00 0,006 355

700 354,70 0,005 385

750 380,00 0,004 400

800 405,40 0,004 420

1000 506,70 0,003 450

Puesta a Tierra.- El conductor de puesta a tierra ser de cobre o de otro material

resistente a la corrosin, macizo o cableado, desnudo aislado. Su seccin mnima

cuando es de cobre o su equivalente en otro material, estar de acuerdo con la seccin

del conductor mayor de la acometida, en la siguiente relacin:

CALIBRE DE PUESTA A TIERRA CALIBRE DE ACOMETIDA

# 8 AWG # 2 AWG

# 6 AWG # 1/0 AWG

# 4 AWG # 2/0 AWG

# 2 AWG # 350 MCM

# 1/0 AWG # 600 MCM

# 2/0 AWG # 750 MCM o mas

Potencia Elctrica.- Cantidad de trabajo por unidad de tiempo, la unidad es el vatio W.

en electricidad esta determinada por la expresin:

P = V I vatio = voltio x amperio

Ejemplo: Cual es la intensidad de corriente y la potencia de una lmpara incandescente

conectada a 220 voltios y de resistencia interna de 1.210 ohmios.

I = 220 v / 1.210 o = 0.182 A.

P = 220 v . 0.182 A = 40 W.

Energa Elctrica.- La potencia demandada por cualquier carga electrica multiplicada

por el tiempo de servicio constituye la energa consumida, la unidad utilizada es el vatio

por hora wh, Kwh.

ONDA SINUSOIDAL

AMPLITUD

LONGITUD DE ONDA

1/60 Hz = 16,6 mSeg.

VOLTAJE

TIEMPO

La medida de la energa se la hace por medio de los contadores de energa. En nuestra

provincia tenemos un costo promedio del Kwh de 9 centavos de dlar. Un foco

incandescente de 100 w funcionando por 4 horas consume 0.4 Kwh y el valor de esta

energa es de 3.6 centavos.

Corriente Alterna.- Esta clase de corriente no tiene un solo sentido como la continua

sino que varia su magnitud y sentido peridicamente con el tiempo, la forma de onda

universal de la corriente alterna es la sinusoidal. La ventaja de esta seal sobre la

continua es su transformabilidad, generacin y transporte econmico. Una seal alterna

de tensin o corriente queda definida por su magnitud, frecuencia y forma.

V = Vm Sen (wt) w = 2f Magnitud de la tensin Alterna.- Para medir y comparar tensiones alternas no se usan

sus valores instantneos sino al valor eficaz que no depende del tiempo. El valor eficaz

es el valor mximo divido para la raz cuadrada de dos.

La tensin de red mas utilizada es 220 v. (valor eficaz), por lo que el valor pico de la

seal es de 220 v x = 310 v. El periodo de la seal es el tiempo en que realiza un

ciclo completo. La frecuencia es el numero de periodos por segundo, la unidad de

frecuencia es el hertzio, La tensin alterna normal tiene una frecuencia de 60 Hz., en

Europa es de 50 Hz.

Intensidad Alterna.- Unida de medida el amperio. La corriente alterna es originada por

la tensin alterna, su intensidad se representa grficamente de igual forma y sus valores

mximo y eficaz guardan la misma relacion.

TENSION ALTERNA

INTENSIDA ALTERNA

TENSION

INTENSIDAD

en corriente alterna la intensidad y la tensin pueden estar en fase o desfasadas

dependiendo de las propiedades de las diversas cargas que pueden conectarse en un

circuito de corriente alterna.

Resistencias en un Circuito de Corriente Alterna.- Existen tres clases:

Resistencia ohmica representada por R

Resistencia inductiva representada por XL

Resistencia capacitiva representada por XC

La valoracin de cada una de ellas se la hace en ohmios.

Resistencia Ohmica R.- Es aquella que produce el mismo efecto de transformacin de

energa en un circuito de corriente continua o alterno. Si un circuito de c. a. solo se

hallan conectados cargas ohmicas no se produce ningn desfase entre la tensin y la

intensidad y se cumple la Ley de Ohm.

Ejemplo: Cual es la intensidad de corriente en circuito de resistencia ohmica 20 O,

cuando entre sus bornes se aplica una tensin alterna sinusoidal de 120 v de valor

eficaz?

Resistencia Inductiva.- Si se conecta una bobina (balastro o transformador) a un circuito

de corriente continua se cumple la ley de Ohm, la bobina se comporta como una

resistencia ohmica. Sin embargo, si la misma bobina se conecta a un circuito de

corriente alterna su comportamiento elctrico es distinto, se produce una fuerza

contraelectromotriz (inducida) de sentido contrario a la aplicada al circuito; a causa de

ello disminuye la tensin eficaz, al mismo tiempo que se reduce la intensidad. El efecto

que se produce es como si la resistencia hubiese aumentado. Este efecto de resistencia

se denomina en corriente alterna, resistencia inductiva o reactancia, que al igual que las

resistencias ohmicas se expresa en ohmios cuyo valor es:

XL = 2f L

f es la frecuencia de la seal

L es el coeficiente de autoinduccion medido en henrios

Las resistencias inductivas conectadas en circuitos de corriente alterna no consumen

energa pero si provocan un desfase entre tensin e intensidad, en la cual la intensidad

aparece retrasada.

El valor de la intensidad de la corriente en un circuito con resistencia inductiva esta

dado por la formula:

TENSION ALTERNA

INTENSIDA ALTERNA

TENSION

INTENSIDAD

TENSION E INTENSIDAD CON RESISTENCIA INDUCTIVA

DESFASE

esta claro que esa intensidad es menor que la que se obtiene en un circuito con igual

resistencia ohmica.

Las lmparas de descarga precisan generalmente para su funcionamiento una resistencia

inductiva intercalada que limite la intensidad de la corriente a la de funcionamiento, esta

limitacin se efecta casi sin perdidas. La causa por la que se calientan los balastros y

los transformadores se debe a la resistencia ohmica del conductor del bobinado.

Ejemplo: Cual es la intensidad de corriente que circula por un circuito que presenta una

resistencia ohmica de 1.45 ohmios y una reactancia cuyo coeficiente de induccin es de

0.143 henrios conectados a un voltaje alterno de 120 v?

XL = 2f L = 2 * 60 * 0.143 = 44.9 O

= 2.67 A

Resistencia Capacitiva Xc.- Si se conecta un condensador a un circuito de corriente

continua se carga instantneamente con cierta cantidad de electricidad y posee un

voltaje igual y opuesto a la tensin del circuito. Conectando el mismo condensador a un

circuito de corriente alterna presenta la particularidad que se carga y descarga en cada

cambio de sentido de la corriente. Estas cargas y descargas del condensador se suceden

con la misma frecuencia de la tensin de la red de alimentacin, establecindose en el

circuito, por efecto de la fuerza electromotriz del condensador, una corriente alterna de

la misma frecuencia de la tensin.

TENSION ALTERNA INTENSIDAD ALTERNA

TENSION

INTENSIDAD

TENSION E INTENSIDAD CON RESISTENCIA CAPACITIVA

DESFASE

t

v i

El valor de la fuerza electromotriz del condensador depende de dicha frecuencia. Esta

frecuencia produce un efecto de resistencia debido a la capacitancia que se denomina

resistencia capacitiva, cuyo valor en ohmios viene dado por:

La capacitancia se mide en faradios. Los condensadores conectados a un circuito de

corriente alterna no consumen energa pues la que toman de la red la devuelven

despus, pero si provocan un desfase entre la tensin y la intensidad, esta se adelanta a

la tensin.

El valor de la intensidad de la corriente en un circuito con resistencia capacitiva viene

dado por:

Tambin aqu la intensidad es menor que en el caso de un circuito con igual resistencia

ohmica.

Al cargarse y descargarse las placas del condensador en cada cambio de sentido de la

corriente alterna esta circulara constantemente por el circuito, aunque no atraviesa el

aislante que separa las placas. Sin embargo para efectos prcticos todo sucede como si

existiera una corriente alterna, por lo que se afirma que un condensador permite el paso

de la corriente alterna pero no la continua.

Ejemplo: Un capacitor de 25 uf conectado junto a una resistencia ohmica de 1.45 O a un

voltaje alterno de 220v. Cuales la intensidad de corriente?

Si el circuito presentara solo resistencia ohmica este valor seria:

I = V/R = 220/1.45 = 151.72 A

Impedancia Z.- Si comparamos las formulas de la intensidad de la corriente alterna

que circula por un conductor con resistencia inductiva y capacitiva anteriormente

anotadas con la correspondiente a la ley de Ohm, se deduce que tanto una bobina

inductiva como un condensador producen un aumento aparente de la resistencia del

circuito pues en realidad equivale a sustituir en la expresada formula de Ohm en vez de

resistencia ohmica R, la resistencia que aparentemente presenta el circuito. Esta

resistencia aparente recibe el nombre de impedancia, representada por Z su valor es:

Potencia Electrica en Corriente Alterna.- En corriente alterna solo en circuitos en los

que se hallan conectadas resistencias ohmicas, como lmparas incandescentes, donde la

corriente no se desfasa del voltaje, la potencia es el producto de los dos, P= V* I. La

potencia media por periodo sera la integral dividido por la duracin del periodo. En la

fig. # 5

VOLTAJE CORRIENTE POTENCIA

POTENCIA

VOLTAJE

CORRIENTE

t

FIG. # 5 POTENCIA, VOLTAJE Y CORRIENTE EN UN CIRCUITO CON CARGA OHMICA

se representa este caso, es de observar que la potencia es siempre positiva.

Cuando en el circuito se encuentra conectado una bobina o un condensador, figuras 6 y

7, resulta que mientras el voltaje y corriente tengan igual signo la potencia es positiva,

mientras que en el desfase donde presentan signos opuestos la potencia es negativa.

VOLTAJE CORRIENTE POTENCIA

DESFASE DE ATRASO

t

POTENCIA

VOLTAJE

CORRIENTE

FIG # 4 POTENCIAI, VOLTAJE Y CORRIENTE EN UN CIRCUITO CON CARGA INDUCTIVA

POTENCIA ABSORBIDA

POTENCIA CEDIDA

La presencia de potencia negativa consecuencia del desfase entre voltaje y corriente,

producto de impedancias inductivas y/o capacitivas, trae como resultado que la potencia

media se reduce en relacion a la potencia de una carga hmica.

La potencia negativa no es absorbida por la carga volviendo a cada instante de nuevo al

generador.

Potencia Aparente S.- Es la potencia de un circuito de corriente alterna al producto de

la intensidad de corriente por el voltaje. La unidad de potencia aparente es el voltio-

amperio (va), 1Kva = 1000 va.

S = V * I

La potencia aparente es una magnitud puramente matemtica y por si sola no dice nada

sobre la potencia electrica consumida por una carga, pues en su valor tambin

interviene la parte de potencia que esta devuelve sin aprovechamiento al generador.

V OLT A JE CORRIE NT E P OT E NCIA

P OT E NCIA

V OLT A JE

CORRIE NT E

DE SFA SE DE A DE LA NT O

F I G . # 5 P O T E N C I A , V O L T A J E Y C O R R I E N T E E N U N C I R C U I T O C O N C A R G A C A P A C I T I V A

Potencia Activa P.- Es la potencia de un circuito alterno que consume la carga para

realizar un trabajo. La unidad de potencia activa es el vatio W, 1Kw = 1000 w.

La potencia activa es menor o igual a la potencia aparente, P S, y se calcula

multiplicando la potencia aparente por el cos.

El ngulo es el de desfase entre tensin e intensidad y al cos se le denomina factor de

potencia, su valor varia entre 0 y 1.

P = V * I * cos

P = S * cos

El consumo de energa que los abonados pagan a la distribuidora de electricidad se

calcula a travs de la potencia activa.

Ejemplo: Una lmpara fluorescente conectada a 220v, tiene una corriente de 0.42 A, y

el factor de potencia cos = 0.51, Cual es potencia aparente y activa?

S = V * I = 220 * 0.42 = 92.4 va

P = S * cos = 92.4 * 0.51 = 42.1 w

Una lmpara de halgeno de 400 w, con estabilizador tiene un consumo de potencia de

385 w conectada a una red de corriente alterna de 220 v y circulando una corriente de

3.5 A, cual es la potencia activa, aparente y factor de potencia?

P = 385 w

S = 220 * 3.5 = 770 va

Cos = 385w/770va = 0.5

Potencia Reactiva Q.- Solo una parte de la potencia aparente se traduce en potencia

activa o til, queda otra parte de potencia aparente que no es aprovechada por la carga a

la que se denomina potencia reactiva. La unidad de potencia reactiva es el var.

Q = S * cos

La potencia reactiva no queda registrada en el contador de energa activa. De las

potencias activa y reactiva resulta la potencia aparente, pero no mediante una suma

matemtica, sino mediante una suma algebraica.

Una analoga muy ilustrativa de estas potencias es el paso de un punto A al B en un ro.

Para ello se requiere consumir cierto combustible para cubrir la trayectoria AB, sin

embargo la corriente nos leva al punto C, a

Pesar de la mayor longitud de la trayectoria AC la energa consumida es la misma que

para ir de A a B en el caso de que no hubiese corriente en el ro. La trayectoria AC no es

una medida de la potencia activa ejercida por la maquina, sino mas bien de la potencia

aparente, ya que la corriente ha actuado a favor del desplazamiento. La longitud BC

corresponde a la potencia con que la corriente hace desviar a la maquina. Supuesto que

la maquina no ejerci ninguna fuerza contra ese desplazamiento, puede asi toarse el

mismo como medida para la potencia reactiva. La potencia reactiva y con ella tambin

la aparente, aumentara a medida que la corriente sea mayor. La corriente en esta

analoga equivale al desfase en un circuito de corriente alterna.

A

B C

La potencia activa y con ella la aparente aumentara o disminuir con el desfase.

Compensacin del Factor de Potencia.- La corriente de un circuito de corriente

alterna que presenta carga inductiva es:

S

P

Q

La corriente es inversamente proporcional al factor de potencia (cos), es decir mientras

menor es el factor de potencia (mayor desfase) mas alta es la corriente y se requiere

conductores de mayor seccin lo que se refleja en mayores gastos de instalacin.

La carga inductiva genera potencia reactiva que no registra los medidores de energa

instalados por la distribuidora, y cuyo consumo va por cuenta de la misma, adems de

sobrecargar las lneas.

Por ello el interes de dichas distribuidoras es mantener lo mas alto posible el factor de

potencia de las instalaciones para lo cual establecen un mnimo, en el caso de CNEL

Regional El Oro, ese valor es 0.92.

Para mejorar el factor de potencia en un circuito y con ello disminuir la potencia

reactiva, se emplean los capacitores.

La mayora de las cargas elctricas, lmparas de descarga, balastros, motores de

induccin, etc. actan como reactancias inductivas, el voltaje se adelanta a la corriente.

Los capacitores y los motores sincronos presentan un efecto contrario, la corriente se

adelanta al voltaje.

Como los condensadores toman energa de la red y la devuelven despus, si a una

inductancia se le conecta un capacitor apropiado, el desfase producido por esta quedara

compensado

.

el caso mas ideal de compensacin sucede cuando el desfase del voltaje y corriente es

cero, donde la potencia reactiva es cero y la potencia aparente es igual a la potencia

activa.

La compensacin o correccin del factor de potencia en las instalaciones de alumbrado

con lmparas de descarga, puede realizarse por lmpara, por grupos de lmparas que se

encienden mediante el mismo interruptor o centralizada por el conjunto de lmparas.

Energa electrica en corriente alterna.-

P en vatios w

E = P * t T en horas h

E en wh

Qu cuesta 10 horas de funcionamiento de una lmpara fluorescente L40w a 220 v,

con una intensidad de corriente de 0.43 A y 50 w de consumo de potencia, incluida la

Potencia aparente

Potencia activa

Potencia

reactiva Inductiva

Capacitiva

inductancia, si el precio del Kwh es de 14 centavos?, Cual es la potencia aparente y el

factor de potencia?

E = 50 w * 10 h = 500 wh = 0.5 Kwh

Costo = 0.5 Kwh * 14 ctvos = 7 ctvos

S = V * I = 220 v * 0.43 A = 94.6 VA

# DE CONDUCTORES POR DIAMETRO DE TUBERIA

CALIBRE DE 3/8" 1/2" 3/4" 1" 1 1/4"

CONDUCTOR

14 2 5 11 19 30

12 2 3 8 15 23

10 1 3 6 11 17

8 1 1 3 6 9

6 0 1 2 3 6

4 0 0 1 2 4

2 0 0 1 2 2

1/0 0 0 0 1 1

2/0 0 0 0 1 1

3/0 0 0 0 1 1

4/0 0 0 0 0 1

250 0 0 0 0 1

300 0 0 0 0 0

350 0 0 0 0 0

400 0 0 0 0 0

500 0 0 0 0 0

600 0 0 0 0 0

700 0 0 0 0 0

750 0 0 0 0 0

800 0 0 0 0 0

1000 0 0 0 0 0

CALIBRE DE 1 1/4" 1 1/2" 2" 3" 4"

CONDUCTOR

6 6 8 15 33 59

4 4 5 9 21 38

2 2 4 7 15 28

1/0 1 3 5 12 22

2/0 2 2 5 11 19

3/0 1 2 4 9 16

4/0 1 2 3 7 13

250 1 1 2 6 11

300 1 1 2 5 9

350 1 1 2 4 8

400 0 1 2 4 7

500 0 1 1 3 6

600 0 0 1 3 5

700 0 0 1 2 4

750 0 0 1 2 4

800 0 0 1 2 4

1000 0 0 1 2 3

DISEOS EXIGIDOS EN URBANIZACIONES, VIVIENDAS Y EDIFICIOS

Diseo Elctrico

Diseo Telefnico

Diseo de Cableado Estructurado

Diseo de Sonido

Diseo de Estaciones de transformacin

Diseo de Iluminacin Vial

Diseo para Electrificacin Rural

Adems del reglamento de Acometidas y Medidores existen ordenanzas locales, a nivel

de Municipios, que especifican exigencias puntuales, como es el caso del Municipio de

Machala en el que se exigen la memoria tcnica descriptiva de los diseos elctricos y

telefnicos para viviendas o edificios con reas de construccin desde los 300 m2. Los

mismos que tienen que estar aprobados por el Colegio de Ingenieros Elctricos y

Electrnicos de la Provincia. Hay que destacar que para instalaciones elctricas de

vivienda si la potencia supera los 10Kw., se debe incluir la aprobacin de la

Distribuidora Electrica local. En el caso de demandas telefnicas superiores a los 10

CALIBRE SECCION DIAMETRO RESISTENCIA CAPACIDAD

AWG - MCM mm2 EXTERNO

mm. Ohmio/100m. Amperios

14 2,10 3,15 0,81 15

12 3,30 3,57 0,515 20

10 5,30 4,11 0,321 30

8 8,40 5,54 0,202 40

6 13,30 7,15 0,128 55

4 21,10 8,92 0,081 70

2 33,60 10,45 0,051 95

1/0 53,50 13,42 0,032 125

2/0 67,40 14,56 0,025 145

3/0 85,00 15,85 0,02 165

4/0 107,20 17,32 0,016 195

250 136,60 19,44 0,012 215

300 152,00 20,82 0,011 240

350 177,40 22,12 0,01 260

400 202,70 23,31 0,008 280

500 253,40 25,47 0,007 320

600 304,00 28,21 0,006 355

700 354,70 30,08 0,005 385

750 380,00 30,93 0,004 400

800 405,40 31,75 0,004 420

1000 506,70 34,84 0,003 450

pares tambin se requiere de la aprobacin de la empresa de telfono local, Pacifictel-

Machala.

Un aspecto importante tiene que ver con las acometidas del servicio elctrico, telefnico

y TV por cable en reas de regeneracin y casco comercial de la ciudad, las mismas que

tienen que ser subterrneas.

BIBLIOGRAFA

Manual OSRAM, Iluminacin, 1987

Reglamento de Acometidas y Medidores de EMELEC, 1982

Reglamento de Acometidas y Medidores de EMELORO S.A.

Ordenanza Municipal, Machala, 2004

Maquinas y Transformadores, H. Gellthrop

Ley de Rgimen del Sector Elctrico