DOI: 10.26820/recimundo/9.(esp).mayo.2025.90-99
URL: https://recimundo.com/index.php/es/article/view/2603
EDITORIAL: Saberes del Conocimiento
REVISTA: RECIMUNDO
ISSN: 2588-073X
TIPO DE INVESTIGACIÓN: Artículo de revisión
CÓDIGO UNESCO: 3306 Ingeniería y Tecnología Eléctricas
PAGINAS: 90-99
Caracterización y análisis de la calidad de energía en los sistemas
de iluminación incandescentes, uorescentes y leds
Characterization and analysis of energy quality in incandescent, fluorescent
and LED lighting systems
Caracterização e análise da qualidade energética em sistemas de iluminação
incandescente, fluorescente e LED
Marco Aníbal León Segovia
1
RECIBIDO: 10/01/2025 ACEPTADO: 19/03/2025 PUBLICADO: 05/05/2025
1. Universidad Técnica de Cotopaxi; Latacunga, Ecuador; marco.leon@utc.edu.ec; https://orcid.org/0000-
0002-2057-1471
CORRESPONDENCIA
Marco Aníbal León Segovia
marco.leon@utc.edu.ec
Latacunga, Ecuador
© RECIMUNDO; Editorial Saberes del Conocimiento, 2025
RESUMEN
En los últimos años el estudio de la calidad de energía relacionado principalmente con la presencia de armónicos en la red
de suministro eléctrico ha derivado en monitoreos constantes con el fin de identificar eventos que resulten perjudiciales a
sus diferentes componentes por lo que este artículo presenta los resultados obtenidos de la evaluación de un sistema eléc-
trico con presencia de armónicos compuesto por cargas lineales y no lineales como las lámparas incandescentes, leds y
fluorescentes. Se establecieron diferentes configuraciones que permitió determinar los niveles de distorsión armónica tanto
de voltaje como corriente para analizar su influencia en el sistema eléctrico ante las diferentes combinaciones de carga.
Palabras clave: Calidad de energía, Armónicos, Suministro eléctrico.
ABSTRACT
In recent years, the study of power quality related mainly to the presence of harmonics in the electrical supply network has
led to constant monitoring in order to identify events that are harmful to its different components, so this article presents
the results. obtained from the evaluation of an electrical system with the presence of harmonics composed of linear and
non-linear loads such as incandescent, LED and fluorescent lamps. Different configurations were established that allowed
determining the harmonic distortion levels of both voltage and current to analyze their influence on the electrical system
under different load combinations.
Keywords: Power quality, Harmonics, Power supply.
RESUMO
Nos últimos anos, o estudo da qualidade de energia relacionada principalmente com a presença de harmónicas na
rede elétrica de alimentação tem levado a uma monitorização constante com o objetivo de identificar eventos preju-
diciais aos seus diferentes componentes, pelo que este artigo apresenta os resultados. obtido a partir da avaliação
de um sistema elétrico com presença de harmónicas compostas por cargas lineares e não lineares como lâmpadas
incandescentes, LED e fluorescentes. Foram estabelecidas diferentes configurações que permitiram determinar os
níveis de distorção harmónica tanto da tensão como da corrente para analisar a sua influência no sistema elétrico sob
diferentes combinações de cargas.
Palavras-chave: Qualidade de energia, Harmónicos, Fonte de alimentação.
92
RECIMUNDO VOL. 9 N° ESPECIAL (2025)
Introducción
Los diferentes sistemas de iluminación utili-
zados en las industrias provocan un eleva-
do índice de armónicos en los alimentado-
res de distribución de medio y bajo voltaje,
afectando la calidad de energía y la eficien-
cia energética de los sistemas eléctricos
convirtiéndose en una preocupación per-
manente por parte de los gobiernos a nivel
mundial, estos han logrado introducir en sus
políticas de estado normativas que garanti-
cen el uso eficiente de la energía eléctrica,
basados principalmente en los desafíos de
un crecimiento notable del sector comercial
y particularmente en el industrial.
La calidad de energía y la eficiencia ener-
gética son temas que deben ser tratados
principalmente en los sectores industriales
procurando disponer de sistemas energé-
ticos eficientes internos y externos garanti-
zando la conservación y protección de los
recursos naturales tanto locales como mun-
diales basado en la sostenibilidad a través
de compromisos a nivel ambiental, social
y particularmente de las políticas desarro-
llas por los gobiernos de turno y las políti-
cas propias de las empresas un desarrollo
de una industria eficientes y productivas.
En Ecuador, “la Eficiencia Energética se ha
venido desarrollando a través de diferentes
programas y proyectos promovidos por los
Gobiernos de turno a nivel de sustitución
tecnológica de gestión y con la trasforma-
ción de los hábitos culturales de la pobla-
ción” (Reyes Calderón, Gilberto, 1996).
En la industria ecuatoriana existe el uso de
muchas tecnologías principalmente a nivel
de los sistemas de iluminación donde se en-
cuentran luminarias de vapor de mercurio,
incandescentes, fluorescentes y led (Mora
Sánchez, Johnny Duvan; Cevallos Chávez,
Yandri Javier, 2014) debido a muchos fac-
tores basadas en políticas internas que en
algunos casos priorizan el nuevo desarrollo
tecnológico y realizan las inversiones corres-
pondientes y otras que se han quedado en
el tiempo basan sus recursos en cambios
LEÓN SEGOVIA, M. A.
pequeños y mantenimiento de las instala-
ciones existentes, esta situación incide en
los sistemas eléctricos como alimentadores,
TDP, protecciones, etc., debido a que se ven
afectados por algunos aspectos significati-
vos como cortes de energía, variaciones de
voltaje, bajo factor de potencia y principal-
mente la presencia de armónicos, factores
que afectan a un bajo nivel de iluminación,
paradas no planificadas que afectan la pro-
ducción, altos costos de producción y con-
sumos de electricidad elevados.
La calidad de energía dentro de una empre-
sa debe cumplir con el estándar tanto para
armónicos de voltaje como de corriente lo
que considera el estándar IEC 61000-3-6
como porcentaje de voltaje nominal para
el 3er armónico es del 5% principalmente y
los límites de corriente para el 3er armónico
según la norma IEC 61000-3-2 (Hiler Ger-
man, Kevin Luis; Lozada Ortiz, Douglas Bla-
dimir, 2018) para equipos de clase C donde
se considera iluminación es del 2%, estos
y otros parámetros establecidos por regla-
mento como los flicker, niveles de tensión,
variaciones y otros, permiten evaluar los ín-
dices de índices de calidad de la energía
eléctrica dentro un comercio o una industria
(Barrantes Zapana, Godofredo, 2021).
El análisis de los resultados disponible so-
bre la calidad de energía y la eficiencia
energética, la aplicación correcta de la nor-
mativa y la política interna evitan la utiliza-
ción de tecnologías antiguas o inadecuada
en los sistemas eléctricos, así como el uso
innecesario de los sistemas de iluminación
en áreas poco concurridas o en horarios no
laborales a través de un control óptimo, re-
duciendo el consumo de energía y mejoran-
do la productividad de la empresa que es la
relación existente entre el volumen total de
producción y los recursos utilizados para al-
canzar dicho nivel de producción.
A pesar de que tanto la calidad de energía
como la eficiencia energética son de análisis
indispensable dentro de una industria están
han sido relegadas por las mismas debido
93
RECIMUNDO VOL. 9 N° ESPECIAL (2025)
CARACTERIZACIÓN Y ANÁLISIS DE LA CALIDAD DE ENERGÍA EN LOS SISTEMAS DE ILUMINACIÓN
INCANDESCENTES, FLUORESCENTES Y LEDS
a diferentes factores de índole político como
financiero, es decir muchas de las ocasiones
tanto los departamentos técnicos como las
gerencias no ven la necesidad de un cambio
y en muchos casos solo aplican soluciones
parciales, por otro lado está la parte econó-
mica debido a que muchas veces son inver-
siones importantes y las empresas no cuen-
tan con los recursos necesarios por lo que se
recurre a políticas que relacionan principal-
mente al personal y la aplicación de normas
que eviten el desperdicio de energía como
mantener encendidas la luminarias en zonas
poco transitadas o utilizadas, implementan-
do controles automatizados y más formas
que en mucho de los casos no solucionan el
problema de fondo.
En Ecuador la aplicación del Plan Nacional
de Eficiencia Energética 2016 - 2035 auspi-
ciada por el Ministerio de Electricidad, el BID
y el PLANEE permite analizar los principales
aspectos relacionados con el eje industrial
considerando los objetivos sectoriales que
permiten el reemplazo de los equipos inefi-
cientes a través de la aplicación de la nor-
ma 50001 y la introducción de sistemas de
cogeneración. Esta aplicación ha permitido
que a partir del 2012 se ejecute el programa
de renovación de equipos de consumo de
energía ineficiente a través de la ejecución
del proyecto Eficiencia Energética para la
Industria con lo que se logra implementar el
Sistema de Gestión de Energía (SGEn) en
39 empresas y la capacitación de 2000 téc-
nicos a nivel nacional para identificar y de-
sarrollar mejoras energéticas, dando como
resultado la reducción en el consumo de
energía de 13400MWh/año y de 57272 bep/
año en combustibles.
Es primordial considerar que el sector indus-
trial se encuentra enfocado en el uso eficien-
te de los recursos naturales en proyectos de
cogeneración, así como el uso de nuevos
sistemas de iluminación lo que motiva el pre-
sente estudio sobre la evaluación de la ca-
lidad de energía y su eficiencia al disponer
de sistemas incandescentes, fluorescentes
y led en un sistema industrial y como el uso
de los mismos incide en los alimentadores,
protecciones y operación a través de la pre-
sencia principalmente de armónicos y que a
través del presente estudio se pueda evaluar
el comportamiento de cada sistema de ilumi-
nación y su afectación al sistema eléctrico.
Metodología
Se tomaron los datos correspondientes
desde el módulo de pruebas de calidad
de energía con el analizador de redes Mo-
nofásico-Trifásico Mecatronik con un rango
de voltaje 300 VRMS y una corriente de 10
ARMS (figura 1), de voltaje, corriente, armó-
nicos, energía consumida correspondientes
a cada lámpara considerando primero una
conexión individual del sistema incandes-
cente, fluorescente y led y en segundo lugar
la conexión de grupo de lámparas incan-
descente-fluorescente, incandescente-led,
fluorescente-led e incandescente-fluores-
cente-led, estos datos son registrados en
Excel con el fin de extrapolar sus valores y
determinar las curvas correspondientes.
Figura 1. Imagen datos obtenidos a través analizador de redes Monofásico-Trifásico
Mecatronik
94
RECIMUNDO VOL. 9 N° ESPECIAL (2025)
De las pruebas realzadas con cada cone-
xión y grupo de luminarias se consideró los
resultados obtenidos tanto de forma indivi-
dual como las posibles combinaciones ob-
teniendo de cada una de ellas valores de
voltaje, corriente y armónicos.
Los valores obtenidos de cada parámetro
tanto de voltaje, corriente a las conexiones
tanto individual como combinado de los tres
sistemas incandescentes, fluorescentes y
led nos permite utilizarlos para el análisis
del comportamiento del sistema eléctrico.
Métodos analíticos empleados:
• Voltaje: medición de los valores mínimos
y máximos del voltaje en la red en un
tiempo de 5 minutos utilizando el voltí-
metro del analizador de redes.
• Corriente: medición de los valores del
corriente en cada circuito evaluado en
un tiempo de 5 minutos utilizando el am-
perímetro del analizador de redes.
• Frecuencia: medición de frecuencia en
la red en un tiempo de 5 minutos utilizan-
do del analizador de redes.
• Potencias: obtención de los valores de
potencia activa, aparente, reactiva y de
distorsión en el sistema eléctrico en un
tiempo de 5 minutos utilizando el anali-
zador de redes.
• Armónicos: obtención de los valores
armónicos tanto de voltaje como de
corriente cada sistema de iluminación
analizado en un tiempo de 5 minutos uti-
lizando el analizador de redes.
• Determinación de las ondas característi-
cas totales de voltaje y corriente en fun-
ción de la fundamental y armónicos.
• Comparación de los resultados obteni-
dos con lo que establece la norma en
función de los límites para cargas no li-
neales conectadas a la red pública en
el punto de conexión establecidas en
el estándar IEEE 519-1992 (Norma IEC
61000, 2021)
Los resultados obtenidos tanto de los armó-
nicos de voltaje como de corrientes se ex-
presaron en unidades de voltios (V) como en
amperios (A) respectivamente. Obteniendo
valores correspondientes a la fundamental y
armónicos para los dos casos THDv y THDi
los cuales nos permiten analizar el comporta-
miento de las ondas y su grado de afectación
tanto a los sistemas internos como a red.
Los parámetros eléctricos obtenidos de
cada sistema de iluminación analizado per-
miten establecer su contenido armónico y
que a través de los cuales considera posi-
bles soluciones.
Metodología del Índice de armónicos de
un sistema de iluminación
En esta metodología el grado de conta-
minación armónica a la red generada por
los sistemas de iluminación es expresada
como un porcentaje del valor VRMs tanto
del voltaje como de la corriente compuesta
por la fundamental y los armónicos corres-
pondientes. Así el voltaje podrá tener límites
de THD para voltajes no superiores a 6,9 kV
de un 5% y para corrientes menores de 20
A de un 5% tener según se establece en
el IEEE 519-1992 (González, Luna, y Rivas,
2015). Por lo tanto, el índice es un porcenta-
je que debe ser considerado en cada, con-
siderándose que 3er y 5to armónico afec-
ta principalmente a la calidad de energía.
Este índice de armónicos establecido por
la normativa antes mencionada y cada uno
de ellos responde a una afectación directa
dentro del sistema eléctrico usado en la ali-
mentación de los sistemas de iluminación:
Corrientes del tercer y quinto armónico:
las corrientes del tercer y quinto armónico no
se anulan, por lo contrario, se acumulan en
el neutro, llegando en algunos casos a ser
mayor que el de las fases provocando un so-
brecalentamiento o una diferencia de voltaje
excesiva entre el conductor neutro y tierra.
Corrientes del quinto y onceavo armónico:
la presencia de motores de inducción que
pueden ser alimentadas por voltajes distorsio-
LEÓN SEGOVIA, M. A.
95
RECIMUNDO VOL. 9 N° ESPECIAL (2025)
nados se calientan por encima de los límites
de placa provocados por el efecto piel o por
la corrientes de Foucault y si además algún
armónico es de secuencia negativa como el
caso del 5to y 11vo armónico, el campo ro-
tatorio generado se opone al sentido de giro
del motor provocando la reducción del par o
torque y la pérdidas en la eficiencia del motor
así como vibraciones mecánicas.
Corrientes del séptimo armónico: la pre-
sencia de las corrientes armónicas en un
sistema eléctrico provoca un aumento en
las pérdidas debido a un excesivo calenta-
miento de los conductores, generando una
circulación de corriente por su parte supe-
rior, fenómeno que es conocido como efecto
piel y que generalmente se da por encima
de frecuencias de 300Hz y que correspon-
de al 7mo armónico y superiores (Falcón y
Velasco, 2016).
Estándares y recomendaciones: el incre-
mento y el uso de sistemas electrónicos
principalmente de potencia han generado
un efecto negativo en las redes tanto de
alto, medio y bajo voltaje a tal punto que
tanto los entes nacionales como internacio-
nales han establecido a través de sus po-
líticas límites a la presencia de armónicos
en los sistemas eléctricos garantizando una
buena calidad del producto tanto en voltaje
como en corriente.
El instrumento como tal puede utilizar al-
goritmos de la transformada discreta de
Fourier (DFT) que permitan el muestreo y
retención de los datos para su correspon-
diente análisis en base a datos obtenidos
de voltaje, corriente, potencia y las curvas
correspondientes.
Es pertinente considerar que la estabilidad
a largo plazo de la tensión de ensayo debe
mantenerse dentro de un rango de +-2% y
la frecuencia en un +-0,5% y si el sistema
es trifásico la relación entre fases debe ser
de 0°,120° y 240° con un rango de +-1,5%.
Por lo cual la tasa de distorsión armónica
total THD es la relación entre el valor eficaz
de la suma de todas las componentes ar-
mónicas Gn hasta un orden definido H y el
valor eficaz de la componente fundamental
G1. Vea ecuación (1).
Donde:
G: Valor eficaz de la componente armónica
sea corriente (I) o tensión (V)
H: Define los límites a ser analizados por
norma CEI 61000-3)
Medidas de armónicos de corriente y tensión:
Los parámetros de entrada tanto de voltaje
como de corriente deben adaptarse a valo-
res de medida directa en el caso de superar
los rangos especificados por el instrumen-
to de medida con el fin de proporcionar un
valor de medida directa de los armónicos
correspondientes de ser el caso.
Para el caso del instrumento de medida se
dispone rangos de corriente que van desde
0,1 A hasta 10 A y un máximo de 127V mo-
nofásico y 220V trifásico a una frecuencia
de red de 60 Hz con un margen de error de
+-0,1 %, considerando que el instrumento
es de auto rango.
Para efectuar las mediciones se debe con-
siderar que la tensión de ensayo debe man-
tenerse dentro del +-2% del valor seleccio-
nado de entrada o tensión nominal de la red
que para nuestro caso considera 220V tri-
fásico y 127V monofásico, con una relación
de fase a 0°, 120° y 240° +- 1,5°.
La distorsión armónica no debe sobrepasar
los valores establecidos en condiciones es-
pecíficas de ensayo con valores nominales
de la red:
• 0,9% para un armónico de orden 3;
• 0,4% para un armónico de orden 5;
• 0,3% para un armónico de orden 7;
CARACTERIZACIÓN Y ANÁLISIS DE LA CALIDAD DE ENERGÍA EN LOS SISTEMAS DE ILUMINACIÓN
INCANDESCENTES, FLUORESCENTES Y LEDS
96
RECIMUNDO VOL. 9 N° ESPECIAL (2025)
• 0,2% para un armónico de orden 9;
• 0,2% para un armónico par entre 2 y 10;
• 0,1% para un armónico de orden 11 y
40.
El valor de cresta de la tensión debe estar
entre 1,40 a 1,42 veces el valor eficaz con
un ángulo entre 87° y 93° después del paso
por cero y la caída de tensión no debe su-
perar los 0,5 V.
Resultados
Los resultados de la aplicación de la meto-
dología para determinar el grado de conta-
minación armónica en base a las diferentes
luminarias instaladas dentro en una sección
industrial determinan si los parámetros son
aceptables dentro de un sistema eléctrico
de iluminación o no.
Sistema Incandescente (Figura 2).
Figura 2. Resultados de un sistema incandescente
En la figura 2 se exponen los resultados obte-
nidos de los parámetros eléctricos de un siste-
ma incandescente, donde el estudio permite
apreciar que tanto el voltaje como la corriente
se encuentran en fase y no presenta ningún
tipo de distorsión armónica, por ende, sus
condiciones de funcionamiento son las más
óptimas dentro de un sistema de iluminación.
Sistema Led (Figura 3).
Figura 3. Resultados de un sistema led
LEÓN SEGOVIA, M. A.
97
RECIMUNDO VOL. 9 N° ESPECIAL (2025)
En la figura 3 se exponen los resultados
obtenidos de los parámetros eléctricos de
un sistema Led, donde el estudio permi-
te apreciar que la curva característica del
voltaje no presenta distorsión mientras que
la curva de la corriente presenta una dis-
torsión armónica de 3er, 5to, 7mo, 9no or-
den fundamentalmente; lo que a pesar de
que las lámparas generan un nivel óptimo
de iluminación con un bajo consumo de co-
rriente puede afectar a otros sistemas como
alimentadores y protecciones reduciendo
considerablemente su vida útil.
Sistema fluorescente (Figura 4).
Figura 4. Resultados de un sistema fluorescente
En la figura 4 se exponen los resultados ob-
tenidos de los parámetros eléctricos de un
sistema fluorescente, donde el estudio per-
mite apreciar que la curva característica del
voltaje no presenta distorsión mientras que
la curva de la corriente presenta una distor-
sión armónica de 3er, 5to, 7mo, 9no orden
fundamentalmente; lo que a pesar de que
las lámparas generan un nivel aceptable
de iluminación con un consumo medio de
corriente incluido la lámpara como su equi-
po de encendido puede afectar a otros sis-
temas como alimentadores y protecciones
reduciendo considerablemente su vida útil.
Sistema incandescente, led y fluorescente
(Figura 5).
Figura 5. Resultados de un sistema combinado, incandescente, led y fluorescente
CARACTERIZACIÓN Y ANÁLISIS DE LA CALIDAD DE ENERGÍA EN LOS SISTEMAS DE ILUMINACIÓN
INCANDESCENTES, FLUORESCENTES Y LEDS
98
RECIMUNDO VOL. 9 N° ESPECIAL (2025)
En la figura 5 se exponen los resultados
obtenidos de los parámetros eléctricos de
un sistema combinado incandescente, led y
fluorescente, donde el estudio permite apre-
ciar que la curva característica del voltaje
no presenta distorsión mientras que la cur-
va de la corriente presenta una distorsión
armónica de 3er orden fundamentalmente;
en este caso se genera un fenómeno que
permite disponer de una onda con presen-
cia de pocos armónicos, pero con un bajo
factor de potencia.
Tabla 1. Valores de los armónicos de corriente del sistema combinado de iluminación
Arm fundamental
Arm
2
Arm
3
Arm
4
Arm
5
Arm
6
Arm
7
Arm
8
Arm
9
Arm
10
1,188
0,228
0,116
0,084
0,051
Sistema incandescente, led y fluorescente (Figura 6).
Figura 6. Resultados de armónicos del sistema combinado, incandescente, led y fluo-
rescente
En la figura 6 se exponen los resultados obte-
nidos de los parámetros eléctricos de un sis-
tema incandescente, led y fluorescente, don-
de los resultados expresan la presencia de un
tercer armónico de 0,228 A y con un porcen-
taje total de 23,5% mismo que se encuentra
por encima del 5% como valor establecido.
Conclusiones
• De acuerdo con los resultados de la
aplicación de la metodología de índice
de armónicos de un sistema de ilumina-
ción respecto al voltaje este no presenta
valores cercanos o superiores a lo esta-
blecido por la norma donde los sistemas
incandescentes tienen un factor de po-
tencia de 1 y el THD de voltaje se en-
cuentra en un 3,6% mientras que el THD
de corriente en 3,5%.
• Los THD de voltaje en los sistemas
led se encuentran en valores de 3,9%,
mientras que los de corriente están en
el 69,3% con un factor de potencia de
0,752 y una onda de corriente muy dis-
torsionada misma que está por encima
de los valores establecidos para calidad
de energía. Caso similar ocurre en los
ahorradores donde los THD de voltaje
es del 4.0% y los de corriente se en-
cuentran en el 68,5% superando nota-
blemente los expresados en la normati-
va correspondiente.
• En el caso de los sistemas industriales
la utilización de las lámparas incandes-
centes, fluorescentes y led de forma
conjunta son muy frecuentes por lo que
en el análisis se obtuvo valores de THD
de voltaje de 4% y los THD de corriente
es 39,7% siendo esté menor a las dos
LEÓN SEGOVIA, M. A.
99
RECIMUNDO VOL. 9 N° ESPECIAL (2025)
configuraciones anteriores debido a la
presencia de cargas resistivas que res-
tan el efecto inductivo del sistema.
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CITAR ESTE ARTICULO:
León Segovia, M. A. (2025). Caracterización y análisis de la calidad de ener-
gía en los sistemas de iluminación incandescentes, fluorescentes y leds. RE-
CIMUNDO, 9(Especial), 90–99. https://doi.org/10.26820/recimundo/9.(esp).
mayo.2025.90-99
CARACTERIZACIÓN Y ANÁLISIS DE LA CALIDAD DE ENERGÍA EN LOS SISTEMAS DE ILUMINACIÓN
INCANDESCENTES, FLUORESCENTES Y LEDS
