Download iluminacion natural interna por guias de onda y fibra optica

Iluminación natural interna
por guías de onda
y fibra óptica
Julio Lucas Warthon Ascarza
ILUMINACIÓN NATURAL INTERNA
POR GUÍAS DE ONDA
Y FIBRA ÓPTICA
Primera edición
Enero, 2012
Lima - Perú
© Julio Lucas Warthon Ascarza
PROYECTO LIBRO DIGITAL
PLD 0514
Editor: Víctor López Guzmán
http://www.guzlop-editoras.com/
[email protected]
[email protected]
facebook.com/guzlopster
twitter.com/guzlopster
428 4071 - 999 921 348
Lima - Perú
PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD)
El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigación
(papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital
y difundidos por internet en forma gratuita a través de nuestra página web. Los recursos
económicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos de
edición y publicación a terceros, por lo tanto, son limitados.
Un libro digital, también conocido como e-book, eBook, ecolibro o libro electrónico, es una
versión electrónica de la digitalización y diagramación de un libro que originariamente es editado para
ser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza al
libro impreso.
Entre las ventajas del libro digital se tienen:
• su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad),
• su difusión globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geográfica),
• su incorporación a la carrera tecnológica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable de
la competición por la influencia cultural),
• su aprovechamiento a los cambios de hábitos de los estudiantes asociados al internet y a las redes
sociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento),
• su realización permitirá disminuir o anular la percepción de nuestras élites políticas frente a la supuesta
incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de investigación de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no está circunscrita solo a las letras.
Algunos objetivos que esperamos alcanzar:
• Que el estudiante, como usuario final, tenga el curso que está llevando desarrollado como un libro (con
todas las características de un libro impreso) en formato digital.
• Que las profesoras y profesores actualicen la información dada a los estudiantes, mejorando sus
contenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta.
• Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevas
tecnologías.
• El libro digital bien elaborado, permitirá dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnos
de las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del país donde la calidad de la
educación actualmente es muy deficiente tanto por la infraestructura física como por el personal docente.
• E l p e r s o n a l d o c e n t e j u g a r á u n r o l d e t u t o r, f a c i l i t a d o r y c o n d u c t o r d e p r o y e c t o s
de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electrónicas recomendadas.
• Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y
mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso.
En el aspecto legal:
• Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edición digital, sin perder su autoría, permitiendo
que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita.
• Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versión digital.
Lima - Perú, enero del 2011
“El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica”
Víctor López Guzmán
Editor
X Simposio Peruano de Energía Solar
ILUMINACION NATURAL INTERNA POR GUIAS DE ONDA Y FIBRA OPTICA
Mg. Julio Lucas Warthon Ascarza
Facultad de Ciencias Químicas, Física y Matemáticas, Departamento Académico de Física
Universidad Nacional De San Antonio Abad Del Cusco
Colaboradores
Qmco. Amanda Olarte Pérez
Est. Juan José Zuñiga Negrón
Est. Jesús Rubio Cáceres
Est. Rubén Inglés Atauchi
INTRODUCCIÓN
Las guías de onda y en particular la fibra óptica
actualmente comienzan a tener importancia dentro
de la ciencia y la tecnología, puesto que sus
aplicaciones son múltiples, como es en
comunicación (teléfonía, cable mágico, internet), en
medicina (endoscopios), etc.; sin embargo su
aplicación en el campo de las energías renovables
aún no se da en la misma medida que en las otras
áreas, y lo mismo ocurre en el campo de la
iluminación natural interna.
La importancia radica en el aporte a la
conservación del ambiente indirectamente, ya que
la energía eléctrica que se utiliza para el
funcionamiento de los focos o fluorescentes durante
el día, podría redistribuirse y sustituir a los
combustibles no renovables como es el petróleo,
gasolina y kerosene. Por otra parte se tiene la
posibilidad de contribuir al ahorro energético y de
las economías de los usuarios. Este trabajo
constituye una propuesta innovadora en el campo
de las energías renovables y de la iluminación de
interiores en el día, por tanto se puede considerar
como el inicio de nuevas investigaciones.
LUZ SOLAR
La luz solar y artificial son ondas electromagnéticas
que se encuentran dentro de un intervalo pequeño
del espectro electromagnético. La transmisión de
luz por guías de onda y fibra óptica se fundamenta
en la teoría electromagnética.
REFLEXION,
ABSORCION
Y
TRANSMISION
Cuando la luz incide sobre un cuerpo cualquiera se
produce tres fenómenos a la vez: reflexión,
transmisión y absorción.
Para determinar las cantidades o porcentajes de luz
que regresan al medio, las que son transmitidas o
son absorbidas, se utilizan los coeficientes
denominados como reflectancia, transmitancia y
absortancia.
R=
T=
I r La reflectancia R es la razón
del flujo (o potencia)
Ii reflejado al incidente:
It cosθ t
Ii cosθ i
La transmitancia T es la
razón del flujo transmitido
al incidente:
La absortancia A es la razón del flujo absorbido al
incidente:
A=Fa/Fi
Como consecuencia del principio de
conservación de energía se cumple: R+T+A=1
De igual forma se cumple: Ir +It +Ia = I
REFLEXION INTERNA
A continuación se tienen casos de reflexión,
considerando que el medio 1 tiene un índice
ligeramente mayor al del medio 2.
LEY DE SNELL
Es una ley de mucha importancia en óptica y su
representación para la refracción de una onda es:
ni senθ i = nt senθ t
Onda transmitida
N
θt
Medio 2
menos denso
Medio 1
más denso
N
Medio 2
menos denso
Medio 1
más denso
θi
θr
Onda
reflejada
Onda
incidente
(a)
la
θt
θi
Onda
transmitida
θr
Onda
incidente
Onda
reflejada
totalmente
(b)
X Simposio Peruano de Energía Solar
Figura 1 (a) Reflexión y refracción. (b) Reflexión
interna total de una onda incidente con una onda
superficial acompañante.
fibra de núcleo transparente de índice de refracción
η1 rodeada por un revestimiento de vidrio
transparente de índice η2 ligeramente inferior,
estando cerrados ambos en una funda protectora
opaca. Desde 1964 hasta la fecha se han realizado
investigaciones para aplicar la fibra óptica en el
campo de las comunicaciones, de la medicina, de la
industria, etc., sin embargo en el campo de las
energías renovables y de la iluminación natural
interna las investigaciones han sido puntuales.
REFLEXIÓN INTERNA TOTAL
El principio de reflexión interna total ocurre
cuando:
"La onda incide de un medio más denso a otro
medio menos denso, con un ángulo igual o mayor
que el ángulo crítico, la onda será reflejada
totalmente en forma interna y será acompañada
también por una onda superficial en el medio
menos denso".
N
Medio 2
menos
θt
Medio 1
más
I
I
TRANSMISION DE LUZ POR FIBRA
OPTICA
Debido a la diferencia de índices de refracción
entre el núcleo y el revestimiento la luz se refleja al
interior de la guía totalmente, describiendo líneas
en zigzag (Si los índices de refracción no varían en
función del radio r del núcleo).
θic
I
Rayo
R
θ
R
R
Ondas
incident
Ondas
reflejada
Figura 2
Reflexión interna total de ondas
incidentes con ángulos mayores o iguales al ángulo
crítico.
senθ ic
n
= 2
n1
n0
θe
θ
θi
n
Forro
n1
Núcleo
r
n2
Forro
Figura 4 Reflexión interna total en una fibra óptica.
Por ejemplo en el caso de un sistema vidrio-aire, el
ángulo crítico se encuentra entre 41º a 43º (debido
al tipo de vidrio), los rayos de luz que inciden con
ángulos mayores al ángulo crítico se reflejan
totalmente al interior del vidrio.
GUIAS DE ONDA
Las guías de onda son en general, dispositivos que
confinan o guían la propagación de ondas
electromagnéticas a lo largo
de un camino
definido; a la cual se denomina línea de
transmisión. Las líneas de transmisión que pueden
transportar sólo ondas electromagnéticas con
modos de orden superior, se llaman por lo común
guías de onda.
n1
n1
n1
Figura 3 Guía de onda electromagnética: tubo
cilíndrico hueco de metal
En la figura 3 se tiene un tubo cilíndrico hueco de
metal que puede transmitir luz de un extremo a otro
por reflexión interna, la luz tiene una frecuencia
extremadamente alta (1014 Hz).
FIBRA OPTICA
Una Fibra óptica es una guía de onda dieléctrica,
que se caracteriza fundamentalmente por su
diámetro pequeño, consisten típicamente en una
En la figura 4 se muestra una sección transversal a
lo largo del eje de un núcleo de una fibra óptica de
índice de refracción n1 con revestimiento o
recubrimiento de índice n2. Un rayo que entra al
núcleo desde un medio externo de índice n0 con un
ángulo θe formará un ángulo θt respecto al eje
interior del núcleo. La relación entre los ángulos,
dada por la ley de Snell, es:
Finalmente se tiene:
senθ e =
senθ t =
n0
senθ e
n1
n12 − n22
n0
Donde θe= ángulo de entrada respecto al eje del
núcleo, rad o grad
n1= índice de refracción del núcleo, adimensional
n2= índice de refracción del recubrimiento,
adimensional
n0= índice de refracción del medio externo,
adimensional
Para el aire como medio externo (n0=1), luego la
anterior ecuación se reduce a:
senθ e = n12 − n22
Eje
X Simposio Peruano de Energía Solar
ATENUACION
Se define como la pérdida de potencia óptica del
haz de luz que discurre por la fibra, la atenuación
está relacionada directamente con la longitud de
onda y se mide en decibelios por kilómetros
(dB/km.). Los factores que influyen en la
atenuación son muy variados, debiendo considerase
la difusión de la luz, las deformaciones mecánicas
y las absorciones a causa de las impurezas. La
característica más importante en la transmisión de
luz por fibra óptica es la atenuación. La atenuación
depende del material empleado en las fibras
ópticas, a mayor pureza de concentración las
pérdidas son menores, por otra parte la absorción de
ultravioleta (UV) e infrarrojo (IR) depende de la
pureza de sílice; es decir de los dopantes en el
interior del sílice.
LEY DE INVERSA DE LOS CUADRADOS DE
LAS DISTANCIAS
La iluminación sobre una supeficie es la intensidad
de iluminación (la energía que transporta un rayo
de luz, las candelas) dividida por el cuadrado de la
distancia del foco a la superficie. Esto es debido a
que la iluminación se define como la cantidad de
energía luminosa que atraviesa una superficie.
E=
I
d 2 A3=9
A2=4
Fuente
puntual
A1
1
E1
E2=E
1/4
2m
E3=E1/
3
Figura 5 Variación de la iluminación respecto al
inverso del cuadrado de la distancia
Esta Ley no es aplicable a fuentes de iluminación
extensas (techos luminosos, etc.)
Tabla 1.- Iluminación debida a diferentes fuentes de
energía.
FUENTE LUMINICA
ILUMINACION( lux )
Bujía
1,20
Lámpara incandescente de 100 W
1200
Tubo fluorescente de 1,5 m
5000
Luz del Sol
100000
Lámpara halógena cuarzo de 150 W 2000000
En un día de sol, la iluminación es de 50,000 a
100000 luxes, y la luz artificial esta entre 10 a 200
luxes.
Una habitación doméstica quizás no pase de 100
lux. Una habitación muy bien iluminada para usos
que requieren gran resolución, como talleres de
dibujo, puede tener sobre 500 lx y en lugares como
mesas de operaciones puede llegarse a los 1000 lx.
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE GUIAS DE
ONDA
Uno de los objetivos de este trabajo es el diseño y
construcción de guías de onda empleando
materiales de bajo costo; estos materiales deben
tener buena reflectancia, y en otros casos poseer la
mayor transparencia posible. Como una alternativa
a la falta de tecnología en la fabricación de fibra
óptica en nuestro medio se ha construido diferentes
guías de onda empleando materiales dieléctricos
(resina) y espejos (deposición de nitrato de plata).
Actualmente no existen guías de onda en el
mercado local para transmisión de luz solar, que
tenga como fin la iluminación ambiental durante el
día, ésto hace que nuestra propuesta sea innovadora
y creativa, por esta razón durante los seis últimos
años se ha planificado y construido guías de onda,
investigando en lo que respecta al diseño y a los
tipos de materiales que reúnan las mejores
propiedades para la transmisión de la luz, tanto por
reflexión interna total (guía de .material dieléctrico)
y por reflexión interna (material reflectante).
Las guías de onda construidas en resina poliester
están dentro de las guías dieléctricas, las cuales
transmiten la radiación por reflexión interna total.
El objetivo de su diseño y construcción es de
analizar su capacidad de transmisión, puesto que no
se tiene información en este sentido en nuestro
medio. Actualmente la obtención de guías de fibra
en base a sílice es costosa, por esta razón una
alternativa es la construcción de guías de onda que
cumpla los requerimientos mínimos para la
transmisión de luz solar.
La guía de onda de sección cuadrada hueca que se
ha construido es de espejo simple de sección
transversal, esta guía debido a su reflectancia,
puede transportar mayor energía solar en el rango
correspondiente al espectro de radiación infrarroja;
es decir con esta guía se logra transmitir mayor
energía calorífica.
ELECCION DE MATERIALES
La elección de materiales para obtener guías de
onda, se clasifica en:
a) Materiales alternativos
b) Materiales de alta eficiencia
a)
MATERIALES
ALTERNATIVOS
Son los materiales que son accesibles de obtener en
X Simposio Peruano de Energía Solar
el mercado local y que tienen propiedades de
transparencia y reflectividad, como:
- Resina poliester (polímeros)
- Espejos de vidrio (recubierto con nitrato de plata)
b) MATERIALES DE ALTA EFICIENCIA
Son los materiales que por sus características y
propiedades transportan luz solar con bajas
pérdidas, estos materiales son producidos con alta
tecnología, y actualmente sólo lo producen algunos
países; el material que tiene estas propiedades es el
sílice, en función al cual se fabrican las fibras
ópticas, su desventaja es su costo, comparado con
los materiales alternativos (espejos y resinas).
CONCENTRADOR CONICO DE RESINA
A1 (área de
captación)
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE GUIAS DE
ONDA EN RESINA POLIESTER
El diseño de guías de onda para aplicación en
Energías Renovables, está en función de los
objetivos que se desean alcanzar; se han realizado
los siguientes diseños:
a) Guía de onda cilíndrica: Tubo recto de resina
b) Guía de onda cilíndrica: Tubo curvo de resina
c) Concentrador cónico de resina
d) Concentrador cónico acoplado a un tubo
cilíndrico de resina
GUIA DE ONDA CILINDRICA DE RESINA :
TUBO RECTO
n0
Aire
n1
Resin
0,01 4m
0,25 m
Luz
0,06 m
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE GUIAS DE
ONDA
Se tiene los siguientes casos:
1.- Diseño y construcción de guías ondas en resina
poliester
2.- Diseño y construcción de guías ondas en
espejos de vidrio (recubrimiento de nitrato de plata)
3.- Diseño de guías de onda en materiales
altamente transparentes (fibra óptica )
A2 (área de
concentració
0,014m
0,1 m
Figura 8 Concentrador cónico hecho en resina
(material dieléctrico).
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE GUIAS DE
ONDA CON ESPEJOS PLANOS DE VIDRIO
Los espejos planos de nitrato de plata sobre vidrio,
se conoce en las vidrierías de acuerdo a su grosor
(simple, semidoble o doble). Se han realizado los
siguientes prototipos:
a) Guía de onda de sección cuadrada hueca
b) Concentrador solar de espejos planos
c) Concentrador solar acoplado a guía de onda de
sección cuadrada hueca.
GUIA DE ONDA DE SECCION CUADRADA
HUECA
Esta guía de onda electromagnética esta construida
de espejo de vidrio simple, el cual por su alta
reflectancia transmite la luz solar entre sus
extremos. Debido a sus características de
revestimiento de nitrato de plata, es posible
transmitir
buena
parte
del
espectro
electromagnético de la radiación solar. Esta guía
onda puede ser utilizada en la conducción de luz
solar para iluminación ambiental y para fines de
aplicación térmica.
Figura 6 La guía de onda esta hecha en base a
resina que viene ha ser un material dieléctrico.
0,05 m
0,05m
GUIA DE ONDA CILINDRICA DE RESINA:
TUBO CURVO
1,00 m
Figura 9 En este caso la luz es transmitida a
través de reflexión interna (no total) de un extremo
a otro.
0,014m
CONCENTRADOR SOLAR DE ESPEJOS
PLANOS
0,945m
Figura 7 Isométrico de la guía cilíndrica de
0,014
El objetivo de este diseño es concentrar luz solar
por medio de la unión de espejos planos en forma
cónica. El área de captación es mayor al área de
X Simposio Peruano de Energía Solar
concentración. La luz solar que incide en el área de
captación se refleja internamente hasta llegar al
área de concentración. A medida que la luz solar
atraviesa el sistema, la potencia se incrementa en
forma similar al multiplicador de potencia. La
salida del concentrador se comunica a la guía de
onda para la transmisión de la luz concentrada, la
que se puede aplicar para iluminación o acoplar a
un sistema de calentamiento de agua.
0,25m
Espejos planos
Area de
concentración
0 1m
En los edificios, restaurantes, hoteles, centros
comerciales, teatros, cinemas, aulas, oficinas, etc.,
se tienen ambientes que debido a su posición
requieren de iluminación artificial durante el día,
aun aquellos que dan a la calle.
A través de las guías de onda en prueba y de la
fibra óptica hemos podido ver que es posible el
transporte de luz solar de un punto exterior a otro
interior en magnitudes mayores a los estándares
mínimos. Si se emplea únicamente guías de onda se
logra conducir flujos de radiación luminosa que
están en proporción al área de captación de dicha
guía, pero si se adiciona al sistema una lente
biconvexa o un concentrador de luz, entonces se
consigue conducir mayor flujo luminoso.
0 10m
0,05m
0,25m
DIAGRAMA DESCRIPTIVO DEL SISTEMA
0,20m
Figura 10 El objetivo de este diseño es concentrar
radiación solar en un pequeño área.
ILUMINACION NATURAL DE INTERIORES
En el contexto cotidiano podemos percibir en
diferente medida la iluminación del ambiente donde
nos encontremos, algunos debido a su ubicación
son iluminados artificialmente, otros son
iluminados artificialmente y naturalmente y algunos
son iluminados integramente de manera natural. La
iluminación natural de interiores desde un enfoque
físico es el proceso por el cual la luz solar incide
directamente o por difusión en un ambiente interior
de una vivienda o edificio.
El objetivo de iluminar naturalmente un ambiente
es conseguir el confort visual, y por otra parte
reorientar nuestras opciones hacia el uso de las
energías renovables. Por otra parte la iluminación
natural de interiores contribuye al ahorro de energía
en términos generales, y consecuentemente el
ahorro de las economias de los usuarios.
En la siguiente figura observamos la conducción de
la radiación solar a través de un sistema de guías de
ondas, consta de un concentrador de radiación
solar acoplada a una guía de onda que transmite la
radiación solar concentrada, hasta puntos interiores
de una vivienda.
Sol
Luz
solar
Concentrador
de luz solar
Guía de onda
ILUMINACION
DE
AMBIENTES
INTERIORES POR MEDIO DE GUÍAS DE
ONDA
Figura 11 La figura sintetiza el objetivo del
proyecto, se puede apreciar la transmisión de la luz
solar a través de la guía de onda.
Como se ha visto históricamente la iluminación de
interiores durante el día se ha realizado de manera
artificialmente y actualmente se utiliza muy poco
los tragaluces para la iluminación de interiores de
manera natural. La propuesta de la investigación
que se ha hecho y se sigue desarrollando, es
precisamente la de iluminar interiores con luz
natural o solar por medio de guías de onda o fibras
ópticas, que es una propuesta innovadora dentro de
este campo de la iluminación ambiental diurna.
MEDICION
DE
ILUMINACION
EN
MAQUETA
Para obtener datos cuantitativos de la iluminación
natural por medio de guías de onda se ha construido
una maqueta de una vivienda de dos plantas, cuatro
ambientes en cada planta, los dos ambientes que
dan al exterior han sido diseñados con similares
características como el área, ventanas, puerta, color
de las paredes y adornos en las paredes.
X Simposio Peruano de Energía Solar
Los valores medios obtenidos en la habitación
iluminada van desde 10 a 1500 lux, la variación
depende de como se encuentre el cielo, es decir si
esta nublado, parcialmente nublado o despejado. En
el caso de la otra habitación los valores permanecen
casi iguales a 2 lux. El objetivo de las mediciones,
ha sido comparar las iluminaciones obtenidas en
ambas habitaciones, una de las cuales no tiene la
instalación de la guía de onda y la otra en cambio si
la tiene. La habitación que fue iluminada con la
guía de onda alcanza valores relativamente
considerables respecto a la iluminación obtenida en
la otra habitación en donde se midieron valores
bajos y que no alcanzarón los estandares mínimos
de iluminación reglamentadas
- La comercialización en nuestro contexto aún no se
da, sin embargo ya existen empresas en la capital.
- Flexibilidad: es una característica importante para
una instalación domiciliaria
- Baja atenuación
- Costo: su alto costo actualmente no permite su
comercialización a gran escala
Luz solar
0.86 m
Luz
solar
0.61 m
0.30 m
0.76 m
0.36 m
Figura 11. Maqueta de una vivienda de dos plantas.
La guía de onda de espejos planos conduce luz
concentrada desde el techo hasta el ambiente
derecho de la primera planta con el objetivo de
iluminarlo naturalmente.
ILUMINACION
DE
AMBIENTES
INTERIORES POR
MEDIO DE FIBRA
OPTICA
Las medidas de iluminación se hicieron con un
luxometro de máximo rango 20 klux, las
mediciones varían casi instantáneamente debido a
la naturaleza no lineal de los cambios atmosféricos,
es decir tienen una variación impredecible en el
tiempo. La iluminación en el ambiente en donde se
utilizó la fibra óptica estuvo entre los 10 a 1500 lux
similar al obtenido con la guía de onda, en cambio
en el ambiente donde no se utilizó la fibra óptica la
iluminación media fue de 2 lux.
CARACTERISTICAS DE LA FIBRA OPTICA
- Alta transmisión de luz
- Transmisión de ondas luminosas visibles (luz fria)
- Su fabricación es compleja y en su obtención se
aplica tecnología de punta.
ILUMINACION
AMBIENTAL
EN
EL
CONTEXTO GLOBAL
El 27 de octubre de 1879 fue el inicio de la era de la
iluminación ambiental con el invento de Thomas
Alva Edison quien logró encender una lámpara de
filamento de carbono durante dos días en Nueva
York, desde entonces hasta la actualidad los
avances han sido significativos en este campo, con
la obtención de productos de alta eficiencia y con la
reglamentación pertinente. La importancia radica
sustancialmente en el ahorro de energía eléctrica y
por tanto del ahorro económico, sin embargo
repercute directamente en la conservación del
medio ambiente. Cabe aclarar que la iluminación
ambiental se divide en iluminación artificial e
iluminación natural.
El programa ELI del banco mundial actualmente
desarrolla actividades en cuanto ha ilustración sobre
iluminación artificial eficiente y ahorro de energía,
por otra parte empresas transnacionales invierten
actualmente sumas millonarias en investigación
sobre sistemas y dispositivos de iluminación con el
objetivo de lograr eficiencia y ahorro energético.
ILUMINACION EN EL CONTEXTO LOCAL
En nuestro medio aún no se le da la importancia
debida a la iluminación ambiental, en cuanto a
normatividad, investigación
y desarrollo
tecnológico, esto se puede verificar a través de
simples indicadores que están a la vista, como es la
ausencia de instituciones dedicadas a la
reglamentación jurídica sobre el tema, por otra
parte no se tienen empresas en el medio dedicadas a
la fabricación de dispositivos lumínicos de alta
eficiencia y mucho menos se ha desarrollado
investigación en el campo de la iluminación; frente
a este contexto el programa ELI ha comenzado a
realizar una serie de actividades a nivel
internacional, nacional y local sobre iluminación
artificial, pero en lo que respecta a iluminación
natural no se tiene experiencias importantes.
EVALUACIÓN DE LA ILUMINACION ACTUAL
DE LAS EDIFICACIONES
Los diseños arquitectónicos en las últimas décadas
no han considerado aspectos que tiene que ver con
los avances de la ciencia y le tecnología. Las
edificaciones
domiciliarias,
industriales
y
construcciones verticales en términos generales
tienen problemas de iluminación, calefacción,
ventilación, instalaciones eléctricas, etc. Como
ejemplo se tiene que la gran mayoría de edificios
X Simposio Peruano de Energía Solar
públicos y privados, universidades, colegios,
bancos, centros comerciales, etc. han tenido que
realizar perforaciones en su estructura para el
cableado de internet, estas nuevas instalaciones han
debilitado de alguna forma la estructura de estas
edificaciones y por otro lado han alterado su
estética.
- Iluminación interna producida artificialmente.La gran mayoría de los locales son iluminados por
luz artificial, es decir por emisores o fuentes
luminosas que emplean energía eléctrica, como por
ejemplo los focos incandescentes, fluorescentes,
focos ahorradores, lámparas dicroicas, etc.
- Iluminación interna producida naturalmente.En menor proporción se da este tipo de
iluminación, que consiste en la iluminación con luz
natural que ingresa a los ambientes de diferentes
formas: directa e indirectamente, o una suma de las
anteriores. En el primer caso la luz puede ingresar a
través de una ventana o tragaluz, en el segundo caso
puede ser por difusión de la luz solar, y finalmente
puede ser la suma de la radiación directa y la
difusa.
registrar que las aulas se encontraban iluminadas
por luz artificial provenientes de los fluorescentes y
a la vez por la luz natural difusa. Posteriormente se
hizo la medida de la iluminación en las aulas
empleando un luxometro MS-1300 de rango 050000 lux.
En el siguiente gráfico se observa una vista de
planta del aula C-122, en el cual se indica los
valores de la iluminación (lux) en diferentes puntos
a una altura donde se encuentra el área de trabajo;
se midió a las 12:58 p.m. durante 6 minutos y con
cielo despejado.
Ventana
6000
80
0
44
0
5000
58
40
0
1260
342
32
N
E
W
S
Aula CPara que esta iluminación pueda acercarse al
confort visual, requiere un diseño especial, que
considere ventanas grandes y/o tragaluces de
tamaño considerable.
MEDICION DE LA ILUMINACION INTERNA
En el presente trabajo se ha realizado una
evaluación cualitativa y cuantitativa de la
iluminación interna en diferentes locales de la
ciudad del Cusco, empleando una cámara filmadora
digital de 8 mm y un luxometro digital MS-1300 de
rango 0-50000 lux.
MEDICION DE LA ILUMINACION EN LA
UNSAAC
El estudio hecho en la UNSAAC de la iluminación
interna, tiene como indicador común el uso de luz
artificial para la iluminación de los diferentes
locales en el día, que se inicia con las actividades
laborales que es a las 7:00 a.m. hasta que el sol
comienza a perderse por el horizonte: 6:00 p.m. en
promedio (esta en función de la estación).
Los siguientes lugares han sido estudiados:
- Aulas del primer nivel del pabellón de Ciencias
(C)
- Laboratorios de Física y Biología, pabellón C
- Oficinas administrativas del pabellón A y C
AULAS
El estudio
ambientes
cualitativa
cualitativa
de la iluminación interna en diferentes
de la UNSAAC, se hizo de manera
y cuantitativa. En la evaluación
se empleo una filmadora, donde se pudo
COSTO POR CONSUMO DE ENERGÍA
ELÉCTRICA EN FLUORESCENTES
Para determinar el costo por consumo de energía
eléctrica que se utiliza para iluminación interna se
realiza el siguiente procedimiento:
COSTO POR CONSUMO DE ENERGIA
ELECTRICA POR DIA.- Se determina por
medio de la siguiente expresión:
Cd = P. t .T
Cd: Costo por consumo de energía eléctrica por día,
nuevos soles
P: Potencia, kW
t: tiempo, horas
T: Tarifa (BT5B)
COSTO POR CONSUMO DE ENERGIA
ELECTRICA MENSUAL.- Resulta de multiplicar
el costo de un día por treinta.
Cm = 30. Cd
COSTO POR CONSUMO DE ENERGIA
ELECTRICA ANUAL.- Resulta de multiplicar el
costo mensual por doce.
Ca = 12Cm
En función a los ejemplos anteriores, se tiene el
consumo diario, mensual y anual de n fluorescentes
de 40 W cada uno, considerando que están
prendidos durante 10 horas al día en promedio. Es
el caso de instituciones, hospitales y empresas que
Puerta
X Simposio Peruano de Energía Solar
mantienen encendido fluorescentes desde las 7 a.m.
hasta las 5.00 p.m. o más.
n
1
2
3
4
5
6
10
50
100
P
t
( kW) ( h )
0.04
10
0.08
10
0.12
10
0.16
10
0.20
10
0.24
10
0.40
10
2.00
10
4.00
10
E
(kW-h)
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
4.0
20.0
40.0
Costodía( S/.)
0.144
0.288
0.432
0.576
0.720
0.864
1.440
7.200
14.40
CostoCostomes (S/.) año (S/.)
4.32
1.84
8.64
103.68
12.96
155.52
17.28
207.36
21.60
259.20
25.92
311.04
43.20
518.40
216.0 2592.00
432.00 5184.00
ILUMINACION NATURAL Y AHORRO DE
ENERGIA
La crisis energética vivida en la década del 70 ha
hecho que se intensifiquen los estudios sobre las
reservas energéticas en los distintos países para
planear su explotación futura y crear conciencia de
la necesidad de disminuir el consumo dentro de los
límites compatibles con el desarrollo de las
naciones. Cuando iluminamos un ambiente de
manera natural estamos haciendo un uso racional de
la energía, y a la vez conseguimos confort visual y
térmico.
PROPUESTAS
Las propuestas que planteamos en la iluminación
interna por medio de guías de onda y fibra óptica
son las siguientes:
PROPUESTA 1: Iluminar interiores de domicilios
PROPUESTA
2:
Iluminar
ambientes
administrativos de instituciones públicas y privadas
PROPUESTA 3: Contribuir en la iluminación de
interiores de microempresas y empresas previo
estudio de factibilidad
PROPUESTA 4: Contribuir en la iluminación de
los pasadizos de instituciones educativas: centros
educativos de educación básica, institutos
superiores, universidades
PROPUESTA 5: Iluminar las aulas de instituciones
educativas: centros de educación básica, institutos
superiores, universidades.
PROPUESTA 6: Iluminar escaleras rampas y gibas
que se encuentren en el interior de las edificaciones.
PROPUESTA 7: Iluminar túneles para tránsito
motorizado.
PROPUESTA 8: Iluminar túneles de minas
PROPUESTA 9: Iluminar sótanos de viviendas,
fabricas o edificios.
BIBLIOGRAFIA
Cariou, J.M., Dugas, J. y Martin L.: Transport of
solar energy with optical fibres. Toulouse , 1981.
Bianchi, A.N.: Sistemas de Ondas Guiadas.
Marcombo Boixareu Editores, Barcelona, 1980.
Hecht, Zajac.: Optica. Segunda edición, Editorial
Trillas, Méxixo, 1984.
Jeunhomme, L.B.:
Single-mode fiber optics.
Marcel Dekker, INC., New York,1983.
Kraus, J.D.: Electromagnetismo. Tercera edición,
Mac Graw-Hill, México, 1986.
Lomer, M.: Optica integrada. Pontificia
Universidad Católica del Perú, Lima, 1998.
Sears, F.W., Zemansky, M.W., y Young, H.D.:
Física Universitaria. Sexta
edición,
Fondo
Educativo
Interamericano, México, 1986.
Sybil P. Parker.: Diccionario McGraw-Hill de
FISICA. Tomo I y II. México, 1991.
Tur Terrasa, J. y Martinez Jimenez, Ma.R.: Todo
sobre las fibras ópticas. Primera
edición,
Marcombo Boixareu
Editores, Barcelona, 1989.
American Journal of Physics, March 2001
América Renovable.
Revista Especializada en Energía Renovable y
Medio Ambiente, Números 2,3 y 4. Grupo de apoyo
al sector rural, Lima, 1997.
WEBGRAFIA
http:/usuarios.tripod.es/Fibra-optica/
http:/www.iayc.com/proaudio/iluminacionfibra/ilumina
cionfibra
http:/solartoday.org/
http:/www.nrel.gov/basic_sciences/
http:/waveguide-components.com/
ILUMINACION NATURAL
INTERNA POR GUIAS DE
ONDA Y FIBRA OPTICA
Mg. Julio Warthon Ascarza
ILUMINACION NATURAL INTERNA
POR GUIAS DE ONDA Y FIBRA OPTICA
I FUNDAMENTOS DE
ELECTROMAGNETISMO
-Introducción
- Ondas electromagnéticas
-Ecuación de onda para el campo eléctrico
y magnético
- Densidad de energía
- Vector de Poynting
- Intensidad de onda electromagnética.
- Espectro electromagnético
INTRODUCCION
La transmisión de luz por guías de onda y fibra óptica se
fundamenta en la teoría electromagnética. Las
ecuaciones de Maxwell son las que describen la
transmisión de la radiación a través de las guías de
onda.
La naturaleza ondulatoria inherente del mecanismo
de transmisión es de poca importancia y el proceso
obedece las familiares leyes de la óptica geométrica.
ONDAS ELECTROMAGNETICAS
Una onda electromagnética es la propagación
de un campo eléctrico y magnético en el
espacio-tiempo,
transporta
energía
y
momentum. Toda onda electromagnética se
propaga en el vacío con una velocidad
constante de aproximadamente 300 000 km/s.
y
c
Ey
Hz
z
x
ECUACIÓN DE ONDA PARA EL CAMPO
ELÉCTRICO Y MAGNÉTICO
en general se expresan por las Las ecuaciones
diferenciales de onda electromagnética siguientes
expresiones:
(2)
2
∂ 2 Ey
1 ∂ Ey
=
.
∂ t2
µ ∈ ∂ x2
(1)
∂ 2 Hz
1 ∂ 2 Hz
.
=
∂ t2
µ ∈ ∂ x2
(2)
Las ecuaciones (1) y (2) relacionan la variación de los
campos eléctrico y magnético en el espacio y en el
tiempo. La velocidad de onda electromagnética se
define por:
1
v =
µ∈
2
Las ecuaciones anteriores (1) y (2) se convierten en:
2
∂ 2 Ey
∂
Ey
2
=
v
.
∂ t2
∂ x2
2
∂ 2 Hz
2 ∂ Hz
=v .
2
∂ t
∂ x2
(4)
(5)
Si se propaga en el vacío:
1
v =
= 300 Mms −1
µ o ∈o
2
Sus soluciones son:
E y = E0 senβ .( x − vt )
H z = H0 senβ .( x − vt )
(7)
(8)
β =
Donde
2Π
λ
ν : velocidad de fase, ms-1
t: tiempo, s
λ: Longitud de onda, m
β: Número de onda, m-1
DENSIDAD DE ENERGIA.- La densidad de energía
total ω en una región del espacio donde existen los
campos y , está dada por la suma de densidad del
campo eléctrico más el campo magnético:
ω = εE
2
(10)
VECTOR DE POYNTING .- El vector de
Poynting es la cantidad vectorial que
describe la magnitud y dirección de la
variación de flujo de energía por unidad
de tiempo.*
S x = E y Hz
(11)
La magnitud del vector de Poynting es:
r r r
S = ExH
INTENSIDAD DE ONDA ELECTROMAGNETICA
La intensidad de onda electromagnética se define
como la energía que se transmite en un tiempo t
y por unidad de área A. La dirección de la
transmisión de la energía es paralela a la
dirección de propagación de la onda, y su unidad
es Watt/m2:
P
I=
A
(12)
EL
ESPECTRO
ELECTROMAGNETICO
La luz es una pequeña parte de una clase muy
extensa de radiaciones electromagnéticas. Las
longitudes de onda de la luz visible (Es decir, de
las ondas electromagnéticas perceptibles por el
sentido de la vista) están en el intervalo
comprendido entre 4 y 7 x 10 -7 m. El
correspondiente intervalo de frecuencias es
aproximadamente de 7,5 a 4,3 x 10 14 Hz.
Rayos gamma
Rayos X
Opticas
Ultravioleta
Frecuencia, Hz
1023
1019 1018
1016
Longitud de onda, nanómetros
10-5
10-1
102
Infrarrojo
Radio
1015
1014
1012
10
103
104
106
1016
II OPTICA
- Óptica geométrica
- Óptica física
- Espejos
- Espejos planos
- Naturaleza y propagacion de la luz
- Propiedades elementales de la luz
- Incidencia oblicua
- Leyes de la reflexión y refracción
- Indice de refracción absoluto
- Coeficiente de reflexión y transmisión
- Dispersión
- Absorción
- Factor de reflexión
- Reflexión interna
- Reflexión interna total
OPTICA GEOMETRICA
En la óptica geométrica se representa la luz como
rayos, las cuales se desvían en una superficie reflectora
o refractora.
OPTICA FISICA
Es la rama de la óptica donde la luz es tratada como
una onda electromagnética, y en esencia la luz es una
Onda. Los efectos ópticos que dependen de la
naturaleza de la luz son la interferencia y difracción.
ESPEJOS
Superficies finamente pulida. En el pasado se
hacían generalmente recubriendo vidrio con
plata, escogiéndose esta última por su alta
eficiencia en el UV y el IR, y el primero por su
rigidez. En tiempos recientes los recubrimientos
de aluminio evaporados en vacío sobre
substratos altamente pulidos han quedado
como el estándar para espejos de calidad.
ESPEJOS PLANOS
De manera similar que otros tipos de espejos, los
planos se pueden recubrir en la superficie
frontal o posterior. En el segundo caso la
cubierta
metálica
reflectora
queda
completamente protegida detrás del vidrio, sin
embargo, la mayoría de los espejos diseñados
para uso más técnico, se recubren al frente.
P
P´
Espejo plano
Figura 2-1 Los rayos que salen del punto objeto
P inciden sobre el espejo plano, reflejandose e
incidiendo en el ojo
NATURALEZA Y PROPAGACION DE LA LUZ
La luz es una onda electromagnética que transporta
momentum y energía, se encuentra dentro de un
rango determinado de frecuencias y longitudes de
onda del espectro electromagnético. La velocidad de
la luz en el vacío es 299792458 m/s . Para efectos
prácticos se aproxima a 300 000 km/s. La luz solar
está compuesta por una serie de ondas
electromagnéticas que se encuentran dentro del rango
visible
y no visible;
diferenciándose por sus
longitudes de onda.
PROPIEDADES ELEMENTALES DE LA LUZ
La propiedad fundamental de la luz, conforme se pone
de manifiesto por medio de la óptica geométrica es su
propagación lineal, así como la posibilidad de cambiar
su dirección. Cuando un rayo de luz incide sobre la
superficie de separación entre dos medios, se
produce reflexión y refracción.
La luz natural es un rayo polarizado elípticamente.
LEYES DE LA REFLEXION REGULAR
En el fenómeno de reflexión de la luz se cumple:
1.- El ángulo de incidencia es igual al ángulo de
reflexión
2.- El rayo incidente, la normal a la superficie, y el
rayo reflejado se encuentran en el mismo
plano.
III GUIAS DE ONDA
- Introducción
- Guías de onda
- Formas geometricas y materiales utilizados en guías de onda
- Longitud de onda de corte
- Atenuacion en guias de onda
- Atenuación a frecuencias menores que la de corte
- Atenuacion a frecuencias mayores que la de corte
- Potencia promedio en una guía
- Multiplicador de potencia
- Varilla dieléctrica
- Longitud de la trayectoria recorrida
- Número de reflexiones
INTRODUCCION
Este capítulo es fundamental debido a que se
analiza los aspectos teóricos sobre las guías de
onda, que en esencia es el medio por el cual se
transmiten las ondas electromagnéticas y es a
la vez el sistema material que reúne las
condiciones ópticas para el fin de la
investigación; es decir es el medio que
proponemos para la aplicación a la iluminación
natural interna.
GUIAS DE ONDA
Las guías de onda son en general, dispositivos que
confinan o guían la propagación de ondas
electromagnéticas a lo largo de un camino definido que
se denomina línea de transmisión.
n1
n1
n1
Figura 3-1 Guía de onda electromagnética: tubo
cilíndrico hueco de metal
FORMAS GEOMETRICAS Y MATERIALES UTILIZADOS EN GUIAS DE ONDA
TIPO DE GUIA
GEOMETRIA
Guía de onda de sección
rectangular hueca
Aire
Aire
Aire
Aire
Guía cilíndrica hueca (Metálica)
Aire
Aire
Guía de onda de forma cónica
(Dieléctrico)
Material dieléctrico
Aire
Guía de onda de lámina
dieléctrica
Material dieléctrico
Aire
Guía de onda de sección
circular
Dieléctrico
Aire
Guía de onda de
dieléctrica y de varilla
fibra
Camisa protectora opaca
Forro o funda
Núcleo de fibra
5 a 50 µ m
≈ 100 µ m
POTENCIA PROMEDIO EN UNA GUIA
La potencia promedio en la guía varía con la
distancia x en la dirección de transmisión, y se
da por medio de la relación:
(32)
−2αx
P = Pe
0
P0 = potencia promedio en el punto de referencia
(x=0), W
x = distancia en la dirección de transmisión, m
α = constante de atenuación
Po
P
x
Figura 3-3 La potencia pérdida en las paredes
de una guía de onda produce atenuación
.
MULTIPLICADOR DE POTENCIA
Viene ha ser un dispositivo de guías de onda que
tiene por finalidad el de incrementar la
potencia, puede ser de material dieléctrico o de
material reflectante (Internamente).
Línea principal
h
Luz solar
h
Líneas convergentes
Luz concentrada
Luz solar
h
Figura 3-4
La luz solar ingresa por dos líneas
convergentes o guías de onda convergentes,
concentrándose en una sola línea principal.
LONGITUD DE LA TRAYECTORIA RECORRIDA
En un varilla o fibra de diámetro D y longitud L, la
longitud l
de la trayectoria recorrida por el rayo
L
será:
l =
33)
cosθ
(
t
o de la ley de Snell
l = n f L ( n 2f − s e n 2 θ i ) − 1 / 2
(34)
NUMERO DE REFLEXIONES
El número N de reflexiones a través de la longitud l
de la trayectoria es:
N =
l
±1
D / sen θ t
(35)
Sustituyendo l en N:
N=
Lsenθ i
±1
2
2
1/ 2
D(n f − sen θ i )
(36)
CAPITULO IV FIBRAS OPTICAS
- Fibras ópticas
- Obtención de fibras ópticas
- Partes y dimensiones de las fibras ópticas
- Clases de fibra
- Características técnicas:
- Características mecánicas
- Dimensiones y formas
- Fabricación de fibra óptica
- Transmisión de luz por fibra óptica
- Cono de aceptación
- Angulo de admisión
- Angulo de emisión
- Atenuación
FIBRA OPTICA
- Una Fibra óptica es una guía de onda dieléctrica, que
se caracteriza fundamentalmente por su diámetro
pequeño, consisten típicamente en una fibra de núcleo
transparente de índice de refracción η1 rodeada por
un revestimiento de vidrio transparente de índice η2
ligeramente inferior, estando cerrados ambos en una
funda protectora opaca.
La condición de conducción de luz se da cuando el
diámetro de estas fibras sea grande comparado con la
longitud de onda de la energía radiante.
OBTENCION DE FIBRAS OPTICAS
Las fibras ópticas se obtienen a partir de
elementos de origen natural por medio de
procedimientos polimerizantes. La primera
materia natural es sílice (SiO2), se encuentra
en la arena común y sirve como materia prima
para la fabricación de vidrio y al refinarse se
obtiene cristales.
Las fibras ópticas obtenidas mediante proceso
químico son de mayor eficacia que las
derivadas del vidrio y se obtienen a partir de
materiales poliméricos. Las fibras ópticas de
buen rendimiento son las de núcleo de sílice
dopada por medio de óxido de titanio, de
germanio o de boro, con un revestimiento de
sílice en absoluto estado de pureza
PARTES Y DIMENSIONES DE LAS FIBRAS OPTICAS
Camisa protectora opaca
Forro o funda
Núcleo de fibra
≈ 100 µ m
}
Transparente
5 a 50 µ m
FABRICACION DE FIBRA OPTICA
a) Materia prima: Arena común
b) Fundición (2300 ºC)
c) Purificación
Cuarzo
Dióxido
de silicio
d) Fabricación de Fibra óptica
Vidrio del
núcleo
Otros
elementos
Vidrio
externo
Fibra óptica
Hiladura mediante
dos crisoles
TRANSMISION DE LUZ POR FIBRA OPTICA
n2
n0
θt
θi
n1
Forro
Núcleo
θe
r
n2
Forro
Figura 4-3 Reflexión interna total en una guía óptica.
Eje
El rayo que continúa incidirá en la frontera núcleorecubrimiento con un ángulo θi. Si θi > θic ,
donde θic es el ángulo crítico, el rayo se reflejará
por completo en forma interna y continuará
propagándose dentro del núcleo.
n2
senθ ic =
n1
CONO DE ACEPTACION .- La luz puede entrar en la
fibra si esta dentro de cierto ángulo o cono de
aceptación definida como abertura numérica (AN).
Cono de
aceptación
R1
R2
n0
n1
Eje de la fibra
5
FOTOMETRIA
La luz natural y artificial excita nuestros
ojos permitiéndonos la visión del
mundo que nos rodea, y la iluminación
mínima promedio para lectura es de 50
lux, viene a ser un indicador
referencial.
POTENCIA
RADIANTE
RADIANTE
P =
O
FLUJO
E
t
INTENSIDAD LUMINOSA O LUMINICA (I)
dF
I =
dΩ
ILUMINACION O ILUMINANCIA (E)
La iluminación a se define como el flujo
luminoso por unidad de área, y se
designa por E:
F
E=
A
Ω
A
Fuente de luz
puntual
E
d
Tabla 5.1.- Iluminación debida a diferentes
fuentes de energía.
FUENTE LUMINICA
lux )
Bujía
Lámpara incandescente de 100 W
Tubo fluorescente de 1,5 m
Luz del Sol
Lámpara halógena cuarzo de 150 W
ILUMINACION(
1,20
1200
5000
100000
2000000
En un día de sol, la iluminación es de 50,000 a 100000
luxes, y la luz artificial esta entre 10 a 200 luxes.
Una habitación doméstica quizás no pase
de 100 lux. Una habitación muy bien
iluminada para usos que requieren gran
resolución, como talleres de dibujo, puede
tener sobre 500 lx y en lugares como
mesas de operaciones puede llegarse a los
1000 lx.
LEY DE INVERSA DE LOS
CUADRADOS DE LAS DISTANCIAS
E =
I
d
2
DISEÑO
GUIAS
Y
CONSTRUCCION
DE
DE ONDA
Uno de los objetivos de este trabajo es el
diseño y construcción de guías de onda
empleando materiales de bajo costo; estos
ELECCION DE MATERIALES
a) Materiales alternativos
b) Materiales de alta eficiencia
a) MATERIALES ALTERNATIVOS
Son los materiales que son accesibles de obtener en el
mercado local y que tienen propiedades de transparencia y
reflectividad, como:
- Resina poliester (polímeros)
- Espejos de vidrio (recubierto con nitrato de plata)
b) MATERIALES DE ALTA EFICIENCIA
on los materiales que por sus
características y propiedades transportan
luz solar con bajas pérdidas, estos
materiales son producidos con alta
tecnología, y actualmente sólo lo producen
algunos países; el material que tiene estas
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE GUIAS
DE ONDA
Se tiene los siguientes casos:
1.- Diseño y construcción de guías ondas
en resina poliester
2.- Diseño y construcción de guías ondas
en espejos de vidrio (recubrimiento de
nitrato de plata)
3.- Diseño de guías de onda en materiales
altamente transparentes (fibra óptica )
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE GUIAS
DE ONDA EN RESINA POLIESTER
a) Guía de onda cilíndrica: Tubo recto de
resina
b) Guía de onda cilíndrica: Tubo curvo de
resina
c) Concentrador cónico de resina
d) Concentrador cónico acoplado a un tubo
cilíndrico de resina
GUIA DE ONDA CILINDRICA DE RESINA
: TUBO RECTO
n0
Aire
n1
Resina
0,25 m
0,01 4m
CARACTERISTICAS
Inoxidable, impermeable, lavable, ligero
anticorrosivo, fácil de moldear, estructura
cristalina, rigidez, opacidad, bajo costo. La
rigidez es la característica que se puede
modificar haciendo cambios en la mezcla.
GUIA DE ONDA CILINDRICA
RESINA: TUBO CURVO
DE
0,014m
0,014m
0,945m
CONCENTRADOR CONICO DE RESINA
A1 (área de
captación)
0,06 m
Luz
A2 (área de
concentración
0,014m
0,1 m
DISEÑO Y CONSTRUCCION DE GUIAS
DE ONDA CON ESPEJOS PLANOS DE
VIDRIO
a) Guía de onda de sección cuadrada
hueca
CONCENTRADOR SOLAR ACOPLADO A GUIA DE ONDA DE
SECCION CUADRADA HUECA
Espejos planos
0,25m
0,1
m
0,10m
0,20m
0,25m
0,20m
Guía de onda de
sección cuadrada
hueca
0,65 m
0.05m
ILUMINACION NATURAL DE INTERIORES
La iluminación natural de interiores desde
un enfoque físico es el proceso por el cual
la luz solar incide directamente o por
difusión en un ambiente interior de una
vivienda o edificio.
Contribuye al ahorro de energía en términos
generales, y consecuentemente el ahorro
de las economias de los usuarios.
DIAGRAMA DESCRIPTIVO DEL SISTEMA
Sol
Luz
solar
Concentrador
de luz solar
Guía de onda
MEDICION
DE
ILUMINACION
EN
MAQUETA
Los valores medios obtenidos en la
habitación iluminada
van desde 10 a 1500 lux, la variación
depende de como se encuentre el cielo, es
decir si esta nublado, parcialmente nublado
o despejado. En el caso de la otra
habitación los valores permanecen casi
iguales a 2 lux.
La habitación que fue iluminada con la guía
de onda alcanza valores relativamente
considerables respecto a la iluminación
obtenida en la otra habitación en donde se
midieron valores bajos y que no alcanzaron
los estándares mínimos de iluminación
reglamentadas.
Luz solar
0.86 m
Luz
solar
0.61 m
0.30 m
0.76 m
0.36 m
MEDICION DE LA ILUMINACION EN
MAQUETA UTILIZANDO FIBRA OPTICA
La iluminación en el ambiente en donde se
utilizó la fibra óptica estuvo entre los 10 a
1500 lux similar al obtenido con la guía de
onda, en cambio en el ambiente donde no
se utilizó la fibra óptica la iluminación media
fue de 2 lux.
ILUMINACION NATURAL Y AHORRO DE
ENERGIA
Cuando iluminamos un ambiente de
manera natural estamos haciendo un uso
racional de la energía, y a la vez
conseguimos confort visual y térmico.