Aumentar-la-eficiencia-de-los-mAdulos-LED-mediante-alimentac

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL 
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA 
MÉCANICA Y ELÉCTRICA 
UNIDAD ZACATENCO 
“AUMENTAR LA EFICIENCIA DE LOS 
MÓDULOS LED MEDIANTE 
ALIMENTACIÓN PULSADA” 
 
S E M I N A R I O 
 
P A R A O B T E N E R E L T Í T U L O D E : 
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA 
 
 
P R E S E N T A 
 
MIGUEL ANGEL PALACIOS BALLINAS 
 
ASESORES 
PROF. LUIS GUILLERMO LÓPEZ GONZALÉZ 
PROF. OLGA LILIANA LÓPEZ FLORES 
 
 
 CDMX, ABRIL2018 
i 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ii 
 
 
Autorización de uso de obra 
Instituto Politécnico Nacional 
Presente 
 
Bajo protesta de decir la verdad el que suscribe Miguel Angel Palacios Ballinas, 
manifiesto ser autor y titular de los derechos morales y patrimoniales de la obra titulada 
“Aumentar la Eficiencia de los Módulos LED Mediante Alimentación Pulsada”, en 
adelante “La Tesis” y de la cual se adjunta copia endos CD, por lo que por medio del 
presente y con fundamento en el artículo 27 fracción II, inciso b) de la Ley Federal del 
Derecho de Autor, otorgo al Instituto Politécnico Nacional, en adelanteEl IPN, 
autorización no exclusiva para comunicar y exhibir públicamente total o parcialmente en 
medios digitales o en cualquier otro medio; para apoyar futuros trabajos relacionados 
con el tema de “La Tesis” por un periodo de 5 años contado a partir de la fecha de la 
presente autorización dicho periodo se renovara automáticamente en caso de no dar 
aviso expreso a El IPN de su terminación. 
En virtud de lo anterior, El IPN deberá reconocer en todo momento mi calidad de autor 
de “La Tesis”. 
Adicionalmente, y en mi calidad de autor y titular de los derechos morales y 
patrimoniales de “La Tesis”, manifiesto que la misma es original y que la presente 
autorización no contraviene ninguna otorgada por el suscrito respecto de “La Tesis”, 
por lo que deslindo de toda la responsabilidad a El IPN en caso de que el contenido de 
“La Tesis”o la autorización concedida afecte o viole derechos autorales, industriales, 
secretos industriales, convenios o contratos de confidencialidad o en general cualquier 
derecho de propiedad intelectual de terceros y asumo las consecuencias legales y 
económicas de cualquier demanda o reclamación que pueda derivarse del caso. 
 
Ciudad de México., a 08 de Noviembre de 2018. 
 
Atentamente 
iii 
 
Resumen 
El presente proyecto tiene como finalidad investigar la implementación de un circuito 
conmutador a un foco LED convencional, esto para mejorar su eficiencia. 
En el Capítulo 1 abarcamos la teoría detrás de los componentes y la historia de la 
iluminación. En el Capítulo 2 se realizaron los cálculos para la selección de los 
componentes para la adecuada alimentación, así como para mejorar su eficiencia. 
Finalmente, en el Capítulo 3 se desglosa y se presenta el costo que representaría, al 
menos en un inicio la investigación y desarrollo de un proyecto de esta naturaleza. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
iv 
 
Índice general 
Introducción…………………………………………………………………………………….viii 
Antecedentes generales………………………………………………………………………ix 
Problemática……………………………………………………………………………………xi 
Objetivos generales……………………………………………………………………………xi 
Objetivos específicos………………………………………………………………………….xi 
Justificación…………………………………………………………………………………….xii 
Capítulo 1: Marco conceptual y contextual …………………………………………………1 
1.1 Contexto de la situación…………………………………………………………..2 
1.1.1 Análisis de la demanda………………….…………………….………..3 
1.1.2 Análisis de las ofertas………………….………………………….…….4 
1.2 Marco teórico……………………………………………………………………….6 
Capítulo 2: Estudio técnico………………………………………………………………..…18 
 2.1 Localización del proyecto………………………………………….……………..19 
 2.2 Determinación del tamaño……………………………………………………….19 
 2.3 Tecnología básica…………………………………………………………………20 
 2.4 Tecnología a detalle………………………………………………………………24 
2.4.1 Análisis de necesidades de: maquinaria, equipo, 
materiales varios………………………………………………………………24 
2.4.2 Selección y especificación de maquinaria, equipo, 
materiales varios……………………………………….………………………30 
 2.5 Normas, leyes, reglamentos, principios de ingeniera verde………………….31 
Capítulo 3: Estudio económico………………………………………………………………32 
 3.1 Objetivo general y estructuración del estudio económico…………………….33 
 3.2 Determinación de los costos……………………………………………………..33 
 3.3 Cronograma de inversiones………………………………………………………34 
Conclusiones y recomendaciones……………………………………………………………36 
Bibliografía………………………………………………………………………………………37 
Glosario..………………………………………………………………………………………..38 
 
v 
 
Índice de figuras 
Fig. 1.1 Componentes internos de un foco LED……………………………………………3 
Fig. 1.2 Partes de un LED…………………………………………………………………….6 
Fig. 1.3 Rectificador de CA-CD………………………………………………………………7 
Fig. 1.4 Tipos de capacitores…………………………………………………………………7 
Fig. 1.5 Resistores de diferentes potencias…………………………………………………8 
Fig. 1.6 Potenciómetro mecánico……………………………………………………………9 
Fig. 1.7 Resistores LDR, PTC, NTC…………………………………………………………10 
Fig. 1.8 Circuito integrado NE555……………………………………………………………11 
Fig. 1.9 Terminales de un CI 555…………………………………………………………….11 
Fig. 1.10 Grafica de los modos astable y monoestable…………………………………..12 
Fig. 1.11 Circuito del temporizador en modo monoestable……………………………….12 
Fig. 1.12 Circuito del temporizador en modo astable………………………………………13 
Fig. 1.13 Transistor con sus terminales……………………………………………………..14 
Fig. 1.14 Configuración del transistor NPN y PNP…………………………………………15 
Fig. 1.15 Transistor NPN TIP41………………………………………………………………15 
Fig. 1.16 Divisor de voltaje…………………………………………………………………….16 
Fig. 2.1 Ubicación de la ESIME Zacatenco………………………………………………….19 
Fig. 2.2 Laboratorio Z en la unidad Zacatenco……………………………………………...19 
Fig. 2.3 Diagrama de Grantt…………………………………………………………………..20 
Fig. 2.4. Diagrama de bloques………………………………………………………………..21 
Fig. 2.5 Diagrama de flujo del diseño del circuito conmutador del foco LED……………22 
Fig. 2.6 Esquema del foco LED con su circuito conmutador………………………………23 
Fig. 2.7 Diagrama electrónico…………………………………………………………………29 
vi 
 
Índice de tablas 
Tabla 1.1 Empresas mexicanas de focos LED……………………………………………….4 
Tabla 1.2 Tabla de colores para el valor de un resistor……………………………………..8 
Tabla 1.3 Tabla de valores comerciales de los resistores…………………………………..9 
Tabla 2.1 Tabla de Grantt……………………………………………………………………..10 
Tabla 3.1 Costo de materiales………………………………………………………………..33 
Tabla 3.2 Costo de herramientas…………………………………………………………….33 
Tabla 3.3 Costo de consumibles……………………………………………………………..34 
Tabla 3.4 Costo de mano de obra……………………………………………………………34 
Tabla 3.5 Costo de ingeniería………………………………………………………………...34 
Tabla 3.6 Cronograma de inversiones………………………………………………………35 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
vii 
 
Índice de ecuaciones 
Ec. 1.1 Ley de OHM……………………………………………………………………………10 
Ec. 1.2 Duración total del pulso de un CI 555………………………………………………13 
Ec. 1.3 Duracion del pulso en alto de un CI 555……………………………………………13 
Ec. 1.4 Duracion del pulso en bajo de un CI 555…………………………………………...13 
Ec. 1.5 Frecuencia de la señal………………………………………………………………..14 
Ec. 1.6 Frecuencia de la señar (2)……………………………………………………………14 
Ec. 1.7 Periodo de la señal……………………………………………………………………14 
Ec. 1.8 Periodo de la señal (2)………………………………………………………………..14 
Ec. 1.9 Ciclo de trabajo………………………………………………………………………..14 
Ec. 1.10 Voltaje de salida de un divisor de voltaje…………………………………………16 
Ec. 1.11 Corriente de un divisor de voltaje………………………………………………….16 
Ec. 1.12 Formula de potencia…………………………………………………………………16 
Ec. 2.1 Relación de las resistencias en el circuito conmutador…………………………...24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
viii 
 
Introducción 
En este proyecto se abordala tecnologíapresente en las nuevas luminarias LED, y se 
enfoca en su velocidad de respuesta y su bajo consumo. 
Se propone modificar focos LED añadiendo un circuito que nos permita alimentarlos de 
manera intermitentea una frecuencia muy alta, debido a los segmentos donde no hay 
pulsosse disminuye el consumo de energía eléctrica. 
Para las pruebas se utilizan 2 focos de 12W con una iluminación de 900 lm, ambos se 
alimentan de forma normal, pero a uno de ellos se le agrega un circuito conmutador que 
consta de un generador de pulsos que a su vez envía la señal a un transistor, el cual 
nos sirve para abrir y cerrar el circuito de forma constante. 
El foco de fábrica tiene un rectificador de señal que permite transformar la corriente 
alterna a corriente directa con lo cual se tiene una fuente de 55V directo que se utiliza 
para alimentar tanto a los LED como al circuito agregado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ix 
 
Antecedentes generales 
Desde el origen de la humanidad ha existido una correlación muy estrecha entre la 
iluminación y nuestra propia existencia, desde nuestros orígenes siendo primitivos 
hemos requerido de la luz para nuestra supervivencia siendo seres diurnos 
dependiendo únicamente del sol a inicios de nuestra evolución hasta el momento de 
llegan a diseñar y construir nuestros propios emisores de luz. 
Hace más de 1 600 000 años que se descubrió el fuego y hace más de 500 000 que se 
logró crearlo de manera voluntaria lo cual significó un cambio en nuestras costumbres y 
formas de vida, obteniendo con esto nuestra primera fuente de luz. Con el tiempo y la 
evolución de nuestra especie hacia los años 70 000 anese desarrollan lámparas con 
base en la grasa animal, pero no fue sino hasta la edad media donde se crean las 
primeras lámparas portables de aceite. Fue hasta la primera revolución industrial que 
gracias a la moderna industria del petróleo y a la necesidad de extender las jornadas 
laborales que se realizan las primeras grandes mejores a la iluminación, entre 1783 y 
1836 fueron inventadas lámparas de keroseno más eficientes con mechas, quemadores 
de aceite y protectores de vidrio.Durante el siglo XIX se genera y mantienen lámparas 
de gas, sin embargo, el mundo estaba preparado para aprovechar la electricidad para 
generar una fuente de luz más eficaz, fue hasta el año 1879 que se inventa la primera 
bombilla incandescente cuya tecnología será utilizar un filamento de carbón en una 
ampolleta de vidrio al vacío cuya duración era aproximada a los 2 días. La bombilla fue 
evolucionando para finalmente terminar con la tecnología de filamento de tungsteno de 
hoy en día, cuya vida es aproximadamente de 1000 horas, terminando así la primera 
parte de la tecnología de iluminación. 
Es a partir del foco incandescente con filamento de tungsteno que se ve la necesidad 
de mejorar su eficiencia, por lo que se desarrolla la lámpara halógena que consiste en 
un filamento de tungsteno dentro de un gas inerte con una pequeña cantidad de 
halógeno como el yodo o bromo lo cual ayuda a disminuir el desgaste del filamento y lo 
hace más brillante por lo que requiere menos alimentación. En búsqueda de disminuir el 
consumo eléctrico de las luminarias se modifican las lámparas de tubos fluorescentes 
tradicionales y se crean unas compactas que disminuyen significativamente el consumo 
eléctrico y mejoran su tiempo de vida. Es en este punto que se llega a la tecnología de 
los diodos emisores de luz, mejor conocidos como LED (por sus siglas en ingles Ligth-
EmittingDiode) mejoran aún más la eficiencia energética de las luminarias. Su 
tecnología se basa en impurezas que son dejadas dentro de un diodo que generan luz 
cuando una corriente eléctrica pasa a través de ellos. 
La evolución tecnológica de los focos de iluminación ahorradoras a las lámparas LEDha 
significado un gran avance en el ahorro del consumo generado a través de la 
iluminación casera. 
 
 
x 
 
La tecnología LED ha permitido a través de sus características eléctricasdarle diversos 
usos y permitir el desarrollo de muchos otros.Dentro de los cuales destaca el 
implementado el uso de la tecnología PWM (Pulse-WidthModulation) en la iluminación 
LED en el cual se reduce el ciclo de trabajo de una señal continua, se interrumpe la 
alimentación del foco LED por un breve periodo de tiempo. Sin embargo,esto llega a 
afectar la eficiencia lumínica reduciendo así la iluminación del cuarto, por lo cual se ha 
utilizado como atenuador. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
xi 
 
Problemática 
Desaprovechamiento de la tecnología LED de alta velocidad de respuesta con el 
consumo constante de energía eléctrica al manejar un sistema de corriente directa. 
 
 
Objetivos generales 
Mejorar la eficiencia de las luminarias LED mediante la implementación de un circuito 
de alimentación pulsada adicionado a sus módulos, reduciendo el consumo total de 
energía eléctrica suministrada por la Comisión Federal de Electricidad (CFE). 
 
 
Objetivos específicos 
Mantener una iluminación pulsada imperceptible al ojo humano. 
No perder luminosidad. 
Cumplir con la Norma NOM-030-ENER-2012 
Cumplir con el principio 1 de la Ingeniería Verde. Inherente en lugar de circunstancial. 
Cumplir con el principio 4 de la Ingeniería Verde. Maximizar eficiencia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
xii 
 
Justificación 
La iluminaciónrepresenta gran parte del consumo energético total utilizado de forma 
hogareña, esto debido a la cantidad de casas, departamentos, hoteles y demás 
complejos habitacionales. La demanda de esta energía provoca que se requiera una 
alta producción en las estaciones eléctricas lo que provoca a su vez un alto índice de 
contaminación ambiental, reduciendo la cantidad de energía requerida por las 
luminarias se lograrían disminuir la demanda energética y a su vez los contaminantes 
que se originan de acuerdo a su producción. 
La disminución del consumo eléctrico además de reducir los contaminantes tendría un 
impacto positivo en la economía personal ya que, debido al modo de cobro nacional, al 
reducir la tarifa de consumo, el cobro no disminuirá linealmente en casas habitación, ya 
que si se tiene un consumo alto podría bajar de categoría y ubicarse en un lugar de 
bajo consumo por lo cual tendría mayor aporte gubernamental y el pago seria menos. 
Al consumirse menos electricidad nos permitiría comenzar a desechar viejos métodos 
de producción de electricidad permitiendo que quedara únicamente los métodos más 
amigables con el planeta lo que fomentaría una mayor responsabilidad social que 
apoyaría a volvernos una sociedad verde. 
Debido al concepto de la alimentación pulsada utilizando para ello las deficiencias del 
ojo humano se llegaría a cumplir el punto 8 de la ingeniería verde, ya que la percepción 
visual del ojo humano no requiere que este encendido todo el tiempo, sino más bien 
que este encendido en un rango de frecuencias adecuado a su vista. 
Debido a la alta frecuencia con la que se quiere trabajar se cumpliría el principio 1 de la 
ingeniería verde (inherente en lugar de circunstancial), ya que se con una alta 
frecuencia del parpadeo no provocaría alguna reacción adversa en el usuario. 
Con la implementación de una alimentación pulsada se obtiene la mejora de la 
eficiencia del foco LED con lo cual se estaría cumpliendo el principio 4 de la ingeniería 
verde (maximizar eficiencia), ya que se estaría más cerca de lograr maximizar su 
eficiencia
1 
 
 
CAPÍTULO 1 
 
 
MARCO 
CONCEPTUAL 
Y CONTEXTUAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 
 
1.1Contexto de la situación 
La tecnología LED ha estado reemplazando a sus predecesores siendo este el que 
mayor proyección tiene a futuro, al tratarse de un semiconductor electrónico este 
representa una mayor oportunidad de mejora de acuerdo a las tecnologías pasadas 
cuyas características eléctricas limitaban sus modificaciones. 
El LED es una derivación del componente conocido como diodo, al cual se le realizaron 
modificaciones físicas para que este emitiera luz al pasarle una corriente eléctrica a 
través de impurezas en su encapsulado. Tratándose de un semiconductor electrónico 
podemos contarcon una alta velocidad de respuesta y una alta durabilidad, lo que le 
permite tener modificaciones que aprovechen estas características. Aunado a esto, el 
ojo humano tiene carencias en cuanto a su percepción de la frecuencia, por ello mismo 
es que no logramos percibir que los videos que vemos no se tratan más que de 
fotografías que pasan de una a otra a una frecuencia mínima de 30 fps (del inglés 
frames per second). Si bien el video conlleva muchos detalles como para que el ojo se 
enfoque en cambio mínimos, siendo así la frecuencia de 30 fps suficiente para que no 
se perciba la transición de un fotograma a otro, la transición de la luz requiere una 
frecuencia mayor ya que el ojo humano, aunque no percibe la oscuridad si logra 
distinguir la perturbación lumínica cuando una luminaria tiene periodos en que no 
ilumina. 
Tomando en cuenta la baja frecuencia de percepción de ojo humano a las altas 
frecuencias y la capacidad de los LED presentes en estos focos, se pueden combinar 
para lograr una iluminación adecuada junto con una disminución del ciclo activo del foco 
LED, disminuyendo así su consumo energético. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
1.1.1 Análisis de la demanda 
Las luminarias están presentes en todos lados desde casas y departamentos, hasta en 
las calles y fábricas, tomando en cuenta únicamente las luminarias caseras 
encontramos que por casa o departamento se llegan a utilizar generalmente más de 1 
foco, por lo que extrapolando esta cantidad al número de casas por colonia, por ciudad, 
estado y país se puede observar que una implementación o avance que logre mejorar 
su eficiencia energética aun siendo esta en pequeña medida puede llegar a representar 
una gran cantidad de ahorro a niveles generales. Si bien, el uso de los focos LED aún 
no se ha estandarizado, este ha venido reemplazando tecnologías pasadas, siendo el 
que tiene más proyección a futuro dada su naturaleza ahorrativa. 
El modo de alimentación del foco LED consiste en un circuito basado en capacitores 
(véase Fig. 1.1), los cuales rectifican la señal alterna para volverla continua por lo que el 
LED permanece alimentado mientras el switch este activado de manera continua, sin 
embargo, el LED tiene una alta capacidad de respuesta por lo que se puede utilizar esta 
ventaja para alimentarlo de manera interrumpida, pero a una alta frecuencia, para que 
estos lapsos en que no esté alimentado no los pueda percibir el ojo humano. Se puede 
modular su ciclo activo desde el 99% hasta menos del 50%, con estos parámetros se 
puede llegar a que el tiempo total de encendido del LED sea menor, por lo que este 
debería reflejar un menor consumo que el modo estándar de alimentación, lo cual 
significaría un ahorro mayor al ya establecido. 
 
Fig. 1.1 Componentes internos de un foco LED 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
1.1.2 Análisis de las ofertas 
La industria LED tiene representantes tanto nacionales como internacionales teniendo 
diferentes enfoques dentro del mercado de la iluminación. 
Dentro de la iluminación para el hogar se encuentran diferentes empresas que importan 
y exportan productos para la comercialización en México y empresas que manufacturan 
sus propios productos para elaborar la oferta al mercado mexicano (Tabla 1.1). 
Tabla 1.1 Empresas mexicanas de focos LED [1] 
Empresa Datos de la empresa Productos 
 
 
 
 
Empresa 100% mexicana con mas de 6 
años de experiencia en iluminacion LED. 
Oficinas en Guadalajara y San Antonio, 
TX. Mayoristas sin venta al publico siendo 
importadores directos de la fabrica con 
especificaciones en la ingenieria 
electronica para el desarrollo de sus 
productos. 
Sumergibles LED, Tri-Proof Lamp, 
Conopy light, spots interiores, spot de 
Plafond, SMD Digital Roll, Reflector LED, 
empotables piso/jardin, Decorativos LED, 
LED panel, LED Street Light, Bulbos LED, 
Industriales, Dicroicos LED, LED Driver y 
Rollo Flexible SMD. 
 
Empresa de manufactura y diseño de 
luminarias y productos electronicos de 
calidad desde 1990. Bajo el programa 
PITEX, exportacion a EE UU. 
Luminarias con diodos emisores de luz 
(LED), produciendo luminarias y sistemas 
fotovoltaicos para la industria, asi como 
para el alumbrado publico con tecnologia 
100% natural. 
 
Amplia variedad de lámparas y productos 
de iluminación en base a LEDs, 
diseñando por ingenieros mexicanos y 
fabricados en México, explicitamente al 
mercado nacional, con las variantes y 
protecciones que ello requiere. 
 ADS-D5/ADB-D5 
 SP-D3 
 SP-D5 
 SP-D7 
 
 
 
Comercializadora Led Lights es una 
empresa joven 100% mexicana que nace 
en la ciudad de Monterrey, Nuevo León. 
Contamos con un amplia gama en 
sistemas de iluminación con tecnologia 
LED. 
 LED Bulbs 
 LED Wall Washers 
 LED Strips 
 LED Neón Flex 
 LED Underground Lamps 
 LED Underwater Lamps 
 LED Tube 
 LED Street Light 
 LED Tunnel Light 
 
Empresa mexicana especializada en el 
desarrollo e implementacion de 
aplicaciones basados en el uso 
sustentable de nueva generación en 
iluminacion LED. 
 Comercial 
 Industrial 
 Hogar: lamparas para techo, 
piso, jardin, reflectores de 
potencia y tiras LED 
 Publica 
 LEDs de potencia 
 Especiales: Acuarios, Deportiva 
y granjas 
 
Sabemos que nuestros clientes nos 
compran mas que productos, nos 
compran momentos de vida. Contamos 
con presencia en México y el extranjero, 
para darte un servicio profesional y eficaz 
donde quiera que estes. 
Lámparas y focos LED para el hogar, 
jardín, comercial, industrial y oficina, con 
productos empotrados, ajustables, con 
estaca, control de pared, sobrepuesta y 
suspendida. 
 
 
[1]https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/184064/07-
0175_Incremento_de_factibilidad_comercial_mediante_el_mejoramiento_de_nuestros_productos_a_trav_s_de_capacitaci_
n_t_cn_1.pdf, 2017 
https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/184064/07-0175_Incremento_de_factibilidad_comercial_mediante_el_mejoramiento_de_nuestros_productos_a_trav_s_de_capacitaci_n_t_cn_1.pdf
https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/184064/07-0175_Incremento_de_factibilidad_comercial_mediante_el_mejoramiento_de_nuestros_productos_a_trav_s_de_capacitaci_n_t_cn_1.pdf
https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/184064/07-0175_Incremento_de_factibilidad_comercial_mediante_el_mejoramiento_de_nuestros_productos_a_trav_s_de_capacitaci_n_t_cn_1.pdf
5 
 
Dentro de esta competencia, podemos encontrar empresas de alto renombre como lo 
son Phillips y Samsung, quienes son los que mayor peso representan ya que tienen no 
se dedican únicamente a la construcción delámparasLEDs. 
Las empresas mexicanas han encontrado en el eslogan de “HECHO EN MEXICO” una 
forma de colocarse puntualmente en el mercado, ya que si bien las marcas no son las 
más reconocidas lo que provoca que el usuario no se identifique plenamente con ellos, 
esto promueve a que se busquen alternativas que ayuden a difundir el producto en 
varios mercados. 
Dentro de las innovaciones a futuro, la tecnología LED es muy prometedora ya que se 
encuentran desarrollando diferentes aplicaciones tales como son: 
-En Bélgica, LumiLed desarrolla LEDs de ultra alto brillo. 
-En Japon, Nichiacontinúan incitando el LED de alto brillo a menor costo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 
1.2 Marco teórico 
 
LED. Los LED son componentes semiconductores se tratan de diodos emisores de luz, 
al inicio de su historia, estos emitían luz roja a baja intensidad, pero con el avance del 
tiempo y la tecnología se han logrado crear LEDs infrarrojos, ultravioletas, espectros y 
ultra brillantes, los cuales logran emitir una luz de alta potencia los cuales a su vez y 
para mejorar su rendimiento se han agrupado en módulos de acuerdo al resultado que 
se quiera obtener. 
Su construcción interna se basa en un sólido de alta duración el cual está compuesto 
por un material conductor pobre (Silicio) al que se le agregaron impurezas (a este 
proceso se le conoce como dopaje),las cuales no son más que átomos de otro 
elemento que modifican las propiedades de conducción del elemento, generalmente 
este material viene siendo Arseniuro de Galio-Aluminio, en este caso todos los átomos 
se entrelazan perfectamente entre si lo que no deja electrones libres para generar una 
corriente eléctrica. Cuando este se llega a dopar, se modifica el balance agregando 
electrones libres (cargas negativas) o “agujeros” (cargas positivas). De acuerdo al 
material que se agregue este definirá que tipo de conductor será (Fig. 1.2). 
 
Fig. 1.2 Partes de un LED 
 
 
 
 
7 
 
Módulos LED. Los módulos se componen de uno o más LEDs instalados en una placa 
de circuitos impresos rígida o flexible, colocados en diversas formas geométricas de 
acuerdo al uso que se le requiera dar. Los módulos de alta potencia son los utilizados 
en las luminarias caseras, estas se componen de varios LEDs alimentados 
directamente por un rectificador de CA (corriente alterna) a CD (corriente directa), por 
medio de un puente de diodos y capacitores (Fig. 1.3) 
 
Fig. 1.3 Rectificador de CA-CD 
Capacitor. Un capacitor o condensador tiene una función parecida a la de una batería 
ya que este acumula energía, pero de una forma distinta, se trata de un componente 
pasivo que a diferencia de la batería se carga de manera casi instantánea cuando es 
conectado en un circuito eléctrico o electrónico y se energiza con corriente. Una vez 
que este cargado si no es utilizado, no retendrá la carga mucho tiempo (el tiempo varía 
dependiendo del capacitor). 
 
Fig. 1.4 Tipos de capacitores 
Dentro de la familia de los capacitores, se encuentra variantes para su uso de acuerdo 
a la demanda (Fig. 1.4). 
Capacitor de Poliéster. El dieléctrico es de poliéster, tiene como fin reducir dimensiones 
físicas, tiene muy pocas perdidas y un gran factor de potencia. 
Capacitor Cerámico. Son capacitores en donde las inductancias parasitas y las 
pérdidas son casi nulas 
8 
 
Capacitor electrolítico. Estos pueden tener capacitancias muy altas a precio bajo. Tiene 
el inconveniente de que tienen alta corriente de fuga y un voltaje de ruptura bajo. Son 
polarizados y se debe tener especial cuidado al colocarlo, ya que una colocación con la 
polaridad inversa puede llegar a explotarlos, se usan principalmente en fuentes de 
alimentación. 
Resistor. Es un elemento que causa oposición al paso de la corriente causando que en 
sus terminales se produzca una diferencial de tensión. Para sus diversos se dividen 
principalmente en 3 secciones, cada una con sus variantes. La unidad para representar 
su valor es el Ohm (Ω), el cual es la representación de cuando entre 2 puntos se 
presenta un diferencial de potencia de 1 volt y una corriente eléctrica de 1 ampere sin 
que haya una acción mecánica. 
Fijas. Generalmente son fabricados de carbón y se presentan en una gran variedad de 
valores, y presentaciones de potencia (Fig. 1.5). Estas tienen un valor fijo y son las que 
están más presentes en los circuitos. 
 
Fig. 1.5. Resistores de diferentes potencias 
Para saber su valor hay una tabla con códigos de colores, con los cuales se indica su 
valor y tolerancia (Tabla 1.2). 
Tabla 1.2. Tabla de colores para el valor de un resistor 
 
9 
 
A pesar de que las combinaciones de las franjas de colores de los resistores pueden 
abarcar cualquier combinación, existen valores comerciales establecidos (Tabla 1.3). 
Tabla 1.3. Tabla de los valores comerciales de los resistores. 
 
 
Variables o potenciómetros. Son resistores que pueden variar su valor de acuerdo al 
ajuste que se le haga. El valor de estos resistores viene en representado en omhs (Ω) y 
viene representado el valor máximo, siendo el mínimo de 0. 
El potenciómetro de funcionamiento más sencillo es el que funciona de manera 
mecánica. Este cuenta con 3 terminales A, B y C (Fig. 1.6), siendo B una terminal que 
variara su posición física de acuerdo al ajuste manual que nosotros le demos. Si se 
mide la resistencia de la terminal A a la C tendremos un valor fijo (el valor máximo del 
potenciómetro), siendo de la termina A a la B y de la B a la C las resistencias variables. 
 
Fig. 1.6. Potenciómetro mecánico 
Especiales. Estos resistores no varían su valor de acuerdo a un ajuste que realicemos, 
sino de acuerdo a variables de acuerdo a su tecnología (Fig. 1.7). 
10 
 
-LDR (light-dependent resistor). Son resistores que varían su valor de acuerdo a la luz 
que incida sobre ellos. Es una resistencia variable con la luz. 
-NTC (NegativeTemperatureCoefficient) y PTC (Positive TemperatureCoefficient). Son 
resistores variables con la temperatura. El NTC aumenta su resistencia al disminuir la 
temperatura y el PTC aumenta su resistencia al aumentar la temperatura. 
 
Fig. 1.7. Resistores LDR (izquierda), PTC (azul), NTC (negro) 
Ley de OHM. El ohmio (también ohm), es la unidad de medida de resistencia que 
oponen los materiales al paso de la corriente eléctrica y se representa por la letra griega 
omega (Ω). 
El ohm se define como la resistencia que se opone al paso de la corriente eléctrica una 
columna de mercurio de 106,3 cm de alto con una sección transversal de 1 mm2. 
Esta ley relaciona los 3 factores que intervienen en una corriente eléctrica, los cuales 
son la intensidad (i), el diferencial de potencia o tensión y la resistencia que ofrecen los 
materiales o conductores (r). 
 
La ley de ohm establece que la intensidad de la corriente eléctrica que circula por un 
conductor eléctrico es directamente proporcional a la diferencia de potencial aplicada e 
inversamente proporcional a la resistencia del mismo, se puede expresar 
matemáticamente con esta ecuación. 
 
Donde: 
I= corriente eléctrica 
V= voltaje 
R= resistencia 
𝐼 =
𝑉
𝑅
……………………… ec.1.1 
 
 
 
11 
 
Circuito integrado (CI) NE555. Es un circuito que se utiliza regularmente como 
generador de una señal cuadrada, con lo cual se le puede denominar como un circuito 
temporizador, en el cual para determinar su ciclo se utilizan diferentes componentes 
(Fig. 1.8). 
 
Fig. 1.8. Circuito integrado NE555 
El circuito es fabricado por diversas compañias, pero mantienen un mismo formato en la 
distribucion de sus terminales (Fig. 1.9.), los cuales son: 
 
GND: tierra de CI. 
Trigger (disparo): es la terminal que determina si se activara la terminal 3 o no. 
Output (salida): es la salida de la señal del circuito temporizador del 555.Un dato a 
tomar en cuenta al utilizar el CI 555 es que su salida tendrá un valor de VCC -1.7 v. 
Reset: es utilizada para reiniciar el temporizados. Si esta terminal no es utilizada se 
debera conectar a VCC para evitar que se retee. 
Control Voltage (control de voltaje): cuando el CI se utliza en modo control de voltaje, 
esta terminal puede variar desde VCC a 0 v. Asi es posible variar sus tiempos. 
Threshold (umbral): es un comparador interno que se utiliza para poner la salida 
(terminal 3) a nivel bajo. 
Dischargue (descarga): utilizado para descargar el condesador que se utliza de modo 
externo en el temporizador. 
VCC (voltaje de alimentacion): es donde se conecta el voltaje de alimentacion del 
circuito, el cual puede variar desde 4.5 hasta 16V. El CI maneja una corriente maxima 
de 200 mA. 
 
Fig. 1.9. Terminales de un CI 555. 
12 
 
El CI 555 tiene 2 modos de funcionamiento, los cuales son el modo monoestable y el 
modo astable (Fig. 1.10.). 
 
Fig. 1.10. Grafica de los modos astable y monoestable 
 
Monoestable. En este modo el temporizador se utiliza para genera un solo pulso de un 
ancho establecido por el usuario de acuerdo a su diseño. En este caso se requiere que 
la señal de disparo sea de nivel bajo, es decir menor a 0.7 v y de corta duración (Fig. 
1.11). 
 
Fig. 1.11. Circuito del temporizador en modo monoestable 
13 
 
Para calcular el tiempo de duración del pulso (en que la salida tiene un nivel alto) se 
utiliza la siguiente ecuación. 
Donde: 
T = periodo del pulso (s) 
R = resistordel circuito (Ω) 
C = capacitor del circuito (F) 
𝑇 = (𝑙𝑛 3 ) (𝑅)(𝐶)…………ec. 1.2 
 
Astable. En este modo se genera una señal periódica de forma cuadrática o rectangular 
con una frecuencia especifica de acuerdo a su diseño (Fig. 1.12). 
 
Fig. 1.12. Circuito del temporizador en modo astable 
Como se observa en la Fig. 1.12, en el modo de multivibrador astable, el CI cuenta con 
2 periodos (T) los cuales son TA y TB, siendo TA el periodo para cuando la salida tiene 
un nivel alto y TB para cuando la salida tiene un nivel bajo. Para el cálculo de estos 
periodos se usa las siguientes ecuaciones. 
𝑇𝐴 = (𝑙𝑛 2)(𝑅1 + 𝑅2)𝐶………..ec. 1.3 
𝑇𝐵 = (𝑙𝑛 2) (𝑅2)(𝐶)…………ec. 1.4 
Donde: 
TA = periodo en nivel alto (s). R1 = resistor 1 del circuito (Ω) 
TB = periodo en nivel bajo (s). R2 = resistor 2 del circuito (Ω) 
C = capacitor del circuito (F) 
 
La frecuencia de la señal está dada por la el inverso de la suma de estos periodos, 
siendo su ecuación la siguiente. 
14 
 
Donde: 
f = frecuencia de la señal (Hz) 
𝑓 = 
1
𝑇𝐴+𝑇𝐵
………………….ec. 1.5 
𝑓 =
1
(𝑙𝑛 2) (𝐶)(𝑅1+2𝑅2)
…………ec. 1.6 
Siendo el periodo el inverso de f, o la suma de los 2 periodos TA y TB. 
Donde: 
T = periodo de la señal (s) 
T =
1
f
………………..….ec. 1.7 
T = TA + TB……………ec. 1.8 
El ciclo de trabajo se representa de la siguiente forma. 
Donde: 
D = ciclo de trabajo 
𝐷 =
𝑇𝐴
𝑇
……………….……ec. 1.9 
Transistores. Es un dispositivo electrónico el cual basa su funcionamiento en la física 
de los semiconductores. Este dispositivo permite el control y la regulación de una gran 
corriente mediante una señal pequeña. 
El transistor cuenta con 3 terminales (Fig. 1.13), una que emite electrones (emisor), una 
que recibe o recolecta (colector), y otra con la que se modula el paso de los electrones 
(base). Una pequeña señal utilizada entre la base y el emisor modula la corriente que 
circule entre el colector y el receptor. La señal que se genera entre el emisor y el 
receptor viene siendo la señal entre la base y el emisor, pero amplificada, por lo tanto, 
el transistor se utiliza como amplificador. 
 
Fig. 1.13. Transistor con sus terminales 
El transistor por su naturaleza de ser un dispositivo semiconductor tiene 3 modos de 
trabajo, los cuales son corte, saturación y activa. 
15 
 
Corte. En este modo no circula corriente en la base por lo que la intensidad entre el 
colector y el emisor también es nula. La tensión entre el colector y el emisor es el de la 
batería. El transistor entre el colector y el emisor se comporta como un interruptor 
abierto. 
Saturación. Cuando por la base circula una intensidad, se presenta un incremento en la 
corriente del colector. En este modo el transistor entre el colector y el emisor se 
comporta como un interruptor cerrador. 
Activa. En este modo el transistor funciona como amplificador, puede dejar pasar más o 
menos corriente de acuerdo a la ganancia, que viene especificado en sus hojas de 
datos, puede aparecer como hFE (hybrid-forward-emitter) o β. 
Dentro de los transistores de unión bipolar hay 2 tipos de configuración del cual 
depende su uso, los NPN y los PNP, siendo las siglas N referentes a los neutrones y P 
referente a los “huecos”, siendo la combinación de las siglas referentes a los portadores 
de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones del transistor (Fig. 1.14). 
 
Fig. 1.14. Configuración del transistor NPN y PNP 
NPN. Consisten en una capa de material semi-conductor dopado P (base), entre 2 
capas de material dopado N. una pequeña corriente ingresando en la base en 
configuración emisor-común, es amplificada en la salida del colector. 
PNP. Consisten en una capa de material semi-conductor dopado N, entre 2 capas de 
material dopado P. los transistores PNP son comúnmente utilizados con el colector a 
masa y el emisor conectado a una terminal positiva de alimentación. Una pequeña 
corriente circulando desde la base permite que una corriente mayor circule desde el 
emisor hacia el colector. 
Transistor TIP41. Es un transistor de potencia de 65W con polaridad NPN. De acuerdo 
a sus versiones soporta un voltaje desde 40 a 100V, y una corriente de 6A (Fig. 1.15). 
 
Fig. 1.15. Transistor NPN TIP41. 
16 
 
Divisor de voltaje.Es un circuito de resistores en serie simple, su voltaje de salida es 
una fracción fija de su voltaje de entrada. La razón entre la que se divide la determinan 
los resistores (Fig. 1.16). 
 
Fig. 1.16. Divisor de voltaje 
De acuerdo a la Fig. 1.16, la ecuación para el Vout se calcula mediante la siguiente 
ecuación. 
Donde: 
Vout = voltaje de salida entre los resistores (V). 
Vin = voltaje de entrada en el divisor de voltaje (V). 
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑖𝑛(
𝑅2
𝑅1+𝑅2
)………….ec. 1.10 
 
Para calcular la corriente se utiliza la siguiente ecuación. 
Donde: 
i = corriente en el divisor de voltaje (A) 
𝑖 =
𝑉𝑖𝑛
𝑅1+𝑅2
…………………ec. 1.11 
 
Conociendo la corriente que circula en el divisor de voltaje, se puede calcular la 
potencia disipada por el circuito, mediante la ecuación siguiente. Donde v seria Vin. 
Donde: 
p = potencia (W) 
i = corriente (I) 
v = voltaje(V) 
𝑝 = 𝑖𝑣……….. ………….ec. 1.12 
17 
 
Percepción de la frecuencia a través del ojo humano.El ojo humano tiene limitantes 
en cuanto a la percepción de las imágenes, lo que se percibe como una imagen en 
movimiento o video, se trata de fotografías con una transición a una frecuencia mínima 
de 30 Hz (Hertz), siendo esta la frecuencia en la que no se alcanza a percibir la 
transición de las imágenes dando el efecto de movimiento, sin embargo, se alcanza a 
percibir que el video no es tan fluido por ello mismo se han elevado a 60 Hz en algunos 
formatos. 
A diferencia del video, la iluminación requiere una frecuencia más alta, ya que la 
perturbación de la luz se alcanza a percibir debido a que no requiere tanto detalle. 
Algunas personas perciben el parpadeo de los tubos fluorescentes que esta alrededor 
de los 60 Hz. 
De acuerdo a la ley de Bloch sobre la percepción, dice que hay una especie de 
transacción entre la intensidad y la duración de un flash de luz que dure menos de 10 
ms. Se puede tener durante 1 ns una luz increíblemente luminosa y parecerá igual que 
si se tuviese una luz tenue durante 1 fracción de segundo. Siendo la frecuencia de 100 
Hz, el punto donde se tendría problemas para distinguir un pulso de luz brillante, a una 
luz tenue de una duración de 10 ms. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
18 
 
CAPÍTULO 2 
 
 
ESTUDIO 
TÉCNICO 
 
 
 
 
 
 
19 
 
2.1 Localización del proyecto 
El proyecto se llevará a cabo en la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica 
(ESIME), en la unidad Zacatenco (Fig. 2.1). Se realizarán las pruebas en los 
laboratorios ubicados en el edificio Z. 
 
Fig. 2.1. Ubicación de la ESIME Zacatenco. 
 
Fig. 2.2. Laboratorios Z en la Unidad Zacatenco. 
 
2.2 Determinación del tamaño 
El proyecto se lleva a cabo como un prototipo, y abarca los focos encontrados en 
supermercados y tiendas de una potencia de 100W del tipo direccional, con un 
consumo de 12W, una intensidad lumínica de 900lm, y una temperatura de color de 
6500K. 
 
20 
 
2.3 Tecnología básica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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23 
 
Generador de 
pulsos 
rectangulares 
127V 
60Hz 
Convertidor AC-DC 
55V 
RA 
RB 
TIP41 
Modulo LED 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 2.6 Esquema eléctrico del foco LED con su circuito conmutador 
 
Alimentación de corriente alterna 
Convertidor de CA a CD 
Resistor 
 CI generador de pulsos continuos 
Transistor NPN 
24 
 
2.4 Tecnología de detalle 
2.4.1 Análisis de necesidades de: maquinaria, equipo, materiales 
varios 
Cálculos. De acuerdo a las necesidades del circuito se realizan los cálculos para 
determinar el material que se utilizara. 
Utilizando la fuente de fábrica del foco LED, se tiene una fuente de 55V. De acuerdo a 
las características del CI NE555, la salida de la señal cuadrática es igual al voltaje de 
entrada menos 1.7V, como se requiere que la salida sea de un valor de 5V para 
alimentar el transistor TIP41C, se requerirá una alimentación al CI NE555 de 6.7V. 
De acuerdo a la ec. 1.10 del divisor de voltaje, tenemos que: 
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑖𝑛(
𝑅𝐴
𝑅𝐴 + 𝑅𝐵
) 
Donde: 
Vout = 6.7V 
Vin = 55V 
Teniendo los valores de voltaje, se calcula la relación de RB respecto aRA. 
6.7𝑉 = 55𝑉(
𝑅𝐵
𝑅𝐴 + 𝑅𝐵
) 
6.7𝑉
55𝑉
=
𝑅𝐵
𝑅𝐴 + 𝑅𝐵
 
0.121 =
𝑅𝐵
𝑅𝐴 + 𝑅𝐵
 
0.121(𝑅𝐴 + 𝑅𝐵) = 𝑅𝐵 
0.121𝑅1 + 0.121𝑅2 = 𝑅𝐵 
0.121𝑅𝐴 = 𝑅𝐵 − 0.121𝑅𝐵 
0.121𝑅𝐴 = 0.879 𝑅𝐵 
0.121
0.879
𝑅𝐴 = 𝑅𝐵 
0.137𝑅𝐴 = 𝑅𝐵………. ec. 2.1 
25 
 
Se trabaja con una potencia de 0.5W, por lo que, teniendo el voltaje de alimentación, se 
utiliza la ec.1.12 para calcular la corriente que circula a través del circuito. 
𝑝 = 𝑖𝑣 
Donde: 
p = 0.5W 
v = 55V 
0.5𝑊 = 𝑖(55𝑉) 
0.5𝑊
55𝑉
= 𝑖 
𝑖 = 0.009 𝐴 = 9 𝑚𝐴 
Conociendo la corriente que debe circular dentro del circuito y la relación de las 
resistencias se utiliza la ec. 1.11 para calcular el valor de RA. 
𝑖 =
𝑉𝑖𝑛
𝑅𝐴 + 𝑅𝐵
 
Donde: 
i = 0.009A 
Vin = 55V 
De acuerdo a la ec. 2.1 
RB = 0.137 RA 
0.009𝐴 =
55𝑉
𝑅𝐴 + 0.137 𝑅𝐴
 
0.009𝐴 =
55𝑉
1.137 𝑅𝐴
 
(0.009𝐴)(1.137 𝑅𝐴) = 55𝑉 
1.137 𝑅𝐴 =
55𝑉
0.009𝐴
 
1.137 𝑅𝐴 = 6111.11 Ω 
𝑅𝐴 =
6111.11 Ω
1.137
 
𝑅𝐴 = 5374.67 Ω 
 
26 
 
Obteniendo el valor de RA, podemos sustituir en la ec. 2.1. 
0.137𝑅𝐴 = 𝑅𝐵 
0.137(5374.67Ω) = 𝑅𝐵 
𝑅𝐵 = 736.34Ω 
De acuerdo a lo visto en la Tabla 1.3, se utilizarán los valores comerciales más 
cercanos, quedando RAy RB con los siguientes valores. 
𝑅𝐴 = 5.6𝐾Ω 
𝑅𝐵 = 680Ω 
Con los valores reales de RA y RB, se calcula nuevamente Vout de la ec. 1.10 
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑖𝑛(
𝑅𝐵
𝑅𝐴 + 𝑅𝐵
) 
Donde: 
Vin= 55V 
RA= 5600Ω 
RB = 680Ω 
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 55𝑉(
680Ω
5600Ω + 680Ω
) 
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 55𝑉(
680Ω
6280Ω
) 
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 55𝑉(0.108) 
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 5.95𝑉 
Restándole el voltaje que sustrae el CI NE555 tenemos que el voltaje que se le 
administraría como señal al transistor TIP41C caería hasta 4.25V, por lo que se 
procede a aumentar el valor de RB, con esto se busca llegar al voltaje requerido y no 
aumentar la corriente pensada para el circuito. Ahora con un valor de 820Ω en RB, 
sustituimos en la ec. 1.10. 
 
 
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑖𝑛(
𝑅𝐵
𝑅𝐴 + 𝑅𝐵
) 
 
 
27 
 
Donde: 
Vin = 55V 
RA = 5600Ω 
RB = 820 Ω 
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 55𝑉(
820Ω
5600Ω + 820Ω
) 
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 55𝑉(
820Ω
6420Ω
) 
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 55𝑉(0.127) 
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 7.02𝑉 
Ahora la salida del CI NE555 seria de un valor de 5.32V. 
Ya con el valor de RAy RB se calcula la corriente que circulara en el circuito con la 
ec.1.11. 
 
𝑖 =
𝑉𝑖𝑛
𝑅𝐴 + 𝑅𝐵
 
Donde: 
Vin = 55V 
RA = 5600Ω 
RB = 820 Ω 
𝑖 =
55𝑉
5600Ω + 820Ω
 
𝑖 =
55𝑉
6420Ω
 
𝑖 =
55𝑉
6420Ω
 
i = 0.008A = 8mA 
 
 
 
 
28 
 
Conociendo la corriente y el voltaje, se calcula la potencia del circuito con la ec. 1.12 
𝑝 = 𝑖𝑣 
Donde: 
i = 0.008A 
v = 55V 
𝑝 = (0.008𝐴)(55𝑉) 
p = 0.44W 
Con los cálculos realizados, se requerirá utilizar 2 resistores con valores de 5.6KΩ y 
820Ω a ½ W. 
Una vez obtenido el voltaje requerido para alimentar al CI NE555 se calculan sus 
componentes para obtener una salida con un periodo de 10 ms y una frecuencia de 
100Hz. Se pretende utilizar únicamente un 80% del ciclo total por lo que el tiempo en 
alto de la señal es de 8ms y el tiempo en bajo es de 2ms. Utilizando la ec 1.3 y 1.4 se 
calculan los valores de la resistencia, proponiendo un valor del capacitor de 1µF. 
𝑇𝐴 = (𝑙𝑛 2)(𝑅1 + 𝑅2)𝐶…………..ec1.3 
𝑇𝐵 = (𝑙𝑛 2) (𝑅2)(𝐶)………........ec 1.4 
Sustituyendo en ec 1.4, tenemos que: 
TA=8ms 
TB=2ms 
C= 1µF 
2𝑚𝑠 = (𝑙𝑛 2) (𝑅2)(1 ∗ 10−6𝐹) 
𝑅2 =
2 ∗ 10−3𝑠
(𝑙𝑛2)(1 ∗ 10−6𝐹)
= 2,885.39Ω 
𝑅2 = 2,885.39Ω 
Sustituyendo R2 en la ec 1.3, obtenemos que: 
8𝑚𝑠 = (𝑙𝑛 2)(𝑅1 + 2,885.39Ω)(1 ∗ 10−6𝐹) 
𝑅1 + 2,885.39Ω =
8 ∗ 10−3𝑠
(𝑙𝑛2)(1 ∗ 10−6𝐹)
 
𝑅1 =
8 ∗ 10−3𝑠
(𝑙𝑛2)(1 ∗ 10−6𝐹)
− 2,885.39Ω 
𝑅1 = 11,541.56Ω − 2,885.39Ω = 8,656.17 Ω 
29 
 
De acuerdo a la tabla 1.3, los valores reales que más se aproximan a los valores 
calculados son, 8.2 kΩ para R1 y 2.7 kΩ para R2. Ya con los valores reales se vuelve a 
calcular el periodo y la frecuencia. 
𝑇𝐴 = (𝑙𝑛 2)(8200Ω + 2700Ω)(1 ∗ 10−6𝐹) 
𝑇𝐴 = (𝑙 𝑛 2)(10,900Ω)(1 ∗ 10−6𝐹) = 7.55 𝑚𝑠 
𝑇𝐵 = (𝑙𝑛 2) (2700Ω)(1 ∗ 10−6𝐹) = 1.87 𝑚𝑠 
De acuerdo a la ec. 1.8, tenemos que: 
𝑇 = 𝑇𝐴 + 𝑇𝐵 
𝑇 = 7.55 𝑚𝑠 + 1.87 𝑚𝑠 
𝑇 = 9.42 𝑚𝑠 
Y de acuerdo a la ec. 1.7 para la frecuencia y a la ec. 1.9 para el ciclo de 
trabajotenemos que: 
𝐹 =
1
𝑇
= 
1
9.42 ∗ 10−3𝑠
= 106.15 𝐻𝑧 
𝐷 =
𝑇𝐴
𝑇
=
7.55 ∗ 10−3
9.42 ∗ 10−3
= 0.801 
De acuerdo a los resultados, obtenemos que el periodo será en realidad de 9.42ms, la 
frecuencia será de 106 Hz y el porcentaje del ciclo de trabajo en activo será de 80.1%. 
Ya con los cálculos se tienen los valores del material a utilizar, y con ello se realiza el 
diagrama electrónico del circuito añadido, quedando como se ve en la Fig. 2.7. 
 
Fig. 2.7 Diagrama electrónico. 
30 
 
2.4.2 Selección y especificación de maquinaria, equipo, materiales 
varios. 
ID 
MATERIAL-
EQUIPO 
CANT DESCRIPCION 
Proveedor 1 
Great 
ValueWalmart 
$ M.N. 
Proveedor 1 
Aksi 
$ M.N. 
Proveedor 1 
Great 
ValueSuperama 
$ M.N. 
MT1 Foco LED 2pzs 
12W, 900Lm, 
6500K 
78.99 64.90 81.00 
ID 
MATERIAL-
EQUIPO 
CANT DESCRIPCION 
Proveedor 1 
Steren 
$ M.N. 
Proveedor 2 
AG 
Electrónica 
$ M.N. 
Proveedor 3 
Robodacta 
$ M.N. 
MT2 Resistores 
4paq ( 5 
pzs c/u) 
5.6KΩ ½ W 
820 Ω ½ W 
8.2 KΩ ½ W 
2.7KΩ ½ W 
4.00 4.00 4.00 
MT3 
Capacitores 
cerámico 
1 pza 10nF 3.00 2.00 2.00 
MT4 
Capacitor 
electrolítico 
1 pza 1µF 3.00 1.00 3.00 
MT5 NE555 1 CI TIMER 10.00 15.00 7.00 
MT6 
Estaño para 
soldar 
3 m Tubo 17 grs 35.00 ------------ ------------- 
MT7 Alambre 1 m 
Alambre de 
pruebas 
4.00 3.50 ------------- 
EQ1 Protoboard 1 6.4cm x 8.6cm 130.00 73.00 26.00 
EQ2 
Estación de 
cautín 
1 
Cautín de 
estación con 
control de 
temperatura 
1490.00 1554.65 ------------- 
MT8 
Placa 
fenólica 
1 
Placa sin 
perforar 10x10 
cm 
19.00 18.00 -------------- 
MT9 
Transistor 
TIP41 
1 
Transistor de 
potencia NPN 
15.00 11.00 12.00 
EQ3 Luxómetro 1 795.00 277.00 ------------- 
EQ4 
Moto 
tooldremel 
1 
Con accesorios 
para perforar y 
cortar placas 
695.00 -------------- ------------- 
 
2.4.2Selección y especificación de maquinaria, equipo, materiales 
varios. 
Dentro de las opciones se elige al proveedor Sterendebido a la cercanía y cantidad de 
sus tiendas, cuentan con garantía en herramientas y existencia suficiente para cubrir los 
requerimientos. 
31 
 
2.5 Normas, leyes, reglamentos, principios de ingeniera verde. 
NOM-030-ENER-2012. Esta norma regulariza la eficacia luminosa mínima en los focos, 
estableciendo un margen de eficienciamínimo de acuerdo aflujo luminoso y al modelo 
de los bulbos. Establece que se debe mantener un porcentaje mínimo de flujo luminoso 
de acuerdo a su vida útil, y normaliza las pruebas que se deben realizar, así como el 
procedimiento a seguir para asegurar el cumplimiento de la normal. 
Principio 1 de la Ingeniería Verde. Inherente en lugar de circunstancial.Indica que todas 
las entradas y salidas de materiales deben ser tan inherentemente no peligrosas como 
sea posible. 
Principio 4 de la Ingeniería Verde. Maximizar eficiencia. Presenta que el producto debe 
ser diseñado para maximizar su eficiencia en el uso de la materia, energía, espacio y el 
tiempo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
32 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 3 
 
 
ESTUDIO 
ECONÓMICO 
 
 
 
 
 
 
 
 
33 
 
3.1 Objetivo y estructuración del estudio económico. 
El estudio económico se realiza para establecer la viabilidad del proyecto, se 
establecen los costos de materiales, consumibles, herramientas, mano de obra e 
ingeniería. 
3.2 Determinación de los costos. 
De acuerdo al material seleccionado para la elaboración de las placas de los focos se 
utilizaría el material de la Tabla 3.1. Los resistores los venden en paquetes de 5, por lo 
que se establecerá la tabla para la elaboración de 5 circuitos. 
Tabla 3.1 Costo de materiales 
ID 
MATERIAL-
EQUIPO 
CANT DESCRIPCION Steren$ M.N. 
MT2 Resistores 
4 paq ( 5 
pzs c/u) 
5.6 KΩ ½ W 
820 Ω ½ W 
8.2 KΩ ½ W 
2.7KΩ ½ W 
4.00 
MT3 
Capacitores 
cerámico 
5 pzs 10nF 15.00 
MT4 
Capacitor 
electrolítico 
5 pzs 1µF 15.00 
MT5 NE555 5 CI TIMER 50.00 
MT9 Transistor TIP41 5 
Transistor de 
potencia NPN 
75.00 
 
Los valores totales de los materiales para la elaboración de 5 circuitos alcanzan los 
$159.00 MN, lo que indica que, para cada foco el costo sería de $31.80 M.N. 
Para la fabricación de circuitos se utiliza el material de la Tabla 3.2, esta herramienta 
requiere una inversión inicialde $2980.00 M.N. y con ello se pueden elaborar y 
examinar los circuitos que se requieran. 
Tabla 3.2 Costo deherramientas 
ID MATERIAL-EQUIPO CANT DESCRIPCION Steren $ M.N. 
EQ2 Estación de cautín 1 
Cautín de estación 
con control de 
temperatura 
1490.00 
EQ3 Luxómetro 1 Luxómetro 795.00 
EQ4 Moto tooldremel 1 
Con accesorios 
para perforar y 
cortar placas 
695.00 
34 
 
En la fabricación de las placas se requiere utilizar los consumibles de la Tabla 3.3, el 
MT6 es suficiente para ser utilizado en aproximadamente 250 circuitos, mientras que el 
MT8 es suficiente para 16 circuitos. El costo por circuito seria alrededor de $1.32 M.N. 
Tabla 3.3 Costo de consumibles 
ID MATERIAL-EQUIPO CANT DESCRIPCION Steren $ M.N. 
MT6 Estaño para soldar 3 m Tubo 17 grs 35.00 
MT8 Placa fenólica 1 
Placa sin 
perforar 10x10 
cm 
19.00 
 
De acuerdo al costo que se especifica en las anteriores tablas, tenemos que el costo 
por unidad tomando en cuenta los consumibles y los materiales sería de $33.12 M.N., 
mientras que el costo de inversión en herramientas alcanza los $2980.00 M.N. 
Tabla 3.4 Costo de mano de obra 
TRABAJO-SERVICIO CANT DESCRIPCION $ M.N. 
Impresión de circuitos y 
soldado 
32 Impresión de circuitos y soldado 300 
 
Tabla 3.5 Costo de ingeniería 
TRABAJO-SERVICIO CANT DESCRIPCION $ M.N. 
Ingeniería --- 
Investigación y desarrollo del 
circuito conmutador 
3000 
 
En la Tabla 3.4 se observan los costos de la mano de obra, lo cual abarca la impresión 
y el soldado de los circuitos, mientras que en la Tabla 3.5 se establece el costo de 
investigación y el desarrollo del circuito para su posterior implementación. 
 
 
 
 
 
 
35 
 
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3.3 Cronograma de inversiones. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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36 
 
Conclusiones y recomendaciones 
Si bien la tecnología LED nos permite innovar en el campo de la iluminación este 
requiere tiempo de estudio sobre las consecuencias que tienen a largo plazo. Este 
proyecto abarcó una implementación en el cual se busca aprovechar una de sus 
cualidades más características, su velocidad de respuesta, sin embargo, para su 
comercialización se requiere realizar más pruebas en las cuales se registre si la 
innovación no afecta el tiempo de vida del foco LED, realizar muestreos en los cuales 
se asegure no tiene ningún efecto adverso en el usuario, y realizar un nuevo diseño de 
la placa de alimentación del módulo LED para que sea parte del circuito y el costo no se 
incremente demasiado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
37 
 
 
Bibliografía 
https://historiaybiografias.com/fuego/ 
https://prehistorialdia.blogspot.mx/2013/01/los-sistemas-de-iluminacion-en-el.html 
https://books.google.com.mx/books?id=YmbEneoFEI0C&pg=PA113&lpg=PA113&dq=la
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&sig=7mn7RGZT7I3yRN_s0pon3lRZewY&hl=es-
419&sa=X&ved=0ahUKEwiRhKmTwt3WAhVCJiYKHQguBB0Q6AEIQjAI#v=onepage&q
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https://mariajosehernandis.wordpress.com/bombilla/ 
http://tiendaoceanis.com/blog/2011/12/las-lamparas-led-su-historia-y-evolucion/ 
http://www.monografias.com/trabajos82/ensayo-tecnologia-led/ensayo-tecnologia-
led.shtml 
http://www.simbologia-electronica.com/simbolos-electricos-electronicos/simbolos-
electricos.htm 
http://www.llumor.es/info-led/equivalencia-de-lumen-a-lux 
Electrónica: teoría de circuitos y dispositivos electrónicos, Robert L. Boylestad 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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http://www.simbologia-electronica.com/simbolos-electricos-electronicos/simbolos-electricos.htm
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http://www.llumor.es/info-led/equivalencia-de-lumen-a-lux
38 
 
 
Glosario 
Lámpara. Dispositivos que transforman energía eléctrica o química en lumínica. 
Luminaria. Aparato que sirve de soporte para una lámpara. 
Componentes. Es aquello que forma parte de la composición de un conjunto. 
Módulos. Estructura o bloque de piezas que tiene como finalidad hacer más sencillo, 
económico y regular, que forma parte de un sistema y suele estar conectado al resto de 
componentes. 
Esquema. Representación gráfica o simbólica de cosas materiales o inmateriales. 
Diagrama. Grafico que puede ser simple o compleja, con pocos o muchos componentes 
que simplifica la comunicación y la información sobre un proceso o un sistema 
determinado.