Eficienciailuminacioncitcea 091015094147-phpapp01

en ESPAÑOL
Octubre 15 2009
Rodrigo Ramírez.-Pisco
CITCEA – UPC .
ramirez@citcea.upc.edu
Introducción a la Eficiencia
Energética en Sistemas de
Iluminación

en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101
2
4 Iluminación: Lámparas, control
3
Cuales son las iniciativas tecnológicas
actuales y de futuro?
1
Introducción: Eficiencia Energética y
sostenibilidad
Indice
5 Nuevas tecnologías
2 Cómo es la iluminación actualmente?
6 Eficiencia energética en iluminación

Por qué hacer eficiencia energética en
iluminación?
Introducción: Eficiencia Energética y sostenibilidad

La sostenibilidad energética, más que un tema de moda es una necesidad
apremiante.
con los patrones actuales de consumo nuestra sociedad es inviable.

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Cost of abatement
EUR/tCO2e
Insulation improvements
Fuel efficient
commercial
vehicles
Lighting systems
Air Conditioning
Water heating
Fuel efficient vehicles
Sugarcane
biofuel
Nuclear
Livestock/
soils
Forestation
Industrial
non-CO2
CCS EOR;
New coal
Industrial
feedstock substitution
Wind;
low
pen.
Forestation
Cellulose
ethanol CCS;
new coal
Soil
Avoided
deforestation
America
Industrial motor
systems
Coal-to-
gas shiftCCS;
coal
retrofit
Waste
Industrial
CCS
Abatement
GtCO2e/year
Stand-by losses
Co-firing
biomass
• ~27 Gton CO2e below 40 EUR/ton (-46% vs. BAU)
• ~7 Gton of negative and zero cost opportunities
• Fragmentation of opportunities
Smart transit
Small hydro
Industrial non-CO2
Airplane efficiency
Solar
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Cost of abatement
EUR/tCO2e
Insulation improvements
Fuel efficient
commercial
vehicles
Lighting systems
Air Conditioning
Water heating
Fuel efficient vehicles
Sugarcane
biofuel
Nuclear
Livestock/
soils
Forestation
Industrial
non-CO2
CCS EOR;
New coal
Industrial
feedstock substitution
Wind;
low
pen.
Forestation
Cellulose
ethanol CCS;
new coal
Soil
Avoided
deforestation
America
Industrial motor
systems
Coal-to-
gas shiftCCS;
coal
retrofit
Waste
Industrial
CCS
Abatement
GtCO2e/year
Stand-by losses
Co-firing
biomass
• ~27 Gton CO2e below 40 EUR/ton (-46% vs. BAU)
• ~7 Gton of negative and zero cost opportunities
• Fragmentation of opportunities
Smart transit
Small hydro
Industrial non-CO2
Airplane efficiency
Solar

Eficiencia Energética:
 La eficiencia energética está relacionada
con la cantidad de producto que se
obtiene de un proceso por unidad de
energía y se define como el conjunto de
actividades encaminadas a reducir (u
optimizar) el consumo de energía en
términos unitarios, manteniendo el
nivel de los servicios prestados.

Definiciones Básicas.
Lámpara: "fuente hecha con el fin de producir una radiación óptica,
generalmente visible”
Balasto: es un dispositivo conectado entre la red eléctrica y una o varias
lámparas de descarga que sirve principalmente para limitar la corriente de la
lámpara (s) para un valor exigido.
Luminaria: aparato que distribuye, filtra o transforma la luz transmitida desde
una o varias lámparas y que incluye, con excepción de estas, todas las piezas
necesarias para fijar y proteger las lámparas y, en su caso, los auxiliares del
circuito junto con los medios para conectar las lámparas al suministro
eléctrico .
INTRODUCCION
8

INTRODUCCION
• Lumen
• Lux
• Grados Kelvin
• IRC
• Deslumbramiento
9

INTRODUCCION
10

INTRODUCCION
11

INTRODUCCION
12

INTRODUCCION
13

INTRODUCCION
14

Deslumbramiento es la sensación producida por las zonas
brillantes en el campo de visión y puede ser experimentado, ya
sea como malestar, deslumbramiento o discapacidad.
Los límites por malestar por deslumbramiento se establecen con
el CIE Unified Glare Rating (UGR-) método tabular :cuanto menor
es mejor.
INTRODUCCION
15

ALGUNAS CARACTERÍSTICAS RELEVANTES DE
FUNCIONAMIENTO
 VIDA ÚTIL (DEPRECIACIÓN LUMINOSA): Duración en horas de
encendido hasta que el flujo luminoso alcanza el 80 % del flujo
inicial
 VIDA MEDIA (MORTALIDAD): Para una muestra representativa,
tiempo de ensayo, desde el encendido, en el que dejan de
funcionar el 50 % de las lámparas
INTRODUCCION

FUNCIONAMIENTO
 TEMPERATURA DE COLOR: Temperatura absoluta a la que un
cuerpo negro emitiría un flujo luminoso que provocara la misma
impresión de color en el ojo que la fuente luminosa considerada
 Temperatura de color BAJA---> espectro con predominio
de radiaciones rojas (sensación cálida)
 Temperatura de color ALTA---> espectro con predominio
de radiaciones azules (sensación fría)
INTRODUCCION

FUNCIONAMIENTO
RENDIMIENTO: Cantidad de flujo luminoso emitido por unidad de
potencia inyectada (lm/W)
INTRODUCCION

Radiación Solar
Introducción
INTRODUCCION
19

INTRODUCCION
20

Grupo de Color Apariencia Temperatura de color
1 Calido: Puede ser
usado para espacios
de relajación por
debajo de los 300 Lux
Por debajo de los 3300
K
2 Intermedio: Bueno
para mezclar con luz
día
3300-5300 K
3 Frío: Para trabajos
interiores con altos
niveles de iluminación
Por encima de 5300 K
Introducción
INTRODUCCION
21

Formas de operación de la iluminación en los
hogares
Control con fotoceldas para iluminación exterior
Control de iluminación por horas de forma que se eviten robos simulando
Presencia de personas en las viviendas
Detectores de presencia para control de luces exteriores, de forma que actúen
Por ejemplo durante 5 minutos después de la última presencia detectada
Dimer de algunas fuentes de luz interiores
INTRODUCCION
22

INTRODUCCION
23

24
3
1
sostenibilidad
Indice

FUENTES DE LUZ
Incandescencia
 Incandescentes
 Halógenas
Descarga
 Baja presión
Fluorescentes
Sodio baja presión
 Alta presión
Mercurio
Mercurio Halogenado
Sodio Alta Presión
LA ILUMINACION ACTUALMENTE

LÁMPARAS INCANDESCENTES
 Principio de funcionamiento: incandescencia
 Filamento de tungsteno y relleno de argón y nitrógeno
 Rendimiento: 10 lm/w (Halógenas: 20 lm/W)
 Vida útil: 1000- 2000 hs
 Equipo auxiliar: no necesitan
 Posición de funcionamiento: cualquiera
 Reproducción cromática: óptima

LÁMPARAS INCANDESCENTES - Aplicaciones
 Alumbrado interior y decorativo

LÁMPARAS DE MERCURIO DE ALTA PRESIÓN
 Tubo de descarga y soporte
 Electrodos ( tungsteno, con
cavidades rellenas con torio, óxido
de bario, etc.)
 Ampolla exterior
 Revestimientos de la ampolla
 Gases de relleno
 Tubo de descarga: gas inerte
+ mercurio
 Ampolla exterior: gas inerte
(Argón)

LÁMPARAS DE MERCURIO DE ALTA PRESIÓN
 Rendimiento: 40 a 55 lm/w
 Vida útil: 15000 hs
 Reencendido: no instantáneo
 Estabilización: balasto
 Posición de funcionamiento
 Lámparas de mezcla o de luz mixta:
 no necesitan balasto
 tienen menor rendimiento (20-25 lm/W)

LÁMPARAS DE MERCURIO DE ALTA PRESIÓN -
Aplicaciones
 Iluminación interior de fábricas y grandes espacios
 Alumbrado público

LÁMPARAS DE MERCURIO HALOGENADAS
 Similar a las de mercurio con un aditivo de halogenuro
metálico en el tubo de descarga, lo cual agrega otras
bandas de emisión.
 Mayor rendimiento (80 lm/w)
 Mejor reproducción cromática
 Similar vida útil
 Problemas:
 más susceptibles a las variaciones de tensión de red
 posición de funcionamiento limitada
 reencendido más lento

LÁMPARAS DE MERCURIO HALOGENADAS -
Aplicaciones
 Alumbrado de interiores: shoppings, comercios
 Alumbrado de exteriores: escenarios deportivos,
monumentos, fachadas

LÁMPARAS DE SODIO DE ALTA PRESIÓN
 En el tubo de descarga (de
material cerámico resistente a
muy altas temperatura) hay
sodio, mercurio y un gas
noble (ej. xenón)
 Emite en los amarillos y rojos
 Produce muy poco UV y por lo
tanto los revestimientos
externos son solo polvos
blancos para disminuir el
brillo del tubo.

 Poca tolerancia a la variación de la tensión
 Utilizan balasto, ignitor (tensiones de encendido >
1800 V) y condensador
 Estabilización: 5 a 7 minutos
 Reencendido: 15 minutos
 Vida útil: 12000 a 16000 hs

 Alumbrado público y vial
 Alumbrado industrial
 Alumbrado de fachadas y monumentos

TUBOS FLUORESCENTES
 Tubo relleno con mercurio y argón
 Cátodo caliente
 El color depende de recubrimiento (fósforo)
 Rendimiento: 60-80 lm/w
 Vida útil: 10000 hs
 Reproducción cromática: buena
 Reencedido: rápido

TUBOS FLUORESCENTES - Aplicaciones
Alumbrado de interiores

LÁMPARAS DE SODIO DE BAJA PRESIÓN
 Similar a los tubos fluorescentes pero con sodio en vez de mercurio
- Circuito: balasto, condensador e ignitor
 La radiación es toda visible (no hay revestimientos fluorescentes)
en una longitud de onda de 590 nm (monocromática)
 Vida útil: 12000 a 16000 hs
 Reproducción cromática: mala
 Estabilización: 15 minutos
 Reencedido: 7 minutos

LÁMPARAS DE SODIO DE BAJA PRESIÓN -
Aplicaciones
 Alumbrado público y vial

Otras tecnologías
 OLEDs, leds orgánicos
 Quantum Dot LED
 Lámpara de nanocristales
Tecnologías de control de iluminación
 Sensores de proximidad
 Daylighting (combinación luz natural-artificial)
 Doble nivel de iluminación

42

43

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50

51

Tecnologías de control de iluminación
 Regulación de potencia
 Sensores de proximidad
 Daylighting (combinación luz natural-artificial)
 Doble nivel de iluminación
 Iluminación selectiva (Task Lighting)

Diseño de Sistemas Eficientes de
Iluminación

¿Por qué diseñar sistemas eficientes?
54

Motivos para Diseñar un Sistema Eficiente en
Iluminación
 Disminución en la emisión de contaminantes
 Óptimo desempeño de la tarea
 Confiabilidad
 Bajo mantenimiento ($)
 Bajo costo de Operación ($)

Sistema Eficiente en Iluminación
 Considerar al usuario (optima aplicación de
los equipos: niveles de iluminación).
 Considerar a las normas aplicables.

Óptima Aplicación de los Equipos
 Creación de Ambiente
 Selección de la lámpara
 Tipo de la luminaria
 Nivel de Iluminación
 Cantidad y disposición de equipos
 Cantidad de energía eléctrica
 Densidad de Potencia Eléctrica de Alumbrado
 Consumo esperado

58
3
1
sostenibilidad
Indice

 Tecnologías disponibles:
– CFL
– CCFLi (Cold cathode compact fluorescents lamps with intergrades
ballast)
– Bombillas halógenas con xenón
– Lámparas halógenas con cubierta para infrarrojos y transformador
electrónico integrado
– LED
 Tecnologías no disponibles
– OLED
– Lámparas incandescentes con tungsteno con enrejado fotónico
– DBD (Dielectric barrier discharge lamps are mercury free)
– Otras
Óptima Aplicación de los Equipos
INICIATIVAS TECNOLOGICAS ACTUALES Y DE FUTURO

CFL
de alta eficiencia
60

CFL
de alta duración
61

CFL
con dimmer
62

CFL
bajo nivel de mercurio

Otros tipos de lámparas CFLs:
Amalgam Technology
Tri fósforo en CFL
Multi fósforo
Diferentes niveles de temperatura de color
Arranque directo
Bajo tiempo de calentamiento
64

CCFLi (Cold cathode compact fluorescents
lamps with intergrades ballast
65

Bombillas halógenas con xenón
Mayor eficiencia: 20% comparada con una normal
66

Lámparas halógenas con cubierta para infrarrojos y
transformador electrónico integrado
Mayor eficiencia: 40% comparada con una normal
67

OLED: diodo orgánico de emisión de luz
68

Lámparas incandescentes con tungsteno con
enrejado fotónico
69

DBD: Dielectric Barrier Discharges
Descubierta en 1857
Aprovecha el acople capacitivo
en dieléctricos (en AC)
70

Flat Light Panels (light Emitor capacitor)
71

LED

73
Iluminación de Estado Solido - SSL
5 etapas – Programa total
Guia de los avances de la tecnologia del laboratorio hacia
el mercado.

74
Ejemplos de aplicaciones actuales de SSL
©Lumile
ds
©Lumile
ds
©InterceptTechnologyEVP
©OSRAMOptoSemiconductors
©Lumile
ds
©Dialight
©Seimen
s
©Lumile
ds
©Lumile
ds
©Lumile
ds
©InterceptTechnologyEVP
©OSRAMOptoSemiconductors
©Lumile
ds
©Dialight
©Seimen
s

75
Actual y potencial ahorro de electricidad con el
uso de LED
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
Luces de coche Luces para
camiones y bus
Senales de
trafico
(semaforo…)
Muestras de
salida
Luces para dia
festivo
Iluminacion para
publicidad
(vitrinas,
paneles..)
Ahorrodeelectricidad(TWh/yr)
Electricidad ahorrada, 2002
Potencial de ahorro de
electricidad
Source: Energy Savings Estimates of Light Emitting Diodes in Niche Lighting Applications, Navigant Consulting, November 2003; www.netl.doe.gov/ssl/ .

76
Eficiencia de las fuentes (2005)
• Incandescente (75W) ~13 lm/W
• Fluorescente (T8) ~83 lm/W
• HID (Metal Halide) ~100 lm/W
• SSL ( LED blanca) ~50 lm/W
Precio normalizado al por menor de las lamparas (2005)
• Incandescente (75W) ~0.60 $/klm
• Fluorescente (T8) ~0.73 $/klm
• HID (Metal Halide) ~1.27 $/klm
• SSL (LED blanca) ~150.00 $/klm
*dato del fabricante
La Investigacion va a mejorar la eficiencia de las SSL disminuyendo los precios
Eficiencia y Coste de las fuentes de luz blanca

77
Aplicaciones iniciales de las LED blancas
 Foco empotrado, aplicaciones con luz concentrada
 Iluminación de trabajo, Iluminación de despacho
 Iluminación en vitrinas o exposiciones
 Vitrinas, incluyendo refrigeradores
 Elevadores – resistencia a las vibraciones
 Arquitectura – durabilidad

78
Aceleracion de la investigación y desarrollo
para las luces blancas SSL
DOESSL
R&DActivities
0
25
50
75
100
125
150
175
200
1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030
Metal
Halide
T-8 lamp
T-12 ES
Mono
OLED
T-12 fluorescent Mono
LED
Luces blancas
SSL
Laboratorio
Eficacidad(lumens
porwatt)
Luces Blancas
SSL
Comercial
SSL Laboratory and Commercial Curves, revised September 2004

79
Beneficios de la instalación de LED
Delay introduction
to 2008, 50 LPW

80
3
1
sostenibilidad
Indice

Eficiencia en lámparas lm/w
Eficiencia en Iluminación
81

Vida útil (horas)
82

en ESPAÑOL http://www.leonardo-energy.org/espanol/?p=101LWFt = Total Lamp Wattage Factor
Información de eficiencia de lámparas
83

Pérdidas de Eficiencia en lámparas
comparadas con las condiciones estándar
de funcionamiento
LLMF: lamp lumen maintenance factor, LSF Lamp survival factor
84

Barreras para la eficiencia energética
• La percepción acerca de las lámparas CFL:
• Ejemplo
• En Europa el consumidor habitualmente dice que la fluorescente
compacta no “da buena luz”, mientras que la verdad es que desde su
punto de vista “no ofrece bastante luz” frente a la incandescente
550 lumen
710 lumen
85

• Temperatura y rendimiento de color
• Apariencia visual de las lámparas
• Control (dimmer)
• Harmónicos
• Efectos negativos en la salud (lipoatrofia
semicircular?)
• Flickers
• Electro-Smog
Barreras para la eficiencia energética
86

Problemas detectados en la aplicación de
programas de eficiencia
Energética en iluminación:
China
87

Problemas detectados en la aplicación de
programas de eficiencia
Energética en iluminación:
China
88

RODRIGO RAMIREZ P.
ING. ELECTRICISTA. MsC. Cto PhD.
Universidad Politécnica de Cataluña
CITCEA . UPC.
Cátedra ENDESA-RED

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Notes de l'éditeur