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1. INFORMACION GENERAL DEL PROYECTO Título del proyecto: Desarrollo de prototipo de luminaria de estado sólido de bajo costo utilizando dispositivos LED Investigador Principal: Mario Roberto Arrieta Paternina Co-investigador: William Alzate Segura, Experto en Iluminación. Jauder Alexander Ocampo Toro, Experto en iluminación LED y Diseño Electrónico. Rafael Hernán Mira Pérez, Experto en Diseño Electrónico. Auxiliar: Estudiantes: César Augusto Avendaño Tapasco, Apoyo en el Diseño Electrónico del Prototipo. Freddy Jaramillo Torres, Apoyo en el Diseño Exterior del Prototipo. Juan Esteban López Arboleda, Apoyo en el Diseño Mecánico y Térmico del Prototipo. Nombre del Grupo de investigación: Grupo de investigación e innovación en Energía – GiiEN Decanatura: Facultad de Ingeniería Línea de Investigación: Energía Nombre de la entidad (es) ejecutora (s): Institución Universitaria Pascual Bravo - IUPB Fecha de presentación del proyecto: Febrero 12 de 2012 Duración del proyecto (en meses): Doce (12) Costo total del proyecto: COL$ 50.960.000 Tipo de Proyecto (Señalar): Investigación Básica Desarrollo Tecnológico o Experimental X Investigación Aplicada Otro, cuál: Palabras clave: (Máximo 8): Prototipo, luminaria de estado sólido, dispositivos LED, eco-eficiencia energética, estándares de iluminación, relación costo – beneficio. Programa Nacional de Ciencia y Tecnología al que pertenece el proyecto: Desarrollo Tecnológico e innovación industrial X Ciencia, tecnología e innovación en educación Investigación en energía y minería Ciencia, tecnología e innovación agropecuaria Ciencias, tecnologías e innovación de las áreas sociales y humanas Ciencia, tecnología e innovación en ambiente, biodiversidad y hábitat Electrónica, telecomunicaciones e informática Otro. Cuál.

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Nombres completos, direcciones electrónicas e instituciones de 3 investigadores expertos en el tema de su proyecto y que estén en capacidad de evaluar proyectos en esta temática (esto no significa que necesariamente sean los mismos que evalúen este proyecto en particular): 1. Sinan Li, [email protected], Department of Electrical Engineering, University of Hong Kong, Hong Kong. 2. Hussain Shareef, [email protected], Department of Electrical, Electronic and Systems Engineering, University Kebangsaan Malaysia. 3. Jhonny Posada Contreras, [email protected], Department of Electronic, Electronic Engineering, Universidad Autónoma de Occidente, Centro de Investigación y Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, CINVESTAV – IPN.

2. RESUMEN DEL PROYECTO: La SSL (Solid State Lighting), es llamada fuente de luz de cuarta generación porque ofrece la mejor oportunidad de superar la eficiencia energética de las actuales tecnologías de iluminación, y de aumentar la experiencia visual mediante control digital sobre el color y la distribución espacial de la luz, creando como consecuencia una nueva industria de iluminación. La iluminación es el servicio que domina la demanda global de potencia eléctrica para uso final, consumiendo el 19% de la producción total mundial de electricidad. Ni el desarrollo de las tecnologías de iluminación, ni el crecimiento de la demanda de iluminación artificial se ha estabilizado aún. Con las tendencias actuales de la economía y de eficiencia energética, se prevé que la demanda mundial de luz artificial será de un 80% superior en 2030. Si las tecnologías de iluminación no mejoran, la demanda mundial de electricidad para iluminación podría llegar a duplicar la producción de todas las centrales nucleares modernas. Por otra parte, sin más medidas de eficiencia energética, las emisiones anuales de CO2 relacionadas con la iluminación se elevarán a casi 3 gigatoneladas para 2030. Los actuales avances en SSL no sólo hacen factible competir con los productos de iluminación tradicionales, sino también la creación de nuevos productos y mercados que antes parecían irrealizables. Hoy en día los LEDs ya han incursionado en determinados nichos de mercado de iluminación tales como: las pantallas de teléfonos móviles, de televisores y de monitores, la señalización de tráfico, luces del vehículo, etc. Sin embargo, el mayor objetivo es llegar a la producción de LEDs blancos de alta calidad y rentables para aplicaciones de iluminación general. Los LEDs todavía tienen una serie de obstáculos tecnológicos a superar. Por un lado, la tecnología de base debe mejorar los métodos de producción de chips LED para aumentar el rendimiento y a ayudar a disminuir los precios. Por otro lado, también se debe trabajar en áreas de diseño y de integración de sistemas LEDs para hacerlos competentes en el mercado de la iluminación general. Problemas comunes en el diseño de las lámparas LED, como forma unitaria, aspecto tosco, diseño

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integral y emisión de calor inadecuada, falta de consideración ergonomía entre otros, no permiten que se vean reflejadas las características de los LEDs tales como el ahorro de energía, alta eficiencia, iluminación uniforme, distribución razonable de la iluminación, estabilidad, fiabilidad y larga vida útil. Pero, aparte de las actuales fortalezas y limitaciones técnicas de los LEDs, el determinante final de su conveniencia en una aplicación es su costo inicial, el cual es muy alto en relación a los dispositivos tradicionales de iluminación. El costo en I+D aún es alto, el mercado de productos es de corto plazo debido a la rápida obsolescencia por el desarrollo continuo de los LEDs y los costos de producción son altos. El interrogante que resulta es si en Colombia se puede diseñar y fabricar una luminaria de estado sólido, utilizando tecnología base (chips LED) y recursos técnicos disponibles que permitan disminuir costos de fabricación, evitar altos precios de importación y facilitar la utilización de esta tecnología de iluminación eficiente. En este sentido, el objetivo principal de este proyecto es: Desarrollar un prototipo de luminaria de estado sólido de bajo costo, mediante la utilización de dispositivos LED de alta eficiencia y cumpliendo estándares nacionales e internacionales para su fabricación, con el propósito de mejorar la eficiencia y eficacia luminosa en zonas específicas de un sistema de iluminación convencional. Como objetivos específicos se tienen: Identificar características de sistemas de iluminación homólogos a la tecnología LED, teniendo en cuenta parámetros de luminosidad y calidad de potencia eléctrica para determinar las mejores condiciones para un nuevo prototipo; Desarrollar la ingeniería de detalle del prototipo mediante la determinación de las condiciones de operatividad y funcionamiento que garanticen un buen desempeño energético y que permitan obtener un diseño óptimo del mismo; Construir el prototipo considerando la ingeniería de detalle y los dispositivos LED seleccionados para disminuir costos de fabricación y mejorar los beneficios eco-energéticos en relación con otras luminarias convencionales; y analizar la respuesta del prototipo teniendo en cuenta estándares nacionales e internacionales para luminarias y desarrollo de nuevos dispositivos, así como el sometimiento del mismo a pruebas fotométricas, eléctricas, mecánicas y térmicas con el fin de validar sus condiciones de operatividad y funcionamiento. De manera general, la metodología que se llevará para lograr los objetivos propuestos es la siguiente: Documentar las características asociadas a las luminarias que utilizan tubos fluorescentes (Benchmark) y son homólogas a la luminaria de estado sólido para establecer los parámetros de luminosidad y calidad de potencia eléctrica del prototipo a desarrollar. Una vez establecidos parámetros y características con las que se diseñará el prototipo y estableciendo algunos criterios que conlleven a garantizar mayor eficacia, eficiencia y mejor calidad en la potencia eléctrica se realiza la ingeniería de detalle del prototipo. Luego se procederá a implementar el mismo, teniendo en cuenta los dispositivos LEDs disponibles comercialmente y buscando las opciones más económicas de construcción. Finalmente, se las pruebas del prototipo

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según protocolos y estándares nacionales o internacionales para prototipos de luminarias LED y la validación de las condiciones de operatividad y funcionamiento del prototipo. Los resultados de este trabajo de investigación se reportarán en un libro de tipo didáctico, donde se abordaran los principales conceptos del tema y se darán a conocer los resultados obtenidos. También se realizarán se publicarán varios documentos divulgativos y un artículo con los resultados de la investigación. Los resultados de este trabajo también servirán para apoyar asignaturas del área de la energía eléctrica en los programas de ingeniería y de tecnología de la IUPB. El desarrollo del proyecto contribuirá a la formación de un Magister en Ingeniería e iniciará a los estudiantes auxiliares como investigadores. Se fortalecerán y consolidarán lazos de cooperación con otras entidades, en procura de la construcción de una red de investigación a nivel nacional sobre el tema de iluminación LED. Es necesario entonces, profundizar en el uso de los sistemas de LEDs para tener un mejor conocimiento de sus aplicaciones y ventajas, y de esta manera exponer los criterios más importantes que permitan sustituir sistemas convencionales de alumbrado por estos sistemas de mayor eficiencia e incorporarlos en lo posible, en los actuales programas de URE (Uso Racional de la Energía) que están intentando adelantar en este país.

3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO: 3.1 Planteamiento de la pregunta o problema de investigación y su justificación en términos de necesidades y pertinencia: La iluminación eléctrica es un componente esencial de la vida moderna en viviendas, comercios, industrias, calles, etc.; Es una característica ubicua de las sociedades de avanzada, esencial para su productividad con niveles de iluminación adecuados para tareas de trabajo y reducción de la dependencia de la luz del día, y para el bienestar de los ciudadanos permitiendo la realización de labores en la noche o en interiores y mejorando la seguridad de circulación en exteriores. La iluminación es el primer servicio ofrecido por las empresas de energía eléctrica y el que domina la demanda global de potencia eléctrica para uso final. Mundialmente, la iluminación consume el 19% (2976 TWh en 2006) de la producción total mundial de electricidad, tanta como la producida por todas las generadoras eléctricas a gas y un 15% más de la producida por centrales hidroeléctricas o de energía nuclear. El costo anual de este servicio incluyendo la energía, los equipos de iluminación y la mano de obra, es de USD 360 mil millones, que es aproximadamente el 1% del PIB mundial (La electricidad representa aproximadamente dos tercios de este valor) (EIA, 2006). El consumo de energía para abastecer la iluminación implica emisiones de gases de efecto

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invernadero del orden de 1900 millones de toneladas de CO2 al año, equivalente al 70% de las emisiones de los vehículos de pasajeros del mundo y tres veces más de emisiones de la aviación (EIA, 2006). Las dos terceras partes de la generación mundial de electricidad proviene de combustibles fósiles y solo el carbón, con una contribución del 40 %, produce más del 70 % de las emisiones de CO2 que aporta este sector (Brown, 2007). Tradicionalmente la iluminación ha estado dominada por fuentes de luz incandescente, fluorescente y de descarga de alta intensidad, HID (High Intensity Discharge), pero ni el desarrollo de las tecnologías de iluminación, ni el crecimiento de la demanda de iluminación artificial se ha estabilizado aún. A nivel global los servicios de iluminación se encuentran todavía en una era de rápido crecimiento de la demanda, aunque a un ritmo más lento que después de la brecha representada por el alumbrado eléctrico (EIA, 2006). Para llegar a los actuales niveles de rendimiento de estas tres tecnologías se han invertido de 60 a 120 años de investigación y desarrollo. Se han estudiado todos los aspectos de aumento de la eficiencia de estas fuentes y aunque las mejoras son mínimas, hay poco espacio para mejoras considerables a partir de cambios de paradigmas (EERE-DOE, 2009). Ahora se está en el comienzo de una nueva era, con la introducción de las fuentes de luz de estado sólido, SSL (Solid State Lighting); El dispositivo más avanzado de esta tecnología es el diodo emisor de luz, el LED (Light Emitting Diode) (Johnson, 2002). En comparación con las actuales y comúnmente usadas lámparas incandescentes y fluorescentes, el LED tiene ventajas tales como larga vida, alto ahorro de energía, respuesta encendido-apagado rápida, tamaño pequeño, resistencia al impacto, no se afecta por las fluctuaciones del voltaje, colores puros, etc. (Xiaoyun, Xiaojian & Yan, 2009). No obstante, los LEDs todavía tienen una serie de obstáculos tecnológicos a superar. Actualmente los LEDs son más difíciles de fabricar que sus familiares semiconductores, aunque las mejoras en los métodos de producción pueden ayudar a aumentar el rendimiento y a disminuir aún más los precios. También hay trabajo adicional por hacer en las áreas de diseño y de integración de sistemas antes que los LEDs compitan plenamente como una fuente de luz viable en el mercado de la iluminación general. Aún no hay un enfoque coherente para la creación de un sistema LED (Ton et al, 2003). Aparte de las actuales fortalezas y limitaciones técnicas de los LEDs, el determinante final de su conveniencia en una aplicación es su costo. Para la mayoría de las aplicaciones de iluminación este es demasiado alto, aunque se ha convertido en económicamente viable para una creciente e importante gama de nichos de mercado. Los costos iníciales del LED son muy altos en relación a los dispositivos estándar de iluminación. Si el costo de una bombilla incandescente típica esta alrededor de USD 1 por kilolumen, el WLED (White LED) estándar cuesta actualmente cerca de 100 veces más (OIDA, 2001).

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Parte de los altos costos iniciales de los WLEDs se asocian a que son relativamente nuevos y que su rápido desarrollo todavía continua. El costo en I+D aún es alto, el mercado de productos es de corto plazo (debido a la rápida obsolescencia) y los costos de producción son altos. Los costos disminuirán progresivamente a medida que la tecnología madure, la producción se estandarice y amplié, y los fabricantes mejoren sus instalaciones de producción (OIDA, 2001). La industria de iluminación LED abarca la producción de chips LED, el diseño, la fabricación, comercialización y venta de productos. Las empresas en América del Norte y Europa tienden a hacer el diseño de productos, mercadeo y ventas, pero con notables excepciones (Cree, Philips Lumileds, Osram) muchas externalizan la fabricación a subcontratistas asiáticos. La distribución de LEDs se ha producido principalmente a través de ventas por Internet y ventas directas a empresas y constructores. Por ejemplo, Cree ha hecho envíos de volumen para proyectos importantes de construcción, como campus corporativos, hoteles y restaurantes (Gereffi, 2008). Debido a que la tecnología se encuentra en etapa de exploración, hay muchos problemas comunes en el diseño de las lámparas LED, como forma unitaria, aspecto tosco y anticuado, combinación inadecuada entre la estructura de emisión de calor y el diseño integral, falta de consideración ergonomía, así como un plan integrado para el diseño de la lámpara. Como consecuencia, las características de los LEDs como el ahorro de energía, alta eficiencia, iluminación uniforme, distribución razonable de la intensidad de la iluminación, estabilidad y fiabilidad, y larga vida útil no van a estar bien reflejadas (Xiaoyun et al, 2009) En la actualidad, muchos países han hecho normas obligatorias para popularizar la aplicación de los LEDs. Con una mayor integración entre los mercados internacionales, así como con el avance en el precio de fabricación de componentes núcleo de LED, un enorme mercado se está acercando. Por lo tanto, es necesario adelantarse, preparándose para la investigación, desarrollo e innovación para satisfacer un mercado nuevo y brillante (Xiaoyun et al, 2009). Por todo lo anterior, cabe formularse el siguiente interrogante: ¿Es posible el diseño y la fabricación de una luminaria de estado sólido o una lámpara LED, utilizando tecnología base (chips LED) y recursos técnicos disponibles en un país como Colombia, para disminuir costos de fabricación, evitar altos precios de importación y facilitar la utilización de esta tecnología de iluminación eficiente? Justificación y Pertinencia La iluminación de estado sólido o SSL, ofrece una oportunidad excitante y sin precedentes para mejorar la eficiencia energética de las tecnologías de iluminación blanca. Esta nueva tecnología está creciendo más allá del mismo crecimiento exponencial del conocimiento de la física de semiconductores que permitió la actual revolución microelectrónica (OIDA, 2001).

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Anteriormente, el poco brillo de los LEDs y los pocos colores de luz obtenidos (rojo, verde y amarillo) limitaba su uso a la señalización e indicación en pantallas y aparatos electrónicos; No obstante, los nuevos avances y el desarrollo vertiginoso que ha tenido la tecnología de los LEDs en los últimos años, ha permitido obtener más colores (azul, blanco) y aumentar su brillo al punto de llegar a utilizarse en aplicaciones donde pueden remplazar los sistemas tradicionales de iluminación. Comparado con las fuentes de luz incandescentes y fluorescentes tradicionales, los LEDs pueden consumir menos potencia (80% menos que las incandescentes), generan menos calor, permiten más ciclos de encendido-apagado instantáneos, mantienen su color constante y permiten nuevas gamas de luz muy agradables estéticamente (UPME, 2007). Por su naturaleza sólida, son resistentes a los golpes, a la vibración y a la humedad, no contienen gases ni materiales contaminantes, tienen una eficiencia energética mucho mayor y vida útil incrementada (EEREDOE, 2008). Adicionalmente, la iluminación con LEDs es altamente compatible con sistemas fotovoltaicos u otros de energías alternativas y distribuidas debido a su alta eficiencia, larga vida, confiabilidad y compatibilidad con fuentes de voltaje de DC de baja potencia (Kelly, 2004). Los actuales avances en SSL no sólo hacen factible competir con los productos de iluminación convencionales, sino también la creación de nuevos productos y mercados que antes parecían irrealizables (Kelly, 2004). Hoy en día los LED ya han alcanzado la calidad y la rentabilidad suficiente para hacer grandes incursiones en determinados nichos de mercado de iluminación tales como: las pantallas de teléfonos móviles, de televisores y de monitores, la señalización de tráfico, las luces traseras de freno del vehículo, señales de salida, etc. Sin embargo, el mayor objetivo es llegar a la producción de WLEDs de alta calidad y rentables para aplicaciones de iluminación general. Los mejores WLEDs disponibles comercialmente tienen eficacias de 50 lm/W (que es cuatro veces mayor que la de una lámpara incandescente y cercana a la de un CFL). Aun así, de todas las tecnologías de iluminación, los LEDs parecen tener el mayor margen de mejoramiento y podrían transformar el mercado mundial de iluminación. La industria SSL se ha fijado en sí mismo un objetivo de alcanzar niveles de eficacia de WLED de 200 lm/W, la más alta salida como fuente de luz, y precios competitivos a partir del año 2010. Si estos objetivos se alcanzan la SSL podría convertirse en el sistema general de alumbrado de preferencia y la eficiencia general de la iluminación podría aumentar considerablemente. A pesar de que hoy en día la SSL no puede desplazar completamente la base instalada de iluminación incandescente y fluorescente, su utilización reducirá drásticamente el consumo de energía, afectará los márgenes de beneficio industrial y la necesidad de repensar completamente el empaque de la luz, lo cual va a transformar la industria de los accesorios de la iluminación (Soumonni, 2008).

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La iluminación LED para interiores afronta retos que se basan principalmente en los siguientes aspectos:  Teorías de diseño insuficientes para productos LED. Se han hecho desarrollados a partir de necesidades industriales, pero hace falta más investigación sistémica sobre la tecnología aplicada, la innovación, el análisis del cliente y la mercantilización.  Métodos caducos para el diseño óptico de las lámparas LED. En comparación con la fuente de luz tradicional, el diseño óptico secundario del LED será altamente controlable y conseguirá una mayor tasa de utilidad de la energía luminosa, pro todavía falta madurez en el diseño óptico secundario de LED.  Investigación insuficiente en la emisión de calor de los LED. Para evitar el deterioro prematuro del LED, se necesita investigación de análisis sistemático y diseño de optimización de la función de la emisión de calor de la estructura mecánica del LED.  Innovación de Productos LED. Un punto importante para la innovación en productos de iluminación está en realizar una investigación profunda y sistémica en la percepción de los usuarios, estableciendo una base sólida para diseños seguros, saludables y cómodos, y prestando asistencia para hacer normas científicas en la industria. Una investigación relativamente avanzada es la de Kansei Engineering, que "traduce" la sensibilidad y la percepción de los consumidores de los productos a factores de diseño, tales como el modelado, tamaño, estructura, combinaciones de colores, materiales y decoración, etc. (Xiaoyun, Xiaojian & Yan, 2009). Por otro lado, las medidas de los programas de uso racional de energía (URE) están encaminadas al desarrollo de proyectos donde logre la disminución del consumo específico de energía asociado a cada una de las actividades (UPME, 2007). La tendencia mundial, en el caso de la iluminación, es hacia la prohibición del uso y fabricación de las lámparas incandescentes y hacia el uso de lámparas de elevado eficiencia energética. En Colombia, la UPME en su plan de uso racional de energía y de fuentes no convencionales de energía 2007–2025 (UPME, Bariloche-BRP, 2007), propone como el primer campo de acción para el ahorro de electricidad a corto plazo el reemplazo de lámparas incandescentes por lámparas eficientes en el sector residencial. En este sentido el gobierno nacional a través de la Ley de Uso Racional y Eficiente de la Energía y mediante los decretos 2331 de junio de 2007 y 2501 de julio de 2007, vigentes a partir de enero de 2008 para empresas oficiales y a partir de junio de 2010, no permitirá la fabricación, instalación, importación o comercialización de lámparas incandescentes ni fluorescentes que no sean del tipo ahorrador de energía. Específicamente, se recomienda el uso de las lámparas fluorescentes compactas (LFC o CFL del inglés) de alta eficiencia en iluminación y solo se sugiere la utilización de tecnologías de iluminación de mayor eficiencia (sin especificar LEDs) en los sistemas de semaforización pública. El Plan Estratégico de Ciencia, Tecnología e Innovación de Medellín 2011–2021, en los proyectos asociados a la cartera de la cadena de energía, establece la necesidad de desarrollar aplicaciones

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de eco-eficiencia energética con énfasis en los sectores industrial y comercial, y dentro de estas la actualización tecnológica en iluminación para dichos sectores (ver tabla 1). Tabla1. Proyecto asociado a la actualización tecnológica en iluminación. Programa del Plan Número y brecha Tipo de Nombre del Propuesta para reducir o cerrar la Estratégico de tecnológica Proyect proyecto brecha Ciencia, identificada o Tecnología e Innovación ER/CB4: aplicación de la etiqueta de ecoeficiencia energética en las empresas de bienes y servicios conexos. 9. NP12: PE2: BT4: baja Integración del consumo eficiente desarrollo de formación de incorporación de de energía en los diferentes aplicaciones alianzas la etiqueta de sectores. de estratégicas y ecoeficiencia Desarrollo de temas como ecoeficiencia acuerdos de energética por aplicaciones inteligentes para el Técnico energética con desarrollo parte de los consumidor, actualización énfasis en los compartido proveedores de tecnológica en iluminación para sectores en ciencia, bienes de los sectores industriales y industrial y tecnología e consumo. comerciales, actualización de los comercial. innovación. sistemas de refrigeración, actualización de los sistemas de alumbrado público y optimización de los sistemas de combustión. Fuente: Plan Estratégico de Ciencia, Tecnología e Innovación de Medellín 2011 – 2021. La iluminación de estado sólido representa un nuevo paradigma de iluminación que creará una nueva industria de iluminación, de más de $50.000 millones anuales en todo el mundo y aumentará la experiencia visual humana mediante control digital sobre el color y la distribución espacial de la luz (Bisquer, 2006). Se estima que en el 2025 la iluminación de estado sólido podría reducir la cantidad global de electricidad que se usa en iluminación en más un 50%, con lo que el consumo total de electricidad disminuiría en más de un 11%. Ningún otro tipo de consumo de electricidad tiene un ahorro potencial similar (Bisquer, 2006). La reducción de 133 GW de electricidad ahorraría aproximadamente USD 112 mil millones y evitaría la necesidad de 133 plantas de generación de energía (OIDA, 2001). Los sistemas de LEDs y en general la iluminación de estado sólido, se están proyectando como la

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mejor alternativa hacia el futuro de las fuentes de luz artificial y es necesario apropiarse de estas nuevas tecnologías desde ya para estar a la vanguardia mundial. EEUU y algunos países europeos y asiáticos ya han adoptado programas de iluminación LED y que en Colombia apenas se está empezando a reconocer en accesorios como linternas, luces de automóviles, lámparas de semáforos y luces decorativas. Es necesario entonces, profundizar en el uso de los sistemas de LEDs para tener un mejor conocimiento de sus aplicaciones y ventajas, y de esta manera exponer los criterios más importantes que permitan sustituir sistemas convencionales de alumbrado por estos sistemas de mayor eficiencia e incorporarlos en lo posible, en los actuales programas de URE (Uso Racional de la Energía) que están intentando adelantar en este país. En lo académico, los resultados de este trabajo servirán para apoyar asignaturas del área de la energía eléctrica en los programas de ingeniería y de tecnología; así mismo estimulará la realización de otros proyectos de grado en el área eléctrica. La divulgación de resultados en eventos en otras universidades también posibilitará el crecimiento y fortalecimiento de una comunidad académica alrededor del ahorro energético y la iluminación LED. 3.2 Marco teórico y estado del arte: Iluminación de estado sólido, SSL Las tecnologías de iluminación son substitutos de la luz del sol en la región espectral de 425 a 675 nm en donde la luz del sol está más concentrada, y para la cual el ojo humano ha evolucionado para tener mayor sensibilidad (Bisquer, 2006). Desde el desarrollo de la lámpara incandescente en 1879, ha habido una búsqueda de más brillantes, más baratas, más pequeñas y más confiables fuentes de luz (OIDA, 2001). El desarrollo de las lámparas eléctricas data de la segunda mitad del siglo XIX. Las primeras lámparas eléctricas comerciales eran fuentes de luz incandescentes, introducidas por Thomas Edison en los EEUU y Joseph Swan en Inglaterra, que separadamente desarrollaron una lámpara en 1878 en la que pasaba corriente eléctrica a través de un filamento de hilo de carbón (Bisquer, 2006). La iluminación de estado sólido o SSL, basada en semiconductores inorgánicos LED (Light Emitting Diodes, Diodos emisores de luz), tiene el potencial de cambiar fundamentalmente la naturaleza de la luz que las personas han experimentado en los últimos 100 años (OIDA, 2001). Los LEDs representan una tecnología de iluminación fundamentalmente diferente al diseño de la bombilla incandescente o fluorescente; se componen de capas delgadas de materiales semiconductores que emiten luz cuando se aplica un voltaje a través de las capas, formando un "chip" productor de luz (Ecos Consulting, 2003). El chip LED debe estar contenido en epoxy con un disipador de calor, conductores metálicos, y un reflector de luz para formar una fuente de luz funcional.

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Desde su desarrollo inicial en la década de 1960, el desempeño de dispositivos de SSL ha mejorado a un ritmo espectacular. En un informe reciente de los Laboratorios Sandia se observó que la salida de luz y la eficacia de los LED producidos se duplican cada 18 a 24 meses, y que el futuro del rendimiento del LED es probable que siga una tendencia similar a la de los últimos 30 años [Ecos Consulting, 2003]. El desarrollo de los LEDs frente a su costo muestra un incremento de 30 veces el flujo luminoso y una reducción de 10 veces su costo cada década. Esta tendencia promete mantenerse debido a los continuos alcances en investigación y desarrollo y a una mejor manufactura (Kelly, 2004). El desarrollo de los LED blancos (WLEDs), por el contrario, implica tecnologías híbridas, de modo que sus tendencias de rendimiento son menos predecibles. Sin embargo, la ruta de trabajo para esta tecnología que mantiene los Departamentos de Energía y de Defensa de EE.UU., en cooperación con los fabricantes, pronosticaron que los LED blancos serían lo suficientemente brillantes para las aplicaciones de iluminación general en el 2010 [Ecos Consulting, 2003]. Los OLEDs (Organic LED) utilizan una estructura de material carbonado que emite luz cuando se le aplica una diferencia de potencial. Tienen un flujo luminoso más bajo que los LEDs pero pueden cubrir una mayor área (Kelly, 2004). Aunque actualmente sólo se utilizan en pantallas y visualizadores, se están llevando a cabo investigaciones con OLEDs blancos de manera que se puedan utilizar en el futuro para fines de iluminación general. Los LED aportan muchas ventajas en el mercado de iluminación y uno de los más notables es la eficiencia energética, especialmente en aplicaciones que requieren luz de color. En estas situaciones, los filtros de color aplicados a las fuentes de luz blanca rechazan del 80 al 90% del espectro de luz visible, desperdiciando la energía gastada para crear esas longitudes de onda. Por el contrario, los LED sólo producen las longitudes de onda deseada, que es la razón principal por los que LED monocromáticos hasta la fecha han sido más eficientes que los blancos (Ecos Consulting, 2003). Otra cualidad admirable de la tecnología LED es que tiene una larga vida útil nominal de hasta 100.000 horas. Esto representa un salto significativo en comparación a 1.000 horas o menos para una lámpara incandescente, entre 6.000 y 20.000 horas para las fuentes fluorescentes, y las cerca de 24.000 horas para una lámpara de sodio de alta presión (Ecos Consulting, 2003). Con el paso del tiempo, las actuales lámparas incandescentes de 120 V/ 60 W solo han aumentado su eficiencia a unos 15 lm/W; las lámparas fluorescentes han llegado a una eficiencia de 65-100 lm/W y la iluminación HID a 45-150 lm/W aproximadamente, dependiendo del tipo de lámpara y de la potencia (EERE-DOE, 2009).

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La tecnología SSL tales como LEDs y OLEDs, potencialmente puede lograr el doble de mejoras con respecto a algunas de las más eficaces fuentes de luz blanca actuales, según las proyecciones de los expertos (EERE-DOE, 2009).

Figura 1. Eficiencia de las fuentes de iluminación (en Lumen/ Watt) (Osram, 2009).

Tabla 2. Comparación de tecnologías de iluminación tradicional. CARACTERÍSTICAS

iluminación SSL-LED frente a tecnologías de

INCANDESCENTE FLUORESCENTE SSL – LED Preestablecido y Preestablecido y Reducido y se Tamaño proporcional al nivel de proporcional al nivel acomoda a cualquier iluminación de iluminación diseño Todo el diodo brilla Generan radiación La luz de estas por igual, lo cual ultravioleta a 254 nm. bombillas se concentra permite un alto nivel (Rayos UV Luminosidad en un punto dentro de de uniformidad y responsables de la lámpara y se dispersa versatilidad en la quemaduras de sol y en todas las direcciones. dirección del flujo cáncer de piel) luminoso Eficiencia luminosa y Baja eficiencia. Baja eficiencia. Tiene una eficiencia Ahorro de Energía Altos consumos de Altos consumos de de más del 98%.

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energía por el energía dado por el calentamiento propio precalentamiento de la lámpara. periódico de los electrodos para la ionización del gas interno Emite luz en todo el espectro visible, siendo el difusor (que hace de El color y el espectro filtro) quien deja pasar de la luz sólo el color requerido y el resto del espectro se transforma en calor.

El color de la luz emitido viene dado por el revestimiento fosfórico, el cual sirve de filtro o difusor de la luz.

Vibración o golpes rompen fácilmente el filamento de una lámpara incandescente.

Vibración o golpes rompen fácilmente el vidrio de una lámpara fluorescente.

Resistencia mecánica

Durabilidad

Condiciones eléctricas

(Casi toda la energía utilizada es convertida en luz) Bajo consumo de energía. Emite luz directamente en la longitud de onda del color requerido. Por tanto no requieren de filtros especiales y generan los colores más puros y profundos sin desperdicio de luz. Al ser elementos 100% sólidos, resisten golpes y vibraciones mucho mejor.

Lámpara ahorradora Halógenas: 3000 horas Hasta 100.000 horas 8000 horas (11 meses (4 a 5 meses aprox.) (10 años aprox.) aprox.) Trabajan a muy baja corriente y tensión Trabajan en tensión (2- 3 VDC y 20 mA) Trabajan en tensión AC, AC. No pueden con regulación de generalmente sin conectarse a un voltaje interna. Se regulación de voltaje. dimmer (regulador de puede regular su brillo) normal. brillo fácilmente por medio de controles electrónicos

Los precios de las fuentes de luz suelen ser comparados con un precio base por kilolumen. Los costos para las lámparas principales de hoy indican el grado del reto que afrontó SSL en el mercado en 2008: Lámpara incandescente US$ 0,30 por kilolumen Lámpara fluorescente compacta US$ 2 por kilolumen Lámpara fluorescente y sistema de balasto US$ 4 por kilolumen

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LED integrado

US$ 50 por kilolumen

Figura 3. Características de los LEDs frente a tecnologías tradicionales (OSRAM, 2009).

Sistemas de LEDs para iluminación general Los LED deben ser incorporados en un sistema con el fin de ser utilizado en la mayoría de las aplicaciones de iluminación. Como mínimo, el sistema contiene los LEDs, un circuito, un disipador de calor, un driver que conecta el circuito a la fuente de electricidad y la modifica para cumplir con los requerimientos de operación particular de los LED, y un dispositivo de control. La demanda de potencia de entrada de los LED individuales varía enormemente. Los micro-LED sólo necesitan unos pocos milivatios para operar, los LED estándar operan con décimas de vatios, y lo más nuevos LEDs HB (High Brigth) y UHB (Ultra HB) operan con cinco y hasta diez vatios cada uno. Al igual que cualquier otra fuente de luz, todo el sistema debe ser tenido en cuenta cuando se comparan las demandas de energía, ya que otros componentes del sistema, tales como el driver, tienen sus propios requisitos adicionales [Ecos Consulting, 2003]. Por lo general, un sistema de LED también incluye algún tipo de soporte o carcasa, y a menudo incluye reflectores o lentes para dirigir o difundir la luz. Hay dos tipos de sistemas básicos:  Chip en placa (COB, Chip on board) de tipo montaje superficial (SMT): Los LED están montados en la superficie de una placa de circuito. La placa puede ser rígida o flexible. El sistema puede ser muy pequeño, con muchos chip empaquetados densamente en un área pequeña para funcionar como una fuente puntual; O bien, pueden cubrir áreas más grandes o de gran longitud, con los LEDs espaciados para lograr determinados patrones de distribución de la luz

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

[Ecos Consulting, 2003]. Los módulos LED, o "bombillas LED": Estos sistemas tienen paquetes discretos de LED soldados en lugar de circuitos más convencionales, como las luces LED de navidad y los kits de LED de reemplazo de señales de neón. Algunos dispositivos de iluminación basados en LED están diseñados para su uso en bases convencionales de atornillar o con pines toma corriente; tienen todos los componentes del sistema integrados en un solo producto.

Figura 4. Sistemas de iluminación LED

Las características del rendimiento de una fuente de luz determinan su viabilidad para una aplicación dada. Para los LEDs actuales se puede escribir lo siguiente: Salida de luz y eficacia: La salida de luz de un solo LED es aún baja, pero en condiciones de laboratorio los actuales dispositivos LED son hasta 10 veces más eficientes que las bombillas incandescentes. Mientras que las lámparas incandescentes y fluorescentes compactas se miden a "bombilla desnuda", las lámparas basadas en LED se miden en la luminaria, donde su eficiencia se ve disminuida debido a varios problemas técnicos. Incluso teniendo en cuenta esta diferencia, los productos LED pueden ser de tres a cuatro veces más eficientes, produciendo 45 a 60 lm/W, en comparación con las típicas bombillas incandescentes (12 a 15 lm/W) y fluorescentes compactas (al menos 50 lm/W) (Gereffi, 2008). Cree Inc. ha reportado eficacias para LEDs de luz blanca en la región de 100 lm/W, lo que es aproximadamente el 50% del máximo teórico y que se comparan a las de algunas lámparas de los tipos fluorescentes y HID (EERE-DOE, 2009). También se han desarrollado OLEDs blancos que han alcanzado eficiencias de hasta 102 lm/W en el laboratorio. Manejo térmico: La luz emitida por la lámpara LED contiene muy poco espectro infrarrojo. Como resultado, los objetos iluminados no son calentados por la luz y en principio, la superficie óptica del LED puede ser lo suficientemente fría para ser tocado sin problema. Pero, en el semiconductor se produce calor y, a diferencia de las fuentes tradicionales, este calor se concentra en el dispositivo y no puede ser conducido o radiado fácilmente a través de la superficie de la lámpara. La temperatura de la unión del LED afecta la eficacia luminosa, el color y la fiabilidad (OIDA, 2001). Los encapsulados de epoxy se degradan rápidamente si la temperatura excede el punto de transición vítrea epoxy. En cualquier caso, la disipación de calor desde el chip de la lámpara a

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través del montaje y luego al ambiente que lo rodea, debe ser una consideración de ingeniería en cualquier aplicación (DOE-BES, 2006). Figura 5. LEDs blancos competitivos con lámparas incandescentes y algunas fluorescentes compactas (Mills, 2005).

Figura 6. a) Disipación de calor en LEDs convencionales y de potencia. b) Lámparas LED comercial de 3 W con disipador de calor incorporado.

Longevidad: Una ventaja indudable de los LED es su muy larga vida útil. El LED durará mucho tiempo sin fallas catastróficas porque no hay filamento o cátodo para quemar. En vez de dejar de emitir luz de repente, su rendimiento se degradara poco a poco con el tiempo. El LED de alta calidad puede entregar más del 60% de la intensidad inicial de la luz después de 50.000 horas de funcionamiento continuo y seguir trabajando para un máximo de 100.000 horas (unas 100 veces

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más que una lámpara incandescente estándar) (OIDA, 2001) Distribución de la luz: Los LEDs son efectivas fuentes de luz puntuales. En el lado positivo, los LEDs producen luz con una fuerte orientación direccional hacia adelante y esto permite dirigirlos a donde se requiera. La capsula del LED incluye una copa reflectora y un lente de epoxy, cuyas características determinan la fotometría de la fuente LED y permiten emitir la luz en cualquier ángulo especifico de visión hasta 180°. Las fuentes convencionales de luz emiten en todas direcciones y requieren reorientarse con superficies ópticas secundarias o reflectores, lo que provoca fugas luz y derroche de energía. Por otra parte, las fuentes de luz muy direccionales son más propensas a problemas de deslumbramiento y contraste excesivo en iluminación general (OIDA, 2001). Dimensiones: Los diseñadores pueden emplear LEDs en lámparas compactas o distribuidas de formas y tamaños que no son posibles con fuentes de luz convencionales. Esto es posible ya que cada LED es extremadamente compacto, dando una alta versatilidad de configuración que les permite fijarse en patrones diferentes de acuerdo a los deseos del diseñador. En la práctica, sin embargo, esta versatilidad está limitada por la cantidad requerida de luz, el tamaño del disipador de calor y el suministro de energía necesaria (OIDA, 2001). Cromaticidad: Una ventaja evidente es la amplia gama de colores que proporcionan sin tener que recurrir a un filtro que reduciría la eficacia del sistema. Los LED están disponibles en rojo, naranja, ámbar, verde, amarillo, cian, violeta, azul y blanco, y también hay LED bicolores y tricolores (RGB). El amplio espectro de colores puros permite integrar LEDs en paquetes que producen varios colores y que dan a los diseñadores nuevas opciones de iluminación. El uso de LED RGB permite crear millones de colores, sin necesidad de los filtros, gracias a que la intensidad de luz de cada LED puede ser controlada individualmente (OIDA, 2001). Figura 7. Ejemplos de iluminación LED donde se puede apreciar la variedad cromática y el aspecto direccional de los LED.

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Los WLEDs basados en azul o ultravioleta pueden producir temperaturas correlacionadas de color (CCT) de 2.700 a 6.500 K y tienen índices de rendimiento de color (CRI) de 70 a 85. Estas gamas de CRI son comparables a las producidas por las lámparas fluorescentes compactas, mientras que los rangos de CCT son más amplios que en las lámparas incandescentes y equivalente a los que se obtienen con lámparas fluorescentes. Sin embargo, es crítico que las coordenadas cromáticas de cualquier lote de LED son relativamente impredecibles (OIDA, 2001). Operación, control y estabilidad: Los LED producen luz instantánea con una potencia que es directamente proporcional al campo eléctrico aplicado al LED, así que los problemas comunes a otras fuentes de luz se evitan: no hay tiempo de calentamiento o parpadeo, hay una regulación lineal de luz completa (0% a 100%) sin pérdida de eficacia o cambios de color (cambios en el CRI o el CCT), y no hay reducción de en la vida de servicio. La característica de encendido instantáneo de los LED los hace adecuados para iluminación de seguridad, luces de emergencia y señalización. Esta característica combinado con la posibilidad de controlar individualmente cada LED en una matriz a través de un microcontrolador, permite un control de iluminación dinámica tal como es utilizado por la tecnología RGB mezclando luz. Este tipo de controlabilidad permite producir una enorme variedad de efectos luminosos, incluyendo arquitectura dinámica y multicolor, iluminación de películas de agua, iluminación para entretenimiento, señalización, etc. Los LED también funcionan muy bien en condiciones frías y a temperaturas tan bajas como -40°C y por lo tanto son muy adecuadas para muchas aplicaciones exteriores. Sin embargo, la eficacia de los LED disminuye a temperaturas más altas, cuando la gestión térmica adecuada se vuelve crítica (OIDA, 2001). Otra característica importante de los LED es que son fuentes de luz de baja tensión y corriente directa (DC). Esto hace que sean fáciles de integrar en sistemas electrónicos y productos que son energizados por fuentes de alimentación DC, pero requieren conversión de voltaje en aplicaciones basadas en corriente alterna (AC). Un LED individual puede demandar una potencia de 0,5 a 5 W a un voltaje de 2 a 4 VDC, sin embargo, esto aumenta proporcionalmente con el número de LEDs conectados en serie o cuando se forma un arreglo de LEDS (OIDA, 2001). Las lámparas LED no producen interferencia de radio frecuencia, a diferencia de muchas bombillas fluorescentes compactas (Johnson, 2005) Durabilidad: En comparación a las fuentes tradicionales de luz, los LED son rígidos y resistentes a golpes, lo que los hace muy adecuados para aplicaciones de transporte tales como automóviles, trenes, barcos y aviones. Impactos en la sostenibilidad medioambiental y en la salud: Los LED están hechos de materiales no tóxicos y son reciclables. Los LEDS pueden imitar la luz del día sin los perjudiciales rayos ultravioleta, y esto ha dado al LED un papel en la iluminación de museos y galerías donde la

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calidad de la luz y la preservación de los objetos son muy importantes. La utilización de menos energía se traduce en un menor deterioro del medio ambiente, ya sea porque disminuye la necesidad de la construcción de centrales eléctricas y refinerías de petróleo, o bien porque reduce la emisiones de gases contaminantes de efecto invernadero y de partículas resultantes de la combustión (Silva, 2010). Se ha especulado si los LEDs pueden simular la luz natural del día con beneficios asociados, tales como la prevención del trastorno afectivo estacional (SAD) y beneficios para la salud y la productividad a través de una mejor adecuación de la luz artificial a los ritmos circadianos (OIDA, 2001). Oportunidades de la iluminación LED y su potencial de ahorro energético Los nichos de mercado existentes para los LED y WLED y su ahorro de energía asociada son muy variados, pero el verdadero reto para los LED es la sustitución de fuentes ineficientes de luz, como las lámparas incandescentes en el mercado de iluminación general (OIDA, 2001). El potencial de LED para sustituir los dispositivos tradicionales de iluminación es alto. Como los LEDs usan fuentes DC de bajo voltaje, se puede utilizar una topología simple para manejarlos y fácilmente se puede colorear y controlar el nivel de brillo. Además, por la amplia gama del índice CRI y CCT, el LED puede producir el mismo patrón de luz que el de la totalidad de fuentes tradicionales de iluminación (Cheng, 2006). Los fabricantes de dispositivos LED están centrados en la creación de luz blanca de alta calidad, haz difuso similar a la proyectada por las tradicionales bombillas incandescentes y fluorescentes, mientras que los fabricantes de iluminación tradicional se enfrentan a una curva de aprendizaje para dar cabida a las lámparas LED adecuadamente en el diseño de luminarias. Sin embargo, la cuestión principal que queda es el costo de los productos de iluminación de estado sólido. Si bien va disminuyendo rápidamente, el costo de los LED es varias veces mayor que las lámparas incandescentes y fluorescentes. Aunque gran parte de este coste se puede recuperar en el ahorro de energía y evitando la sustitución de lámpara durante la vida del producto, el costo inicial pospone muchos consumidores y empresas (Gereffi, 2008). Tabla 4. Tendencia de tecnología, precio, rendimiento y mejoras para el LED (OIDA, 2002).

Eficacia luminosa (lm/W) Vida útil (horas) Flujo luminoso (lm) Costo lumen (US$/klm) CRI

2002 25 20000 25 200 75

2007 75 >20000 200 20 80

2012 150 100000 1000 80

2020 200 >100000 1500 80

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Mercado de iluminación Flujo luminoso Incandescente penetrado bajo

Fluorescente

Todos

Tabla 5. Potencia promedio para lámparas de empotrar (EERE, 2008). Tipo de lámpara

Incandescente CFL

Potencia promedio residencial (W) 72 11

Equivalente LED Potencia residencial (W) promedio comercial (W) 14 72 7 11

Equivalente LED comercial (W) 14 7

Tabla 6. Potencia promedio para lámparas de calle (EERE, 2008). Fuente de Luz Incandescente Halógeno Fluorescente

Potencia convencional (W) 150 150 159

Vapor de mercurio Haluro de metal (metal halide) Sodio alta presión

254 458 283

sistema Potencia remplazo LED 2007 (W) 23 31 151 108 327 276

Otro gran nicho de mercado que está en espera de desarrollarse con el uso de WLEDs: la sustitución de la iluminación “fuera de red” basada en combustibles. Con la llegada de los WLEDs ya no es necesario pensar en términos de kilovatios para iluminación de pueblos de países en desarrollo, ya que es factible iluminar un pueblo entero con sólo unos pocos cientos de vatios, suministrados fácil y económicamente por fuentes de energía fotovoltaica, FV (o PV, Photovoltaic) [Ecos Consulting, 2003]. Proporcionar luz de LEDs confiable para las zonas en vía de desarrollo del mundo puede representar uno de los aportes más significativos de la creciente revolución global de iluminación LED. La emergente alta eficiencia del WLED puede mejorar significativamente la calidad, seguridad y la cantidad de iluminación, al tiempo que reduce los costes generales y las emisiones ambientales (Foster, 2005). Si la comunidad internacional respalda el desarrollo y la implementación de la tecnología PV-LED, podría ser una oportunidad para aumentar dramáticamente la calidad de millones de vidas (EIA, 2006). Debido a que los LEDs son una fuente de luz de color inherente, presentan oportunidades de diseño y aplicación nueva en una variedad de áreas en las que iluminación convencional ha

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dominado, en la medida que diseñadores y especificadores se vuelven más conscientes de sus cualidades (Ton et al, 2003) El menor consumo de energía del LED proporciona algunas ventajas de seguridad obvias sobre los sistemas de iluminación incandescente, que incluyen:  Adopción e instalación de un sistema más sencillo (baja tensión, tamaño de componente y complejidad reducidas)  Menos riesgos de choque eléctrico  Menor riesgo de incendio Adicionalmente, la adopción de iluminación de bajo consumo representa una oportunidad para el desarrollo económico de muchas maneras. Estas incluyen la capacidad para:  Atraer más industria de la iluminación y por lo tanto crear más empleos.  Potenciar las industrias secundarias suministros o materiales para la industria de la iluminación, como vidrio, plástico o servicios.  Preservar la salud y la productividad de los trabajadores a través de una demanda reducida de centrales eléctricas que posteriormente dará lugar a una mejor calidad del aire para los residentes. Proporcionar un impulso económico para el estado a través de los costos de energía reducidos para residentes y negocios.  Menor consumo de energía reduciendo así la necesidad de construir más centrales eléctricas (Soumonni, 2008) En Colombia y en la próxima década, la iluminación ocupará el segundo renglón de consumo de energía eléctrica, siendo el sector residencial el mayor consumidor por este concepto. El 72% de los consumidores y el 68% de estos hogares utilizan lámparas incandescentes como fuente de iluminación (Universidad Nacional de Colombia, 2006). La conveniencia de utilizar tecnologías de estado sólido (LEDs y OLEDs) como nueva alternativa de ahorro energético en iluminación, todavía no es considerada a pesar de sus vertiginosos avances y de que países mas avanzados ya los están utilizando. De acuerdo a la estimación del ahorro potencial máximo de electricidad resultante de los programas propuestos a la UPME en el plan de uso racional de energía y de fuentes no convencionales de energía 2007–2025 (UPME,Bariloche-BRP, 2007), el primer campo de acción para el ahorro de electricidad a corto plazo es el uso de lámparas eficientes en el sector residencial. En este plan, se han identificado y puesto en primer orden de prioridad, por el grado de avance y compromiso por parte del gobierno, 9 programas para el sector eléctrico dentro de los cuales hay tres con relación a la iluminación; Están en segundo, tercer y séptimo lugar, el uso de lámparas eficientes en el sector residencial, la normalización de alumbrado público y la iluminación de

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edificios públicos respectivamente (UPME,Bariloche-BRP, 2007). También, en un segundo nivel de prioridad, dentro de los programas que se deben madurar y desarrollar en un plazo relativamente corto, están los de iluminación de los sectores comercial e industrial. El Gobierno de Colombia ha liderado iniciativas a través del ministerio de minas y energía y a dictado disposiciones para promover prácticas sobre el uso racional de la energía, mediante el decreto 2501 del 4 de julio de 2007 y posteriormente el decreto 2331 del 22 de junio de 2007 en donde se ordena la sustitución en los edificios públicos de las lámparas incandescentes por lámparas fluorescentes compactas (LFC´S) (Silva, 2010). Se estima que la iluminación LED en aplicaciones comerciales que estará disponible en 2015, junto con fluorescentes avanzadas (sistemas súper T8), tienen el potencial de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en 110 millones de toneladas para el año 2030. Los fabricantes de dispositivos LED están centrandos en la creación de un haz difuso de la luz blanca una alta calidad similar a la de las tradicionales lámparas incandescentes, halógenas y fluorescentes, mientras que los fabricantes de iluminación tradicional se enfrentan a una curva de aprendizaje para dar cabida a las lámparas LED en sus diseños de accesorios para luz. Sin embargo, la principal cuestión es que queda el costo de los productos de iluminación de estado sólido. Si bien ha bajado rápidamente, el costo de los LEDs es varias veces mayor que las lámparas incandescentes y fluorescentes. Aunque gran parte de este costo puede ser recuperado en el ahorro de energía y al evitar reemplazos de lámpara durante la vida del producto, el costo inicial los pone fuera del alcance de muchos consumidores (Gereffi, 2008) 3.3 Objetivos (General y Específicos): Objetivo General Desarrollar un prototipo de luminaria de estado sólido de bajo costo, mediante la utilización de dispositivos LED de alta eficiencia y cumpliendo estándares nacionales e internacionales para su fabricación, con el propósito de mejorar la eficiencia y eficacia luminosa en zonas específicas de un sistema de iluminación convencional. Objetivos Específicos 

Identificar las características de los sistemas de iluminación homólogos a la tecnología LED y que utilizan tubos fluorescentes (Benchmarck), teniendo en cuenta los parámetros de luminosidad y calidad de la potencia eléctrica, esto con el fin de determinar las mejores condiciones para un nuevo prototipo.



Desarrollar la ingeniería de detalle del prototipo de luminaria de estado sólido, mediante la determinación previa de las condiciones de operatividad y funcionamiento que garanticen un

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buen desempeño energético y que permitan obtener un diseño óptimo del mismo, tanto en su bloque óptico y como en su bloque eléctrico. 

Construir un prototipo de luminaria de estado sólido, considerando la ingeniería de detalle y los dispositivos LED seleccionados, con el fin de disminuir los costos de fabricación de la misma y mejorar los beneficios ecoenergéticos en relación con otras luminarias utilizadas convencionalmente.



Analizar la respuesta del prototipo de luminaria de estado sólido desarrollado, teniendo en cuenta estándares nacionales e internacionales para luminarias y desarrollo de nuevos dispositivos; así como el sometimiento del mismo a pruebas fotométricas, eléctricas, mecánicas y térmicas con el fin de validar sus condiciones de operatividad y funcionamiento.

3.4 Metodología Propuesta: Para lograr los objetivos propuestos se propone la siguiente metodología: 

Documentar las características asociadas a las luminarias que utilizan tubos fluorescentes (Benchmark) y son homólogas a la luminaria de estado sólido, esta documentación permitirá establecer los parámetros de luminosidad y calidad de la potencia eléctrica del prototipo a desarrollar.



Una vez establecidos los parámetros y las características con las que se diseñará el prototipo de luminaria estado sólido y estableciendo algunos criterios de diseño que conlleven a garantizar mayor eficacia, eficiencia y mejor calidad en la potencia eléctrica se realiza la ingeniería de detalle del prototipo.



Una vez establecida la ingeniería de detalle del prototipo de luminaria se procede a implementar el mismo, teniendo en cuenta los dispositivos LEDs disponibles comercialmente y buscando las opciones más económicas de construcción.



Finalmente, se procederá a utilizar los protocolos de pruebas establecidos por los estándares nacionales o internacionales para prototipos de luminarias LED. Así mismo, con el resultado de estas pruebas se validaran las condiciones de operatividad y funcionamiento del prototipo.

En adición, a estas generalidades el prototipo será desarrollado contemplando los siguientes criterios: 

Desarrollo del prototipo. Contempla el diseño y fabricación del bloque óptico y eléctrico de la luminaria, los cuales a su vez estarán conformados por:  Bloque Óptico

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a. b. c.  d. e.

Selección dispositivo LED. Configuración del prototipo. Disipadores de temperatura. Bloque Eléctrico Driver: F.P., LCC y THD. Conexión para mayor fiabilidad: Serie – Paralelo.



Pruebas a someter el prototipo de luminaria de estado sólido.  Fotométricas  Matriz de Intensidad, Curva Fotométrica, CRI, CCT y Eficacia (lm/w).  Eléctricas  Características V–I, Factor de Potencia, THD y Sensibilidad.  Mecánicas  Pruebas de impacto.  Térmicas  Termografía y Prueba de calentamiento.



Modelado y Simulación del Prototipo  Software de Diseño Electrónico.  Ansys-Fluence.  Dialux.  Mediciones y Montaje en sitio de prueba  Fotometría in-situ.  Decrecimiento de flujo luminoso del prototipo.

Con esta metodología, el prototipo ocasionará impactos en los siguientes aspectos:        

Uso Racional de Energía, URE. Apropiación de conocimiento. Innovación en IUPB. Disminución de costos por fabricación. Niveles adecuados y permisibles de deslumbramiento y uniformidad. Mejores niveles de iluminación. Disminución de costos por mantenimiento. Divulgación de conocimiento.

3.5 Disposiciones Vigentes En primer lugar este proyecto de investigación no es en el campo de la salud humana, y no involucra experimentación alguna con animales o seres humanos, por lo que no debe ajustarse a

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las "Normas Científicas, Técnicas y Administrativas para la Investigación en Salud" establecidas en la Resolución No. 008430 de 1993 del Ministerio de Salud y no ha de considerarse los aspectos éticos de esta índole, de esta forma garantizamos no generar ninguna contravención en la ética de recolección de datos en seres humanos y animales, que son propias de otros proyectos de investigación. No obstante a lo anterior, durante la realización del presente proyecto se velará por la no violación del estándar ético de la comunidad académico-investigativa, desde el punto de vista de la publicación y de la aplicación de la investigación, así como de los resultados y productos que de esta se deriven. 3.6 Resultados/Productos esperados y potenciales beneficiarios: Con este proyecto se desarrollará un prototipo de luminaria de estado sólido de bajo costo, mediante la utilización de dispositivos LED de alta eficiencia y el cumplimiento de estándares nacionales e internacionales, con el fin de disminuir los costos de inversión inicial y mejorar la eficiencia y eficacia luminosa en sistemas de iluminación. El desarrollo de este prototipo constituye el principal resultado de este proyecto. Los resultados de este trabajo de investigación se reportarán en un libro de tipo didáctico, donde se abordaran los principales conceptos requeridos para el abordaje del tema tratado y se darán a conocer en detalle los resultados obtenidos. También se realizarán varias publicaciones en el desarrollo de la misma como documentos divulgativos y artículos, además de publicar un artículo con los resultados de la investigación. El desarrollo del proyecto contribuirá a la formación de un integrante del grupo GiiEN como Magister en Ingeniería e iniciará a los estudiantes auxiliares como investigadores. Se fortalecerán y consolidarán lazos de cooperación con otras entidades, con las cuales se han tenido conversaciones previas, en procura de la construcción de una red de investigación a nivel nacional sobre el tema de iluminación LED. Así por ejemplo, la Empresa de Transporte de Masivo del Valle de Aburra – Metro de Medellín Ltda. ha manifestado su interés y ha ofrecido sus instalaciones para llevar a cabo pruebas piloto de iluminación LED con miras a implementarla en todo el sistema de estaciones; De hecho las cabinas del Metro cable utilizan esta tecnología de iluminación. Algunas de las pruebas del prototipo se realizarán o convalidarán en los laboratorios de la Universidad Nacional de Colombia y se hará validación y divulgación de los resultados con ayuda del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, CINVESTAV – IPN de Guadalajara, México. También habrá participación directa de proveedores y constructores de partes eléctricas como Isolux, Schreder, Roy Alpha, Celsa, Electrocontrol, entre otras.

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3.6.1

Generación de nuevo conocimiento

Resultado/Producto esperado

Beneficiario

Puntos COLCIENCIAS1

Prototipo de luminaria de estado sólido: Diseño del Prototipo. IUPB 1.5 Fabricación del Prototipo. Luminaria de Estado Sólido (Productos o Comunidad Académica y científica procesos tecnológicos usualmente no Institucional, Nacional e 2.0 patentables o registrables) Internacional. Impacto eco-energético del prototipo: Comunidad Académica y científica Artículo Sometido en Revista Indexada Institucional, Nacional e 1.0 (Artículo de Investigación en revista A1 o A2) Internacional. Desarrollo del prototipo: Comunidad Académica y científica Artículo Sometido en Revista Indexada Institucional, Nacional e 1.0 (Artículo de Investigación en revista A1 o A2) Internacional. 1 Basado en Modelo de Medición de Grupos de Investigación, Tecnológica o de Innovación Año 2008. COLCIENCIAS. Bogotá D.C., Julio de 2008. 3.6.2

Fortalecimiento de la comunidad científica

Resultado/Producto esperado Fortalecimiento de Alianza Universidad – Empresa Trabajo de Grado a nivel Tecnológico Trabajo de Grado a nivel Profesional. 3.6.3

Beneficiario IUPB Comunidad Académica y científica Institucional y Nacional Comunidad Académica y científica Institucional y Nacional

Puntos COLCIENCIAS1 No Aplica 0.2 0.2

Apropiación social del conocimiento

Resultado/Producto esperado Beneficiario Puntos COLCIENCIAS1 Ponencia a nivel Institucional: Certificado Comunidad Académica y científica 1.0 de Realización Institucional. Ponencia a nivel Nacional: Certificado de Comunidad Académica y científica 1.0 Realización Nacional. Ponencia a nivel Internacional: Certificado Comunidad Académica y científica 1.0 de Realización Internacional. Grupo de investigación e Literatura de circulación restringida 1.0 innovación en Energía

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Texto

Grupo de investigación e innovación en Energía

1.0

3.7 Impactos esperados a partir del uso de los resultados:

Impacto esperado Económico

Productividad y Competitividad en Investigación

Plazo (años) después de Indicador verificable finalizado el proyecto: Corto Plazo, 2 Porcentaje de año disminución de costos por fabricación de luminarias y por facturación de energía en el área de aplicación de iluminación LED. Corto plazo, 1 Otros proyectos de año investigación relacionados con iluminación de estado sólido y dentro de la línea de investigación en Energía.

Supuestos* Implementación del prototipo construido en un área de aplicación específica.

Se debe direccionar las áreas de sistemas de potencia eléctrica y gestión energética de la línea de investigación en energía en los tópicos desarrollados en el presente proyecto. Productividad y Competitividad en los Mediano Oferta de cursos Se deben enfocar las Programas Curriculares Plazo, 5 años regulares en programas líneas de acción a tecnológicos y nivel tecnológico y profesionales, profesional en el seminarios y marco de los nuevos diplomados en desarrollos y iluminación de estado tecnologías solido implementadas. Nota: Los supuestos indican los acontecimientos, las condiciones o las decisiones, necesarios para que se logre el impacto esperado. 3.8 Impacto Ambiental del proyecto El presente proyecto consiste en la fabricación de un prototipo de luminaria de estado sólido con dispositivos LED y su posterior aplicación en una zona, puesto que el prototipo será construido con los materiales a establecerse en el diseño, se velará por lo que la afectación al medio

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ambiente sea lo menos posible, procurando utilizar materiales reciclables y no contaminantes. Con respecto a la salud humana la afectación sería positiva ya que se mejoraran los patrones de iluminación en la zona de implementación. Con esto se procura siempre mejorar ecoenergéticamente la instalación final del dispositivo. 3.9 Conformación y trayectoria del Grupo de Investigación El grupo de Investigación e Innovación en Energía – GiiEN fue conformado y registrado en mayo de 2011, ante el Institución Universitaria Pascual Bravo - IUPB y COLCIENCIAS. En la actualidad, el grupo GiiEN cuenta con 15 integrantes, idóneos y capacitados en cada área de experticia del grupo; los miembros cuentan con estudios tecnológicos y profesionales, estudios de maestría y estudios doctorales; además posee el semillero del grupo denominado, S-GiiEN, el cual esta integrado por 17 estudiantes de las tecnologías eléctrica, electromecánica y mecánica. Las áreas de trabajo del grupo son: Gestión Energética, Sistemas de Potencia Eléctrica y Automatización y Control de Procesos Industriales; posteriormente se desglosaran cada una de ellas. Área de Gestión Energética, esta ahora comprende las sub-áreas de Uso Racional de Energía (URE) y Eficiencia Energética, es liderada por los docentes e investigadores M.Sc. Eng. Luis Olmos Villalba, M.Sc. (e) Esp. Eng. Johann Ramírez, M.Sc. (c). Eng. Gloria Cruz Riaño y M.Sc (c ). Eng. Bayron Alvarez Arboleda. Área de Sistemas de Potencia Eléctrica, esta área comprende las sub-áreas de: Sistemas de Iluminación, Energías Alternativas, SmartGrid, Máquinas Térmicas para Generación de Energía, Redes de Transporte de Energía: Transmisión y Distribución, Subestaciones Eléctricas, Materiales en Ingeniería, Protecciones Eléctricas, Normatividad y Regulación Eléctrica y Campos Electromagnéticos: Conceptualización e influencia, es liderada por los docentes e investigadores M.Sc. Eng. Mario Arrieta Paternina, M.Sc. Jorge Izquierdo Nuñez, M.Sc. Eng. Jair Vélez Galeano, M.Sc. Carlos Mario Diez Henao, M.Sc (e). Eng. Jauder Ocampo, Esp. Eng. William Alzate Segura. PhD (e) Rafael Hernan Mira Pérez y M.Sc. Beatriz Osorio Vélez. Área de Automatización y Control de Procesos Industriales, esta área comprende las sub-áreas de: Supervisión y Diagnóstico Automático de Sistemas Automatización de Procesos, Control de Procesos, Modelado de Sistemas Dinámicos y Optimización de Procesos Industriales, es liderada por los docentes e investigadores MSc. Eng. Víctor Manuel Gómez Ramírez, M.Sc. Mat. Edgar Arturo Rendón Palacio, M.Sc. (c ). Eng. Alexander Florian Villa, Ph. D (c ) Ismael Rivera.

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PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN FORMULADOS ÁREA MECÁNICA:  Proyecto Modelado de Soldadura por Sebastián Rudas y Luis Olmos. En Ejecución.  Proyecto Quemador a Gas para Industria Plástica por Gloria Cruz. En asocio con ITM.  Proyecto Sistema de Trigeneración en Zonas Agrícolas No Interconectadas por Luis Olmos. En asocio con ITM. En Ejecución. ÁREA ELÉCTRICA:  Proyecto URE (Uso Racional de la Energía) por Jauder Ocampo, Alba Ocampo y Bayron Alvarez. En asocio con ITM y CM.  Proyecto Iluminación LED por Mario Arrieta y Jauder Ocampo. En asocio con Metro de Medellín.  Estudio Experimental de las propiedades Eléctricas del nuevo sistema YBaCo2O5.5. por Jorge Luis Izquierdo, Ismael Rivera y Mario Arrieta.  Proyecto SmartGrid “Control de Oscilaciones en Sistemas de Potencia” por Mario Arrieta y Alexander Florian para Interconexión Eléctrica. En asocio con CINVESTAV - IPN (Guadalajara) y UNAL.  Proyecto SmartGrid “Detección y Ubicación de Fallas en Sistemas de Potencia” por Rafael Mira y Mario Arrieta. En asocio con Universidad de Santiago de Chile - USACH e ISA S.A.  Estudio sobre la Conceptualización del Campo Electromagnético en Estudiantes del Tecnológico Pascual Bravo por Beatriz Osorio Vélez. En asocio con UdeA. En ejecución.  Diagnóstico y Supervisión de los Compresores Tipo Tornillo en Vibraciones Mecánicas mediante LabView por Víctor Gómez Ramírez y Mario Arrieta Paternina. En asocio con Industria de Alimentos Zenú.  Centro de Gestión Energética de IUPB por Bayron Álvarez y Mario Arrieta. En Asocio con EPM, UNE e Industria de Alimentos Zenú. OTROS POSIBLES PROYECTOS A INCURSIONAR  Proyecto SmartGrid “Centro de Control de Distribución”.  Proyecto PCH (Pequeñas Centrales Hidroeléctricas).  Proyecto de Control de Pérdidas.  Proyecto Vehículos Eléctricos “Moto Eléctrica”. En asocio con Energy Motion. LOGROS De acuerdo a las metas propuestas en el plan de acción del grupo GiiEN, se ha logrado capitalizar los siguientes productos:

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Tipo producto Nombre Año Datos complementarios - Trabajos DISEÑO DE UN SISTEMA DE CALENTAMIENTO DE BAJAS dirigidos/Tutorías en marcha - TEMPERATURAS UTILIZANDO COMBUSTIÓN 2012 Trabajos dirigidos/Tutorías de SUMERGIDA APROVECHANDO LOS GASES DE otro tipo COMBUSTIÓN DE UNA PLANTA DIESEL Producción bibliográfica - PROPIEDADES DE LOS COMPUESTO LBaCo4O7+δ (L=Tb, Artículos publicados en revistas Dy, Ho, Y, Er o Ln) PARA FUTURAS APLICACIONES EN 2011 científicas - Completo CELDAS DE COMBUSTIBLE Producción bibliográfica - LA RELACIÓN UNIVERSIDAD - EMPRESA - ESTADO EN EL Artículos publicados en revistas ÁMBITO COLOMBIANO Y EL PROCESO DE GESTIÓN 2011 científicas - Completo TECNOLÓGICA Producción bibliográfica - Propiedades de los compuesto LBaCo4O7+δ (L=Tb, Dy, Artículos publicados en revistas Ho, Y, Er o Ln) para futuras aplicaciones en celdas de 2012 científicas - Completo combustible TECHNICAL AND ECONOMICAL ASSESSMENT OF Producción bibliográfica - Libros y POWER GENERATION TECHNOLOGIES FIRING SYNGAS capítulos de libros publicados - FROM BIOSOLID GASIFICATION, WITH COST 2012 Capítulo de libro publicado ESTIMATION METHODS: THE CASE OF MEDELLÍN, COLOMBIA Producción bibliográfica - Libros y capítulos de libros publicados - Instalaciones Eléctricas 2011 Libro publicado Producción bibliográfica - Trabajos DISEÑO DE PROTOTIPO DE SISTEMA SOLAR en eventos (Capítulos de FOTOVOLTAICO OPTIMIZANDO ELÁNGULO DE 2011 memoria) - Completo INCLINACIÓN DE LOS PANELES SOLARES. Evaluación de parámetros basados en la transformada Producción bibliográfica - Trabajos Wavelet Packet y parámetros basados en la en eventos (Capítulos de 2011 transformada de Fourier para detectar fallas en memoria) - Completo rodamientos PROPIEDADES DE LOS COMPUESTO LBaCo4O7+δ (L=Tb, Producción bibliográfica - Trabajos Dy, Ho, Y, Er o Ln) PARA FUTURAS APLICACIONES EN en eventos (Capítulos de 2011 CELDAS DE COMBUSTIBLE memoria) - Completo

Producción bibliográfica - Trabajos APLICACIÓN DE LA TEORÍA DE BIFURCACIONES Y CAOS 10 en eventos (Capítulos de PARA ANALIZAR LA ESTABILIDAD DE UN SISTEMA 2012 memoria) - Completo ELÉCTRICO DE POTENCIA APLICACIÓN DEL ANÁLISIS MODAL Y LA Producción bibliográfica - Trabajos DESCOMPOSICIÓN EN VALORES SINGULARES PARA 11 en eventos (Capítulos de 2012 ANALIZAR LA ESTABILIDAD DE UN SISTEMA ELÉCTRICO memoria) - Completo DE POTENCIA

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Tipo producto Nombre Año Producción bibliográfica - Trabajos Estudio de las funciones y sus gráficas utilizando 12 en eventos (Capítulos de 2012 herramientas tecnológicas (matlab) memoria) - Completo Producción bibliográfica - Trabajos Estudio de las normas vectoriales y matriciales usando 13 en eventos (Capítulos de 2012 matlab memoria) - Completo Producción bibliográfica - Trabajos 14 en eventos (Capítulos de La teoría geométrica de la integral de Lebesgue 2012 memoria) - Completo Producción bibliográfica - Trabajos Metodología de implementación en PLC de un sistema 15 en eventos (Capítulos de de diagnóstico automático para bandas 2012 memoria) - Completo transportadoras basado en el algoritmo LAMDA Producción bibliográfica - Trabajos Balance Poblacional en un Molino de Bolas para una 16 en eventos (Capítulos de 2011 Ley de Desgaste Constante memoria) - Resumen Producción bibliográfica - Trabajos 17 en eventos (Capítulos de Ponencia 2011 memoria) - Resumen Producción bibliográfica - Trabajos 18 en eventos (Capítulos de Ponencia 2011 memoria) - Resumen Producción bibliográfica - Trabajos 19 en eventos (Capítulos de Poster 2011 memoria) - Resumen Producción bibliográfica - Trabajos 20 en eventos (Capítulos de Ponencia 2012 memoria) - Resumen DISEÑO DE PROTOTIPO DE SISTEMA SOLAR Producción técnica - Presentación 21 FOTOVOLTAICO OPTIMIZANDO ELÁNGULO DE 2011 de trabajo - Congreso INCLINACIÓN DE LOS PANELES SOLARES PROPIEDADES DE LOS COMPUESTO LBaCo4O7+δ (L=Tb, Producción técnica - Presentación 22 Dy, Ho, Y, Er o Ln) PARA FUTURAS APLICACIONES EN 2011 de trabajo - Congreso CELDAS DE COMBUSTIBLE APLICACIÓN DE LA TEORÍA DE BIFURCACIONES Y CAOS Producción técnica - Presentación 23 PARA ANALIZAR LA ESTABILIDAD DE UN SISTEMA 2012 de trabajo - Congreso ELÉCTRICO DE POTENCIA APLICACIÓN DEL ANÁLISIS MODAL Y LA Producción técnica - Presentación 24 DESCOMPOSICIÓN EN VALORES SINGULARES PARA 2012 de trabajo - Congreso ANALIZAR LA ESTABILIDAD DE UN SISTEMA ELÉCTRICO

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Tipo producto

Nombre Año DE POTENCIA Producción técnica - Presentación Estudio de las funciones y sus gráficas utilizando 25 2012 de trabajo - Congreso herramientas tecnológicas (matlab) Producción técnica - Presentación Estudio de las normas vectoriales y matriciales usando 26 2012 de trabajo - Congreso matlab Producción técnica - Presentación 27 La teoría geométrica de la integral de Lebesgue 2012 de trabajo - Congreso Producción técnica - Productos 28 Prototipo de Moto Eléctrica 2012 tecnológicos - Prototipo Producción técnica - Productos Prototipo de picogeneración de energía eléctrica con 29 2012 tecnológicos - Prototipo base en bombas hidráulicas. IMPLEMENTACION DE UNA PICOHIDRO DIDÁCTICA Producción técnica - Productos 30 PARA EL TECNOLOGICO PASCUAL BRAVO INSTITUCION 2011 tecnológicos - Proyecto UNIVERSITARIA PROTOTIPO DE UN SISTEMA DE GENERACIÓN DE Trabajos dirigidos/Tutorías ENERGÍA ELÉCTRICA BASADO EN ENERGÍA SOLAR, PARA 31 concluidas Trabajos 2011 LA ILUMINACIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE dirigidos/Tutorías de otro tipo DISPOSITIVOS DE HASTA 200 WATTS. Trabajos dirigidos/Tutorías IMPLEMENTACION DE UNA PICOHIDRO DIDÁCTICA 32 concluidas Trabajos PARA EL TECNOLOGICO PASCUAL BRAVO INSTITUCION 2011 dirigidos/Tutorías de otro tipo UNIVERSITARIA Trabajos dirigidos/Tutorías ACOPLAMIENTO DE KIT ELECTRICO A UNA MOTO DE 33 concluidas Trabajos 2012 DOS TIEMPOS dirigidos/Tutorías de otro tipo Trabajos dirigidos/Tutorías AUTOMATIZACIÓN DEL SISTEMA DE MALACATE A 34 concluidas Trabajos 2012 PIQUE EN LA EMPRESA MINEROS NACIONALES S.A dirigidos/Tutorías de otro tipo Trabajos dirigidos/Tutorías DISEÑO E IMPLEMENTACION DE NORMA NTC-ISO-IEC 35 concluidas Trabajos 17025 EN EL LABORATORIO DE ENSAYOS DEL 2012 dirigidos/Tutorías de otro tipo TECNOLOGICO PASCUAL BRAVO DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE Trabajos dirigidos/Tutorías ADQUISICIÓN DE DATOS PARA EL MONITOREO DE LA 36 concluidas Trabajos 2012 LÍNEA DE TRANSPORTE POR CABLE AÉREO –LÍNEA L – dirigidos/Tutorías de otro tipo DEL METRO DE MEDELLÍN Trabajos dirigidos/Tutorías EFECTOS DEL VARIADOR DE FRECUENCIA EN EL MOTOR 37 concluidas Trabajos 2012 DE INDUCCION dirigidos/Tutorías de otro tipo Trabajos dirigidos/Tutorías OPTIMIZACIÓN ENERGÉTICA DEL SISTEMA DE 38 2012 concluidas Trabajos ILUMINACIÓN DEL METRO DE MEDELLÍN

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Tipo producto Nombre Año dirigidos/Tutorías de otro tipo Trabajos dirigidos/Tutorías REGISTRO TECNOLÓGICO DEL SISTEMA ELÉCTRICO DE 39 concluidas Trabajos POTENCIA DEL VEHÍCULO AUXILIAR LOCOMOTORA DE- 2012 dirigidos/Tutorías de otro tipo 300 Trabajos dirigidos/Tutorías SISTEMA DE PUESTA A TIERRA DEL PATIO DE REDES DE 40 concluidas Trabajos 2012 LA INSTITUCION UNIVERSITARIA PASCUAL BRAVO dirigidos/Tutorías de otro tipo Trabajos dirigidos/Tutorías SISTEMAS DE INTEGRACION DEL PATIO DE REDES 41 concluidas Trabajos 2012 INSTITUCION UNIVERSITARIA PASCUAL BRAVO dirigidos/Tutorías de otro tipo DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL MONTAJE DE CABLE Trabajos dirigidos/Tutorías CUBIERTO COMPACTO EN LAS REDES DE MEDIA 42 concluidas Trabajos TENSIÓN AÉREAS EN EL TECNOLÓGICO PASCUAL 2012 dirigidos/Tutorías de otro tipo BRAVO INSTITUCIÓN UNIVERSITARIA Y SECTOR ALEDAÑO Trabajos dirigidos/Tutorías Auditoría Energética en el Hotel los recuerdos del 43 concluidas Trabajos 2012 Municipio de Guatape dirigidos/Tutorías de otro tipo Trabajos dirigidos/Tutorías Auditoría Energética en la Cooperativa Coopab. del 44 concluidas Trabajos 2012 Municipio de El Peñol. dirigidos/Tutorías de otro tipo Trabajos dirigidos/Tutorías Auditoría Energética en la cooperativa Crecer y Crear 45 concluidas Trabajos 2012 en el Municipio de Guatape dirigidos/Tutorías de otro tipo

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3.10 Cronograma de Actividades Actividad

Mes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Documentar las características asociadas a las luminarias que utilizan X X tubos fluorescentes (Benchmark). Documentar las características asociadas a las luminarias de estado X X sólido que utilizan dispositivos LED. Establecer los parámetros de luminosidad y calidad de la potencia X X X eléctrica del prototipo a desarrollar. Establecer algunos criterios de diseño que conlleven a garantizar mayor eficacia, eficiencia y mejor calidad en la potencia eléctrica. Realizar la ingeniería de detalle del prototipo.

X X

X X X

Construcción del prototipo Establecer los protocolos de pruebas por los estándares nacionales o internacionales para prototipos de luminarias de estado sólido. Realizar pruebas según protocolo diseñado. Escribir Artículo con los resultados del proyecto Preparar ponencia nacional e internacional Redactar informe final del proyecto

X X X

X X

X X X

X

X

X

X

X

X

X X

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4. PRESUPUESTO Y ADMINISTRACIÓN DEL PROYECTO Tabla 1. Presupuesto global del proyecto por fuentes de financiación (en miles de $). Fuentes Rubros

IUPB Especie

Contrapartida Efectivo

EQUIPOS y SOFTWARE 25.960

Especie

Total

Efectivo

$ 5.000

$

-

$

-

$ 5.000

$

-

$

-

$

-

$25.960

EQUIPOS DE USO PROPIO

$

SALIDAS DE CAMPO

$

-

$

330

$

-

$

-

$

MATERIALES

$

-

$11.611

$

-

$

-

$11.611

PUBLICACIONES Y PATENTES

$

-

$

309

$

-

$

-

$

SERVICIOS TÉCNICOS

$

-

$ 4.250

$

-

$

-

$ 4.250

VIAJES TOTAL

$

-

$ 3.500

$

-

$

-

$ 3.500

25.960

$25.000

$

-

$

-

$50.960

330 309

Tabla 2. Descripción de los equipos y software que se planea adquirir (en miles de $) Recursos Equipo o software Justificación Total IUPB Contrapartida Medidor de Análisis de Calidad de Potencia del Prototipo con el fin de Analizador de Redes $ 3.000 $ 3.000 analizar el nivel de armónicos, eficiencia y consumo de energía Software especializado Software Relux para cálculos $ 1.000 $ 1.000 luminotécnicos Software especializado para el modelado Software Ansys-Fluent $ 1.000 $ 1.000 mecánico y térmico del prototipo TOTAL $ 5.000 $ 5.000

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Tabla 3. Descripción y justificación de los viajes (en miles de $)

Lugar /No. de viajes

Justificación*

Pasajes ($)

Estadía ($)

Total días

IUPB

Recursos Contrapartida

Participación en Evento Internacional con fines de divulgación de los resultados No definido del proyecto y $ 3.000 $ 500 3 3.500 /1 cumplimiento con los compromisos en la realización de ponencia internacional TOTAL $ 3.000 $ 500 3 $3.500 * Se debe justificar cada viaje en términos de su necesidad para el éxito del proyecto

Total

$ 3.500

$ 3.500

Tabla 4. Salida de campo (en miles de $) Ítem Transporte de materiales a IUPB Transporte del prototipo para pruebas fotométricas, mecánicas y térmicas TOTAL

Costo unitario $ 15 $

15 $30

No. 6

Valor $ 90

16

$

240

22

$

330

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Tabla 5. Materiales, suministros y bibliografía (en miles de $) Materiales

Justificación Revisión de metodología de pruebas Suscripción a Sociedades IEEE a otros prototipos para validación de resultados obtenidos Estándar Internacional para Norma IESNA con RP's fabricación del Prototipo Adquisición de los dispositivos LED LED x 1000und de alta eficiencia para construcción del dispositivo Adquisición de los elementos para Driver x 7und fabricación de los driver que formaran parte del prototipo Otros elementos para fabricación Varios: Soldadura, lámina, Disipadores, del prototipo de luminaria, cableado, borneras, herrajes, difusor en principalmente herrajes, terminales acrílico. eléctricos, elementos de consumo y otros. Insumos de Papelería asociada al Indispensable para las proyecto (resmas de papel, bolígrafo, comunicaciones escritas y lápices, impresiones y otros) presentación de resultados. TOTAL

Valor $

324

$

270

$ 5.400

$ 1.117

$ 4.000

$

500

$ 11.611

Tabla 6. Servicios Técnicos (en miles de $) Tipo de servicio Justificación Valor Prueba lumínica del prototipo en Prueba de laboratorio: Fotometría x laboratorio certificado por el CIDET $ 1.750 3und y cumple con normatividad RETILAP Prueba Térmica del prototipo, para garantizar las condiciones de Prueba de laboratorio: Termografía x temperatura que garanticen la $ 1.500 2und conservación de la vida útil de los dispositivos LED. Según la necesidad del Estándar Otras pruebas y ensayos requeridos y Nacional e Internacional y la $ 1.000 certificación certificación del prototipo expedida por el CIDET TOTAL $ 4.250

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5. BIBLIOGRAFIA BROWN, Lester R (2008). Plan B 3.0: Mobilizing to Save Civilization. New York: W.W. Norton & Company. IEA, International Energy Agency (2008). Key World Energy Statistics 2008. IEA, International Energy Agency (2006). Light's Labour's Lost: Policies for Energy-efficient Lighting. Paris. KELLY, Timothy (2004). Solid State Lighting: Strategies for brighter future. Tesis de maestría del MIT. KEN, Li Fuen (2007). White LEDs for general illumination applications. Tesis de maestría del MIT. EERE, Energy Efficiency and Renewable Energy of U.S. DOE (2009). Multi-Year Program Plan FY’09-FY’15: Solid-State Lighting Research and Development. EERE, Energy Efficiency and Renewable Energy of U.S. DOE (2008). Energy Savings Estimates of Light Emitting Diodes in Niche Lighting Applications TON, My, & FOSTER, Suzanne, & CALWELL, Chris (2003). LED Lighting Technologies and Potential for Near-Term Applications. Market Research Report prepared by Ecos Consulting. Universidad Nacional de Colombia (2006). Determinación del consumo final de energía en los sectores residencial urbano y comercial. Informe ejecutivo presentado a UPME UPME (2007). Plan Energético Nacional: Contexto y Estrategias 2006 – 2025. UPME (2004). Plan Energético Nacional: Estrategia energética integral, Visión 2003 - 2020. UPME. Consorcio BARILOCHE – BRP. (2007) Consultoría para la formulación estratégica del plan de uso racional de energía y de fuentes no convencionales de energía 2007 – 2025.

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6. HOJAS DE VIDA HOJA DE VIDA (RESUMEN) IDENTIFICACIÓN DEL INVESTIGADOR PRINCIPAL Apellidos Fecha de Nacimiento ARRIETA PATERNINA JULIO 9 DE 1985 Nombre Nacionalidad MARIO ROBERTO COLOMBIANO Correo electrónico Documento de identidad Tel: [email protected] 1103094415 3017926516 Entidad donde labora Tel: INSTITUCIÓN UNIVERSITARIA PASCUAL BRAVO 4480520 Cargo o posición actual DOCENTE TIEMPO COMPLETO TÍTULOS ACADÉMICOS OBTENIDOS (área/disciplina, universidad, año): INGENIERÍA ELÉCTRICA, UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA, 2007. MAGÍSTER EN INGENIERÍA – AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL, UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA, 2009. CAMPOS DE LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA EN LOS CUALES ES EXPERTO: SISTEMAS DE ILUMINACIÓN EFICIENCIA ENERGÉTICA SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA CARGOS DESEMPEÑADOS (tipo de posición, institución, fecha) EN LOS ÚLTIMOS 5 AÑOS JOVEN INVESTIGADOR E INNOVADOR, UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA, AÑO: 2008. DOCENTE CATEDRA, INSTITUCIÓN UNIVERSITARIA PASCUAL BRAVO, AÑO: 2008 -2009. DOCENTE TIEMPO COMPLETO, UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR, AÑO: 2009 - 2011. DOCENTE DE TIEMPO COMPLETO, INSTITUCIÓN UNIVERSITARIA PASCUAL BRAVO, AÑO: 2011 -2012.

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PUBLICACIONES RECIENTES (Por lo menos las cinco publicaciones más importantes que haya hecho en los últimos cinco años). DISEÑO DE PROTOTIPO DE SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO OPTIMIZANDO EL ÁNGULO DE INCLINACIÓN DE LOS PANELES SOLARES. Artículo en proceso de edición en Revista Prospectiva Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma del Caribe. Barranquilla, Colombia, 2012. APLICACIÓN DE LA TEORÍA DE BIFURCACIONES Y CAOS PARA ANALIZAR LA ESTABILIDAD DE UN SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA. Ponencia publicada en el IV Congreso Internacional de Formación y Modelación en Ciencias Básicas. Universidad de Medellín. Medellín, Colombia, Mayo 9 al 11 de 2012. APLICACIÓN DEL ANÁLISIS MODAL Y LA DESCOMPOSICIÓN EN VALORES SINGULARES PARA ANALIZAR LA ESTABILIDAD DE UN SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA. Ponencia publicada en el IV Congreso Internacional de Formación y Modelación en Ciencias Básicas. Universidad de Medellín. Medellín, Colombia, Mayo 9 al 11 de 2012. PROPIEDADES DE LOS COMPUESTO LBaCo4O7+δ (L=Tb, Dy, Ho, Y, Er o Ln) PARA FUTURAS APLICACIONES EN CELDAS DE COMBUSTIBLE. Artículo PUBLICADO en Revista Prospectiva, Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma del Caribe. Barranquilla, Colombia, 2011. DISEÑO DE PROTOTIPO DE SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO OPTIMIZANDO EL ÁNGULO DE INCLINACIÓN DE LOS PANELES SOLARES. Ponencia publicada en el III Congreso Internacional de Materiales, Energía y Medio Ambiente. Universidad Autónoma del Caribe. Barranquilla, Colombia, Noviembre 2 al 4 de 2011. PROPIEDADES DE LOS COMPUESTO LBaCo4O7+δ (L=Tb, Dy, Ho, Y, Er o Ln) PARA FUTURAS APLICACIONES EN CELDAS DE COMBUSTIBLE. Ponencia publicada en el III Congreso Internacional de Materiales, Energía y Medio Ambiente. Universidad Autónoma del Caribe. Barranquilla, Colombia, Noviembre 2 al 4 de 2011. MODELADO FENOMENOLÓGICO Y EMPÍRICO DE UN SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA PARA HACER ÁNALISIS DE ESTABILIDAD DE TENSIÓN USANDO MATLAB. Artículo publicado en el XIII Congreso Latinoamericano de Control Automático / VI Congreso Venezolano de Automatización y Control. Universidad de los Andes, Venezuela – Asociación Venezolana de Automatización y Control.Mérida, Venezuela, Noviembre 25 al 28 de 2008. PATENTES, PROTOTIPOS U OTRO TIPO DE PRODUCTOS TECNOLÓGICOS O DE INVESTIGACIÓN OBTENIDOS EN LOS ÚLTIMOS 5 AÑOS

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HOJA DE VIDA (RESUMEN) IDENTIFICACIÓN DEL COINVESTIGADOR Apellidos Fecha de Nacimiento OCAMPO TORO 1974-07-14 Nombre Nacionalidad JAUDER ALEXANDER COLOMBIANO Correo electrónico Documento de identidad Tel: [email protected] 71747947 300 615 00 11 Entidad donde labora Tel: INSTITUCIÓN UNIVERSITARIA PASCUAL BRAVO 4480520 Cargo o posición actual DOCENTE OCASIONAL TÍTULOS ACADÉMICOS OBTENIDOS (área/disciplina, universidad, año) ESPECIALISTA EN GESTIÓN ENERGÉTICA INDUSTRIAL, INSTITUTO TECNÓLOGICO METROPOLITANO, 2012. INGENIERO QUÍMICO, UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA, 2000. TECNÓLOGO ELECTRÓNICO, INSTITUCIÓN UNIVERSITARIA PASCUAL BRAVO, 1996. CAMPOS DE LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA EN LOS CUALES ES EXPERTO ILUMINACIÓN LED AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES CARGOS DESEMPEÑADOS (tipo de posición, institución, fecha) EN LOS ÚLTIMOS 5 AÑOS DOCENTE DE CÁTEDRA - INSTITUCIÓN UNIVERSITARIA PASCUAL BRAVO: 1998 – 2012. DOCENTE DE CÁTEDRA INSTITUTO TECNÓLOGICO METROPOLITANO: 2007 – 2012. PUBLICACIONES RECIENTES (Por lo menos las cinco publicaciones más importantes que haya hecho en los últimos cinco años).

PATENTES, PROTOTIPOS U OTRO TIPO DE PRODUCTOS TECNOLÓGICOS O DE INVESTIGACIÓN OBTENIDOS EN LOS ÚLTIMOS 5 AÑOS

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HOJA DE VIDA (RESUMEN) IDENTIFICACIÓN DEL COINVESTIGADOR Apellidos ALZATE SEGURA Nombre WILLIAM Correo electrónico [email protected]

Fecha de Nacimiento 1954-08-08 Nacionalidad COLOMBIANO Documento de identidad 70071105

Tel: 301 2113337

Entidad donde labora Tel: INSTITUCIÓN UNIVERSITARIA PASCUAL BRAVO 4480520 Cargo o posición actual DIRECTOR OPERATIVO DE INVESTIGACIÓN TÍTULOS ACADÉMICOS OBTENIDOS (área/disciplina, universidad, año) INGENIERO ELECTRICISTA - UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA – DICIEMBRE DE 1978. DIPLOMADO INSTALACIONES ELÉCTRICAS EN COLOMBIA CON ÉNFASIS EN RETIE 2008 – MARZO A JUNIO DE 2009. CURSO AUDITOR LÍDER CON ENFOQUE EN LA NORMA ISO 9001 – 2008 – COTECNA – SEPTIEMBRE 2009. CAMPOS DE LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA EN LOS CUALES ES EXPERTO SISTEMAS DE ILUMINACIÓN NORMATIVIDAD Y REGULACIÓN DE NUEVOS PRODUCTOS DE ILUMINACIÓN CARGOS DESEMPEÑADOS (tipo de posición, institución, fecha) EN LOS ÚLTIMOS 5 AÑOS DIRECTOR OPERATIVO DE INVESTIGACIÓN, INSTITUCIÓN UNIVERSITARIA PASCUAL BRAVO, AÑO: 2010 – 2012. INTERVENTOR DE ESTACIONES BASE PARA TELEFONÍA CELULAR (250 ESTACIONES APROXIMADAMENTE), COLOMBIAMOVIL – TIGO, AÑO: 2006 - 2008 INGENIERO INTERVENTOR DE UNA PLANTA TÉRMICA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA DE 150 MW – CICLO COMBINADO, GENERADORA DEL ATLANTICO, AÑO: 2008 - 2009 PUBLICACIONES RECIENTES (Por lo menos las cinco publicaciones más importantes que haya hecho en los últimos cinco años).

PATENTES, PROTOTIPOS U OTRO TIPO DE PRODUCTOS TECNOLÓGICOS O DE INVESTIGACIÓN OBTENIDOS EN LOS ÚLTIMOS 5 AÑOS

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HOJA DE VIDA (RESUMEN) IDENTIFICACIÓN DEL COINVESTIGADOR Apellidos Fecha de Nacimiento Mira Pérez Mayo 15 de 1956 Nombre Nacionalidad Rafael Hernán Colombiano Correo electrónico Documento de identidad Tel: [email protected] 70081634 3002126105 Entidad donde labora Tel: Institución Universitaria Pascual Bravo 4480520 Cargo o posición actual Docente de Cátedra TÍTULOS ACADÉMICOS OBTENIDOS (área/disciplina, universidad, año) Ingeniero en Instrumentación y Control, Politécnico colombiano JIC, 1996 Estudios de maestría en Ingeniería Automatización Industrial Universidad Nacional de Colombia 2009

CAMPOS DE LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA EN LOS CUALES ES EXPERTO Automatización y Control CARGOS DESEMPEÑADOS (tipo de posición, institución, fecha) EN LOS ÚLTIMOS 5 AÑOS Docente en Áreas de Circuitos Automatización, Variables y Sensores PUBLICACIONES RECIENTES (Por lo menos las cinco publicaciones más importantes que haya hecho en los últimos cinco años). Three-Dimensional location of electromagnetic sources using intelligent systems" En: Brasil. 2009. Evento: International Conference on Intelligent System Applications to Power Systems (ISAP 2009) Ponencia: Libro: International Conference On Intelligent System Applications To Power Systems (Isap 2009), The Institute Of Electrical And Electronics Engineers Inc IEEE. Curitiva Brasil 2009 PATENTES, PROTOTIPOS U OTRO TIPO DE PRODUCTOS TECNOLÓGICOS O DE INVESTIGACIÓN OBTENIDOS EN LOS ÚLTIMOS 5 AÑOS