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Sistemas de Iluminación: Lámparas y Luminarias Eficientes

  • 1. Descripción

    El sistema de iluminación representa dentro del consumo energético de los servicios generales de un edificio, un porcentaje significativo. El sector Oficinas es el que tiene un mayor peso relativo de la iluminación en el consumo energético, con un 33%, seguido por los centros comerciales con un 24%.

    El aprovechamiento máximo de la luz natural, junto con la aplicación de tecnologías eficientes de alumbrado y sistemas de control de la iluminación, permiten reducir el consumo de energía de este sistema entre un 15% y un 50%.

    Distribución de energía utilizada en Iluminación en el Sector Edificación

  • 2. Conceptos básicos

    Para poder elegir la iluminación más adecuada en cada recinto, es necesario conocer los siguientes conceptos:

    Flujo luminoso (unidad=lumen)

    Es la cantidad de luz que emite una lámpara determinada. Este concepto está relacionado con el de eficacia luminosa o rendimiento luminoso, que es la relación entre la cantidad de luz producida por la fuente (lúmenes) y la potencia eléctrica consumida de la red para su funcionamiento.

    Eficacia luminosa (lm/W)

    Es la relación entre el flujo luminoso de una fuente de luz y la potencia consumida en ella.

    Eficacia de las lámparas (lm/W)

    Intensidad luminosa (candela)

    Intensidad con la que una fuente de luz proyecta la luz en una dirección determinada.

    Iluminancia (lx)

    Es el flujo luminoso recibido por unidad de superficie.

    Luminancia (candela/m2)

    Sensación de claridad que produce una fuente de luz o una superficie iluminada.

  • 3. Componentes

    3.1 Lámparas

    Para elegir el tipo de lámpara más adecuado para cada uso se tendrá en cuenta: el flujo, la eficacia o rendimiento, la vida útil y la temperatura de color.

    3.2 Luminarias

    Se denomina luminaria a la unidad destinada a albergar una o varias lámparas y se utiliza para focalizar la luz y evitar que esta se desperdicie.

    3.3 Equipos Auxiliares

    Los equipos auxiliares, reactancias o balastos, son accesorios para utilizar en combinación con las lámparas de descarga, limitando la corriente que circula por ellas, a los valores exigidos para un funcionamiento correcto.

    Nota: las lámparas de descarga son aquellas en las que la luz emitida se consigue por excitación de un gas sometido a descargas eléctricas entre dos electrodos (fluorescente, vapor de mercurio o sodio).

    Tipo de alumbrado Magnético Electrónico
    Fluorescencia 25 % 10 %
    Descarga 20 % 8 %
    Halógena baja tensión (12V) 20 % 7 %

    El consumo del equipo auxiliar puede representar un incremento del 5 % al 30 % sobre el consumo de la lámpara. Las lámparas halógenas de bajo voltaje (12 V) requieren de transformador para su funcionamiento. Todo transformador tiene unas pérdidas (transformación en calor) que en función de su construcción y potencia varían del 10 % al 20 %.

    3.4 Equipos de control y regulación

    Elementos responsables de la "gestión energética" de los sistemas de iluminación.

    Alumbrado interior

    Pulsador temporizado: Activa la iluminación de forma manual y la desactiva automáticamente tras un tiempo programado.

    Detector de presencia: Activa la iluminación en respuesta a movimientos y la desactiva tras un tiempo programado.

    Célula fotosensible: Activa la iluminación respondiendo al nivel de luz exterior.

    Dimmer: Regula la intensidad luminosa de las lámparas, de forma manual o en combinación con células.

    Alumbrado exterior

    Reloj astronómico: Activa y apaga la iluminación de acuerdo con las horas de ocaso y de orto del lugar en el que está instalado.

    Célula fotosensible o interruptor crepuscular: Activa y apaga la iluminación de acuerdo con el nivel de luz ambiente. Se suele usar en combinación con el reloj astronómico.

    Reactancia de doble nivel: Activa un nivel de flujo reducido con un horario programado.

    Estabilizador de tensión: Estabiliza la tensión de alimentación. Se instalan en cabecera de línea.

    Reductor de tensión: Activa niveles de flujo reducido. Se instalan en cabecera de línea.

    Regulador-Estabilizador de flujo: Activa niveles de flujo reducido y estabiliza la tensión. Se instala en cabecera de línea.

  • 4. Medidas de eficiencia

    4.1 Lámparas

    • Adecuar el nivel de iluminación al recomendado, en función de las necesidades.
    • Limpiar las lámparas y sustituir aquellas en las que el flujo se haya reducido hasta condiciones no adecuadas. La acumulación de polvo en los sistemas de alumbrado hace que se pierda hasta un 10% en iluminación.
    • La duración de los tubos fluorescentes se especifica para una conexión por cada tres horas de funcionamiento. Si se realizan conexiones cada poco tiempo, la duración de la lámpara se acorta.
    • Usar colores claros en las paredes, muros y techos, porque los colores oscuros absorben gran cantidad de luz y obligan a utilizar más lámparas.

    4.2 Luminarias

    • Limpieza de luminarias para obtener el máximo rendimiento.
    • Utilizar luminarias apropiadas como las pantallas difusoras con rejillas. No utilizar difusores o pantallas opacas, porque generan pérdidas de luz.
    • Instalar superficies reflectoras, porque dirigen e incrementan la iluminación y posibilitan la reducción de lámparas en la luminaria.

    4.3 Equipos Auxiliares

    • La utilización de los balastos electrónicos elimina el zumbido y parpadeo de las lámparas, lo que produce la disminución de la fatiga visual.
    • Utilizar balastos electrónicos, permite ahorrar energía hasta un 10%, corrige el factor de potencia, así como incrementa la vida útil de las lámparas fluorescentes.
    • Los balastos electrónicos debido a la baja aportación térmica que presentan, permiten disminuir las necesidades en aire acondicionado.

    4.4 Equipos de Control y Regulación

    • Aprovechar la entrada de luz natural, utilizando protecciones solares móviles, claraboyas y lucernarios que permitan su entrada.
    • En áreas que precisen distintos niveles de iluminación con periodicidad variable, resulta aconsejable instalar reguladores de intensidad luminosa.
    • Sectorizar los circuitos de iluminación, de modo que se puedan conectar solamente las lámparas necesarias en la zona de trabajo.
  • 5. Ejemplo

    5.1 Ejemplo de ahorro energético por sustitución de tecnología

    Sustitución de una lámpara incandescente de 100W cuya vida útil es de 1.000h, por una fluorescente de bajo consumo de 23W y una vida útil de 15.000h.

    Viabilidad técnico-económica de la reforma
      Fluorescente de bajo consumo Incandescente
    Potencia (W) 23 100
    Vida útil (h) 15.000 1.000
    P.V.P. (€) 16,35 0,96
    Precio del kWh (€/kWh) 0,08 0,08
    Supuesto (h) 15.000 15.000
    Coste lámparas (€) 16,35 14,4
    Coste electricidad (€) 27,6 120
    Coste mantenimiento (€) 2,27 34,05
    COSTE TOTAL (€) 46,22 168,45
    AHORRO ENERGÉTICO (%) 77
    AHORRO MONETARIO (%) 73

    5.2 Ejemplo de ahorro energético en una instalación

    Reforma del sistema de iluminación para un edificio de oficinas, con las características de partida siguientes:

    • Poco aprovechamiento de la luz natural.
    • Encendido centralizado por plantas.
    • No dispone de sistema de regulación.
    • Balastos electromagnéticos.
    • Las lámparas son fluorescentes de 2x 36mm de diámetro.

    Se propone sustituir las lámparas y luminarias por otras de alta eficiencia energética, lámparas de trifósforo con balastos electrónicos y un sistema de control y regulación basado en células fotoeléctricas para el aprovechamiento de la luz natural.

    Viabilidad técnico-económica de la reforma
      Previo reforma Después reforma
    Nº de luminarias 1.661 1.078
    E media (lx) 595 500
    P (kW) 200 39
    W/m2 por cada 100lx 6,31 1,49
    Coste anual energía (€) 58.736,43 8.141,11
    Ahorro energía 86,14%
    Coste de la sustitución 97.784,45€
    Período de recuperación 2 años

     

  • 6. Mejores Equipos

    6.1 Lámparas

    Reemplazar las lámparas fluorescentes antiguas (38mm de diámetro) por otras más eficientes (16mm de diámetro), que pueden ser de dos tipos:

    • Estándar: Aquellas que dan el mismo flujo luminoso que las convencionales, pero con menos potencia.
    • Trifósforo: Para la misma potencia que las estándar, emiten más flujo luminoso, por lo que se vería reducido el número de lámparas necesarias para un mismo nivel de iluminación.

    Sustituir las lámparas de incandescencia, por su bajo rendimiento y alto consumo, por lámparas fluorescentes. Reemplazar lámparas de vapor de mercurio por fuentes de luz de vapor de sodio de alta presión.

    Ahorro por sustitución en alumbrado interior
    Sustitución Por Ahorro (%)
    Fluorescente convencional Fluorescente alta eficiencia 40
    Halógena convencional Halógena alta eficiencia 50
    Halógena convencional Fluorescente compacto 70
    Halógena convencional LED 80
    Incandescencia Fluorescente compacto 80
    Incandescencia LED 90
    Ahorro por sustitución en alumbrado exterior
    Sustitución Por Ahorro (%)
    Vapor de mercurio Vapor de sodio alta presión 45
    Vapor de sodio alta presión Vapor de sodio baja presión 25

    6.2 Luminarias

    Utilizar reflectores especulares de alta eficiencia que permitan un alto aprovechamiento de la iluminación procedente de la lámpara.

    Considerar la opción de utilizar los componentes que ofrecen los fabricantes para sus lámparas (como por ejemplo rejas, difusores, etc.) ya que mejoran el nivel y la calidad de la luz.

    El rendimiento de la luminaria se define como la cantidad de luz emitida que es aprovechada, porque una parte de ella es absorbida por la luminaria.

    Rendimiento de las luminarias
    Tipo de luminaria Rendimiento (%)
    Total Hemisferio inferior
    Regleta sencilla 95 60
    Regleta con cubeta de plástico opal 70 45
    Con reflector y lamas en V 65 65
    Con reflector y rejilla de retícula fina 55 55
    De baja luminancia con reflectores parabólicos y rejillas de lamas 70 70
    Baja luminancia con reflectores parabólicos y rejillas de lamas para lámparas de 16mm 80 80

    6.3 Equipos Auxiliares

    Balastos electrónicos, que sustituyan las reactancias convencionales (electromagnéticas).

    Transformadores electrónicos para halógenos de 12V, menores pérdidas, no consumen cuando la lámpara está fundida, en comparación con los transformadores electromagnéticos.

    En alumbrado exterior existen reactancias de doble nivel de potencia que controlan el descenso del nivel de iluminación según el tipo de lámpara.

    Emplear reactancias de elevado factor de potencia.

    6.4 Equipos de control y regulación

    Se aplicarán detectores de presencia en zonas de paso o de poco uso.

    En zonas con aporte de luz natural, se aprovechará ésta utilizando células fotoeléctricas.

    Para alumbrado exterior se recomienda utilizar relojes astronómicos y células fotoeléctricas, que varían en el tiempo de encendido y apagado.

    Instalar reguladores de flujo en la cabecera de línea del alumbrado público, para reducir la tensión de alimentación al conjunto lámpara-balasto.

    Se combinarán uno o más de los subsistemas de control y regulación, aumentando así el ahorro energético y económico.

    Ahorro energético mediante estratégias de control
    Estrategia de control Ahorro (%)
    Programación 40
    Depreciación luminosa 10 - 35
    Luz natural 50
    Células fotoeléctricas 20 - 30
    Reloes astronómicos y crepusculares 10
    DIMMER 10
    Sectorización de la iluminación 50
    Detectores de presencia e interruptores temporizados 25 - 40

     

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