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INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL ADOLFO LPEZ MATEOS
INGENIERA ELCTRICA
PROPUESTA DE OPTIMIZACIN DEL SISTEMA DE ILUMINACIN
DE LA UNIDAD DE INFORMTICA DE LA ESIME ZACATENCOLA
ISLA IMPLEMENTANDO UN SISTEMA FOTOVOLTAICO
TESIS
QUE PARA OBTENER EL TTULO DE:
INGENIERO ELECTRICISTA
PRESENTAN:
JONATHAN JESS NAVA FIGUEROA
ASESOR METODOLGICO
M en C. CARLOS TEJADA MARTNEZ
MXICO D. F., MAYO 2013
-
Resumen
En esta tesis se presenta un anlisis de cmo puede ser optimizado el sistema de
iluminacin actual del sistema de alumbrado de la Unidad de Informtica de la
Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica, zona Zacatenco, conocida
tambin como La Isla. Dicho anlisis se realiz con el objetivo de tener los
niveles de iluminacin establecidos en las normas vigentes, utilizando luminarias
de tecnologa LED.
Para la realizacin de este estudio, se utiliza el programa DIALux, en el cual se
realizara la simulacin de la distribucin del flujo luminoso dentro de las
instalaciones de la Unidad de Informtica, as como el consumo energtico del
sistema de iluminacin, haciendo adems una comparativa entre luminarias de
lmparas fluorescentes y luminarias de tecnologa LED.
Complementario a esto se disea un sistema de generacin fotovoltaico, para
alimentar el sistema de iluminacin de forma autnoma, dentro del cual se realiza
el clculo del nmero de paneles requeridos para alimentar la iluminacin de la
Unidad de Informtica, as como el clculo de los elementos que integran el
sistema fotovoltaico, siendo estos: regulador, banco de bateras e inversor.
-
ii
INDICE GENERAL
Glosario ............................................................................................................................ vii
Planteamiento del Problema .............................................................................................. ix
Justificacin ....................................................................................................................... xi
Limitaciones ................................................................................................................... xi
Alcances ........................................................................................................................ xi
Objetivos .......................................................................................................................... xii
Objetivo General ............................................................................................................... xii
Objetivos Particulares ....................................................................................................... xii
Hiptesis .......................................................................................................................... xiii
Sistemas de Iluminacin
1.1 Introduccin ............................................................................................................................. 15
1.2 Luz ........................................................................................................................................... 15
1.3 Fuentes de Luz ........................................................................................................................ 16
1.3.1 Luz Natural .................................................................................................................... 17
1.3.2 Luz Artificial ................................................................................................................... 17
1.4 Sistemas de iluminacin .......................................................................................................... 17
1.5 Tipos de Lmparas .................................................................................................................. 18
1.5.1 Lmparas Incandescentes .......................................................................................... 19
1.5.2 Lmparas Fluorescentes ............................................................................................. 19
1.5.3 Lmparas de Vapor de Mercurio ................................................................................ 20
1.5.4 Lmpara de Aditivos Metlicos .................................................................................. 20
1.5.6 Lmparas de Vapor de Sodio ..................................................................................... 21
1.6 Lmparas LED ........................................................................................................................ 23
1.7 Niveles de Iluminacin ............................................................................................................ 24
Generacin fotovoltaica
2.1 Introduccin ............................................................................................................................. 27
2.2 Energa Solar .......................................................................................................................... 27
2.3 Panel Fotovoltaico ................................................................................................................... 28
2.4 Principio de Funcionamiento ................................................................................................... 29
2.5 Factores de Eficiencia ............................................................................................................. 31
-
iii
Diseo del sistema de iluminacin
3.1 Introduccin ............................................................................................................................. 35
3.2 Normatividad aplicable ........................................................................................... 36
3.2.1. NOM-025-STPS-2008; Condiciones de iluminacin en centros de trabajo. ..... 36
3.2.2 NOM-007-ENER-2004; Eficiencia energtica en sistemas de alumbrado en
edificios no residenciales .......................................................................................... 38
3.3. Distribucin de zonas de iluminacin en la Unidad Computacional de la ESIME
Zacatenco La Isla ...................................................................................................... 39
3.3.1 Seleccin de luminarias para salas de cmputo y oficinas (Zonas 1- 8) ........... 42
3.3.2 Iluminacin de pasillos, almacn bodega y sanitarios (Zonas 9-10) ................. 44
3.4. Herramienta de cmputo para el estudio luminotcnico de la unidad de informtica
La Isla. ....................................................................................................................... 45
3.5. Diagrama de densidad lumnica y cnico de luminarias ........................................ 46
3.6 Clculo de la iluminacin de la unidad de informtica utilizando el programa DIALux.
..................................................................................................................................... 48
3.6.1 Laboratorio de Diseo (Zona 1) ....................................................................... 48
3.6.2 Sala Intermedia (Zona 2) ................................................................................. 50
3.6.3 Jefatura/Laboratorio/Apoyo (UTE) (Zona 3) ..................................................... 52
3.6.4 Server (Zona 4) ................................................................................................ 54
3.6.5 Servicios (Zona 5) ............................................................................................ 56
3.6.6 Pabelln tecnolgico (Zona 6) .................................................................................... 58
3.6.7 Soporte tcnico (Zona 7) ............................................................................................. 60
3.6.8 Secretarial/Espera/Jefatura Unidad (Zona 8) ........................................................... 62
3.6.9 Bodega/Almacn/Sanitarios (Zona 9) ....................................................................... 64
3.6.10 Pasillo (Zona 10) ........................................................................................................ 66
3.7 Distribucin general de luminarias y flujo luminoso ................................................................ 68
3.8 Tablero, circuitos derivados y seleccin de interruptores termomagnticos .......................... 69
3.8.1. Seleccin de termomagntico ................................................................................... 69
3.8.2 Cuadro de cargas ......................................................................................................... 70
3.9 Comparativa energtica .......................................................................................................... 70
Diseo del sistema fotovoltaico
4.1 Introduccin ............................................................................................................................. 73
4.2 Nivel de radiacin solar ........................................................................................................... 74
4.3 Estimacin de uso de la carga del sistema de iluminacin ..................................................... 75
-
iv
4.4 Dimensionamiento de los componentes ................................................................................. 76
4.4.1 Paneles fotovoltaicos ................................................................................................... 76
4.4.2 Calculo del nmero de paneles fotovoltaicos ........................................................... 77
4.4.3 Topologa de paneles solares .................................................................................... 78
4.4.4 Banco de bateras ........................................................................................................ 79
4.4.5 Reguladores de carga .................................................................................................. 82
4.4.6 Inversor .......................................................................................................................... 83
4.5 Resultados del clculo de elementos del sistema fotovoltaico ............................................... 84
Conclusiones
5.1 Recomendaciones ................................................................................................................... 87
Referencias ..................................................................................................................... 88
ANEXO A ........................................................................................................................ 90
-
v
INDICE DE FIGURAS
Fig. 1.Espectro electromagntico ..................................................................................... 16
Fig. 2. Grfico de la geometra solar ................................................................................ 17
Fig. 3.Bombilla incandescente ......................................................................................... 19
Fig. 4.Lmpara fluorescente ............................................................................................ 20
Fig. 5.Lmpara de aditivos metlicos ............................................................................... 21
Fig. 6.Lmpara de vapor de sodio a alta presin ............................................................. 22
Fig. 7.Lmpara de vapor de sodio a baja presin ............................................................ 23
Fig. 8.Lmparas LED ....................................................................................................... 24
Fig. 9.Panel y clula fotovoltaicos .................................................................................... 29
Fig. 10.Elementos de un sistema fotovoltaico .................................................................. 30
Fig. 11.Corte transversal de un panel fotovoltaico ........................................................... 32
Fig. 12.Instalaciones de la Unidad de Informtica de la ESIME Zacatenco ...................... 35
Fig. 13.Plano estructural de la Unidad Computacional de la ESIME Zacatenco ............... 39
Fig. 14.Medicin de los niveles actuales de iluminacin .................................................. 40
Fig. 15.Luminario Smartform LED .................................................................................... 43
Fig. 16.Luminario LuxSpace Compact ............................................................................. 44
Fig. 17.Software DIALux versin 4.11 .............................................................................. 45
Fig. 18.Diagrama de densidad lumnica ........................................................................... 46
Fig. 19.Diagrama cnico .................................................................................................. 46
Fig. 20.Diagrama de densidad lumnica ........................................................................... 47
Fig. 21.Diagrama cnico .................................................................................................. 47
Fig. 22.Niveles de intensidad luminosa en Zona 1 ........................................................... 48
Fig. 23.Ubicacin luminarias Zona 1 ................................................................................ 48
Fig. 24.Niveles de intensidad luminosa Zona 2 ................................................................ 50
Fig. 25.Ubicacin luminarias Zona 2 ................................................................................ 50
Fig. 26.Niveles de intensidad luminosa Zona 3 ................................................................ 52
Fig. 27.Ubicacin luminarias Zona 3 ................................................................................ 52
Fig. 28.Niveles de intensidad luminosa Zona 4 ................................................................ 54
Fig. 29.Ubicacin luminarias Zona 4 ................................................................................ 54
Fig. 30.Niveles de intensidad luminosa Zona 5 ................................................................ 56
Fig. 31.Ubicacin luminarias Zona 5 ................................................................................ 56
Fig. 32.Niveles de intensidad luminosa Zona 6 ................................................................ 58
Fig. 33.Ubicacin luminarias Zona 6 ................................................................................ 58
Fig. 34.Niveles de intensidad luminosa Zona 7 ................................................................ 60
Fig. 35.Ubicacin luminarias Zona 7 ................................................................................ 60
Fig. 36.Niveles de intensidad luminosa Zona 8 ................................................................ 62
Fig. 37.Ubicacin luminarias Zona 8 ................................................................................ 62
Fig. 38.Niveles de intensidad luminosa Zona 9 ................................................................ 64
Fig. 39.Ubicacin luminarias Zona 9 ................................................................................ 64
Fig. 40.Niveles de intensidad luminosa Zona 10 .............................................................. 66
Fig. 41.Ubicacin luminarias Zona 10 .............................................................................. 66
Fig. 42.Plano general de niveles de iluminacin por zonas de estudio ............................. 68
-
vi
Fig. 43.Ubicacin geogrfica de La Isla ......................................................................... 73
Fig. 44.Topologa de paneles fotovoltaicos ...................................................................... 79
Fig. 45.Topologa banco de bateras ................................................................................ 82
Fig. 46. Diagrama unifilar ................................................................................................. 85
INDICE DE TABLAS
Tabla 1.Condiciones de iluminacin en centros de trabajo .............................................. 37
Tabla 2.Eficiencia energtica en sistemas de alumbrado en edificios no residenciales .... 38
Tabla 3.Zonas de la Unidad Computacional .................................................................... 41
Tabla 4.Comparativa de luminarias .................................................................................. 43
Tabla 5.Resultados luminotcnicos Zona 1 ...................................................................... 49
Tabla 6.Resultados luminotcnicos Zona 2 ...................................................................... 51
Tabla 7.Resultados luminotcnicos Zona 3 ...................................................................... 53
Tabla 8.Resultados luminotcnicos Zona 4 ...................................................................... 55
Tabla 9.Resultados luminotcnicos Zona 5 ...................................................................... 57
Tabla 10.Resultados luminotcnicos Zona 6 .................................................................... 59
Tabla 11.Resultados luminotcnicos Zona 7 .................................................................... 61
Tabla 12.Resultados luminotcnicos Zona 8 .................................................................... 63
Tabla 13.Resultados luminotcnicos Zona 9 .................................................................... 65
Tabla 14.Resultados luminotcnicos Zona 10 .................................................................. 67
Tabla 15.Comparativa energtica .................................................................................... 71
Tabla 16.Niveles de radiacin solar sobre la ubicacin del proyecto ................................ 74
Tabla 17.Calculo del consumo elctrico ........................................................................... 75
-
vii
Glosario
A-h: Amperes por hora.
Batera: Dispositivo que almacena energa elctrica, por medio de procedimientos
electroqumicos, para devolverla posteriormente.
Clula fotovoltaica: Dispositivo electrnico que transforma la energa luminosa
en energa elctrica.
Eficiencia: Relacin entre energa til y energa invertida
Fluorescencia: Tipo particular de luminiscencia, que caracteriza a las sustancias
que son capaces de absorber energa en forma de radiaciones electromagnticas
y luego emitir parte de esa energa en forma de radiacin electromagntica.
Generacin elctrica: Consiste en transformar alguna clase de energa qumica,
mecnica, trmica o luminosa, entre otras, en energa elctrica.
Iluminacin: Se refiere al conjunto de dispositivos que se instalan para producir
ciertos efectos luminosos, tanto prcticos como decorativos.
Inversor: Dispositivo que convierte corriente directa en alterna
Irradiacin solar: Conjunto de radiaciones electromagnticas emitidas por el Sol.
kWh/da: kilowatts-hora consumidos en un da.
LED: Diodo emisor de luz, se refiere a un componente optoelctrico pasivo.
Lumen: Unidad del Sistema Internacional de Medidas para medir el flujo luminoso.
Luminaria: Dispositivos generadores de luz, responsable del control y la
distribucin de la luz.
Lux: Es la unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades para
la iluminancia o nivel de iluminacin. Equivale a un lumen /m.
-
viii
Luxmetro: Instrumento de medicin que permite medir simple y rpidamente la
iluminancia real de un ambiente.
Panel fotovoltaico: Conjunto de clulas fotovoltaicas, que producen electricidad a
partir de la luz que incide sobre ellos.
Potencia: Relacin de paso de energa de un flujo por unidad de tiempo; es decir,
la cantidad de energa entregada o absorbida por un elemento en un tiempo
determinado.
Reflexin: Cambio de direccin de una onda magntica, que al estar en contacto
con la superficie de separacin entre dos medios cambia
Topologa: Se refiere al arreglo fsico en el cual los dispositivos se interconectan
entre s.
-
ix
Planteamiento del Problema
Durante los ltimos aos, el ahorro y la forma de utilizacin de la energa elctrica
se han convertido en un tema de vital importancia para las sociedades del mundo,
ya que debido a diversos factores, han provocado una mayor conciencia sobre el
uso de la energa elctrica.
En Mxico debido a mltiples factores, polticos, econmicos y culturales, no se ha
desarrollado un pleno inters entre sociedad y gobierno por el ahorro de energa y
poco se ha incursionado en el desarrollo de tecnologas de generacin de energa
elctrica alternas, entre ellas la generacin a travs de paneles fotovoltaicos.
Uno de los principales problemas que se tiene, es la mala calidad en las
instalaciones elctricas y en los sistemas de iluminacin, este mismo problema ha
afectado a la Unidad Computacional de la ESIME Zacatenco mejor conocida como
La Isla, adems de la falta de mantenimiento a las instalaciones desde hace
varios aos han ocasionado que estas se deterioren y se vuelvan obsoletas.
Por otra parte, el uso de sistemas fotovoltaicos para generacin de electricidad es
una prctica cada vez ms comn en el mbito internacional. Durante los ltimos
30 aos el desarrollo tecnolgico en este campo ha permitido una reduccin de 95
% en el costo de los mdulos fotovoltaicos comerciales, a la par de un incremento
cercano al 200% en su eficiencia. Un dato que puede servir como referencia para
dimensionar el nivel de penetracin de esta tecnologa en estos ltimos aos son
los ms de 1200 MW de potencia pico instalada a nivel mundial, con un
crecimiento anual del orden de 16 %.
Pero en Mxico, al igual que en muchos otros pases en desarrollo, el uso de los
sistemas fotovoltaicos tiene una penetracin y desarrollo an incipiente.
En busca de fortalecer el uso de energas alternas y como medio de ahorro de
energa elctrica adems de un ahorro econmico, se implementara un sistema de
generacin elctrica fotovoltaico para alimentar el circuito de iluminacin y con eso
reducir el problema del consumo elctrico.
-
x
El aprovechamiento mximo de la luz natural, junto con la aplicacin de
tecnologas eficientes de alumbrado y sistemas de control de la iluminacin,
permiten reducir el consumo de energa de este sistema entre un 15% y un 50%.
Debido a lo anterior es necesario implementar nuevas formas de generacin
elctrica para el uso cotidiano, en este caso se propone el uso de la energa solar,
as como la implementacin de sistemas de iluminacin de bajo consumo y mayor
eficiencia para la iluminar la Unidad Computacional de la ESIME Zacatenco.
-
xi
Justificacin
Los sistemas de iluminacin mal diseados y/o deteriorados por el tiempo,
presentan diversas fallas, tanto en sus equipos como en su funcionamiento, es por
eso que de sustituirse un sistema obsoleto o en mal estado y aplicando las nuevas
tecnologas en alumbrado de bajo consumo, se tendr un sistema de iluminacin
eficiente, sumado a estas mejoras, tambin se busca que el sistema sea
alimentado independientemente de la red elctrica, generando su propia
electricidad a partir de la energa solar por medio de un sistema fotovoltaico, del
cual, conociendo las limitaciones que presentan estos tipos de sistemas de
generacin actualmente, se buscara optimizar al mximo el sistema de iluminacin
y que estos tengan una baja demanda de energa para su ptimo funcionamiento y
mediante esto compensar los bajos porcentajes de eficiencia que tienen hasta la
fecha los sistemas de generacin fotovoltaicos.
Limitaciones
Debido al poco desarrollo de la tecnologa de generacin fotovoltaica en nuestro
pas, implementar un sistema de este tipo es relativamente costoso, ya que los
beneficios econmicos se obtendrn al paso del tiempo.
Alcances
Se podr conseguir un significativo ahorro en el uso de energa elctrica y un
beneficio econmico (vindose este reflejado con el paso del tiempo), as como un
mejor sistema de iluminacin, que brinde ms comodidades a los usuarios del
inmueble, sin dejar de lado los beneficios que se aportaran al medio ambiente al
utilizar energa elctrica generada de forma limpia.
-
xii
Objetivos
Objetivo General
Optimizar el sistema de iluminacin de la Unida de Informtica de la ESIME
Zacatenco, para que este sea de bajo consumo y mayor eficiencia, cumpliendo
con las caractersticas que un sistema de alumbrado para un edificio de este tipo
requiera, siendo a su vez alimentado de forma independiente por un sistema de
generacin de energa elctrica fotovoltaico.
Objetivos Particulares
Rediseo del sistema de iluminacin actual de la Unidad de Informtica La Isla
de la ESIME Zacatenco.
Aplicacin de nuevos equipos de iluminacin para tener una mayor eficiencia en el
alumbrado mediante un bajo consumo de energa.
Implementacin de un sistema fotovoltaico para generar la energa elctrica
necesaria con la cual se alimentara el circuito de iluminacin implementado.
-
xiii
Hiptesis
Debido a que da con da las nuevas tecnologas en materia de iluminacin
presentan elementos para el alumbrado siendo estos ms eficientes empleando
un bajo consumo energtico, implementar estos en un nuevo sistema de
iluminacin para la Unidad de Informtica La Isla de la ESIME Zacatenco,
brindara un ptimo nivel de iluminacin para realizar de forma adecuada las tareas
que se realizan en esta unidad.
A su vez, al considerar los avances en generacin de electricidad a partir de
energa solar, el implementar un sistema de generacin elctrica a base de
paneles fotovoltaicos permitir alimentar al sistema de iluminacin antes
mencionado para darle independencia de la red elctrica, como lo que se obtendr
un sistema de iluminacin autosustentable, de bajo consumo elctrico y un
alumbrado eficiente.
-
CAPTULO I
SISTEMAS DE ILUMINACIN
En este captulo se contemplan conceptos relacionados a la luz, los
sistemas de iluminacin y los elementos que integran dichos sistemas.
-
15
1 Sistemas de Iluminacin
1.1 Introduccin
No es posible concebir el mundo actual sin el uso de la iluminacin artificial.
Durante este captulo nos enfocaremos en conocer los elementos de los sistemas
de iluminacin, as como un poco sobre la luz y las fuentes que producen la
misma, pudiendo ser de dos tipos, naturales o artificiales.
Adems nos centraremos en los tipos de luminarias ms comnmente utilizados
en los sistemas de iluminacin tanto tradicionales, como las nuevas tecnologas.
Finalmente conoceremos las normas que detallan los niveles de iluminacin
requeridos en edificios pblicos para llevar a cabo las diversas actividades que en
estos se realizan.
1.2 Luz
Recibe el nombre de luz la parte de la radiacin electromagntica que puede ser
percibida por el ojo humano, aunque en un concepto ms amplio incluye todo el
campo de la radiacin conocido como espectro electromagntico, mientras que la
expresin luz visible seala especficamente la radiacin en el espectro visible. [1]
-
16
Fig. 1.Espectro electromagntico
1.3 Fuentes de Luz
Se entiende por fuente de luz a aquellos cuerpos que la generan, ya sea
producida por ellos mismos o por que la reflejan. En nuestro entorno existen
diferentes tipos de luz, las cuales pueden ser naturales o artificiales.
As mismo se tienen las fuentes primarias, las cuales producen la luz por medio de
procesos internos, por ejemplo el sol y son secundarias si estas producen la luz
por reflexin como es el caso de la luna o de cualquier otra superficie que la
refleje.
La primera finalidad de una fuente de luz consiste en producirla y la eficacia con
que una lmpara realiza este cometido se expresa en lmenes emitidos por watts
consumidos, relacin llamada eficiencia luminosa. [2]
-
17
1.3.1 Luz Natural
La luz natural tambin conocida como luz diurna o de da, es aquella producida
por el sol, se tienen tres tipos de luz natural, las directas, indirectas y difusas.
El sol determina las caractersticas esenciales de la luz natural disponible, el largo
de los das y sus cambios estacionales, as como de los cambios de carcter que
ocurren durante el da. Estas caractersticas de penden de los movimientos de la
tierra, del ngulo de sus ejes y del ngulo de la superficie iluminada respecto al
ngulo de incidencia del rayo de luz. [3]
Fig. 2. Grfico de la geometra solar
1.3.2 Luz Artificial
Es aquella provista por fuentes artificiales que poseen una distribucin espectral
similar a la luz natural, estas fuentes pueden ser muy variadas, ya que van desde
lmparas de gas y aceite, velas y en su mayora son lmparas y luminarios
elctricos. Representa el 19% del consumo de electricidad mundial. [4]
1.4 Sistemas de iluminacin
Con el constante incremento por la conservacin de la energa en los aos
recientes, se ha enfocado la atencin en el consumo de energa y los mtodos
para reducir este.
-
18
Todas las actividades llevadas a cabo requieren iluminacin: en casa, el
transporte, la oficina, el comercio y la industria.
Un sistema de iluminacin es el conjunto de luminarias destinadas a proporcionar
un aumento de iluminacin en el plano de trabajo para la realizacin de
actividades especficas.
El objetivo de estos sistemas no es simplemente el proporcionar luz, si no permitir
que las personas reconozcan fcil y claramente, sin error lo que ven, sin fatigar la
vista.
Todo esto depender del tipo de luminario utilizado para la iluminacin del
inmueble, entre los parmetros que sirven para definir una lmpara tenemos las
caractersticas fotomtricas: la intensidad luminosa, el flujo luminoso y el
rendimiento o eficiencia.
Adems de estas, existen otros que nos informan sobre la calidad de la
reproduccin de los colores y los parmetros de duracin de las lmparas. [5]
1.5 Tipos de Lmparas
En la actualidad las fuentes de iluminacin ms populares son seis: lmparas
incandescentes, fluorescentes, vapor de mercurio, aditivos metlicos y vapor de
sodio (baja y alta presin). Todas estas lmparas con excepcin de las
incandescentes son lmparas de descarga de gas, lo que significa que la luz es
creada a travs de la excitacin de los gases dentro de la lmpara.
La eficiencia es determinada por la cantidad de luz, medida en lmenes
producidos por cada watt de energa requerida por la lmpara. Los lmenes por
watt (LPW) de varias fuentes de luz pueden variar considerablemente. [6]
Actualmente se estn desarrollando nuevas tecnologas en equipos de
iluminacin, dando como resultado el uso de lmparas LED, lmparas que utilizan
diodos emisores de luz como fuente luminosa.
-
19
1.5.1 Lmparas Incandescentes
Las lmparas incandescentes es uno de los tipos ms comunes de fuentes de luz,
aun siendo esta la lmpara con la menor eficiencia (lmenes por watt) y el menor
tiempo de vida.
La luz es producida en eta lmpara por el efecto Joule cuando el filamento es
calentado hasta la incandescencia, siendo este una resistencia al flujo de la
corriente elctrica.
El invento de la lmpara incandescente se le atribuye a Thomas Alva Edison.
Fig. 3.Bombilla incandescente
1.5.2 Lmparas Fluorescentes
Las lmparas fluorescentes se estn convirtiendo en el tipo ms comn de fuente
luminosa, es fcil distinguirlas por su diseo tubular, su operacin consiste en un
arco elctrico producido entre dos electrodos, los cuales estn separados
dependiendo la longitud del tubo, la luz ultravioleta producida por el arco activa un
revestimiento de fosforo en el interior de las paredes del tubo, causando que la luz
sea producida.
Las lmparas fluorescentes se caracterizan por estar formadas por un tubo
cilndrico, con casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos.
-
20
Fig. 4.Lmpara fluorescente
1.5.3 Lmparas de Vapor de Mercurio
Las lmparas de vapor de mercurio producen luz cuando la corriente elctrica
pasa a travs de una pequea cantidad de vapor de mercurio.
La lmpara consiste en dos sobres de cristal, un sobre interno donde el arco es
golpeado y uno por fuera o de proteccin. La lmpara de vapor de mercurio al
igual que la fluorescente requiere un balastro diseado para cada uso especfico.
1.5.4 Lmpara de Aditivos Metlicos
La lmpara de aditivos metlicos es muy similar en su construccin a la lmpara
de vapor de mercurio, la mayor diferencia consiste en que esta lmpara contiene
varios aditivos metlicos adicionalmente al vapor de mercurio. La eficacia de la
lmpara de aditivos metlicos es de 1.5 a 2 veces la de la lmpara de vapor de
mercurio.
El aditivo metlico produce una relativa luz blanca igual o superior a la
actualmente presentada por una lmpara de vapor de mercurio, para su
-
21
funcionamiento necesario un dispositivo especial de encendido, puesto que las
tensiones de arranque son muy elevadas (1500-5000 V). [6]
Fig. 5.Lmpara de aditivos metlicos
1.5.6 Lmparas de Vapor de Sodio
Alta Presin
La lmpara de alta presin de vapor de sodio, es un tipo de lmpara de descarga
de gas que usa vapor de sodio para producir luz, tiene la mayor eficacia de todas
las lmparas utilizadas normalmente en interiores, esta produce luz cuando la
electricidad pasa a travs del vapor de sodio, la luz producida por este tipo de
lmparas es una luz de color blanco-dorado.
-
22
Fig. 6.Lmpara de vapor de sodio a alta presin
La lmpara de vapor de sodio a alta presin es una de las ms utilizadas en el
alumbrado pblico ya que proporciona una reproduccin de los colores
considerablemente mejor que la anterior, aunque no tanto como para iluminar algo
que requiera excelente reproduccin cromtica.
Baja Presin
Esta es la lmpara de mayor eficiencia disponible actualmente, prob alrededor de
183 lmenes por watt. La luz en esta lmpara es producida por un tubo arqueado
en forma de U el cual contiene el vapor de sodio, su uso en interiores es
severamente restringido, debido a que produce una monocromtica luz amarilla.
La radiacin emitida, de color amarillo, est muy prxima al mximo de
sensibilidad del ojo humano (555 nm). Por ello, la eficacia de estas lmparas es
muy elevada (entre 160 y 180 lm/W). Otras ventajas que ofrece es que permite
una gran comodidad y agudeza visual, adems de una buena percepcin de
contrastes. Por contra, su monocromatismo hace que la reproduccin de colores y
-
23
el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible distinguir los colores
de los objetos. [6]
Fig. 7.Lmpara de vapor de sodio a baja presin
1.6 Lmparas LED
Lmparas de bajo consumo LED suponen una alternativa ecolgica de gran
calidad a las bombillas incandescentes.
Un LED (diodo de emisin de luz) es una fuente de luz que encaja perfectamente
en un circuito elctrico. Debido a que los LED se iluminan por el movimiento de los
electrones en un material semiconductor, los LED no se queman, no se calientan y
no utilizan sustancias peligrosas como el mercurio, adems de ser reciclables. [7]
La tecnologa LED aporta la mejor eficiencia disponible para la conversin de
energa elctrica en luminosa. Con una eficiencia energtica media de un 85% se
pueden obtener ms de 80 lmenes por watt.
La emisin de luz que proporcionan los LED es direccional, la luz blanca que
producen los LED, permite la mejor reproduccin cromtica actualmente
disponible. Colores intensos y claramente diferenciados.
-
24
Actualmente las lmparas de LED se pueden usar para cualquier aplicacin
comercial, desde el alumbrado decorativo hasta el de viales y jardines, presentado
ciertas ventajas, entre las que destacan su considerable ahorro energtico,
arranque instantneo, aguante a los encendidos y apagados continuos y su mayor
vida til.
Fig. 8.Lmparas LED
1.7 Niveles de Iluminacin
La cantidad de luz que ilumina una superficie es medida en lmenes por metro
cuadrado, y cada tarea especfica tiene valores recomendados de iluminacin para
llevarse a cabo y un cuarto en donde se realizan diversas tareas podra tener
varios niveles de iluminacin recomendados.
Establecer los requerimientos de iluminacin en las reas de los centros de
trabajo, para que se cuente con la cantidad de iluminacin requerida para cada
actividad visual, a fin de proveer un ambiente seguro y saludable en la realizacin
de las tareas que desarrollen los trabajadores. [8]
-
25
La NOM-025-STPS-2008, Condiciones de iluminacin en los centros de trabajo,
indica los niveles de iluminacin que deben incidir en el plano de trabajo, para
cada tipo de tarea visual o rea de trabajo.
Precisar niveles de iluminacin no es crticamente importante, pero igual de
importante que la cantidad de luz, es la calidad de la misma, pocas son las
personas capaces de percibir una diferencia mnima en la iluminacin, pero la
pobre calidad de la iluminacin es muy fcil de aparentar para cualquiera y ms
an si esta afecta su habilidad y confortabilidad para ver una tarea.
Uno de los factores que afectan la calidad de un sistema de iluminacin es el
deslumbramiento, este tiene un gran impacto en la habilidad y comodidad para
realizar alguna actividad.
-
CAPTULO II
GENERACIN FOTOVOLTAICA
En este captulo se presenta la definicin de la generacin fotovoltaica,
as como los elementos que integran un sistema de generacin solar.
-
27
2 Generacin fotovoltaica
2.1 Introduccin
El uso de sistemas fotovoltaicos para generacin de electricidad es una prctica
cada vez ms comn en el mbito internacional. Durante los ltimos 30 aos el
desarrollo tecnolgico en este campo ha permitido una reduccin de 95 % en el
costo de los mdulos fotovoltaicos comerciales, a la par de un incremento cercano
al 200% en su eficiencia. [9]
Es por eso que durante este captulo nos adentraremos en esta forma de
generacin de energa elctrica, a partir de la energa solar, ya que en busca de
nuevas fuentes de energa limpia, esta sin duda puede ser una de las opciones
con una mejor perspectiva de desarrollo.
En Mxico, al igual que en muchos otros pases en desarrollo, el uso de los
sistemas fotovoltaicos tiene una penetracin y desarrollo an incipiente.
2.2 Energa Solar
La energa solar es la energa obtenida mediante la captacin de la luz y el calor
emitidos por el Sol.
Desde su surgimiento se clasifico como la solucin perfecta para las necesidades
energticas de todos los pases debido a su universalidad y acceso gratuito ya
que, como se ha mencionado anteriormente, proviene del sol.
Para los usuarios el gasto est en el proceso de instalacin del equipo solar.
Este gasto, con el paso del tiempo, es cada vez menor por lo que no nos resulta
raro ver en la mayora de las casas las placas instaladas. Podemos decir que no
contamina y que su captacin es directa y de fcil mantenimiento.
-
28
Es una de las llamadas energas renovables, particularmente del grupo no
contaminante, conocido como energa limpia o energa verde, si bien, al final de su
vida til, los paneles fotovoltaicos pueden suponer un residuo contaminante
difcilmente reciclable al da de hoy.
La radiacin solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio del calor
que produce a travs de la absorcin de la radiacin.
La potencia de la radiacin vara segn el momento del da; las condiciones
atmosfricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas
condiciones de radiacin el valor es de aproximadamente 1000 W/m en la
superficie terrestre. A esta potencia se la conoce como irradiacin.
2.3 Panel Fotovoltaico
Tambin conocido como panel solar es un mdulo que aprovecha la energa de la
radiacin solar. El trmino comprende a los colectores solares utilizados para
producir agua caliente (usualmente domstica) y a los paneles fotovoltaicos
utilizados para generar electricidad. [9]
Los paneles fotovoltaicos: estn formados por numerosas celdas que convierten la
luz en electricidad. Las celdas a veces son llamadas clulas fotovoltaicas. Estas
celdas dependen del efecto fotovoltaico por el que la energa luminosa produce
cargas positiva y negativa en dos semiconductores prximos de diferente tipo,
produciendo as un campo elctrico capaz de generar una corriente.
-
29
Fig. 9.Panel y clula fotovoltaicos
Los paneles fotovoltaicos, adems de producir energa que puede alimentar una
red elctrica terrestre, pueden emplearse en vehculos elctricos y barcos solares.
En 2005 el problema ms importante con los paneles fotovoltaicos era el costo,
que ha estado bajando hasta 3 o 4 dlares por watt. El precio del silicio usado
para la mayor parte de los paneles ahora est tendiendo a subir. Esto ha hecho
que los fabricantes comiencen a utilizar otros materiales y paneles de silicio ms
delgados para bajar los costos de produccin. Debido a economas de escala, los
paneles solares se hacen menos costosos segn se usen y fabriquen ms. A
medida que se aumente la produccin, los precios continuarn bajando en los
prximos aos.
2.4 Principio de Funcionamiento
Los paneles o mdulos fotovoltaicos (llamados comnmente paneles solares,
aunque esta denominacin abarca otros dispositivos) estn formados por un
conjunto de celdas (clulas fotovoltaicas) que producen electricidad a partir de la
luz que incide sobre ellos (electricidad solar). El parmetro estandarizado para
-
30
clasificar su potencia se denomina potencia pico, y se corresponde con la potencia
mxima que el mdulo puede entregar bajo unas condiciones estandarizadas, que
son:
Radiacin de 1000 W/m
Temperatura de clula de 25 C (no temperatura ambiente).
Las principales componentes de un sistema fotovoltaico conectado a la red son: el
arreglo fotovoltaico, que es el elemento encargado de transformar la luz del sol en
electricidad; y un elemento acondicionador de la potencia producida (un inversor
c.d./c.a.), cuya funcin es adecuar la energa generada por el arreglo a las
caractersticas elctricas de la red para su conexin a sta.
Fig. 10.Elementos de un sistema fotovoltaico
Silicio cristalino y Arseniuro de galio son la eleccin tpica de materiales para
celdas solares. Los cristales de Arseniuro de galio son creados especialmente
para uso fotovoltaico, mientras que los cristales de Silicio estn disponibles en
lingotes estndar ms baratos producidos principalmente para el consumo de la
-
31
industria microelectrnica. El Silicio poli cristalino tiene una menor eficacia de
conversin, pero tambin menor coste. [10]
Funcionan por medio del Efecto Fotoelctrico (tambin conocido como efecto
fotovoltaico) a travs del cual la luz solar se convierte en electricidad sin usar
ningn proceso intermedio. Los dispositivos donde se lleva a cabo la
transformacin de luz solar en electricidad se llaman Generadores Fotovoltaicos y
a la unidad mnima en la que se realiza dicho efecto Celdas Solares, que al
conectarse en serie y/o paralelo se forman los paneles fotovoltaicos.[11]
Los paneles fotovoltaicos se dividen en:
Cristalinas
Monocristalinas: Se componen de secciones de un nico cristal de silicio (Si)
(reconocibles por su forma circular u octogonal, donde los 4 lados cortos, si se
puede apreciar en la imagen, se aprecia que son curvos, debido a que es una
clula circular recortada).
Policristalinas: Cuando estn formadas por pequeas partculas cristalizadas.
Amorfas: Cuando el silicio no se ha cristalizado. Su efectividad es mayor cuanto
mayores son los cristales, pero tambin su peso, grosor y coste. El rendimiento de
las primeras puede alcanzar el 20% mientras que el de las ltimas puede no llegar
al 10%, sin embargo su coste y peso es muy inferior.
2.5 Factores de Eficiencia
La eficiencia es el parmetro por excelencia en la tecnologa y uno de los ms
importantes en la generacin fotovoltaica. Sin embargo hay mucha confusin al
respecto en este punto, por la mala interpretacin de este parmetro.
-
32
Muchas veces en la eleccin de mdulos, simplemente se compara el valor de la
eficiencia, sin tener en cuenta el resto de parmetros de la instalacin. Por
ejemplo, sobre dos placas de 180 W, se prefiere una placa de 16% de eficiencia a
otra del 14%, aunque las dos placas vayan a producir lo mismo, 180 W. [12]
Sin embargo, la eficiencia debe ser entendida como la cantidad de potencia en
watts que da la placa, por m2 de superficie, esto es, un ndice de densidad
energtica.
Sin embargo cuando no hay problemas de terreno el parmetro de la eficiencia no
tiene sentido, pudiendo elegirse una placa de eficiencia inferior con el ahorro
econmico correspondiente.
Fig. 11.Corte transversal de un panel fotovoltaico
Las caractersticas elctricas de los paneles solares, incluyen numerosos
parmetros, por citar algunos, incluye el tipo de clula y nmero, as como su
interconexin. Caja de conexiones, tipo y grado IP de proteccin, la potencia
nominal, mxima y mnima garantizada, el voltaje de circuito abierto, intensidad de
cortocircuito, corriente y tensin mxima de potencia y tensin mxima del sistema
interconectado. Tambin el fusible, diodos bypass, cableado de conexin y
-
33
longitud, los conectores y tipo, eficiencia del panel, la tolerancia de la potencia
mxima y los coeficientes de temperatura.
La medida ms interesante es la eficiencia del panel, o qu porcentaje de energa
de la luz que incide en el panel se convierte en electricidad. La eficiencia de la
clula solar no es igual a la eficiencia del panel. La eficiencia del panel es
generalmente de 1 a 3% inferior a la eficiencia de clulas solares debido a la
reflexin de vidrio, marco de sombra, las temperaturas ms altas, etc. [13]
Una segunda medida del rendimiento es la tolerancia de potencia, que indica el
rango de potencia nominal.
La tercera medida importante es el rendimiento de los coeficientes de temperatura
que muestran cmo los resultados del panel seguirn los cambios de temperatura.
-
CAPTULO III
SISTEMAS DE ILUMINACIN
En este captulo se realizara el diseo del sistema de iluminacin, se
determinara el nmero de luminarias necesario para los niveles de
iluminacin establecidos, se determinara la potencia total del sistema,
as como una comparativa entre luminarias LED y fluorescentes.
-
35
3 Diseo del sistema de iluminacin
3.1 Introduccin
A lo largo de este captulo se realizara el diseo y descripcin del nuevo sistema
de iluminacin para la Unidad de Informtica La Isla, utilizando equipos de bajo
consumo, de tecnologa LED, apegndose a la normatividad aplicable, para
obtener los niveles de iluminacin requeridos para la correcta realizacin de las
tareas que se desarrollen dentro del inmueble.
La figura 12 muestra las condiciones poco favorables en las que se encontr el
sistema de alumbrado dentro de las instalaciones de La Isla, entre lo que se
puede observar, destaca el insuficiente nmero de luminarias y el mal estado en
que estas se encuentran.
Fig. 12.Instalaciones de la Unidad de Informtica de la ESIME Zacatenco
Para el desarrollo de este proyecto de iluminacin, se necesit la recopilacin de
una serie de datos, para definir las caractersticas que requera el proyecto.
-
36
3.2 Normatividad aplicable
3.2.1. NOM-025-STPS-2008; Condiciones de iluminacin en centros de
trabajo.
El nivel de iluminacin es quiz la caracterstica ms importante a considerar al
realizar un proyecto de iluminacin, ya que de esto depender que las tareas
visuales se puedan realizar a plenitud, con eficiencia y sobre todo seguridad, es
que debemos tomar en cuenta las tareas que se desarrollaran en las distintas
zonas del inmueble, el detalle que estas requieren y la velocidad con que deben
ser realizadas, as como el tiempo durante el cual ser realizada dicha tarea, con
el fin de evitar fatiga visual.
Los niveles de Iluminacin que con los que se deber cumplir se encuentran
establecidos en la NOM-025-STPS-2008; Condiciones de iluminacin en centros
de trabajo, emitida por la Secretaria del Trabajo y Previsin Social. [8]
A continuacin se muestra en la tabla 1 los niveles mnimos de iluminacin para
centros de trabajo donde se puede observar que para el caso de salas de computo
se requiere un nivel de 500 lx y para talleres de alta precisin se requiere un nivel
de 750 lx.
-
37
Tabla 1.Condiciones de iluminacin en centros de trabajo
Tarea Visual del Puesto de Trabajo rea De Trabajo Niveles Mnimos
de Iluminacin (Lux)
En exteriores: distinguir el rea de
trnsito, desplazarse caminando,
vigilancia, movimiento de vehculos.
reas generales exteriores: patios y
estacionamientos. 20
En interiores: distinguir el rea de trnsito,
desplazarse caminando, vigilancia,
movimiento de vehculos.
reas generales interiores: almacenes de
poco movimiento, pasillos, escaleras,
estacionamientos cubiertos, labores en
minas subterrneas, iluminacin de
emergencia.
50
En interiores. reas de circulacin y pasillos; salas de
espera; salas de descanso; cuartos de
almacn; plataformas; cuartos de
calderas
100
Requerimiento visual simple: inspeccin
visual, recuento de piezas, trabajo en
banco y mquina.
reas de servicios al personal:
Almacenaje rudo, recepcin y despacho,
casetas de vigilancia, cuartos de
compresores y pailera. 200
Distincin moderada de detalles: ensamble
simple, trabajo medio en banco y
mquina, inspeccin simple, empaque y
trabajos de oficina.
Talleres: reas de empaque y ensamble,
aulas y oficinas. 300
Distincin clara de detalles: maquinado y
acabados delicados, ensamble e
inspeccin moderadamente difcil, captura
y procesamiento de informacin, manejo
de instrumentos y equipo de laboratorio.
Talleres de precisin: salas de cmputo,
reas de dibujo, laboratorios.
500
Distincin fina de detalles: maquinado de
precisin, ensamble e inspeccin de
trabajos delicados, manejo de
instrumentos y equipo de precisin,
manejo de piezas pequeas.
Talleres de alta precisin: de pintura y
acabado de superficies, y laboratorios de
control de calidad. 750
Alta exactitud en la distincin de detalles:
ensamble, proceso e inspeccin de piezas
pequeas y complejas y acabado con
pulidos finos.
reas de proceso: ensamble e inspeccin
de piezas complejas y acabados con
pulido fino. 1,000
Alto grado de especializacin en la
distincin de detalles.
reas de proceso de gran exactitud.
2,000
-
38
3.2.2 NOM-007-ENER-2004; Eficiencia energtica en sistemas de alumbrado
en edificios no residenciales
Otra norma que se utiliz en el diseo de este proyecto fue la NOM-007-ENER-
2004, de donde se obtienen los valores de Densidad de Potencia Elctrica para
Alumbrado (DPEA) con los que se debe cumplir en sistemas de alumbrado
interior. [14]
En la tabla 2 se muestran los niveles mximos de Densidad de Potencia Elctrica
para Alumbrado en donde se observa que para el caso de oficinas no debe
exceder los 14 W/m2 y en escuelas no debe ser mayor a 16 W/m2.
Tabla 2.Eficiencia energtica en sistemas de alumbrado en edificios no residenciales
Tipo de edificio DPEA (W/m2)
Oficinas
Oficinas 14
Escuelas y dems centros docentes
Escuelas o instituciones educativas 16
Bibliotecas 16
Establecimientos comerciales
Tiendas de auto servicio, departamentales y de especialidades 20
Hospitales
Hospitales, sanatorios y clnicas 17
Hoteles
Hoteles 18
Moteles 22
-
39
3.3 Distribucin de zonas de iluminacin en la Unidad
Computacional de la ESIME Zacatenco La Isla
El proyecto consiste en el diseo del sistema de iluminacin de la isla. A
continuacin se presenta el plano arquitectnico de la unidad, donde se muestran
las diferentes zonas en las cuales se encuentra seccionada la Unidad
Computacional, para realizar el estudio luminotcnico y as decidir la ptima
ubicacin de las luminarias dentro de cada zona.
Fig. 13.Plano estructural de la Unidad Computacional de la ESIME Zacatenco
-
40
A fin de realizar la distribucin de luminarias el inmueble se dividi en 10 zonas y
se consider la NOM-025-STPS-2008 para seleccionar los niveles mnimos de
iluminacin para cada una de las mismas.
Previamente a la realizacin del estudio luminotcnico y como se muestra en la
figura 14 se utiliz un luxmetro para la medicin de los niveles actuales de
iluminacin que se presentan en las diferentes zonas de anlisis de la Unidad
Computacional.
Fig. 14.Medicin de los niveles actuales de iluminacin
Con estas mediciones se pudo comprobar que los niveles de iluminacin que
actualmente presenta la Unidad Computacional de la ESIME Zacatenco se
encuentran por debajo del mnimo establecido en la NOM-025-STPS-2008, en
algunos casos las lecturas son muy inferiores al mnimo requerido.
En la tabla 3 se muestran las dimensiones (largo, ancho y altura) as como el nivel
de iluminacin actual y el nivel mnimo requerido por zona.
-
41
Tabla 3. Zonas de la Unidad Computacional
Zona Ancho [m] Largo
[m]
Altura
[m]
Nivel de
iluminacin
actual
[lx]
Nivel de
Iluminacin
Mnimo
[lx]
1
Laboratorio de diseo
7.10 10.70 2.60 215 500
2
Sala intermedia
7.10 10.70 2.60 175
500
3
Jefatura/Laboratorio
/Apoyo (UTE)
7.10 10.70 2.60 295
500
4
Server
2.60 6.25 2.60 250 300
5
Servicios
2.60 6.25 2.60 280
300
6
Pabelln tecnolgico
7.00 5.30 2.60 240
500
7
Soporte tcnico
4.40 8.00 2.60 215 750
8
Secretarial/Espera
/Jefatura Unidad
9.90 8.00 2.60 230
500
9
Bodega/Almacn
/Sanitarios
2.65 6.15 2.60 40 50
10
Pasillo
16.20 8.00 2.60 127 100
Como se puede apreciar en la tabla anterior, nicamente el rea de los pasillos, se
encuentra dentro de los niveles de iluminacin establecidos por norma.
-
42
3.3.1 Seleccin de luminarias para salas de cmputo y oficinas (Zonas 1- 8)
Para la seleccin de las luminarias a instalar en las zonas de; Laboratorio de
diseo, Sala Intermedia, Jefatura/Laboratorio/Apoyo (UTE), Server, Servicios,
Pabelln Tecnolgico, Soporte Tcnico, Secretarial/Espera/Jefatura Unidad se
consideraron tres tipos de lmparas: lmpara tubular fluorescente promedio,
lmpara LUMIX T8 de OSRAM, y lmpara de tecnologa LED, Smartform LED de
PHILIPS.
Para este proyecto se seleccion la luminaria Smartform LED debido a su menor
consumo de energa, eficiencia, equipos ms ligeros, mayor tiempo de vida y tipo
de montaje.
En la tabla 4 se muestra la comparacin entre las tres luminarias consideradas.
Donde se observa que la potencia de la luminaria de tecnologa LED, es menor a
las luminarias fluorescentes considerando que por gabinete se utilizan de 2 a 4
tubos fluorescentes, con lo cual una luminaria formada por 2 tubos T8 Slimline por
lo que tendra una potencia total de 64 W por luminaria.
Por otra parte podemos observar que el tiempo de vida til de las luminarias LED
puede prolongarse hasta por 50000 horas, al ser empleadas al 70% del flujo
luminoso, esto puede lograrse fcilmente aprovechando la luz diurna y utilizando
el sensor de luz ACTILUME, el cual es capaz de regular el flujo luminoso de la
luminaria para prolongar su tiempo de vida.
Adems las luminarias LED estn libres de mercurio, con lo que no se daa el
medio ambiente ni se pone en riesgo a la salud.
-
43
Tabla 4.Comparativa de luminarias
Smartform LED LUMIX T8 T8 Slimline
Potencia* (W) 47 58 2x32
Flujo luminoso (Lm) 3700 5200 2x2950
Vida til (hrs) 30000** 20000 20000
Balastro No Si Si
Mercurio No Si Si
*Potencia para una sola lmpara, luminarias fluorescentes incluyen de 2 a 4
lmparas.
**Hasta 50000 hrs al 70% del flujo luminoso.
La Smartform LED BBS464 de la marca PHILIPS es una luminaria que por ser de
alta eficiencia, diseada para adaptarse a una amplia variedad de techos, adems
de poseer un novedoso sistema de control de iluminacin, as como un muy
prolongado tiempo de vida se recomienda para este tipo de proyectos de
iluminacin en interiores.
En la figura 15, se puede observar el diseo del mdulo Smartform LED,
dimensiones de 60x60cm e instalacin empotrada.
Fig. 15.Luminario Smartform LED
-
44
3.3.2 Iluminacin de pasillos, almacn bodega y sanitarios (Zonas 9-10)
Por otra parte para las zonas de trnsito y servicios generales (almacn y
sanitarios) se opta por un tipo de luminario distinto, igualmente basado en
tecnologa LED, de la familia LuxSpace Compact, la BBS490 de PHILIPS, debido
a su eficiencia, posibilitando una eficiente iluminacin general de espacios con un
consumo reducido permitiendo considerables ahorros de energa.
De instalacin empotrable y con un dimetro de 21 cm, como se muestra en la
figura 16, se convierte en la eleccin ptima para iluminar este tipo de zonas.
Fig. 16.Luminario LuxSpace Compact
Los datos tcnicos de ambas luminarias se muestran en el anexo A:
-
45
3.4. Herramienta de cmputo para el estudio luminotcnico de la
unidad de informtica La Isla.
Para la realizacin del estudio luminotcnico de las distintas zonas en que fue
seccionada la Unidad Computacional de la ESIME Zacatenco, se apoy en el uso
del software computacional DIALux, desarrollado por DIAL GmbH, en su versin
4.11, el cual nos permite realizar los clculos de distribucin de luminarias y
niveles de iluminacin en forma precisa [15].
Fig. 17.Software DIALux versin 4.11
Para el estudio luminotcnico, se le proporcionaron los siguientes datos al paquete
computacional de DIALux:
Dimensiones de las zonas (largo, ancho y altura).
Altura del plano til.
Porciento de reflexin de suelo, techo, paredes, puertas y ventanas.
Modelos de luminarias a utilizar.
Los resultados obtenidos de este anlisis, presentados zona por zona, fueron los
siguientes:
Nivel de intensidades lumnicas.
Valor de eficiencia energtica.
Flujo luminoso total.
Potencia total.
Factor de mantenimiento.
Numero de luminarias utilizadas.
Plano de distribucin de luminarias.
-
46
3.5. Diagrama de densidad lumnica y cnico de luminarias
Enseguida se presentan los diagramas de densidad lumnica y cnico de ambos
modelos de luminarias utilizadas, en los cuales se puede apreciar el valor de la
intensidad en candelas de las circunferencias concntricas as como los niveles de
intensidad luminosa dependiendo el dimetro cnico.
Luminaria: PHILIPS BBS464 W60L60
Fig. 18.Diagrama de densidad lumnica
Fig. 19.Diagrama cnico
-
47
Luminaria: PHILIPS BBS490
Fig. 20.Diagrama de densidad lumnica
Fig. 21.Diagrama cnico
-
48
3.6 Clculo de la iluminacin de la unidad de informtica
utilizando el programa DIALux.
3.6.1 Laboratorio de Diseo (Zona 1)
En la figura 22 se aprecia el nivel de intensidad luminosa alcanzado en todos los
puntos de la zona 1, a su vez en la figura 23 se muestra la distribucin de
luminarias a lo largo de la superficie.
Fig. 22.Niveles de intensidad luminosa en Zona 1
Fig. 23.Ubicacin luminarias Zona 1
-
49
Los resultados del estudio luminotcnico Flujo luminoso total, potencia total, nivel
de iluminacin, nmero de luminarias utilizadas y valor de eficiencia energtica- se
muestran en la tabla 5.
Tabla 5.Resultados luminotcnicos Zona 1
Flujo luminoso total: 55500 lm Potencia total: 705.0 W Factor mantenimiento: 0.67
Superficie [%] Em [lx] Emin
[lx] Emax [lx] Emin /
Em
Plano til
/
581
298
676
0.513
Suelo
50
554
334
656
0.602
Techo
76
232
78
292
0.337
Paredes (5)
79
312
158
445
/
Lista de piezas - Luminarias
N Pieza Designacin (Factor de correccin)
(Luminaria) [lm] (Lmparas) [lm] P [W
1
15 PHILIPS BBS464 W60L60 1xLED48/840 AC-MLO (1.000)
3700
3700 47.0
Total: 55500 Total: 55500 705.0
Valor de eficiencia energtica: 9.26 W/m = 1.59 W/m/100 lx (Base: 76.16 m)
-
50
3.6.2 Sala Intermedia (Zona 2)
En la figura 24 se aprecia el nivel de intensidad luminosa alcanzado en todos los
puntos de la zona 2, a su vez en la figura 25 se muestra la distribucin de
luminarias a lo largo de la superficie.
Fig. 24.Niveles de intensidad luminosa Zona 2
Fig. 25.Ubicacin luminarias Zona 2
-
51
Los resultados del estudio luminotcnico Flujo luminoso total, potencia total, nivel
de iluminacin, nmero de luminarias utilizadas y valor de eficiencia energtica- se
muestran en la tabla 6.
Tabla 6.Resultados luminotcnicos Zona 2
Flujo luminoso total: 55500 lm Potencia total: 705.0 W Factor mantenimiento: 0.80
Superficie [%] Em [lx] Emin [lx] Emax [lx] Emin / Em
Plano til
/
556
215
696
0.388
Suelo
50
501
207
643
0.414
Techo
76
147
52
213
0.357
Paredes (4)
12
246
93
399
/
Plano til: Altura: 0.750 m Trama: 64 x 64 Puntos
Lista de piezas - Luminarias
N Pieza Designacin (Factor de correccin)
(Luminaria) [lm] (Lmparas) [lm] P [W]
1
15 PHILIPS BBS464 W60L60 1xLED48/840 AC-MLO (1.000)
3700
3700 47.0
Total: 55500 Total: 55500 705.0
Valor de eficiencia energtica: 9.20 W/m = 1.65 W/m/100 lx (Base: 76.64 m)
-
52
3.6.3 Jefatura/Laboratorio/Apoyo (UTE) (Zona 3)
En la figura 26 se aprecia el nivel de intensidad luminosa alcanzado en todos los
puntos de la zona 3, a su vez en la figura 27 se muestra la distribucin de
luminarias a lo largo de la superficie.
Fig. 26.Niveles de intensidad luminosa Zona 3
Fig. 27.Ubicacin luminarias Zona 3
-
53
Los resultados del estudio luminotcnico Flujo luminoso total, potencia total, nivel
de iluminacin, nmero de luminarias utilizadas y valor de eficiencia energtica- se
muestran en la tabla 7.
Tabla 7.Resultados luminotcnicos Zona 3
Flujo luminoso total: 55500 lm Potencia total: 705.0 W Factor mantenimiento: 0.80
Superficie [%] Em [lx] Emin [lx] Emax [lx] Emin / Em
Plano til
/
687
331
804
0.481
Suelo
50
653
391
772
0.599
Techo
76
273
105
344
0.385
Paredes (4)
79
366
185
526
/
Plano til: Altura: 0.750 m Trama: 64 x 64 Puntos
Lista de piezas - Luminarias
N Pieza Designacin (Factor de correccin)
(Luminaria) [lm] (Lmparas) [lm] P [W]
1
15 PHILIPS BBS464 W60L60 1xLED48/840 AC-MLO (1.000)
3700
3700 47.0
Total: 55500 Total: 55500 705.0
Valor de eficiencia energtica: 9.21 W/m = 1.34 W/m/100 lx (Base: 76.59 m)
-
54
3.6.4 Server (Zona 4)
En la figura 28 se aprecia el nivel de intensidad luminosa alcanzado en todos los
puntos de la zona 4, a su vez en la figura 29 se muestra la distribucin de
luminarias a lo largo de la superficie.
Fig. 28.Niveles de intensidad luminosa Zona 4
Fig. 29.Ubicacin luminarias Zona 4
-
55
Los resultados del estudio luminotcnico Flujo luminoso total, potencia total, nivel
de iluminacin, nmero de luminarias utilizadas y valor de eficiencia energtica- se
muestran en la tabla 8.
Tabla 8.Resultados luminotcnicos Zona 4
Flujo luminoso total: 7400 lm Potencia total: 94.0 W Factor mantenimiento: 0.80
Superficie [%] Em [lx] Emin [lx] Emax [lx] Emin / Em
Pano til
/
391
227
533
0.581
Suelo
50
340
237
393
0.696
Techo
76
147
74
171
0.504
Paredes (4)
79
211
98
306
/
Plano til: Altura: 0.750 m Trama: 64 x 32 Puntos
Lista de piezas - Luminarias
N Pieza Designacin (Factor de correccin)
(Luminaria) [lm] (Lmparas) [lm] P [W]
1
2 PHILIPS BBS464 W60L60 1xLED48/840 AC-MLO (1.000)
3700
3700 47.0
Total: 7400 Total: 7400 94.0
Valor de eficiencia energtica: 5.79 W/m = 1.48 W/m/100 lx (Base: 16.22 m)
-
56
3.6.5 Servicios (Zona 5)
En la figura 30 se aprecia el nivel de intensidad luminosa alcanzado en todos los
puntos de la zona 5, a su vez en la figura 31 se muestra la distribucin de
luminarias a lo largo de la superficie.
Fig. 30.Niveles de intensidad luminosa Zona 5
Fig. 31.Ubicacin luminarias Zona 5
-
57
Los resultados del estudio luminotcnico Flujo luminoso total, potencia total, nivel
de iluminacin, nmero de luminarias utilizadas y valor de eficiencia energtica- se
muestran en la tabla 9.
Tabla 9.Resultados luminotcnicos Zona 5
Flujo luminoso total: 7400 lm Potencia total: 94.0 W Factor mantenimiento: 0.80
Superficie [%] Em [lx] Emin [lx] Emax [lx] Emin / Em
Plano til
/
398
229
538
0.576
Suelo
50
346
237
398
0.685
Techo
76
155
82
181
0.532
Paredes (4)
79
216
123
311
/
Plano til: Altura: 0.750 m Trama: 64 x 32 Puntos
Lista de piezas - Luminarias
N Pieza Designacin (Factor de correccin)
(Luminaria) [lm] (Lmparas) [lm] P [W]
1
2 PHILIPS BBS464 W60L60 1xLED48/840 AC-MLO (1.000)
3700
3700 47.0
Total: 7400 Total: 7400 94.0
Valor de eficiencia energtica: 5.80 W/m = 1.45 W/m/100 lx (Base: 16.22 m)
-
58
3.6.6 Pabelln tecnolgico (Zona 6)
En la figura 32 se aprecia el nivel de intensidad luminosa alcanzado en todos los
puntos de la zona 6, a su vez en la figura 33 se muestra la distribucin de
luminarias a lo largo de la superficie.
Fig. 32.Niveles de intensidad luminosa Zona 6
Fig. 33.Ubicacin luminarias Zona 6
-
59
Los resultados del estudio luminotcnico Flujo luminoso total, potencia total, nivel
de iluminacin, nmero de luminarias utilizadas y valor de eficiencia energtica- se
muestran en la tabla 10.
Tabla 10.Resultados luminotcnicos Zona 6
Flujo luminoso total: 22200 lm Potencia total: 282.0 W Factor mantenimiento: 0.80
Superficie [%] Em [lx] Emin [lx] Emax [lx] Emin / Em
Plano til
/
530
288
640
0.543
Suelo
50
494
321
600
0.649
Techo
76
218
148
273
0.678
Paredes (4)
79
293
151
419
/
Plano til: Altura: 0.750 m Trama: 64 x 64 Puntos
Lista de piezas - Luminarias
N Pieza Designacin (Factor de correccin)
(Luminaria) [lm] (Lmparas) [lm] P [W]
1
6
PHILIPS BBS464 W60L60 1xLED48/840 AC-MLO (1.000)
3700
3700
47.0
Total: 22200 Total: 22200 282.0
Valor de eficiencia energtica: 7.55 W/m = 1.42 W/m/100 lx (Base: 37.36 m)
-
60
3.6.7 Soporte tcnico (Zona 7)
En la figura 34 se aprecia el nivel de intensidad luminosa alcanzado en todos los
puntos de la zona 7, a su vez en la figura 35 se muestra la distribucin de
luminarias a lo largo de la superficie.
Fig. 34.Niveles de intensidad luminosa Zona 7
Fig. 35.Ubicacin luminarias Zona 7
-
61
Los resultados del estudio luminotcnico Flujo luminoso total, potencia total, nivel
de iluminacin, nmero de luminarias utilizadas y valor de eficiencia energtica- se
muestran en la tabla 11.
Tabla 11.Resultados luminotcnicos Zona 7
Flujo luminoso total: 33300 lm Potencia total: 423.0 W Factor mantenimiento: 0.80
Superficie [%] Em [lx] Emin [lx] Emax [lx] Emin / Em
Plano til
/
815
424
1027
0.520
Suelo
50
757
494
910
0.653
Techo
76
311
112
399
0.361
Paredes (4)
79
449
211
776
/
Plano til: Altura: 0.750 m Trama: 32 x 64 Puntos
Lista de piezas - Luminarias
N Pieza Designacin (Factor de correccin)
(Luminaria) [lm] (Lmparas) [lm] P [W]
1
9
PHILIPS BBS464 W60L60 1xLED48/840 AC-MLO (1.000)
3700
3700
47.0
Total: 33300 Total: 33300 423.0
Valor de eficiencia energtica: 12.02 W/m = 1.48 W/m/100 lx (Base: 35.20 m)
-
62
3.6.8 Secretarial/Espera/Jefatura Unidad (Zona 8)
En la figura 36 se aprecia el nivel de intensidad luminosa alcanzado en todos los
puntos de la zona 8, a su vez en la figura 37 se muestra la distribucin de
luminarias a lo largo de la superficie.
Fig. 36.Niveles de intensidad luminosa Zona 8
Fig. 37.Ubicacin luminarias Zona 8
-
63
Los resultados del estudio luminotcnico Flujo luminoso total, potencia total, nivel
de iluminacin, nmero de luminarias utilizadas y valor de eficiencia energtica- se
muestran en la tabla 12.
Tabla 12.Resultados luminotcnicos Zona 8
Flujo luminoso total: 22200 lm Potencia total: 282.0 W Factor mantenimiento: 0.80
Superficie [%] Em [lx] Emin [lx] Emax [lx] Emin / Em
Plano til
/
390
147
551
0.376
Suelo
50
357
218
428
0.610
Techo
76
120
46
168
0.380
Paredes (8)
79
197
82
524
/
Plano til: Altura: 0.750 m Trama: 128 x 128 Puntos
Lista de piezas - Luminarias
N Pieza Designacin (Factor de correccin)
(Luminaria) [lm] (Lmparas) [lm] P [W]
1
6
PHILIPS BBS464 W60L60 1xLED48/840 AC-MLO (1.000)
3700
3700
47.0
Total: 22200 Total: 22200 282.0
Valor de eficiencia energtica: 6.68 W/m = 1.71 W/m/100 lx (Base: 42.19 m)
-
64
3.6.9 Bodega/Almacn/Sanitarios (Zona 9)
En la figura 38 se aprecia el nivel de intensidad luminosa alcanzado en todos los
puntos de la zona 9, a su vez en la figura 39 se muestra la distribucin de
luminarias a lo largo de la superficie.
Fig. 38.Niveles de intensidad luminosa Zona 9
Fig. 39.Ubicacin luminarias Zona 9
-
65
Los resultados del estudio luminotcnico Flujo luminoso total, potencia total, nivel
de iluminacin, nmero de luminarias utilizadas y valor de eficiencia energtica- se
muestran en la tabla 13.
Tabla 13.Resultados luminotcnicos Zona 9
Flujo luminoso total: 7362 lm
Potencia total: 140.0 W
Factor mantenimiento: 0.80
Superficie [%] Em [lx] Emin [lx] Emax [lx] Emin / Em
Plano til
/
360
223
502
0.619
Suelo
50
336
224
464
0.666
Techo
76
158
116
189
0.735
Paredes (4)
79
213
118
411
/
Plano til: Altura: 0.500 m Trama: 32 x 64 Puntos
Lista de piezas - Luminarias
N Pieza Designacin (Factor de correccin)
(Luminaria) [lm] (Lmparas) [lm] P [W]
1
4
PHILIPS BBS490 1xDLED-3000 PG (1.000)
1840
2045
35.0
Total: 7362 Total: 8180 140.0
Valor de eficiencia energtica: 8.61 W/m = 2.39 W/m/100 lx (Base: 16.26 m)
-
66
3.6.10 Pasillo (Zona 10)
En la figura 40 se aprecia el nivel de intensidad luminosa alcanzado en todos los
puntos de la zona 10, a su vez en la figura 41 se muestra la distribucin de
luminarias a lo largo de la superficie.
Fig. 40.Niveles de intensidad luminosa Zona 10
Fig. 41.Ubicacin luminarias Zona 10
-
67
Los resultados del estudio luminotcnico Flujo luminoso total, potencia total, nivel
de iluminacin, nmero de luminarias utilizadas y valor de eficiencia energtica- se
muestran en la tabla 14.
Tabla 14.Resultados luminotcnicos Zona 10
Flujo luminoso total: 12883 lm Potencia total: 245.0 W Factor mantenimiento: 0.80
Superficie [%] Em [lx] Emin [lx] Emax [lx] Emin / Em
Plano til
/
150
65
231
0.432
Suelo
50
150
61
224
0.409
Techo
76
69
40
125
0.579
Paredes (10)
79
88
40
362
/
Plano til: Altura: 0.000 m Trama: 128 x 128 Puntos
Lista de piezas - Luminarias
N Pieza Designacin (Factor de correccin)
(Luminaria) [lm] (Lmparas) [lm] P [W]
1
7
PHILIPS BBS490 1xDLED-3000 PG (1.000)
1840
2045
35.0
Total: 12883 Total: 14315 245.0
Valor de eficiencia energtica: 3.01 W/m = 2.01 W/m/100 lx (Base: 81.35 m)
-
68
3.7 Distribucin general de luminarias y flujo luminoso
En la figura 42 se presenta un plano general de la Unidad Computacional de la
ESIME Zacatenco donde se muestra la distribucin del flujo luminoso, as como
los niveles de iluminacin que se obtuvieron en cada una de las zonas analizadas,
adems de la ubicacin de las luminarias requeridas para obtener los niveles de
intensidad luminosa y valores de eficiencia energtica establecidos por las normas
NOM-025-STPS-2008 y NOM-007-ENER-2004.
Fig. 42.Plano general de niveles de iluminacin por zonas de estudio
-
69
3.8 Tablero, circuitos derivados y seleccin de interruptores
termomagnticos
Como parte final del estudio se distribuir la carga del sistema en un nmero
determinado de circuitos derivados, as como los interruptores termomagnticos
adecuados para la proteccin de cada uno de estos circuitos, los cuales se
incluirn en un tablero de control.
3.8.1. Seleccin de termomagntico
70 Luminarias de 47 W
11 Luminarias de 35 W
f.p. = 0.9
Para el clculo de la carga total, se multiplica la carga de cada luminaria por el
nmero total de luminarias.
( )( ) ( )( )
Considerando factor de potencia de 0.9
Tratndose de una carga contina se considera un 125% de la carga, acorde con
el artculo 220-3 de la NOM-001-SEDE-2005.
Calculamos la corriente que va a circular por el circuito alimentador
Un interruptor termomagntico de 15 A, puede conducir 15x0.8=12 A
Cantidad mnima de interruptores
Por razones operativas, se decide que existan 3 circuitos derivados.
El tablero de acuerdo con el artculo de la 384-15 NOM-001-SEDE-2005,
contendr 3 circuitos derivados de 15 A.
-
70
3.8.2 Cuadro de cargas
3.9 Comparativa energtica
Para obtener una comparativa del consumo energtico entre luminarias
fluorescentes y luminarias LED, se repiti el mismo estudio luminotcnico,
siguiendo los mismos principios, pero con la diferencia del uso de tpicas
luminarias de lmparas fluorescentes, buscando obtener los niveles de iluminacin
establecidos por norma para cada una de las distintas zonas y as poder comparar
Cuadro De Carga Total Instalada Para La Iluminacin
Zonas
Luminarias Carga Total
Luminarias
[W]
Carga
Total
Circuito
[W]
Corriente
Carga
Continua
[W]
Interruptor
Termomagntico 47W 35W
Tab
lero
1
C1
Zona 1 15 0 705 1410 8.90 1x 15
Zona2 15 0 705
C2
Zona 3 15 0 705
1175 7.42 1x15 Zona 4 2 0 94
Zona 5 2 0 94
Zona 6 6 0 282
C3
Zona 7 9 0 423
1090 6.88 1x15 Zona 8 6 0 282
Zona 9 0 4 140
Zona 10 0 7 245
-
71
el ahorro de energa entre luminarias de lmparas fluorescentes y luminarias de
tecnologa LED, se utiliz la lmpara LUMIX T8 de OSRAM, y se los resultados
obtenidos se muestran en la tabla 3.5.
Tabla 15.Comparativa energtica
Carga total instalada por zona [W]
Zona Luminaria LED Luminaria
fluorescente Diferencia
1 705 1216 511
2 705 1520 815
3 705 1216 511
4 94 304 210
5 94 304 210
6 282 684 402
7 423 684 261
8 282 912 630
9 140 240 100
10 245 278 33
Total 3675 7358 3683
Por lo anterior se observa que, se tiene un ahorro de 3683 W utilizando luminarias
LED, el cual se pretende sea mayor utilizando un sensor de presencia capaz,
adems, de reducir la intensidad del flujo luminoso, con lo cual evitar que las
luminarias estn encendidas cuando estn en uso y alargar el tiempo de la vida de
las luminarias hasta 50000 horas.
-
CAPTULO IV
DISEO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO
En este captulo se realizara el diseo del sistema fotovoltaico,
determinando el nmero de paneles necesarios, as como las
caractersticas que debern tener el resto de los componentes del
sistema de generacin.
-
73
4 Diseo del sistema fotovoltaico
4.1 Introduccin
Durante este captulo se llevara a cabo el diseo del sistema de generacin
fotovoltaico que alimentara al sistema de iluminacin de la Unidad de Informtica
de la ESIME Zacatenco, diseado en el captulo 3, La Isla se ubica dentro de la
Unidad Profesional Adolfo Lpez Mateos del Instituto Politcnico Nacional, Zona
Zacatenco, la figura 43 permite visualizar la ubicacin geogrfica de la misma.
Se buscara los equipos ptimos de generacin fotovoltaica, para satisfacer la
demanda de los equipos de iluminacin a travs de un sistema autnomo,
independiente de la red elctrica.
Fig. 43.Ubicacin geogrfica de La Isla
-
74
4.2 Nivel de radiacin solar
Para la estimacin del nivel de irradiacin solar se consideran los datos
proyectados en la tabla 16, en la se puede apreciar que la ubicacin del proyecto,
dentro de la Ciudad de Mxico, recibe una radiacin solar promedio de 5.06
kWh/mda, segn la aplicacin RETScreen International, del Ministerio de
Recursos Naturales de Canad, certificada por la Administracin Nacional de
Aeronutica y del Espacio, NASA, para el ao 2012. [16]
Tabla 16.Niveles de radiacin solar sobre la ubicacin del proyecto
Unidad
Ubicacin de datos
climticos
Ubicacin del
Proyecto
Latitud N 19.4 19.4
Longitud E -99.1 -99.1
Elevacin m 2,235 2,235
Mes Radiacin solar diaria
- horizontal
kWh/m/da
Enero 4.56
Febrero 5.31
Marzo 6.00
Abril 5.86
Mayo 5.61
Junio 5.47
Julio 5.06
Agosto 5.00
Setiembre 4.53
Octubre 4.61
Noviembre 4.47
Diciembre 4.22
Anual 5.06
-
75
4.3 Estimacin de uso de la carga del sistema de iluminacin
En la tabla 17 se muestran los datos de las cargas que sern alimentadas por este
sistema fotovoltaico, como la potencia total demandada por el sistema, y el
consumo elctrico diario aproximado, considerando el uso de los sensores de las
luminarias y en base a la estimacin de las horas de uso promedio de las
luminarias en cada una de las distintas zonas.
Tabla 17.Calculo del consumo elctrico
Zona Potencia Total [W]
Horas de Uso
Diario
Consumo Promedio Diario
[kWh/da]
1 705 8 5.6
2 705 5 3.5
3 705 8 5.6
4 94 3 0.28
5 94 3 0.28
6 282 8 2.2
7 423 10 4.2
8 282 10 2.8
9 140 2 0.28
10 245 12 2.9
Total 3675
27.64
Con esto consideramos una carga media de 27.64 kWh/da a la cual agregaremos
un 10% de margen de seguridad, con el fin de evitar una sobrecarga del sistema.
(1)
Dnde:
LmdAC : Carga media considerando margen de seguridad
-
76
Aplicando los factores de correccin, la carga media est dada por:
(2)
Dnde:
: Carga media corregida
: Eficiencia del inversor
: Eficiencia de la batera
: Eficiencia del conductor
: Eficiencia por temperatura
Estos datos son obtenidos de la ficha tcnica de los equipos, proporcionada por
los fabricantes de los mismos.
4.4 Dimensionamiento de los componentes
Dentro de los sistemas fotovoltaicos, generalmente los niveles de tensin en
corriente directa utilizados ms comnmente son 12, 24 o 48 V, para este caso,
considerando que el sistema deber producir una cantidad relativamente grande
de energa se elige trabajar con un nivel de tensin de 48 V. Como principal
ventaja, tenemos, que al aumentar el nivel de tensin disminuye la corriente en los
conductores del sistema fotovoltaico.
4.4.1 Paneles fotovoltaicos
A partir del consumo elctrico real calculado, la cantidad de paneles solares
necesarios para el ptimo funcionamiento del sistema se calcula considerando que
la generacin de energa tendr la capacidad de abastecer la carga conectada a
dicho sistema.
-
77
Para definir la cantidad de paneles solares previamente se debe seleccionar la
potencia nominal de los mismos, para esto se deben considerar varios factores,
por ejemplo, si se elige un modelo de panel de baja potencia se tendr un precio
menor, pero se requerir un mayor nmero de unidades para satisfacer la carga,
por el contrario un panel de mayor potencia representa un costo mayor, pero a la
vez un menor nmero de unidades requeridas.
Para este proyecto, considerando la superficie que se tiene para la instalacin de
los paneles solares, se opt por un panel de 280 W, con la finalidad de reducir el
nmero de unidades necesarias para satisfacer la carga instalada.
4.4.2 Calculo del nmero de paneles fotovoltaicos
A continuacin se calculara el nmero de paneles de 280 W de potencia
necesarios para abastecer de energa al sistema de iluminacin.
Sabiendo que el nivel de irradiacin solar que se tiene en la Ciudad de Mxico en
promedio es de 5.1 kWh/m/da y se tiene, por la latitud de la ubicacin, una
inclinacin de paneles de 19 entonces:
Promedio: 5.1 kWh/m/da
Geometra de Inclinacin: 19 ~ 20%
Entonces:
(3)
Dnde:
= Irradiacin solar en horas de sol pico
-
78
Una vez corregido el nivel de irradiacin solar recibida por los paneles, podemos
calcular el nmero total de estos.
(4)
Dnde:
: Potencia pico del modulo
: Irradiacin solar en horas de sol pico
: Factor global de funcionamiento
4.4.3 Topologa de paneles solares
Conociendo el nivel de tensin mximo del panel, de acuerdo con las hojas del
fabricante, para el modelo de panel seleccionado tenemos un nivel de 37.82 V, por