UNIVERSIDAD INACECampus ZumpangoARQUITECTURAQuinto
SemestreINSTALACIONES DE EDIFICIOS II
INSTALACIONES DE EDIFICIOS II.
OBJETIVO GENERAL DE LA ASIGNATURA.El alumno aplicar los
criterios bsicos de las instalaciones de iluminacin, elctricas y de
comunicacin de los espacios arquitectnicos, utilizando los
criterios de solucin para el correcto funcionamiento de las
instalaciones con dispositivo elctrico considerando la expresividad
propia de la arquitectura, el sistema constructivo y la funcin y
destino de los espacios arquitectnicos para determinar los ndices
de confort en los edificios mediante la utilizacin de la energa y
dispositivos elctricos.
TEMAS Y SUBTEMAS.1.- ILUMINACIN.1.1.- Concepto bsico de la
iluminacin en las edificaciones.1.2.- Caractersticas fsicas de la
luz.1.3.- Unidades de iluminacin.1.4.- Niveles de Iluminacin.1.5.-
Lmparas y Luminarias.1.6.- Sistemas de alumbrado.1.7.- Condiciones
de proyecto y objetivos del diseo de iluminacin.1.8.- Requerimiento
de los espacios necesarios para albergar equipos e instalaciones de
iluminacin.1.9.- Simbologa.1.10.- Normatividad.
2.- INSTALACIONES ELCTRICAS.2.1.- Conceptualizacin bsica de las
instalaciones elctricas.2.2.- Determinacin de carga y consumo.2.3.-
Tipo de sistemas de suministro.2.4.- Subestaciones elctricas.2.5.-
Equipos de Generacin.2.6.- Salidas elctricas.2.7.- Diseo de redes
elctricas de alta y baja tensin.2.8.- Requerimientos de espacios
necesarios para albergar equipos e instalaciones.2.9.-
Simbologa.2.10 Normatividad.
3.- COMUNICACIONES.3.1.- Conceptos bsicos de los sistemas de
comunicacin y seguridad.3.2.- Instalaciones telefnicas e
intercomunicacin.3.3.- Instalaciones electroacsticas.3.4.- Sistemas
de Seguridad.3.4.1.- Circuito cerrado de televisin.3.4.2.- Sensores
y alarmas.3.4.3.- Micro-ondas y cable.3.4.4.- Cableado
estructural.3.4.5.- Correo estructurado.3.5.- Espacios necesarios
para albergar equipo e instalaciones de comunicacin.3.6.- Simbologa
y lenguaje grfico de los elementos elctricos3.7.- Normatividad.
I.- ILUMINACIN.Podramos decir que las primeras formas de lmpara
eran palos ardientes o recipientes llenos de brasas. Luego se
utilizaron para alumbrar antorchas de larga duracin, formadas por
haces de ramas o astillas de madera resinosa, atados y empapados en
sebo o aceite para mejorar sus cualidades de combustin. Se
desconoce el origen exacto de la lmpara de aceite, la primera
lmpara autntica, pero ya se empleaba de forma generalizada en
Grecia en el siglo IV a.C. Las primeras lmparas de este tipo eran
recipientes abiertos fabricados con piedra, arcilla, hueso o
concha, en los que se quemaba sebo o aceite. Ms tarde pasaron a ser
depsitos de sebo o aceite parcialmente cerrados, con un pequeo
agujero en el que se colocaba una mecha de lino o algodn. El
combustible ascenda por la mecha por accin capilar y arda en el
extremo de la misma. Este tipo de lamparilla tambin se denomina
candil. Algunas lmparas grandes griegas y romanas tenan numerosas
mechas para dar una luz ms brillante. En la Europa septentrional la
forma de lmpara ms comn era una vasija abierta de piedra llena de
sebo, en la que se introduca una mecha. Los inuit (esquimales) an
emplean lmparas de ese tipo En el siglo XVIII se produjo un gran
avance en las lmparas cuando las mechas redondas fueron sustituidas
por mechas planas, que proporcionaban una llama mayor. El qumico
suizo Aim Argand invent una lmpara que empleaba una mecha tubular
encerrada entre dos cilindros metlicos, alimentada a petrleo. El
cilindro interior se extenda hasta ms abajo del depsito de
combustible y proporcionaba un tiro interno. Argand tambin descubri
el principio del quinqu, en el que un tubo de vidrio mejora el tiro
de la lmpara y hace que arda con ms brillo y no produzca humo,
adems de proteger la llama del viento. El tiro cilndrico interior
se adapt despus para utilizarlo en lmparas de gas inventadas por
Lebon. Despus de que se introdujera el gas del alumbrado a
principios del siglo XIX este combustible empez a usarse para la
iluminacin de las ciudades. Se empleaban tres tipos de lmpara de
gas: el quemador de tipo Argand, los quemadores de abanico, en los
que el gas sala de una rendija o de un par de agujeros en el
extremo del quemador y arda formando una llama plana, y la lmpara
de gas incandescente, en la que la llama de gas calentaba una
redecilla muy fina de xido de torio (llamada camisa) hasta el rojo
blanco. En los lugares a los que no llegaba el suministro de gas se
seguan empleando quinqus de aceite. Hasta mediados del siglo XIX el
principal combustible para esas lmparas era el aceite de ballena.
La historia de las lmparas elctricas se podra decir que comenz en
1650 cuando Otto von Guerike de Alemania descubri que la luz poda
ser producida por excitacin elctrica. Encontr que cuando un globo
de sulfuro era rotado rpidamente y frotado, se produca una emanacin
luminosa. En 1706, Francis Hawsbee invento la primera lmpara
elctrica al introducir sulfuro dentro de un globo de cristal al
vaco. Despus de rotarla a gran velocidad y frotarla, pudo
reproducir el efecto observado por von Guerike. William Robert
Grove en 1840, encontr que cuando unas tiras de platino y otros
metales se calentaban hasta volverse incandescentes, producan luz
por un periodo de tiempo. En 1809, uso una batera de 2000 celdas a
travs de la cual paso electricidad, para producir una llama de luz
brillante, de forma arqueada. De este experimento naci el trmino
"lmpara de arco". La primera patente para una lmpara incandescente
la obtuvo Frederick de Moleyns en 1841, Inglaterra. Aun cuando esta
produca luz por el paso de electricidad entre sus filamentos, era
de vida corta. Durante el resto del siglo XIX, muchos cientficos
trataron de producir lmparas elctricas. Finalmente, Thomas A.
Edison produjo una lmpara incandescente con un filamento
carbonizado que se poda comercializar. Aunque esta lmpara produca
luz constante durante un periodo de dos das, continuo sus
investigaciones con materiales alternos para la construccin de un
filamento ms duradero. Su primer sistema de iluminacin
incandescente la exhibi en su laboratorio en 21 de diciembre de
1879. Edison hizo su primera instalacin comercial para el barco
Columbia. Esta instalacin con 115 lmparas fue operada sin problemas
durante 15 aos. En 1881, su primer proyecto comercial fue la
iluminacin de una fbrica de Nueva York. Este proyecto fue un gran
xito comercial y estableci a sus lmparas como viables. Durante los
siguientes dos aos se colocaron ms de 150 instalaciones de
alumbrado elctrico y en 1882 se construy la primera estacin para
generar electricidad en Nueva York. En ese mismo ao, Inglaterra
monto la primera exhibicin de alumbrado elctrico. Cuando la lmpara
incandescente se introdujo como una luminaria pblica , la gente
expresaba temor de que pudiese ser daina a la vista,
particularmente durante su uso por largos perodos. En respuesta, el
parlamento de Londres paso legislacin prohibiendo el uso de lmparas
sin pantallas o reflectores. Uno de los primeros reflectores
comerciales a base de cristal plateado fue desarrollado por el E.
L. Haines e instalado en los escaparates comerciales de Chicago .
Hubieron numerosos esfuerzos por desarrollar lmparas ms eficientes.
Welsbach invent la primera lmpara comercial con un filamento
metlico, pero el osmio utilizado era un metal sumamente raro y
caro. Su fabricacin se interrumpi en 1907 cuando la aparicin de la
lmpara de tungsteno. En 1904, el norteamericano Willis R. Whitney
produjo una lmpara con filamento de carbn metalizado, la cual
resulto ms eficiente que otras lmparas incandescentes previas. La
preocupacin cientfica de convertir eficientemente la energa
elctrica en luz, pareci ser satisfecha con el descubrimiento del
tungsteno para la fabricacin de filamentos. La lmpara con filamento
de tungsteno represent un importante avance en la fabricacin de
lmparas incandescentes y rpidamente reemplazaron al uso de tntalo y
carbn en la fabricacin de filamentos metlicos. La primera lmpara
con filamento de tungsteno, qu se introdujo a los Estados Unidos en
1907, era hecha con tungsteno prensado. William D. Coolidge, en
1910, descubri un proceso para producir filamentos de tungsteno
"drawn" mejorando enormemente la estabilidad de este tipo de
lmparas.En 1913, Irving Langmuir introdujo gases inertes dentro del
cristal de la lmpara logrando retardar la evaporacin del filamento
y mejorar su eficiencia. Al principio se uso el nitrgeno puro para
este uso, posteriormente otros gases tales el argn se mezclaron con
el nitrgeno en proporciones variantes. El bajo costo de produccin,
la facilidad de mantenimiento y su flexibilidad dio a las lmparas
incandescentes con gases tal importancia, que las otras lmparas
incandescentes prcticamente desaparecieron. Durante los prximos aos
se crearon una gran variedad de lmparas con distintos tamaos y
formas para usos comerciales, domsticos y otras funciones altamente
especializadas. Retrocediendo nuevamente dijimos que la historia de
las lmparas elctricas comenz en 1650 , y podramos decir tambin que
los primeros estudios de las lmparas de descarga elctrica
comenzaron con Jean Picard en 1675 y Johann Bernoulli sobre 1700
descubrieron que la luz puede ser producida por al agitar al
mercurio. En 1850 Heinrich Geissler, un fsico Alemn, invent el tubo
Geissler, por medio del cual demostr la produccin de luz por medio
de una descarga elctrica a travs de gases nobles. John T. Way,
demostr el primer arco de mercurio en 1860. Los tubos se usaron
inicialmente solo para las experimentos. Utilizando los tubos
Geissler, Daniel McFarlan Moore entre 1891 y 1904 introdujeron
nitrgeno para producir una luz amarilla y bixido de carbn para
producir luz rosado-blanco, color que aproxima luz del da. Estas
lmparas eran ideales para comparar colores. La primera instalacin
comercial con los tubos Moore, se hizo en un almacn de Newark,
N.J., durante 1904. El tubo Moore era difcil de instalar, reparar,
y mantener. Peter Moore Hewitt comercializ una lmpara de mercurio
1901, con una eficiencia que dos o tres veces mayor que la de la
lmpara incandescente. Su limitacin principal era que su luz careca
totalmente de rojo. La introduccin de otros gases fracaso en la
produccin de un mejor balance del color, hasta Hewitt ide una
pantalla fluorescente que converta parte de la luz verde, azul y
amarilla en rojo, mejorando as el color de la luz. Peter Moore
Hewitt coloco su primer instalacin en las oficinas del New York
Post en 1903. Debido a su luz uniforme y sin deslumbramiento, la
lmpara fluorescente inmediatamente encontr aceptacin en
Norteamrica. La investigacin del uso de gases nobles para le
iluminacin era continua. En 1910 Georges Claude, Francia estudio
lmparas de descarga con varios gases tales como el contienen nen,
argn, helio, criptn y xenn, resultando en las lmparas de nen. El
uso de las lmparas de nen fue rpidamente aceptado para el diseo de
anuncios, debido a su flexibilidad, luminosidad y sus brillantes
colores. Pero debido a su baja eficiencia y sus colores
particulares nunca encontr aplicacin en la iluminacin general. En
1931, se desarroll una lmpara de alta presin de sodio en Europa,
1931. A pesar de su alta eficiencia no resulto satisfactoria para
el alumbrado de interiores debido al color amarillo de su luz. Su
principal aplicacin es el alumbrado pblico donde su color no se
considera crtico. A mediados del siglo XX las lmparas de sodio de
alta presin aparecieron en las calles, carreteras, tneles y puentes
de todo el mundo. El fenmeno fluorescente se haba conocido durante
mucho tiempo, pero las primeras lmparas fluorescentes se
desarrollaron en Francia y Alemania en la dcada de los 30. En 1934
se desarroll la lmpara fluorescente en los Estados Unidos. Esta
ofreca una fuente de bajo consumo de electricidad con una gran
variedad de colores. La luz de las lmparas fluorescentes se debe a
la fluorescencia de ciertos qumicos que se excitan por la presencia
de energa ultravioleta. La primer lmpara fluorescente era a base de
un arco de mercurio de aproximadamente 15 watts dentro de un tubo
de vidrio revestido con sales minerales fluorescentes
(fosforescentes). La eficiencia y el color de la luz eran
determinados por la presin de vapor y los qumicos fosforescentes
utilizados. Las lmparas fluorescentes se introdujeron
comercialmente en 1938, y su rpida aceptacin marc un desarrollo
importante en el campo de iluminacin artificial. No fue hasta 1944
que las primeras instalaciones de alumbrado pblico con lmparas
fluorescentes se hicieron. A partir de la segunda guerra mundial se
han desarrollado nuevas lmparas y numerosas tecnologas que adems de
mejorar la eficiencia de la lmpara, las ha hecho ms adecuadas a las
tareas del usuario y su aplicacin. Entre los desarrollos a las
lmparas fluorescentes, se incluyeren las balastros de alta
frecuencia que eliminan el parpadeo de la luz, y la lmpara
fluorescente compacta que ha logrado su aceptacin en ambientes
domsticos.
1.1.- Concepto bsico de la iluminacin en las
edificaciones.Fundamentos de una instalacin de alumbradoEl colorLa
apariencia en color de las lmparas viene determinada por su
temperatura de color correlacionada. Se definen tres grados de
apariencia segn la tonalidad de la luz: luz fra para las que tienen
un tono blanco azulado, luz neutra para las que dan luz blanca y
luz clida para las que tienen un tono blanco rojizo. En la tabla
siguiente se relaciona la temperatura de color con la
apariencia.
Apariencia del color por la temperatura.
A pesar de esto, la apariencia en color no basta para determinar
qu sensaciones producirla iluminacin a los usuarios. El valor de la
iluminancia determinar, conjuntamente con laapariencia en color de
las lmparas, el aspecto final. En la tabla siguiente se relaciona
la iluminancia con la apariencia del color de luz.
Apariencia del color de acuerdo con la Iluminancia.El
rendimiento en color de las lmparas es una medida de la calidad de
reproduccin de loscolores. Se mide con el ndice de Rendimiento del
Color (IRC o Ra) que compara la reproduccin de una muestra
normalizada de colores iluminada, con una lmpara con la misma
muestra iluminada con una fuente de luz de referencia. La tabla
siguiente muestra los cuatro grupos, segn el valor del IRC.
La eleccin del color de suelos, paredes, techos y muebles, viene
condicionada por aspectos estticos y culturales. Por tanto, hay que
tener en cuenta la repercusin que tiene el resultado final en el
estado anmico de las personas.
Los tonos fros producen una sensacin de tristeza y reduccin del
espacio, aunque pueden causar una impresin de frescor que los hace
muy adecuados para la decoracin en climas clidos. Los tonos clidos
son todo lo contrario, se asocian a sensaciones de exaltacin,
alegra y amplitud del espacio y le dan un aspecto tan acogedor al
ambiente que los convierte en los preferidos en climas clidos.
1.2.- Caractersticas fsicas de la luz.El espectro
electromagnticoEl universo por doquier se encuentra rodeado por
Ondas Electromagnticas de diversas longitudes. La luz es la porcin
de este espectro que estimula la retina del ojo humano permitiendo
la percepcin de los colores. Esta regin de las ondas
electromagnticas se llama Espectro Visible y ocupa una banda muy
estrecha de este espectro.Cuando la luz es separada en sus diversas
longitudes de onda componentes es llamada Espectro. Si se hace
pasar la luz por un prisma de vidrio transparente, produce un
espectro formado por los colores: rojo, naranja, amarillo, verde,
azul, indigo y violeta. Este fenmeno es causado por las diferencias
de sus longitudes de onda. El rojo es la longitud del onda ms larga
y el violeta la ms corta. El ojo humano percibe estas diferentes
longitudes de onda como Colores.
El espectro visible para el ojo humano es aquel que v desde los
380nm de longitud de onda para el color violeta hasta los 780 nm
para el color rojo. Fuera de estos lmites, el ojo no percibe
ninguna clase de radiacin. El ojo tiene su mayor sensibilidad en la
longitud de onda de 555 nm que corresponde al color amarillo
verdoso y la mnima a los colores rojo y violeta. Esta situacin es
la que se presenta a la luz del da o con buena iluminacin y se
denomina visin fotpica (actan ambos sensores de la retina: los
conos, fundamentalmente sensibles al color y los bastoncillos,
sensibles a la luz).En el crepsculo y la noche, (visin escotpica)
se produce el denominadoEfecto Purkinje, que consiste en el
desplazamiento de la curva Vl hacia las longitudes de onda ms
bajas, quedando sensibilidad mxima en la longitud de onda de 507
nm. Esto significa que, aunque no hay visin de color, (no trabajan
losconos) el ojo se hace relativamente muy sensible a la energa en
el extremo azul espectro y casi ciego al rojo; es decir que,
durante elefecto Purkinje, de dos haces de luz de igual intensidad,
uno azul y otro rojo, el azul se ver mucho ms brillante que el
rojo. Es de suma importancia el tener en cuenta estos efectos
cuando se trabaja con bajas iluminancias.Rendimiento de colorEl
color es luz...no existe el color sin luzSe dice que un objeto es
rojo porque refleja las radiaciones luminosas rojas y absorbe todos
los dems colores del espectro. Esto es vlido si la fuente luminosa
produce la suficiente cantidad de radiaciones en la zona roja del
espectro visible. Por lo tanto, para que una fuente de luz sea
considerada como de buen rendimiento de color, debe emitir todos
los colores del espectro visible. Si falta uno de ellos, este no
podr ser reflejado.
Las propiedades de una fuente de luz, a los efectos de la
reproduccin de los colores, se valorizan mediante el ndice de
Reproduccin Cromtica (IRC) CRI (Color Rendering Index).Este factor
se determina comparando el aspecto cromtico que presentan los
objetos iluminados por una fuente dada con el que presentan
iluminados por una luz de referencia.Los espectros de las lmparas
incandescentes de la luz del da se denominan continuos por cuanto
contienen todas las radiaciones del espectro visible y se los
considera ptimos en cuanto a la reproduccin cromtica; se dice que
tienen un IRC= 100. En realidad ninguno de los dos es perfecto ni
tampoco son iguales. (al espectro de la lmpara incandescente le
falta componente azul mientras que a la luz del da roja).
Si por el contrario el espectro muestra interrupciones, como por
ejemplo el de las lmparas de descarga, se dice que es un espectro
discontinuo, ya que presenta diversas lineas espectrales propias
del material emisor.ndice de Reproduccin Cromtica(IRC)El ndice de
reproduccin cromtica (IRC),caracteriza la capacidad de reproduccin
cromtica de los objetos iluminados con una fuente de luz.Este
factor se determina comparando el aspecto cromtico que presentan
los objetos iluminados por una fuente dada con el que presentan
iluminados por unaluz de referencia.Los espectros de las lmparas
incandescentes de la luz del da se denominancontinuospor cuanto
contienen todas las radiaciones del espectro visible y se los
considera ptimos en cuanto a la reproduccin cromtica; se dice que
tienen un IRC= 100. En realidad ninguno de los dos es perfecto ni
tampoco son iguales (al espectro de la lmpara incandescente le
falta componente azul mientras que a la luz del da roja).
Se debe tener en cuenta que dos fuentes pueden tener el mismo
IRC y distinta Temperatura de color. (Ver Temperatura de color) Por
lo tanto es conveniente, cuando se compare capacidad de reproduccin
cromtica, buscar que las lmparas tengan temperaturas de color
aproximadas. Es obvio que, a igualdad de IRC, un objeto rojo se ver
ms brillante bajo 2800 K que bajo 7500 K.En el mercado existen
actualmenteLEDcon ndice de reproduccin cromtica70 < IRC<
85,(dependiendo de la Temperatura de color del Led).En funcin del
IRC obtenido se puede esperar la siguiente fiabilidad de
reproduccin en base a la temperatura de color: IRC <
60deficiente 60