5.1. INTRODUCCION A LA ILUMINACION

La iluminación es la acción o efecto de iluminar. En la técnica se refiere al conjunto de dispositivos que se instalan para producir ciertos efectos luminosos, tanto prácticos como decorativos.   Con   la   iluminación   se   pretende,   en   primer   lugar,   conseguir   un   nivel   de iluminación - interior o exterior - , o iluminancia, adecuado al uso que se quiere dar al espacio iluminado, nivel que dependerá de la tarea que los usuarios hayan de realizar.

Existen tres elementos que condicionan la iluminación fílmica:

1. El movimiento de los actores y objetos delante de la cámara.

2. La sucesión de un plano a otro y la continuidad de luz entre ambos.

3. La rapidez de sucesión de los planos.

Un dato relevante del ojo humano para la iluminación y el trabajo, es la distancia de visión natural, en la que el ojo no necesita deformarse para acomodarse la distancia de visión, es una distancia entre el ojo y el detalle a ver de 250 mm.

ILUMINACION EN CENTROS DE TRABAJO

La fatiga visual se ocasiona si los lugares de trabajo y las vías de circulación no disponen de suficiente iluminación, ya sea natural o artificial, adecuada y suficiente durante la noche y cuando no sea suficiente la luz natural.

Las instalaciones de iluminación de los locales, de los puestos de trabajo y de las vías de circulación deberían estar colocadas de tal manera que el tipo de iluminación previsto no suponga riesgo de accidente para los trabajadores. 

Los locales, los lugares de trabajo y las vías de circulación en los que los trabajadores estén particularmente expuestos a riesgos en caso de avería de la iluminación artificial deben contar con una iluminación de seguridad de intensidad suficiente. 

La iluminación deficiente ocasiona fatiga visual en los ojos, perjudica el sistema nervioso, ayuda   a   la   deficiente   calidad   de   trabajo   y   es   responsable   de   una   buena   parte   de los accidentes   de   trabajo.   Un   sistema   de   iluminación   debe   cumplir   los   siguientes requisitos:

La iluminación tiene que ser suficiente y la necesaria para cada tipo de trabajo. La iluminación   óptima   para   el   ojo   humano,   es   aquella   que   consigue una luminancia (densidad   de   iluminación)   de   100   Cd/m2   (candelas   por   metro cuadrado). Una diferencia de luminancia mayor de 10:1 produce deslumbramiento. 

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La  iluminación tiene que ser  constante y  uniformemente distribuida  para evitar   la fatiga de los ojos, que deben acomodarse a la intensidad variable de la luz. Deben evitarse contrastes violentos de luz y sombra, y las oposiciones de claro y oscuro. El contraste máximo recomendado para la luz es de 3:1, esto es que la iluminación en las zonas "centrales" no supere en más de tres veces a la iluminación de las zonas oscuras (para evitar problemas de adaptación a la luz, que en una sala sería de 5 minutos de tiempo de adaptación a la luz). (Normativa DIN 5035).

Los focos   luminosos tienen  que  estar   colocados  de  manera  que  no  deslumbren  ni produzcan fatiga a la vista debido a las constantes adaptaciones. 

Algunas medidas que se pueden tomar para cumplir estos requisitos son:

Instalar las fuentes de luz fuera de la dirección de visión

Usar difuminadores de la luz, o barreras (por ejemplo cristales mate, chapas de metal perpendiculares en los tubos fluorescentes de oficinas,...)

Colocación de las luces, tubos fluorescentes paralelos a la fuente de visión (vienen hacia nosotros),...

Selección de lámparas y bombillas con una baja densidad de iluminación (luminancia), por ejemplo tubos fluorescentes o ledes (5 vatios pueden dar 400 lumen) en vez de bombillas tradicionales (unos 60 vatios pueden dar 800 lumen).

Usar superficies mate para evitar que se produzcan deslumbramientos por reflexión de la luz.

Para un trabajo de precisión, y de requerimientos de agudeza visual, se requiere que la distancia a la pieza de trabajo sea inferior a 600 mm, que el ángulo de visión sea mayor de 30 grados, y que la iluminación sea superior a los 500 lux.

5.1.1 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS DE UNIDADES DE MEDICIÓN DE LOS PARÁMETROS DE ILUMINACIÓN.

MAGNITUDES Y UNIDADES

Si partimos de la base de que para poder hablar de iluminación es preciso contar con la existencia de una fuente productora de luz y de un objeto a iluminar, las magnitudes que deberán conocerse serán las siguientes:

• El Flujo luminoso.

• La Intensidad luminosa.

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• La Iluminancia o nivel de iluminación.

• La Luminancia.

EL FLUJO LUMINOSO

El flujo luminoso indica la potencia luminosa propia de una fuente.

La mayoría de las fuentes de luz emiten energía electromagnética distribuida en múltiples longitudes de onda. Se suministra energía eléctrica a una lámpara, la cual emite radiación. Esta energía radiante emitida por  la   lámpara por unidad de tiempo se  llama potencia radiante   o   flujo   radiante.   Sólo   una   pequeña   porción   de   esta   potencia   radiante   se encuentra en la región visible: en la región entre 400 y 700 nm. El sentido de la vista depende tan sólo de la energía radiada visible o luminosa por unidad de tiempo.

El flujo luminoso Φ es la parte de la potencia radiante total emitida por una fuente de luz que es capaz de afectar el sentido de la vista.

En una lámpara común de luz incandescente, sólo aproximadamente el l0 por ciento de la energía radiante es flujo luminoso. La mayor parte de la potencia radiante no es luminosa.

La figura muestra una gráfica que indica  la respuesta del  ojo a diversas  longitudes de onda.   Observe   que   la   curva   de   sensibilidad   tiene   forma   de   campana   centrada aproximadamente en la región media del espectro visible. En condiciones normales, el ojo 

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es más sensible a la luz verde-amarilla de longitud de onda de 555 nm. La sensibilidad decae rápidamente para longitudes de onda más largas y más cortas.

Si la unidad elegida para el flujo luminoso debe corresponder a la respuesta sensitiva del ojo humano, es preciso definir una nueva unidad. El watt (W) no es suficiente debido a que las sensaciones visuales no son las mismas para colores diferentes. Lo que se necesita es una unidad que mida la brillantez. Dicha unidad es el lumen (lm), el cual se determina por comparación con una fuente patrón. El lumen (símbolo: lm) es la unidad del Sistema Internacional   de   Medidas para   medir   el flujo   luminoso,   una   medida   de   la   potencia luminosa emitida por la fuente. El flujo luminoso se diferencia del flujo radiante en que el primero contempla la sensibilidad variable del ojo humano a las diferentes longitudes de onda de  la   luz  y  el  último  involucra toda  la  radiación electromagnética emitida por  la fuente según  las  leyes de Wien y de Stefan-Boltzmann sin considerar si   tal  radiación es visible o no.

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LA INTENSIDAD LUMINOSA

La   intensidad   luminosa  que  es   la  segunda   indica   la   forma en  que se  distribuye  en  el espacio la luz emitida por las fuentes,  es el concepto de la concentración de luz en una dirección específica, radiada por segundo. 

La luz viaja radialmente hacia afuera en líneas rectas desde una fuente que es pequeña en comparación con sus alrededores. Para una fuente de luz de ese tipo, el flujo luminoso incluido en un ángulo sólido ω permanece igual a cualquier distancia de la fuente. Por lo tanto, con frecuencia es más útil hablar del flujo por unidad de ángulo sólido que hablar simplemente   del   flujo   total.   La   cantidad   física   que   expresa   esta   relación   se   llama intensidad luminosa.

La intensidad luminosa I de una fuente de luz es el flujo luminoso Φ emitido por unidad de ángulo sólido ω.

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La  unidad  de   intensidad  es   el   lumen  por   estereorradián   (lm/sr),   llamada   candela.   La candela o bujía, como a veces se le llama, se originó cuando el patrón internacional quedó definido en términos de la cantidad de luz emitida por la llama de cierta bujía. Este patrón no resultó adecuado y se reemplazó finalmente por el patrón de platino. Entonces se tiene que la candela se define como una sexagésima parte de la luz emitida por un centímetro cuadrado   de platino   puro en   estado   sólido   a   la   temperatura   de   su   punto   de   fusión (2046 K).

LA ILUMINANCIA

La  iluminancia  también conocida como nivel  de  iluminación,  es   la  cantidad de  luz,  en lúmenes, por el área de la superficie a la que llega dicha luz. 

La cantidad de luz sobre una tarea específica o plano de trabajo, determina la visibilidad de la tarea pues afecta a:

La agudeza visual La sensibilidad de contraste o capacidad de discriminar diferencias de luminancia y 

color La eficiencia de acomodación o eficiencia de enfoque sobre las tareas a diferentes 

distancias

Cuanto mayor sea la cantidad de luz y hasta un cierto valor máximo (límite de deslumbramiento), mejor será el rendimiento visual.

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En principio,   la cantidad de luz en el  sentido de adaptación del  ojo a  la tarea debería especificarse   en   términos   de   luminancia.   La   luminancia   de   una   superficie   mate   es proporcional al producto de la iluminancia o nivel de iluminación sobre dicha superficie.

La iluminancia es una consecuencia directa del alumbrado y la reflectancia constituye una propiedad   intrínseca   de   la   tarea.  El lux (símbolo lx)   es   la unidad   derivada del Sistema Internacional   de   Unidades para   la iluminancia o   nivel   de iluminación.   Equivale   a   un lumen /m². Se usa en la fotometría como medida de la luminancia, tomando en cuenta las diferentes longitudes de onda según la función de luminosidad, un modelo estándar de la sensibilidad a la luz del ojo humano.

1 lx=1lm

m2=1

cd∗srm2

En   una   oficina   determinada,   pueden   estar   presentes  muchas   tareas   diferentes   con diversas   reflectancias,   lo   que   hace   muy   complicado   tanto   su   estudio   previo   a   la instalación, como sus medidas posteriores.

Pero la iluminancia permanece dependiendo sólo del sistema de alumbrado y afecta a la visibilidad. En consecuencia, para el alumbrado de oficinas, la cantidad de luz se especifica en términos de iluminancias y normalmente de la iluminancia media (E med) a la altura del plano de trabajo.

Para medir la iluminancia se utiliza un equipo denominado luxómetro.

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El   luxómetro   moderno   funciona   según   el   principio   de   una   celda (célula) C.C.D. o fotovoltaica;   un circuito   integrado recibe   una   cierta   cantidad   de   luz (fotones que   constituyen   la   "señal",   una   energía   de   brillo)   y   la   transforma   en   una señal eléctrica (analógica).  Esta señal  es visible por el  desplazamiento de una aguja,  el encendido   de   un diodo o   la   fijación   de   una   cifra.   Una  fotorresistencia asociada   a un ohmímetro desempeñaría el mismo papel.

LA LUMINANCIA

Es una característica propia del aspecto luminoso de una fuente de luz o de una superficie iluminada en una dirección dada.

Es lo que produce en el órgano visual la sensación de claridad; la mayor o menor claridad con que vemos los objetos igualmente iluminados depende de su luminancia.

En la figura se observa el libro y la mesa tienen el mismo nivel de iluminación, sin embargo se ve con más claridad el libro porque éste posee mayor luminancia que la mesa. Podemos decir pues, que lo que el ojo percibe son diferencias de luminancia y no de niveles de iluminación.

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GRADO DE REFLEXIÓN

La luminancia de una superficie no sólo depende de la cantidad de lux que incidan sobre ella, sino también del grado de reflexión de esta superficie. Una superficie negro mate absorbe el 100% de la luz incidente, una superficie blanco brillante refleja prácticamente en 100% de la luz. Todos los objetos existentes poseen grados de reflexión que van desde 0% y 100%. El grado de reflexión relaciona iluminancia con luminancia.

Luminancia (Absorbida) = grado de reflexión x iluminancia (lux)

DISTRIBUCIÓN DE LA LUZ, DESLUMBRAMIENTO

Los factores esenciales en las condiciones que afectan a la visión son la distribución de la luz  y  el  contraste  de  luminancias.  Por   lo  que se refiere a   la  distribución de  la   luz,  es preferible tener una buena iluminación general en lugar de una iluminación localizada, con el fin de evitar deslumbramientos.

Reflejos cegadores causados por apliques con un fuerte componente descendente de flujo luminoso.

Luminarias   con   distribución   de   “ala   de  murciélago”   para   eliminar   los   reflejos cegadores sobre una superficie de trabajo horizontal.

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LEYES BÁSICAS DE LA ILUMINACIÓN

LEY DE LA INVERSA DEL CUADRADO DE LA DISTANCIA

La iluminancia que produce una fuente de luz cuando incide perpendicularmente sobre uno o más planos es directamente proporcional a la intensidad luminosa e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre el plano y la fuente.

Cuando la fuente de luz se encuentra sobre una superficie perpendicular a la luz incidente se aplica la fórmula:

Donde:

Ε es el nivel de iluminación en lux [lx]

Ι es la intensidad de la fuente en candelas [cd]

d es la distancia de la fuente de luz al plano receptor perpendicular en metros [m]

LEY DEL COSENO DEL ÁNGULO DE INCIDENCIA

En lo que se ha descrito en el párrafo anterior, se ha supuesto la superficie iluminada, normal a la dirección de los rayos luminosos. Ahora bien, si está inclinada en un ángulo α, tal y como se ve en la Fig. 9, el flujo se conserva en el  interior del cono que limita la superficie iluminada.

En la práctica, a menudo es muy necesario averiguar la iluminancia en diferentes puntos en un plano iluminado desde arriba por una fuente a una altura conocida sobre el plano. 

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Esta altura, h, es la distancia perpendicular desde la fuente L al plano. La siguiente fórmula da la iluminancia del punto P en el plano H:

De la figura se desprende claramente que:

LEY DE LAMBERT

Del mismo modo que se ha establecido la intensidad luminosa de una fuente luminosa con respecto a la dirección de radiación, es también necesario indicar la dirección desde la que se observa la luminancia.La definición más precisa de luminancia se desprende de esta fórmula, pues la luminancia es: "el cociente de la intensidad luminosa dividida por la superficie aparente de la fuente luminosa”.

Cuando la luminancia de una fuente es la misma en todas direcciones, L es independiente de x, el índice se elimina de la fórmula anterior, y se tiene:

“Si la superficie tiene la misma luminancia en todas direcciones, su intensidad luminosa en una   dirección   dada   es   igual   a   la   intensidad   luminosa   perpendicular   al   plano   (Io) multiplicada por el coseno del ángulo formado entre esa dirección y la normal al plano”.

No hay fuentes luminosas que cumplan totalmente la Ley de Lambert, sin embargo, tales fuentes hipotéticas proporcionan bases muy útiles para argumentos teóricos. Las fuentes luminosas   de   este   tipo   se   denominan   fuentes   uniformemente   difusas   o   difusores uniformes.

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5.1.2. FUNDAMENTOS DE LÁMPARAS

Las   radiaciones  electromagnéticas  que constituyen  la   luz  pueden producirse  de  forma práctica de dos formas principalmente:  por termo radiación y por  luminiscencia.  En  la naturaleza tenemos un caso de producción de luz mediante termorradiación que es el que nos proporciona el sol y las demás estrellas.

Artificialmente,   se   obtiene   luz   por   termorradiación   calentando   a   gran   temperatura cualquier materia o cuerpo sólido bien sea por combustión o por incandescencia. En el termo radiación la luz que se obtiene al calentar un cuerpo siempre va acompañada de una cuantiosa radiación térmica.

Se   puede   afirmar   que   las   radiaciones   incandescentes   son   función   exclusiva   de   la temperatura del cuerpo que las emite, en cambio las radiaciones luminiscentes no pueden expresarse en función de la temperatura, sino de los cambios de energía de los átomos de los   cuerpos,   así   pues   las   radiaciones   luminiscentes   no   dependen   en   esencia   de   la temperatura del cuerpo que las emite. 

Cuando   sometemos  a  un  átomo a  una  perturbación  exterior,  decimos  que   se  excita, pudiendo ocurrir varios sucesos:

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1) Que alguno de  los  electrones  más  exteriores  del  átomo superen  la  energía  de atracción que los mantenía ligados al núcleo y se conviertan en electrones libres: entonces decimos que el átomo está ionizado.

2) Que gracias al excedente de energía, debido a la perturbación, algunos electrones abandonen  su  órbita  y  pasen  a  ocupar  órbitas  más  exteriores,   convirtiendo   la energía calorífica en energía potencial.

Posteriormente,   estos   electrones   pasan   a   órbitas  más   interiores,   y   como   la   energía potencial es menor, el excedente de energía lo emiten en forma de radiaciones.Podemos definir la luminiscencia como aquella radiación luminosa emitida por un cuerpo (excluyendo   la  energía  de  agitación   térmica)  debido  a   la  excitación  de   sus  átomos  o moléculas por un agente exterior.

5.1.2.1. INCANDESCENTES

LÁMPARA DE INCANDESCENCIA

Las modernas lámparas de incandescencia son descendientes directas de las primeras que se fabricaron, con muy pocas diferencias hasta la fecha.

Por lámpara incandescente, se llama a un elemento radiador, cuyo cuerpo luminoso está constituido por un hilo conductor a través del que se hace pasar una corriente eléctrica, bajo   la   cual,   dicho  hilo   eleva   su   temperatura  hasta   el   rojo   blanco   emitiendo   a   esta temperatura radiaciones comprendidas dentro del espectro visible.

Por   razones   de   compacidad   y   de   conservación   del   calor,   el   hilo   generalmente   está arrollado en forma helicoidal y ubicado en el interior de una ampolla de vidrio en la cual se ha realizado el vacío o se ha llenado con un gas inerte.

CONSTRUCCIÓN

FILAMENTO.-  En las primeras lámparas se utilizó   un   filamento   de   carbono   el   cual resultaba económico y  relativamente  fácil de fabricar, pero este ofrecía una vida muy baja además de un rendimiento de tan solo 2 lm/W.

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Para   superar   este   problema,   se   dirigieron   los   esfuerzos   en   la   utilización   de   otros materiales para la realización del filamento, entre los cuales podemos destacar:

La utilización de filamentos de Osmio y Wolframio mejoró notablemente la vida de las lámparas y su rendimiento el cual alcanza valores de 10 lm/W.

Hacia 1913 se  introdujeron las  lámparas rellenas de mezcla de gases,   lo cual  permitió elevar la temperatura del filamento hasta valores de 2500ºC, frenando considerablemente la descomposición de este y incrementando la eficacia lumínica hasta los 13/14 lm/W. Hoy en día prácticamente todos los filamentos son de Wolframio en arquitecturas complejas y funcionando con una atmósfera de gas, la cual permite alcanzar temperaturas de trabajo de hasta 2700ºC y una eficacia lumínica de hasta 15 lm/W.

ATMOSFERA GASEOSA.- Un factor importante que condiciona la vida de un filamento, es el   llamado "fenómeno de evaporación".  Dicho fenómeno consiste en que debido a las elevadas   temperaturas   del   filamento,   este   emite   partículas   que   lo   van   adelgazando lentamente, produciendo finalmente su rotura.

Para evitar que el filamento entre en combustión con el oxigeno del aire, los filamentos se ubican en el interior de una ampolla de protección la cual se rellena con un gas inerte a una determinada presión. El gas inerte de relleno suele ser de una mezcla de nitrógeno y argón, aunque también suele utilizarse kriptón exclusivamente.

AMPOLLA.- Su forma no está supeditada fundamentalmente a ningún concepto técnico, siguiendo generalmente criterios estéticos o decorativos, por lo que se fabrican según una extensa variedad de formas. El modelo estándar es el más corrientemente utilizado.

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CASQUILLO.-  El  casquillo  tiene como misión  la  de recoger   los  dos  hilos  que salen del filamento, a través del vidrio, hacia el exterior; al mismo tiempo sirve como elemento de unión con la red de alimentación. Existe una gran diversidad de formas y tamaños de casquillos, aunque los más corrientemente utilizados son los de rosca Edison E-27, para potencias inferiores a los 300W, y la rosca E-40 o Goliat, en lámparas de igual o superior potencia.

TIPOS Y CARACTERÍSTICAS

Lámparas estándar para aplicaciones sobretodo en el  ámbito doméstico,  en todas sus variantes, claras, mates y de colores.

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Casquillos   tipo   E27   y   B22:   15-25-40-90-75-100-150-200-300 W con flujos luminosos de 90-225 -415-710- 940-1360-2150-3050-4850 lm, respectivamente.

Casquillo E40: 300W con 8450 lm de flujo luminoso.

Casquillo E27 y B22, siendo la ampolla de color (rojo, verde, azul y naranja): 25-40 W con flujo de 225 y415 lm, respectivamente.

Lámparas estándar opalizadas blancas o en tonos pastel, para aplicaciones donde el aspecto visual es importante, ya que tienen un deslumbramiento inferior a las estándar:

Casquillo E27 y B22; 25-40-60-75-100 W con flujos de 200-370-630-860-1220 lm, respectivamente.

Lámparas vela claras, mates y de colores, además de las opalizadas de kripton.

Casquillo E14, B15 y B22: 15-25-40-60 W con flujos de:   90-200-400-660   lm,   respectivamente.   Las   de colores suelen tener potencias de 15 y 25 W.

Para las opalizadas de kripton con los mismos tipos de casquillos tienen potencias de 25 y 40 W con 200 y 400 lm de flujo luminoso respectivamente.

Lámparas globo mates   y   opalizadas,   tienen interés estético sobretodo.

Casquillo  E27  y  B22:  40-60-100  W con  330-630-1100   lm de  flujo  para   las   claras   y  290-490-890 lm para las opalizadas.

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Lámparas reflectoras,   compuestas  por  una ampolla  de vidrio  con un acabado  interno reflectante, permitiendo así un mayor control del flujo luminoso. En las tablas aparecen las características de ancho del haz e intensidad luminosa máxima, para diferenciar las lámparas.

Ancho del haz luminoso, es aquel que delimita la intensidad luminosa a la mitad del valor máximo.  Al   revolucionar  sobre  sí  mismo,  este  ángulo  genera  el  correspondiente  cono luminoso.

Casquillos E27 y B22, ancho del haz 35º: 40-60-75-100-150 W intensidades máximas de: 400-750-1000-1400-2000 cd, respectivamente.

Casquillos E27 y B22, ancho del haz 80º: 40-60-75-100 W intensidades máximas de: 140-240-320-450 cd, respectivamente.

Lámparas reflectoras PAR,   reflector   aluminizado   parabólico,   compuestas   por   dos elementos   diferentes:   uno   es   el   reflector   y   otro   es   la   lente.   El   propio   proceso   de construcción de este tipo de lámparas permite un nivel de control luminoso mayor que el de las lámparas reflectoras. Los ángulos de concentración más usuales son: 12, 15 y 30º.

Casquillos E27, ancho de haz 12º: 60 W e intensidad máxima de 2600 cd.

Casquillos E27, ancho de haz 15º: 75-100-150 W e intensidad máxima de 2600-3700-7000 cd.

Casquillos E27, ancho de haz 30º: 75-100-150 W e intensidad máxima de 1000-2100-2700 cd.

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Lámparas reflectoras PAR de bajo voltaje Si   se  tiene  una   lámpara   de  una  potencia determinada, al alimentarla con baja tensión, se obtiene un intensidad de corriente más elevada a través del  filamento, y por tanto,  una mayor eficacia  luminosa de  la propia lámpara.   Se   suelen   utilizar   en   aplicaciones   de   alumbrado   decorativo   y   también   en iluminación de piscinas y fuentes, ya que utilizan bajas tensiones. 

Para conectarlas a la red es necesaria la presencia de un transformador.

6 V / Casquillo con terminales rosca: 25 W, 5º, intensidad máxima 30000 cd.

12 V / Casquillo con terminales rosca: 25-50-100 W, 4500-9200-2200 cd.

24 V / Casquillo con terminales rosca: 150 W, 15º y 30º, 7600-4100 cd.

Lámparas tubulares opalizadas, reducen las sombra s sobre las superficies a iluminar, por tanto se suelen utilizar en alumbrado de espejos e iluminación decorativa.

Las potencias normales suelen ser de 60-120 W, con flujos luminosos de 420 y 850 lm, y puede ser lámparas con uno o con dos casquillos.

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LÁMPARA DE INCANDESCENCIA CON HALOGENUROS

Las lámparas de incandescencia con halogenuros o simplemente lámparas halógenas no son más que lámparas de incandescencia perfeccionadas, en las cuales se han tomado medidas especiales para contrarrestar la evaporación del filamento.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

En las lámparas de incandescencia tiene lugar el ya conocido fenómeno de evaporación del   filamento,   que   consiste   en   el   desprendimiento   de   partículas   de   tungsteno   que siguiendo las corrientes de convección del gas en el interior de la lámpara, acaban por depositarse sobre la pared interior de la ampolla, ennegreciéndola.

Si al gas de relleno de una lámpara de incandescencia se le añade una pequeña cantidad de   yodo   en   forma   de   yoduro,   en   las   zonas   externas   de   la   lámpara   en   las   que   la temperatura es del orden de los 600ºC, tiene lugar una reacción química en virtud de la cual   los   átomos  de   tungsteno   se   recombinan   con   los   átomos  de   yodo,  dando   como resultado un compuesto llamado yoduro de tungsteno:

Por otra parte, cuando las moléculas de este nuevo compuesto se aproximan al filamento, zona en la que la temperatura es superior a los 2.000 ºC, se produce la reacción opuesta, es  decir,  el  yoduro de  tungsteno se disocia  en yodo y   tungsteno,  depositándose este último sobre el filamento, siguiendo el yodo el camino determinado por las corrientes de convección, para repetir el proceso.

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Como ya hemos dicho, una parte de la reacción química se produce a una temperatura de 600ºC,   en   la   pared   de   la   ampolla   de   la   lámpara.   Para   poder   alcanzar   tan   elevada temperatura  no  queda  más   remedio  que   reducir   considerablemente  el   tamaño  de   la ampolla y como el vidrio no soporta estas temperaturas tan elevadas, se recurre al cuarzo, que tiene una temperatura de reblandecimiento superior a los 1.300ºC. El resultado de lo expuesto es una gran disminución del tamaño de estas lámparas, aproximadamente el 5% del volumen de una lámpara convencional de la misma potencia.

PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO

1. PRESIÓN GAS RELLENO

Lámparas halógenas las podemos dividir en dos grandes grupos según la presión del gas de relleno.

Alta presión: El gas de relleno esta a una presión de 13 bar con lámpara apagada y 25 bar durante su funcionamiento. La presión del gas juntamente con la geometría de la lámpara genera una poderosa convección entre el filamento y las paredes de la ampolla para asegurar el ciclo halógeno.

Baja presión: El gas de relleno esta a una presión con lámpara apagada de tan solo 1 bar y 2,5 bar durante su funcionamiento. La geometría de la lámpara juntamente con   las   proporciones   del   gas   de   llenado   a   baja   presión   permiten   generar   un proceso de difusión alrededor del filamento, de forma que se genera una especie de circuito de vapor a su alrededor que asegura el ciclo halógeno.

2. EMISIÓN LUMINICA Y VIDA

La eficacia luminosa de las lámparas halógenas es del orden de 22 lm/W, algo mayor que la correspondiente a lámparas de incandescencia convencionales. Gracias al proceso de regeneración del tungsteno,  la vida media de las  lámparas halógenas es superior a  las 2.000 h, pudiendo llegar a valores de hasta 6.000 h.

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TIPOS Y CARACTERÍSTICAS

Lámparas halógenas lineales de dos casquillos. Con conexión directa a la red,   ampollas   claras.   Sus aplicaciones   son   el   alumbrado   de proyección o la iluminación indirecta en el alumbrado decorativo.Normalmente a partir de 500 W, la posición   de   funcionamiento   es exclusivamente  horizontal,   con una tolerancia del 4%. El motivo es que para   las   presiones   normales   de funcionamiento, existe una difusión térmica entre el tungsteno y el yodo cuando la lámpara está inclinada, ocasionándose una difusión longitudinal del tungsteno. Así, si el grado de formación de yoduro de wolframio en la pared interna es suficiente para impedir   el   depósito   de   partículas   de   tungsteno   sobre   ella   no   se   producirá   ninguna transferencia radial del tungsteno. La evaporación será más rápida en aquellos puntos de mayor temperatura, y por tanto se ocasionará un mayor depósito de tungsteno en los puntos más fríos y la rotura de filamento en su zona central.

Lámparas halógenas de bajo voltaje. Pueden ser sin reflector, de 6V, o con reflector, de 12   o   24V.   Igualmente   las   que   llevan   reflector   pueden   ser   abiertas   o   cerradas. Normalmente este tipo de lámparas se utiliza para la iluminación de materiales sensibles al calor.

Los ángulos de concentración van desde los 7º hasta los 60º, con potencias más usuales de 35, 50 y 75W.

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5.1.2.2. DE DESCARGA

LÁMPARA FLUORESCENTE –VAPOR MERCURIO BAJA PRESIÓN

Las lámparas fluorescentes tubulares son las más empleadas de entre todos los tipos de lámparas de descarga. Se utilizan casi universalmente en todos los alumbrados de interior.Estas   lámparas  son  fuentes   luminosas  originadas  como consecuencia  de una descarga eléctrica en atmósfera de vapor de mercurio a baja presión, en las que la luz se genera por el fenómeno de fluorescencia. Este fenómeno consiste en que determinadas sustancias luminiscentes, al ser excitadas por la radiación ultravioleta del vapor de mercurio a baja presión, transforman esta radiación invisible en otra de onda más larga y que se encuentra dentro del espectro visible.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

La  lámpara fluorescente normal  consta de un tubo de vidrio  de un cierto diámetro y longitud variable según la potencia, recubierto internamente de una capa de sustancia fluorescente.   En   los   extremos  de  este   tubo   se   encuentran   los   cátodos  de  wolframio impregnados en una pasta formada por óxidos alcalinotérreos que facilitan la emisión de electrones. El tubo está relleno de gas argón a baja presión y una pequeña cantidad de mercurio.Conectada la lámpara en su correspondiente circuito, la corriente eléctrica que atraviesa los   electrodos,   los   calienta   y   les  hace  emitir  electrones,   iniciándose   la  descarga   si   la tensión   aplicada   entre   los   extremos   es   suficiente.   El   calor   producido,   evapora rápidamente el mercurio por lo que la descarga se mantiene en una atmósfera de mayor conductividad, mezcla de gas argón y del vapor de mercurio.

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TIPOS Y CARACTERÍSTICAS

Lámparas de color estándar. Para su utilización en emplazamientos con necesidades de reproducción cromática no muy exigentes.Potencias nominales de 36, 58 y 70 W, y rendimientos de color IRC inferior a 75.

Lámparas trifósforos de lata eficiencia luminosa y con reproducción cromática excelente IRC superior a 80.Gama de potencias 36, 58 y 70 W.

Lámparas pentafósforos, de rendimiento en color   IRC superior  a  90,  pero de eficacia media. Gama de potencias 36, 58 y 70 W.

Lámparas miniatura, de   diámetro   16   mm,   para   su   utilización   en   alumbrado   de emergencia, lámparas portátiles, muebles empotrados. Gama de potencias de 4, 6, 8 y 13 W, y vida estimada de unas 5000 horas.

Lámparas en forma de U, potencia nominal 40 W y vida estimada media de 12000 horas.

Lámparas circulares para aplicaciones en el sector doméstico, potencias de 22, 32, 40 y 60 W, y vidas medias estimadas de 12000 horas.

LÁMPARA FLUORESCENTE COMPACTA

Las lámparas de fluorescencia compacta son una evolución de las lámparas fluorescentes convencionales.

Este tipo de lámparas están basadas en el principio de descarga en vapor de mercurio a baja presión, similar al de las lámparas fluorescentes convencionales. Su principal atributo es su reducido tamaño, comparable al de las lámparas de incandescencia.

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FUNCIONAMIENTO

El  principio de funcionamiento de estas  lámparas es el  mismo que el  de  las   lámparas fluorescentes convencionales, pero en un formato más compacto.

La construcción compacta de estas lámparas requiere unos tubos de longitud y diámetro menores que los utilizados en las lámparas fluorescentes convencionales. Esto da como resultado que  la  carga de  la  pared de  las   lámparas compactas sea considerablemente mayor, por tanto el principal problema inicial era conseguir un material fluorescente que fuese resistente a esta alta densidad de radiación ultravioleta existente en las lámparas compactas. Esta solución se encontró utilizando fósforos de banda estrecha los cuales son más estables.

TIPOS Y CARACTERÍSTICAS

Lámparas fluorescentes compactas con cebador incorporado, Gama de potencias de 5, 7, 9,11, 13, 18 y 26 W y vida media estimada en unas 10000 horas.

Lámparas compactas electrónicas, con balasto incorporado para conexión directa a la red. Gama de potencias 11, 15 y 20 W.

LÁMPARA DE VAPOR DE MERCURIO DE ALTA PRESIÓN

El   funcionamiento   de   las   lámparas   de   vapor   de  mercurio   a   alta   presión,   conocidas simplemente como de vapor de mercurio, se basa en el mismo principio que el de las lámparas fluorescentes. Así como una lámpara fluorescente de descarga en mercurio a baja presión genera casi exclusivamente radiaciones ultravioleta, con altas presiones de vapor el espectro cambia notablemente, emitiendo varias bandas que corresponden a las sensaciones de color violeta (405 nm ), azul (435 nm ), verde (546 nm ) y amarillo (570 nm ), emitiendo también una pequeña cantidad de radiaciones ultravioleta.

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Como las cualidades cromáticas de estas radiaciones no resultan muy buenas, debido en gran parte a la ausencia de radiaciones rojas, las radiaciones ultravioleta se transforman, mediante sustancias fluorescentes, en radiaciones comprendidas dentro del espectro rojo, dando como resultado una lámpara con un mejor rendimiento cromático.

La   presión   del   vapor   de  mercurio   en   las   lámparas   de   descarga   de   baja   presión   – fluorescentes tubulares – es aproximadamente de 0,8 Pa, en las lámparas de vapor de mercurio de alta presión esta se ha incrementado con la finalidad de aumentar la eficacia luminosa de la lámpara.

TIPOS Y CARACTERÍSTICAS

Lámparas de vapor de mercurio alta presión estándar, para aplicaciones de iluminación exterior o en interior en los casos en los casos en los que el rendimiento del color no sea importante.

Para   casquillos   E27:   50-80-125   W,   con   flujos   luminosos   de   1800-3700-6300   lm, respectivamente, IRC entre 40 y 45, y Tc entre 3800 y 4300 K.

Para  casquillos  E40:  250-400-700-1000  W, con 13000-22000-38500-58000   lm de flujos luminosos, IRC entre 40 y 45 y temperaturas de color entorno a 3800 K.

Lámparas de vapor de mercurio alta presión “color corregido” de aspecto  igual  a  las anteriores pero con un rendimiento en color mejorado.

Para casquillos E27: 80-125 W, con flujos luminosos de 4000-6500 lm, respectivamente, IRC 60, y temperaturas de color entre 3300 y 3500 K.

Para   casquillos   E40:   250-400  W,   con   14000-24000   lm  de   flujos   luminosos,   IRC   60   y temperaturas de color entre 3300 y 3500 K.

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Lámparas de vapor de mercurio alta presión con reflector, con forma de hongo, permiten un buen control óptico de la lámpara, y reducen los gastos de mantenimiento debido a que   la   suciedad   acumulada   sobre   la   parte   externa   del   reflector   no   influye   sobre   la transmitancia de la ampolla.

Casquillos E27: 125 W con flujo luminoso de 5700 lm, IRC 40-45 y temperaturas de color entre 4100 y 4500 K.

Casquillos E40: 250-400-700-1000 W con flujo luminoso de 12000-20000-35000-52000 lm, IRC 40-45 y temperaturas de color entre 4100 y 4500 K.

LÁMPARA DE LUZ MEZCLA

La lámpara de luz mezcla es similar a la lámpara convencional de mercurio de alta presión, de la que de hecho deriva. La principal diferencia entre las dos consiste en que mientras la lámpara de mercurio normal depende del balasto exterior para estabilizar la corriente, la de   luz  mezcla   lleva   su   balasto   incorporado   en   forma   de   un  filamento   de  wolframio conectado en serie con el tubo de descarga.

La  luz de  la  descarga de mercurio  y   la  del  filamento  incandescente se combinan o se mezclan   para   dar   una   lámpara   con   características   de   funcionamiento   totalmente diferentes a las que poseen tanto la lámpara de vapor de mercurio de alta presión como la lámpara incandescente.

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TIPOS Y CARACTERÍSTICAS

Lámparas de luz mezcla, de forma ovoide, diseñadas para sustituir a las instalaciones de incandescencia.

Casquillos E27: 160 W con flujo luminoso de 3100 lm, IRC 60 y temperatura de color 3600 K.

Casquillos E40: 250-400 W con flujo luminoso de 550-13000 lm, IRC 60 y temperatura de color 3600 K.

LÁMPARA DE MERCURIO CON HALOGENUROS

La constitución de las lámparas de halogenuros metálicos es similar a la de las de vapor de mercurio, de las que se diferencia en que, además de mercurio, contienen halogenuros de tierras raras,  tales como disprosio,  talio,   indio,  holmio o tulio,  con  lo que se obtienen mayores rendimientos luminosos y sobre todo una mejor reproducción cromática.

Desde que se introdujo la lámpara de vapor de mercurio de alta presión, se ha tratado de mejorar su rendimiento de color. Se había observado que al añadir partículas de algunos elementos  metálicos   en   el   interior   de   los   tubos   de   descarga,   se   obtenían  mejoras considerables en  la distribución espectral  de la radiación luminosa. Pero este principio prometedor tropezaba con un obstáculo – el ataque que los vapores de estos elementos añadidos  producían  sobre   las  paredes  del   tubo  de  cuarzo.  Hasta  que  se  descubrió   la posibilidad   de   situar   tales   elementos   dentro   del   tubo   de   descarga   en   forma   de halogenuros, dicho desarrollo fue prácticamente interrumpido.

El   halogenuro  metálico   incorporado  en   el   tubo  de  descarga,   se   disocia   debido   a   las elevadas   temperaturas   que   se   generan   durante   el   arranque   de   la   lámpara   – aproximadamente 3000 ºK – formándose los correspondientes iones metálicos los cuales general rayas espectrales características, de modo que la distribución del conjunto está constituida por la suma de todos ellos.

Según   la   combinación  de  metales  utilizados,   estas   lámparas  pueden  dividirse  en   tres grades grupos:

Lámparas de tres bandas – Emplean sodio, talio e indio. Lámparas   multi-línea   –   Emplean   tierras   raras   y   elementos   asociados, 

principalmente escandio, disprosio, thulio y holmio. Lámparas moleculares – Emplean yoduro de estaño y cloruro de estaño. Presentan 

un espectro casi continuo.

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LÁMPARA DE VAPOR DE SODIO A BAJA PRESIÓN

Las lámparas de sodio de baja presión producen la radiación visible directamente por la descarga en el vapor de sodio.

Estas lámparas tienen una gran similitud con las lámparas de mercurio de baja presión, con la diferencia que en estas la luz se produce por medio de la conversión de la radiación UV de la descarga en el mercurio en radiación visible mediante el polvo fluorescente y en las de sodio de baja presión la radiación es producida directamente por la descarga del sodio.

La característica más significativa de estas lámparas es su alta eficacia luminosa y de ahí que   su   posición   prioritaria   en   este   aspecto   haga   de   ella   la   mejor   opción   para   la consecución de alumbrados energéticamente eficaces.

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LÁMPARA DE VAPOR DE SODIO A ALTA PRESIÓN

Las lámparas de sodio a baja presión tienen una inmejorable eficacia luminosa, pero su reproducción cromática es muy deficiente. Para mejorar este tipo de lámparas hay que hacerles una serie de modificaciones, tales como aumentar la presión del vapor de sodio, a costa de trabajar a temperaturas más elevadas, y agregar además del gas inerte, xenón, una pequeña cantidad de mercurio que ayude a mejorar el espectro.La   lámpara   de   sodio   de   alta   presión   se   empezó   a   comercializar   en   1966.   Empleaba mercurio   como   gas   amortiguador   y   Xenón   a   baja   presión   –   3000   Pa   a   temperatura ambiente - para facilitar el arranque.Utilizaba sistemas especiales de arranque porque la tensión de encendido es todavía muy alta.Respecto las cualidades cromáticas, las lámparas de sodio de alta presión estándar, tienen un moderado  índice  de rendimiento  de  color  Ra  23  y  una apariencia  amarillenta.  No obstante, si se incrementa la presión del sodio se consigue un aumento de dicho índice hasta   aproximadamente  Ra   60.   Las   lámparas   con   estas   características   se   denominan genéricamente como lámparas confort.

TIPOS Y CARACTERÍSTICAS

Lámparas de vapor de sodio de alta presión tubular y ovoide:Casquillo E27, potencias de 50-70 WCasquillo E40, potencias de 15-250-400-1000 W

Lámparas de vapor de sodio de alta presión de doble casquillo: para aplicaciones de alumbrado de proyección.Potencias de 250-400-1000 W

Lámparas de vapor de sodio de alta presión con balasto de mercurio:Potencias de 210-315 W

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TUBO DE NEON

Los tubos de neón o tubos  luminiscentes  son  lámparas de descarga de cátodo frío,  a través de un gas noble.

Estos están constituidos por un tubo de vidrio Pyrex o borosilicato, mucho más resistente que el vidrio normal y dos ampollas del mismo vidrio, las cuales contienen los electrodos y elementos  de   conexión.   El   sistema  de   fabricación   de   estos   elementos   es   totalmente artesanal,   y   consiste   en   el   curvado,   soplado,   soldado,   cortado   y   empalmado   de   los deferentes tramos de tubo de vidrio que componen los caracteres o trazos del diseño, seguido por un posterior vaciado del elementos y se relleno de gas noble.

A través de los gases tiene lugar la descarga luminiscente, cuyo color básico depende del tipo de gas. Los colores intrínsecos del gas son:

Neón – RojoHelio – Rosa

Argón – Azul BlanquecinoCriptón – Violeta

Xenón – Azul Celeste

Mediante combinaciones de polvos luminiscentes es posible obtener cualquier tono de luminiscencia.

5.1.2.3. DE ÚLTIMA TECNOLOGÍA

LED

Casi   todos   estamos   familiarizados   con   los   leds   de verlos   en   el   frente   de   muchos   equipos   de   uso cotidianos,   como   radios,   televisores,   teléfonos celulares y display de relojes digitales, sin embargo la falta   de   una   amplia   gama   de   colores   y   una   baja potencia   lumínica   habían   limitado   su   uso considerablemente.

La  introducción de nuevos materiales  han permitido crear leds de prácticamente todo el espectro visible de colores,   ofreciendo   al  mismo  tiempo  una   eficiencia lumínica que supera a la de las lámparas incandescentes. Estos brillantes y eficientes leds están expandiendo su dominio a un amplio rango de aplicaciones de iluminación.

Gracias a su bajo consumo energético y sus ventajas para su uso en señalamiento exterior, tendremos   que   el   futuro   de   estos   pequeños   dispositivos   semiconductores   es   muy 

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prometedor tal como lo indican los números actuales de crecimiento de mercado a nivel mundial.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Cuando unimos Silicio N y Silicio P, tenemos una juntura semiconductora P-N este es el dispositivo semiconductor más simple y es conocido con el nombre de diodo y es la base de toda la electrónica moderna.

El diodo permite la circulación de corriente en un sentido pero no en el sentido contrario.Cuando  conectamos  el  diodo  a  una  batería   con  el   terminal  P  al   borne  negativo  y  el terminal N al borne positivo - conectamos en inversa - tenemos que en el primer caso los huecos son atraídos por los electrones que provienen del terminal negativo de la batería y ese es el fin de la historia. Lo mismo sucede del lado N, los electrones libres son atraídos hacia el terminal positivo. Por lo tanto no circula corriente por la juntura ya que electrones y agujeros se movieron en sentido contrario.

Si damos vuelta el diodo - conectamos en directa -, tenemos que los electrones libres del terminal N se repelerán con los electrones libres del terminal negativo de la batería por lo que los primeros se dirigirán a la zona de juntura. En el terminal positivo tenemos que los huecos del terminal P se repelerán con los huecos del terminal positivo de la batería por lo tanto los huecos del semiconductor se dirigirán a la juntura. En la juntura los electrones y los huecos se recombinan formando así una corriente que fluirá en forma permanente.

Cuando el diodo se conecta en directa veremos que sobre sus extremos se produce una caída de tensión del orden de los 0.6 V para los diodos de silicio normales. Esta caída de tensión es un reflejo de la energía necesaria para que los electrones salten la juntura y es característica de cada material. Este valor es conocido como potencial de salto de banda (band gap)

Si la energía que se necesita es pequeña, dicha energía se emitirá en ondas infrarrojas de relativamente baja frecuencia, si el material necesita mas energía para que se produzca el paso de la corriente, las ondas que emitirá el diodo tendrán mas energía y se pasara de emitir luz infrarroja a roja, naranja, amarilla, verde, azul, violeta y ultravioleta. O sea el diodo emitiría luz monocromática en el espectro visible y más allá.

Por supuesto a más alta frecuencia mayor será la caída de tensión por lo que pasaremos de 0.6V de caída para un diodo normal a 1,3V para un led infrarrojo, 1,8V para un led rojo, 2,5V para uno verde, y 4,3V para un led azul y más de 5V para un led ultravioleta.

Estas   distintas   longitudes  de  ondas   se   forman   combinando  distintas  proporciones  de materiales, los mismos que se enumeraron al inicio.

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Cuadro de valores aproximados de los diferentes tipos de lámparas

Se trata de valores aproximados ya que dependiendo del modelo y del fabricante estos valores pueden variar, pero pueden servir para comparación entre los diferentes tipos de lámparas.

Tabla de Potencias de los diferentes tipos de lámparas:

5.1.3. FUNDAMENTOS DE LUMINARIAS

La luminaria se puede definir como un aparato de alumbrado que reparte o filtra la luz emitida por una o varias lámparas. Debe comprender los mecanismos necesarios para el soporte y protección de  las  lámparas y,  en el  caso necesario,   los elementos auxiliares necesarios para el funcionamiento de dichas lámparas.

Como objetivo general,   la   luminaria  deberá  ser  diseñada de manera  que  funcione  de forma segura y sin que represente causa de peligro para las personas o el entorno.

Los aspectos luminotécnicos, tanto la medida como la presentación (tabular o gráfica) de la   distribución   del   flujo   luminoso,   son   estudiados   por   la   Comisión   Internationale   de l’Éclairage (CIE).

La normativa que regula la construcción y ensayos de las luminarias es la UNE-EN 60598.Objeto de la Norma UNE-EN 60598.

La Norma UNE-EN 60598 tiene como objeto especificar los requisitos generales para las luminarias que incorporan fuentes de luz eléctricas, de tensiones no superiores a 1000V.

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Los requisitos y ensayos que considera son:

Clasificación En función de la protección contra choques eléctricos En función del grado de protección contra la penetración de polvo, cuerpos sólidos 

y aguaMarcadoConstrucción mecánicaConstrucción eléctrica

Resistencia de aislamiento Rigidez dieléctrica Corrientes de fuga Distancias en el aire

CLASIFICACIÓN

CLASIFICACIÓN EN FUNCIÓN DE UTILIZACIÓN

Es práctica habitual  entre  los  distintos  fabricantes   la  clasificación de  las   luminarias  en función de su aplicación.  Dicha clasificación es útil para  la selección de  los aparatos a emplear, dentro de los catálogos generales.

Entre varias divisiones, podemos normalmente dividir las luminarias en:

a).-  De interior. Son aquellas luminarias que, por regla general, no están sujetas a unas exigencias  mecánicas  ni   de  estanqueidad  excesivas,   dependiendo,  no  obstante,   de   la situación   y   tipo   de   trabajos   que   se   realicen   en   la   zona.   Por   ello,   podemos   también subdividirlas en:

Industriales, aquellas   en  que   el   aspecto  estético  no  es   determinante.   Pueden exigirse características tales como resistencia a la vibración, a agentes corrosivos, elevada protección contra el polvo y el agua, etc. (ver Figura 1)

Funcionales, luminarias destinadas a una labor concreta; pueden ser las utilizadas en bancos de trabajo, quirófanos, dentistas, mecánicos, bibliotecas, etc.

Decorativas, aquellas   que   se   emplean   tanto   en   ámbitos   domésticos   como   en decoración de locales públicos.

Especiales, como las que se utilizan en locales o zonas con peligro de incendio o explosión;   pueden   ser   ejemplos   las  minas,   industrias   petroquímicas,   etc.   (ver Figura 2)

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b).-  De exterior.   Luminarias   que   han   sido   diseñadas   para   resistir   emplazamientos externos,  sin deterioro de  las  partes ópticas ni  de  los compartimentos de  los  equipos eléctricos. De entre este tipo de luminarias, a su vez, podemos distinguirlos tipos:

Alumbrado Público,  aquellas que se utilizan para el  alumbrado de viales,  tanto peatonales como de circulación de vehículos. (ver Figura 3)

Proyectores,   siendo   aquellas   luminarias   cuya   función   es   proyectar, fundamentalmente, la luz hacia la parte frontal del aparato, independientemente de la forma del haz luminoso. (ver Figura 4)

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CARACTERÍSTICAS DE LAS LUMINARIAS

CARACTERÍSTICAS FOTOMÉTRICAS

La principal función de una luminaria, además de proteger la lámpara, es distribuir el flujo luminoso   emitido   por   ésta.   Por   ello,   situamos   en   primer   lugar   las   características fotométricas.La forma en que una luminaria distribuye la luz (intensidad luminosa, en candelas) en el espacio puede representarse de forma tabulada o de forma gráfica.La forma tabulada indica, en una matriz numérica, los valores de intensidades dirigidas a determinadas direcciones del espacio.

Los  gráficos,  derivados generalmente de  las matrices  indicadas anteriormente,  pueden representar gráficamente la distribución de intensidades, iluminancias, luminancias, etc.Un aspecto de gran importancia, dentro de las características fotométricas, es la eficacia luminosa de la luminaria. Pueden distinguirse:

-  Rendimiento (ηA), relación entre el flujo emitido por la luminaria y el emitido por la lámpara.

-  Utilancia (ηn), relación entre el flujo luminoso que recibe la superficie iluminada, y el flujo luminoso emitido por la luminaria.

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- Factor de utilización (u), relación entre el flujo que llega a la superficie y el emitido por la lámpara.

De estas relaciones anteriores, se deduce que:

-  Flujo hemisférico superior instalado FHSinst   emitido  por  una   luminaria:   es   el   flujo dirigido por encima del  plano horizontal.  El  flujo hemisférico se expresa en tanto por ciento del flujo total emitido por la luminaria.

CARACTERÍSTICAS TÉRMICAS

Las características térmicas que debe tener una luminaria se orientan, principalmente, a la mayor duración de la misma, de sus componentes, y tampoco deben producir peligro para los usuarios, ni temperaturas externas que puedan causar un incendio. Por lo tanto, se deben   contemplar   los   valores   que   alcanzan   las   temperaturas   en   aquellos   puntos susceptibles de dañar los elementos y usuarios. Se tienen en cuenta siempre las partes construidas con materiales plásticos, gomas, etc, tales como cubetas y tapas de cierre, regletas, juntas de estanqueidad, fundas de cables, etc.

También se deben tener en cuenta las temperaturas máximas que pueden alcanzar los diversos  componentes  de  los  equipos  eléctricos,   tanto  si  éstos  están  compuestos  por balastos   electromagnéticos   como   los   equipos   electrónicos.   Así,   por   ejemplo,   se contemplan   las   temperaturas   de   las   reactancias,   condensadores,   arrancadores,   relés, interruptores, etc.

En el caso de reactancias electromagnéticas, la temperatura a considerar es la que alcanza el bobinado de la misma. Para su medida se utiliza el método de variación de resistencia del mismo con la temperatura. El valor más usual de temperatura del bobinado es tw = 130ºC.

Para otros componentes, tales como condensadores, arrancadores, equipos electrónicos, etc., los fabricantes indican la máxima temperatura que puede alcanzar la envolvente, tc. Son valores normales en condensadores 85ºC y en arrancadores 105ºC.

Por otra parte,   las propias  lámparas tienen temperaturas  límites.  Éstas acostumbran a situarse en el centro del bulbo exterior y en la unión entre el vidrio y el portalámparas.

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Asimismo, debe contemplarse la posibilidad de que algún tipo de luminaria sea de acceso fácil, por lo cual la máxima temperatura externa debe limitarse de forma que no pueda dañar por un alcance accidental.

Todos estos aspectos térmicos deben tenerse en cuenta siempre con la luminaria en su posición más desfavorable de funcionamiento normal; existe un tipo de funcionamiento anormal, que es aquel en que la luminaria está bajo condiciones que no son normales.También deben considerarse  las bajas temperaturas.  Normalmente,   los cuerpos de  las luminarias pueden aguantar temperaturas bajas, así como las lámparas de descarga. No obstante,   los   equipos  auxiliares  tienen  elementos,   tales   como  los   condensadores,   los arrancadores, y los equipos electrónicos, tienen un límite que no debe sobrepasarse. Por regla general, para valores inferiores a –25ºC deberán consultarse con los fabricantes de los componentes.

El ensayo de calentamiento, en funcionamiento normal, se realiza según lo indicado en la Norma UNE-EN60598, apartado 12.4, que contempla:

CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS

En   función  de   la  aplicación  de  cada  tipo  de   luminaria,   tendrá  un  grado  de  exigencia mecánica. Así, la norma UNE-EN 60598, apartado 4.13.1 exige la resistencia siguiente, en las partes frágiles, para distintos tipos de luminarias:

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Por  otra  parte,   se  acostumbra  a   indicar  el   grado de  protección  proporcionado  por   la envolvente contra los choques mecánicos. Esta protección se expresa como tercera cifra característica IP (IP-XXX). Para cada grado de protección, (norma UNE 20-324-93 / EN 60-529-91) se requieren los siguientes valores de energía de choque:

Una   posterior   normativa   (UNE-EN   50-102-96),   indica   los   grados   de   protección proporcionados por los envolventes de materiales eléctricos contra impactos mecánicos externos. Dichos grados se expresan con el código IK, cuyas energías de impacto son las siguientes:

CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

Se entienden como características eléctricas aquellas dirigidas tanto a proporcionar un correcto funcionamiento de la luminaria como las que están diseñadas para proporcionar seguridad a las personas.

a).- A efectos de garantizar un correcto funcionamiento, las luminarias deben dotarse de elementos de calidad (portalámparas, regletas, pasacables, etc.).Asimismo,   las  características  del  cableado  interno deben ajustarse a   lo   indicado en  la sección 5 de la norma UNE-EN 60598. El correcto funcionamiento, además, depende de la compatibilidad de la tensión y frecuencia de alimentación con la de la lámpara y su equipo auxiliar;  la potencia deberá de la lámpara deberá ser, asimismo, compatible con la del conjunto equipo – luminaria.

b).-  Bajo el punto de vista de  seguridad de las personas, las luminarias se clasifican en función de su tipo de protección contra los choques eléctricos. Se distinguen las siguientes clases:- Luminaria de clase 0, en que la protección contra los choques eléctricos recae sobre el aislamiento principal.- Luminaria de clase I, en que la protección contra los choques eléctricos se realiza con un aislamiento principal y una medida de seguridad suplementaria (conexión de las partes conductoras accesibles a un conductor de protección puesto a tierra).

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- Luminaria de clase II, en que la protección contra los choques eléctricos se efectúa con un aislamiento principal más unas medidas de seguridad suplementarias, como el doble aislamiento o el aislamiento reforzado.-  Luminaria de clase III, en que la protección contra los choques eléctricos recae en la alimentación con muy baja tensión de seguridad (MBTS, tensión no superior a 50V de valor eficaz en corriente alterna).

CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES

Entre   las   características   que   deben   presentar   las   luminarias,   destacan   las   de   su funcionalidad. Sus prestaciones, en este aspecto deben ser:

a).- Facilidad de montaje. El cableado de las luminarias, su conexión con la red, el montaje mecánico   (en   terminal   cilíndrico   o   en   pletina),   son   trabajos   habituales   en   cualquier operación de montaje.  Si  ésta  se   realiza  en situación elevada,  y  para  ello  se  necesita escalera o camión grúa con cesta, es preciso que puedan realizarse con la mayor facilidad y   comodidad  posible.  Representa  un  ahorro  en  tiempo de   instalación  así   como evita errores.

b).- Facilidad de mantenimiento. Toda instalación requiere, a lo largo de su vida, que con cierta   regularidad   se   le   efectúen   operaciones   de  mantenimiento.   De   ellas   podemos destacar   las  de  cambio  de   lámparas  y,   con  menor   frecuencia,  otros  elementos  como juntas de cierre, elementos traslúcidos de cierre del grupo óptico, etc. Estas deben poder efectuarse   con   rapidez   y   con   comodidad   por   parte   del  mantenedor,  máxime   si   las luminarias  pueden  hallarse  en   lugares  de  difícil   acceso.   Tampoco  deben  olvidarse   las formas,  a  efectos de poder efectuar  limpiezas de  los vidrios  y,  en su ausencia,  de  los reflectores.

5.2 INTRODUCCION AL DISEÑO DE ALUMBRADO

La luz es una manifestación de la energía en   forma   de   radiaciones electromagnéticas  capaces de afectar el órgano visual. Se denomina radiación a la   transmisión  de  energía   a   través  del espacio .La luz se compone de partículas energizadas denominadas fotones, cuyo grado de energía y frecuencia determina la  longitud de onda y el color.  Según estudios científicos,  la  luz sería una corriente de paquetes fotónicos que se mueven en el campo en forma ondulatoria por un lado y en forma corpuscular por otro. Gracias a la luz captamos las impresiones de claridad, relieve, forma, color y movimientos de los objetos que forman nuestro mundo exterior.

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Hay dos tipos de objetos visibles:  aquellos que por sí  mismos emiten  luz y  los que  la reflejan. El color de estos depende del espectro de la luz que incide y de la absorción del objeto, la cual determina qué ondas son reflejadas. La luz blanca se produce cuando todas las longitudes de onda del espectro visible están presentes en proporciones e intensidades iguales. Esto se verifica en un disco que gira velozmente y que contiene todos los colores distribuidos uniformemente. 

El ojo humano es sensible a este pequeño rango del espectro radioeléctrico. Las ondas que tienen menor frecuencia que la luz (por ejemplo la radio), tienen mayor longitud de onda, y rodean los objetos sin interaccionar con ellos. Esto permite tener cobertura en el teléfono móvil aún dentro de una casa. Las ondas de mayor frecuencia que la luz tienen una longitud de onda tan pequeña que atraviesan la materia,  por ejemplo los rayos X atraviesan algunos materiales como la carne, aunque no los huesos. Es sólo en la franja del  espectro que va desde el  violeta  hasta  el   rojo donde  las  ondas electromagnéticas interaccionan  (se   reflejan  o  absorben)  con  la  materia  y  permiten  ver   los  objetos,   sus formas,  su posición,  etc.  Dentro de esta franja del  espectro se puede determinar qué frecuencia o conjunto de frecuencias refleja o emite cada objeto, es decir, el color que tiene.

Por otra parte,  la iluminación es la más antigua y más difusa de las aplicaciones de la electricidad. Actualmente, parece difícil concebir la vida sin la luz eléctrica. La luz eléctrica es   la  más   cómoda,   limpia,   segura   o   higiénica   de   los   otros   tipos  de   luz   artificial;   sin embargo, requiere de una correcta utilización en forma eficiente y económica, y tomando en consideración que  las   fuentes  primarias  de producción de  la  energía  eléctrica  que alimentan   a   las   instalaciones   y   sistemas   de   alumbrado,   estén   constituidas   por alimentación  de  energéticos  primarios,   como el  petróleo,  que  constituyen   fuentes  no renovables. El problema del alumbrado o de iluminación interior a exterior, es obtener una buena iluminación con un menor consumo de energía eléctrica.

La iluminación artificial tiene como objeto reemplazar a la natural cuando esta falta o es escasa. La iluminación artificial debe parecerse lo más posible a la iluminación natural. Por lo  general,   la  persona  que  se  encarga  del  proyecto  y   la  ejecución  de  una   instalación eléctrica, no la relaciona con el problema de la iluminación, ya sea de casas, habitación, oficinas o instalaciones industriales, considerando para esto, eficiencia luminosa, estética y economía; esto hace necesario el conocimiento de algunos conceptos de iluminación y su relación directa con las instalaciones eléctricas en el concepto clásico de las mismas. El conocimiento de las características de las distintas fuentes luminosas de los aparatos o equipos   de   iluminación,   de   los  métodos   de   cálculo   y   algunos   otros   aspectos   de   la iluminación, es importante para las personas relacionadas con las instalaciones eléctricas.

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La luz es la sensación producida en el ojo humano por las ondas electromagnéticas. Se trata  de   campos  electromagnéticos  alternativos  que   transportan  energía   a   través  del espacio y se propagan bajo la forma de oscilaciones o vibraciones. Al igual que todos los movimientos ondulatorios, las ondas electromagnéticas se caracterizan por la longitud de onda y por la frecuencia La velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas es de   unos   300   000   kilómetros   por   segundo.   La   longitud   de   onda   de   las   ondas electromagnéticas visibles suele medirse en manómetros (1 nm una milmillonésima de metro). 

El campo (espectro) de las ondas electromagnéticas visibles por el hombre se extiende desde 380 a 780 nm. Las ondas más largas corresponden al extremo visible rojo (colin- dante con el campo de las radiaciones infrarrojas, las cuales no son ya visibles y tienen propiedades  caloríficas),   las  ondas  más cortas  corresponden al  extremo visible  violeta (colindante con el campo de las radiaciones ultravioleta,  que no son visibles pero que favorecen a   las   reacciones   fotoquímicas).  Ondas  electromagnéticas  visibles  de  distinta longitud de onda dan un percepción (visibilidad) distinta de los objetos y de su color .En realidad el color es una sensación óptica que depende del conjunto de las longitudes de onda que un cuerpo no absorbe, o sea, que refleja . La sensibilidad del ojo humano es máxima para el  color  verde—amarillo   (550 nm) y  cae rápidamente tanto del   lado del ultravioleta   como   del   infrarrojo.   Se   dice   de   una   luz   que   es  monocromática   si   está constituida por ondas electromagnéticas de igual longitud de onda, que revelan un solo color (por ejemplo, las lámparas de vapor de sodio de baja presión). La luz solar o la de una lámpara de incandescencia, en cambio, es de espectro continuo (luz blanca) porque comprende toda la gama de las  longitudes de onda visibles.  Un rayo de luz blanca, al atravesar un prisma de cristal, se descompone en los colores fundamentales. La sucesión de los colores del espectro visible es la misma que la del arco iris. 

La frecuencia y la longitud de onda se relacionan según la siguiente expresión matemática: 

Longitud de onda = C X T = C ÷ f

Donde es la longitud de onda, C es la velocidad de la luz en el vacío, T el periodo y "f" la frecuencia. La frecuencia es el número de vibraciones por unidad de tiempo y su unidad es por tanto el ciclo por segundo o el Hz (Hertzio) .La longitud de onda es una distancia y por lo tanto su unidad de medida es el metro. Como la luz es una radiación electromagnética que tiene unas longitudes de onda muy pequeñas se usan submúltiplos del metro, como son el Ángstrom (Å) que es la diezmilmillonésima de metro y el Namómetro (nm) que es la milmillonésima de metro.

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5.2.1 NIVELES DE ILUMINACIÓN

 Objetivo principal: Complementar la iluminación natural cuando ésta sea insuficiente para iluminar el área de trabajo

La similitud del espectro de una fuente de luz discontinua   con la luz solar se denomina índice de rendimiento, siendo Rg = 1 para la luz natural o de lámparas  incandescentes y Rc = 0 para la luz monocromática, como  las lámparas de sodio de baja presión, mientras que las   lámparas fluorescentes tienen un Rg entre 0.7 y 0.9.   La tonalidad de color del espectro continuo de una  luz se   puede determinar por su temperatura de color (ºK), correspondiendo a la luz de día una Tc = 5500ºK. Las  lámparas incandescentes tienen una Tc = 3000ºK aproximadamente, con una tonalidad rojiza (colores),  mientras que la luz de la bóveda celeste tiene una Tc del  orden de 10000ºK, de tono azulado (colores).

Tipos de diseño de iluminación:

Interioreso Control del deslumbramiento

Exterioreso Carreteras, túneles

Proyeccióno Iluminación utilitaria, decorativa, deportiva

Se han comentado algunas magnitudes cualitativas de la luz, como la longitud de onda (L ∝m), el rendimiento de color (Rg) o la temperatura de color (Tc ºK). La medición de la cantidad de  luz se  fundamenta en  la   Intensidad (I),   siendo  la candela   (Cd)  una de  las unidades fundamentales  del  Sistema Internacional.  Existen otras magnitudes derivadas como el Flujo, la Luminancia, la Iluminancia o el Rendimiento luminoso, que se definen a continuación:

La intensidad luminosa (I) es la energía luminosa emi- tida en una dirección. Su unidad   es   la   candela   (cd),   que   es   un   una   unidad   fundamental   del   S.I.,   y   es aproximadamente la intensidad emitida por una vela.

El flujo luminoso (√) es la cantidad de energía lumi- nosa emitida por una fuente. Su unidad es el lumen (lm), que es la energía emitida por un foco con intensidad de 1 candela (cd) en un ángulo sólido de 1 este reorradián (1 m2 a 1 m de distancia).

La  iluminancia   (E)  o  nivel  de   iluminación es   la  cantidad de  luz  que  recibe una superficie, su unidad es el lux (lx), que es el flujo luminoso recibido por unidad de superficie (lux = lumen/m2). En luminotecnia es muy útil la ley E = I CosΠ / d2.

La luminancia (L) o brillo es la intensidad (I) o flujo de luz (√) emitido por unidad de superficie. Sus unidades son el Stilb (cd/cm2) y el Lambert (lm/cm2).

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El   rendimiento   luminoso   (R)  es  el  flujo  emitido por  unidad de potencia  de   las fuentes luminosas (lm/W). Por ejemplo, una lámpara incandescente tiene R = 14 lm/W.

Las leyes que relacionan las diferentes magnitudes luminosas se van a describir mediante ejemplos que sirvan para aclarar los conceptos, al tiempo que se resuelve un caso real.

Flujo luminoso Φ de una fuente. Es igual a la potencia por el rendimiento luminoso. Si se dispone de una lámpara incandescente de potencia P = 100 W y rendimiento luminoso R = 14 lm/W, el flujo luminoso Φ será:

Φ = P x R = 100 x 14 = 1400 lm (lúmenes)

Intensidad   luminosa   I.   Si   la   lámpara  emite   con   igual   intensidad  en   todas  direcciones distribuirá su flujo en el ángulo sólido w de una esfera: 4π (estereorradián); por tanto la intensidad será igual al flujo emitido en el ángulo sólido w de 1 sr:

I = Φ / w = 1400 / 44π = 111.4 cd  (candelas)

Iluminancia E de una superficie. Se estima por la ley del cuadrado de la distancia, o ley de Lambert. Si hay una superficie a una distancia d = 2 metros y la luz llega con un ángulo de incidencia Φ = 30º, la luminancia o nivel de iluminación será:

E = I cos Φ / d2 = 111.4 cos30º / 22 = 24.1 lx (luxes)

TIPOS DE REFLEXIÓN:

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TIPOS DE TRANSMISIÓN:

5.2.2 SISTEMAS DE ALUMBRADO.

Sistemas de alumbrado: 

Iluminación directao lámparas dirigidas hacia el sueloo + económico, mayor rendimiento luminosoo riesgo de deslumbramiento directo y aparición de sombras

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Iluminación semidirecta: suelo + techo + paredeso sombras + suaves y deslumbramiento menoro recomendable para techos no muy altos y sin claraboyas

Iluminación semindirecta: techo + paredeso Colores claros y blancos para evitar pérdidas y alto consumo energético

Iluminación indirecta: luz al techo

Iluminación difusa: 50 % directa + 50 % indirecta

MÉTODO DE ALUMBRADO

NIVELES RECOMENDADOS DE ILUMINACIÓN:

Tareas con requerimientos luminosos:o Mínimos: E∈[50, 200[ lx

lugares de paso, áreas secundarias de trabajo (almacén, etc) iluminación general entre espacios

o Normales: E∈[200, 1000[ lx lugares continuamente ocupados iluminación en la tarea

o Exigentes: E∈[1000, ] lx

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iluminación en la tarea obtenida mediante combinación de alumbrado general y local

Tareas visuales muy exigentes

Depreciación de la eficiencia luminosa y mantenimiento

Causas:o Ensuciamiento de lámparas, luminarias y superficies donde se va 

depositando el polvoo Depreciación del flujo de las lámparas

Soluciones:o Limpieza periódica de lámparas y luminariaso Programa de sustitución de las lámparas

Es recomendable sustituirlas por grupos

MÉTODOS DE ILUMINACIÓN

1.- ILUMINACIÓN LOCAL. Consiste en colocar lámparas en los puntos donde se necesita la luz de un modo especial, aunque este método por dar lugar a manchas de luz mezcladas con áreas de sombra es muy opuesto a la iluminación uniforme. Si se usan aún con alguna profusión en residencias, plantas industriales, etc. La situación de las lámparas depende mucho de la posición de los muebles o máquinas.

2.- ILUMINACIÓN GENERAL. Este método se refuerza por alcanzar una función uniforme de la luz sobre toda el área iluminada. Las lámparas están repartidas de manera regular sin prestar  atención a  los  muebles  ni  a   las  máquinas y  están provistas  de reflectores, globos  o  prismas  difusores  para  evitar  el   deslumbramiento,   las   sombras  bruscas  y   la iluminación desigual. 

3.- ILUMINACIÓN COMBINADA. Procura una iluminación general suficiente para alumbrar los distintos objetos que están en las habitaciones y cuentan con lámparas adicionales localizadas en los escritorios, mesas de lectura, de dibujo, vitrinas, etc. Se emplean en viviendas,   industrias,   bancos,   oficinas,   restaurantes,   grandes   almacenes   y   bibliotecas, donde se requiere una fuerte iluminación agregada a la iluminación general sobre objetos especiales, aparatos o mercancías.

El  marcado  incremento que se  ha dado a  la   intensidad general  de  la   iluminación con distribución uniforme ha reducido sin embargo en un grado apreciable la necesidad de los focos individuales.

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5.2.3 INTRODUCCIÓN AL MÉTODO DE LÚMENES.

También denominado, Sistema General o Método del Factor de utilización.

El método de los lúmenes es una forma muy práctica y sencilla de calcular el nivel medio de la iluminancia en una instalación de alumbrado general. Proporciona una iluminancia media con un error de ± 5 % y nos da una idea muy aproximada de las necesidades de iluminación. 

Datos de entrada:

dimensiones del local (a, b, h’, S= a·b) altura del plano de trabajo (0.85 m del suelo) nivel medio de iluminación (Em) lámparas y luminarias sistema de alumbrado (directo, indirecto, etc) altura de suspensión de las luminarias (d) índice del local (k), depende del sistema de alumbrado coeficientes de reflexión de paredes, techo y suelo (ρ) factor de utilización (η) factor de mantenimiento (fm)

FACTOR DE UTILIZACIÓN

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CALCULO DEL MÉTODO DE LÚMENES

Flujo luminoso total necesario

Cálculo del número de luminarias

COLOCACIÓN DE LAS LUMINARIAS (RECTANGULAR)

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SEPARACIÓN ENTRE LAS LUMINARIAS

Depende de la apertura del haz y de la altura de las luminarias sobre el plano de trabajo

SEPARACIÓN ENTRE LAS LUMINARIAS

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5.2.4 INTRODUCCIÓN AL MÉTODO PUNTO POR PUNTO.

Este   método   permite   conocer   los   valores   de   iluminancia   en   puntos   concretos. Consideraremos que la iluminancia en un punto es la suma de la luz proveniente de dos fuentes,   componente   directa,   producida   por   la   luz   que   llaga   al   plano   de   trabajo directamente de las luminarias, y otra indirecta o reflejada procedente de la reflexión de la   luz   de   las   luminarias   en   el   techo,   paredes   y   demás   superficies   del   local.Se considera que  la  iluminancia en un punto es  la suma de  la  luz proveniente de dos fuentes:  una   componente  directa,  producida  por   la   luz  que   llega  al  plano  de   trabajo directamente de las luminarias, y la otra directa o reflejada procedente de la reflexión de la   luz   de   las   luminarias   en   el   techo,   paredes   y   demás   superficies   del   local.En la imagen se puede observar que unos pocos rayos de luz serán perpendiculares al plano de trabajo mientras que el resto serán oblicuos. Esto quiere decir que de  la  luz incandescente sobre un punto, sólo una parte servirá para iluminar el plano de trabajo y el resto iluminará el plano vertical a la dirección incidente en dicho punto.

Este método se utiliza si lo que deseas es conocer los valores de la iluminancia en puntos concretos.

Dónde:  EH=  nivel   de   iluminación   en   un   punto   de   una   superficie   horizontal   (enLUX)  Ev=  nivel   de   iluminación   en   un   punto   de   una   superficie   vertical   (en   LUX)  I= intensidad de flujo luminoso según la dirección del punto a la fuente. Puede obtenerse de los diagramas polares de la luminaria o de la matriz de intensidades que generalmente proporciona   el   fabricante   de   luminarias   (en   candelas)  

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α= ángulo formado por el rayo luminoso y la vertical que pasa por la luminaria.H= altura del plano de trabajo a la lámpara (en m).

Para   utilizar   el   método   del   punto   por   punto   necesitamos   conocer   previamente   las características fotométricas de las lámparas y luminariasempleadas, la disposición de las mismas sobre la planta del local y la altura de estas sobre el plano de trabajo. Una vez conocidos todos estos elementos podemos empezar a calcular las iluminanciasIluminación = (componente directa) + (componente indirecta –techo paredes)

CALCULOIluminación directa por varias luminarias

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Iluminación indirecta o reflejada en un punto o Suposición básica: luz reflejada uniformemente

VALORES DE ILUMINACIÓN EN SERVICIO

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5.3 AHORRO Y USO EFICIENTE DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

La Gerencia de Uso de Energía Eléctrica inició desde 1992 el desarrollo de bases de datos de   equipos   de   iluminación,   así   como  metodologías   para   implementar   programas   de ahorro de energía en edificios, comercios e industria y proporciona asesoría técnica a las personas que no están familiarizadas con la materia de alumbrado.

El alumbrado es invariablemente un gran usuario de energía en la mayoría de los edificios comerciales  e   institucionales    y,  a  menudo,  hay oportunidades  para obtener    grandes ahorros   de   energía.   Sin   embargo,   se   debe   tener   cuidado   en   no   comprometer   el rendimiento   visual   haciendo   cambios   en  el   sistema  de  alumbrado   los   cuales   puedan reducir el rendimiento de los trabajadores y vover  negativo cualquier otro ahorro por una baja productividad, ya que es necesario entender que el objetivo principal de los sistemas de iluminación es proporcionar un nivel de luz adecuado para realizar tareas visuales.

Actualmente, se han establecido “medidas” para reducir   la demanda y el consumo de energía  eléctrica  en   sistemas  de   iluminación  a   través  de  utilización  de   lámparas  más eficaces; el uso de reflectores especulares eliminando una lámpara de cada dos y el uso de controles de alumbrado para controlar el sistema. Sin embargo, al aplicar estas medidas algunas veces no se toma en cuenta la tarea visual.

ALUMBRADO INTERIOR

El alumbrado interior es el conjunto de las fuentes de luz artificiales ubicadas  debajo de un techo o entre paredes.

METODOLOGÍA

Antes de tomar cualquier decisión para modificar un sistema de alumbrado existente, se debe realizar una inspeccion al sistema de alumbrado con dos objetivos principales: uno es identificar donde se encuentra instalada la carga de alumbrado para conocer los niveles de iluminancia,la eficiencia de los luminarios, su distribución y estado físico, y el otro es identificar donde se puede reducir el uso de alumbrado.

Frecuentemente,   las   tareas  ejecutadas  en un área de trabajo  cambian con el  tiempo, mientras  que   los   sistemas  de  alumbrado permanecen  iguales  o   son modificados  para cubrir   las   nuevas   necesidades.   Algunos   sistemas   pueden   haber   sido   instalados   para minimizar   costos   iniciales   sin   importar   su   eficiencia   o   si   fueron   diseñados   antes   del advenimiento de nuevas tecnologías.

Al realizar la inspección se debe considerar una serie de preguntas como son: ¿Qué hace la gente en ese espacio? ¿estudia, come, opera máquinas, compra   o vende? ¿cuál es la 

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cantidad y calidad del alumbrado necesario para realizar  las tareas visuales?

Para tener una idea de que medida se puede utilizar, primero es necesario tomar una serie de lecturas del nivel de iluminancia que se tienen en la instalación. En general estas lecturas se obtienen por medio de un luxómetro portátil con el  que se toman valores máximos y mínimos de la iluminación en la zona que se propone modificar.

El   segundo   paso   es   comparar   los   niveles   de   iluminancia   medidos   contra   las recomendaciones  de niveles  que son considerados  óptimos para desarrollar   las  tareas visuales. Las recomendaciones de niveles de iluminancia se muestran en la Tabla 1.

Para seleccionar rápidamente el valor adecuado se recomienda lo siguiente:

El valor central de cada rango representa el valor recomendado de iluminancia y debe ser usado en todos los casos normales.

El valor más alto de cada rango puede ser usado:

Cuando estén presentes en la tarea bajas reflectancias o contrastes inusuales. Cuando los errores de ejecución son costosos para rectificar. Cuando la tarea visual es crítica. Cuando una mayor productividad o exactitud es de gran importancia Cuando la capacidad visual de los trabajadores está abajo del promedio

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Frecuentemente,   las   tareas  ejecutadas  en un área de trabajo  cambian con el  tiempo, mientras  que   los   sistemas  de  alumbrado permanecen  iguales  o   son modificados  para cubrir las nuevas necesidades. 

El valor mas bajo de cada rango puede ser usado:

Cuando las reflectancias ocontraste son inusualmente altas Cuando la velocidad y/o exatitud no son importantes. Cuando la tarea es ejecutada ocasionalmente

Algunos ejemplos de diferentes tipos de actividad realizadas en las  distintas categorías de iluminancia son:

Categoría A Vestíbulos.

Categoría B Corredores, cuartos de almacenamiento.

Categoría C Salas de espera, escritorios de recepción.

Categoría D Material impreso, o originales impresos, escritura a mano o en tinta, trabajo industrial rudo.

Categoría E Escritura   con   lápiz  medio,  material   inpreso   o   reproducido   pobremente, trabajo industrial medio.

Categoría F  Escritura con lápiz duro en papel de calidad pobre, duplicados decolorados, trabajo industrial difícil.

Categoría G Trabajo industrial fino, inspección difícil.

Categoría H Trabajo de banco extrafino, maquinado o trabajo de ensamble.

Categoría I Procedimientos quirúrgicos, costura de trajes.

Una vez comparados los niveles de iluminancia y analizada el área de trabajo es posible elegir una estrategia como sigue:

a)  Si  el  nivel  de   iluminancia  medido  es   superior  al   recomendado se  puede  reducir   la potencia   de   las   lámparas   y/o   poner   reflectores   especula   res,   así   como   seguir   las alternativas mostradas en el punto c.

b) Si el nivel de iluminancia medido es inferior al recomendado se pueden elegir lámparas de menor potencia, con nuevas tecnologias que proporcionan un flujo mayor, así como porcionan un flujo mayor, así como cambiar difusores y, en dado caso, instalar reflectores especulares. Para reducir la potencia y consumo también será necesario instalar balastros más eficientes

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c) En el caso de que los niveles se encuentren dentro de las recomendaciones, se deben evaluar las siguientes alternativas:

Usar alumbrado de tarea en estaciones de trabajo. Instalar fuentes de luz más eficientes. Usar balastros eficientes. Cambiar lámparas incandescentes por fluorescentes compactas. Instalar reflectores especulares y/o difusores en luminarios existentes. Instalar   interruptores,   relevadores   de   tiempo,   sensores   de   presencia   o 

atenuadores. Instalar controles para permitir el mayor uso de la luz natural. Instalar un sistema de control automático para mantener un nivel de iluminancia 

constante.

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Por último, se recomienda efectuar estudios de costo-beneficio para cualquiera de  las estrategias analizadas.

Una de las partes más  importantes dentro de  los estudios de ahorro de energía es  la elección del tipo de lámpara a utilizar. Las Tablas 2, 3, 4 y 5 presentan una comparación de lámparas  y   su  aplicación  en   los   sectores  doméstico,   comercial  e   industrial,   las   cuales pueden servir de guía para su selección.

En las tablas se puede observar que las lámparas incandescentes se recomiendan sólo en aplicaciones donde se utilicen por unas pocas horas al día. También se han eliminado las lámparas de vapor de mercurio para ser reemplazadas por lámparas de aditivos metálicos y vapor de sodio de alta presión, ya que son más eficaces.

Creadas para tener larga vida y usarse en pequeños luminarios, las lámparas de tungsteno halógeno son usadas en la actualidad para iluminación de detalle con lámparas halógenas dicroícas   o   iluminación   de   locales   comerciales,   fachadas   de   edificios   y   algunas   áreas deportivas.

Las   lámparas  fluorescentes  son  las  preferidas  para  aplicaciones  en alumbrado  interior comercial. La producción de una gran variedad de temperaturas y rendimientos de color hacen   fácil   la   introducción  de   estas   lámparas   en  hogares,   restaurantes   y   en   algunas aplicaciones industriales que son sensibles al color y donde la altura de montaje no exceda de 5 metros.

El reemplazo de alumbrado incandescente con lámparas fluorescentes compactas ofrece significativos ahorros al usuario. El ahorro a través de menor consumo de energía, menos cambios  de   lámparas   y   costos   relacionados   con  el  mantenimiento,  pueden   recuperar rápidamente la inversión inicial.

Las lámparas de descarga de alta intensidad son ideales para iluminación de grandes áreas industriales así como para bodegas o patios de maniobras, en alturas de montaje de 6 o más metros, donde el rendimiento de color no es tan importante.

El advenimiento de lámparas con menor potencia las hace apropiadas para sustitución de lámparas fluorescentes o de tungsteno halógeno en aplicaciones de seguridad y vigilancia y alumbrado de acentuación.

Alumbrado Exterior

Es toda fuente de luz artificial utilizada en areas abiertas, como explanadas, canchas de futbol, alumbrado publico, etc.

Alumbrado publico.

Uno de los servicios fundamentales en cualquier ciudad es la iluminación para el tránsito peatonal y vehicular

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El alumbrado tiene singular importancia en las zonas habitacionales

Un alumbrado adecuado debe considerar:

•Seguridad

•Confiabilidad

•Ahorro de energía eléctrica

Medidas recomendadas en Alumbrado Publico

Instalar lámparas de vapor de sodio en alta presión  (VSAP)

• Usar balastros electrónicos

• Instalar dispositivos atenuadores

• Medir el consumo de electricidad 

• Ajustar distancia interpostal y altura de montaje

• Considerar la aplicación de nuevas tecnologías:

LEDS Lámparas de inducción magnética Lámparas fluorescentes compactas Semáforos con LEDS

Comparación  de  tecnologías  convencionales  Vs.  eficientes    financiados  por  el  FIDE  en Alumbrado Público.

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RECOMENDACIONES GENERALES PARA AHORRAR ENERGIA ELECTRICA EN SISTEMAS DE ILUMINACION

♦  Limpia   periódicamente   las   luminarias,   porque   la   suciedad   disminuye   el   nivel   de iluminación de una lámpara hasta en un 20%.

♦  Apaga   las   luces  que  no  necesites,   como por  ejemplo  cuando el  personal  está  en refrigerio.

♦  Evalúa   la   posibilidad  de  utilizar   luz  natural,   instalando   calaminas   transparentes   o similares.   Aprovecha   este   recurso,   siempre   que   te   brinde   un   nivel   adecuado   de iluminación.

♦  Usa   colores   claros   en   las   paredes,  muros   y   techos,   porque   los   colores   oscuros absorben gran cantidad de luz y obligan a utilizar más lámparas.

♦ Reemplaza tus fluorescentes T-12 convencionales de 40 W por fluorescentes delgados de T-8 de 36 W porque iluminan igual. Este reemplazo significa un ahorro económico de 10% en tu facturación, ya que los T-8 consumen 4W menos, utilizan los mismos sockets y lo más importante es que cuestan igual.

♦ Independiza y sectoriza los circuitos de iluminación, esto te ayudará iluminar sólo los lugares que necesitas.

♦  Instala   superficies   reflectoras   porque   direcciona   e   incrementa   la   iluminación   y posibilita la reducción de lámparas en la luminaria.

♦ Selecciona las lámparas que te suministren los niveles de iluminación requeridos en las normas de acuerdo al tipo de actividad que desarrolles.

♦  Utiliza  balastos  electrónicos,  porque   te  permiten  ahorrar  energía  hasta  un  10% y corrige el factor de potencia, así como incrementa la vida útil de tus fluorescentes.

♦  Evalúa la posibilidad de instalar sensores de presencia, timers y/o dimmers para el control de los sistemas de iluminación de tu empresa.

♦  Utiliza   luminarias   apropiadas   como  las  pantallas  difusoras   con   rejillas.  No  utilices difusores  o  pantallas  opacas  porque generan  pérdidas  de   luz  por   lo  que  tendrás  que utilizar más lámparas,

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CONCLUSIÓN

En  esta  unidad  nos  dimos   cuenta  de   las  diferentes   lámparas  que  existen  para  hacer nuestra   luminaria   a   las   necesidades   que   tengamos.   Conocimos   las   lámparas incandescentes, las de descarga y las de última generación las cuales cuentan con una mayor vida útil y con un mínimo consumo de watt. También estudiamos los diferentes métodos de lúmenes y el de punto por punto.

Los   sistemas   de   alumbrado   presentan   una   excelente   oportunidad   para   el   ahorro   de energía, sin embargo deben tomarse en cuenta las tareas visuales efectuadas ya que una iluminación   insuficiente   disminuirá   la   productividad   de   las   personas.   Adicionalmente, debe mencionarse  que es  necesario  conocer   los  avances  tecnológicos  en  luminarios  y controles de alumbrado para seleccionar la mejor alternativa.

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BIBLIOGRAFÍA

(PDF) DISEÑO DE INSTALACIONES ELECTRICAS CON AYUDA DE COMPUTADOR – ESCUELA POLITECNICA NACIONAL

(PDF) PROYECTO DE ILUMINACION

(PDF) PROYECTO DE ILUMINACION – INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

(PDF) ALUMBRADO PUBLICO

(PDF) PROYECTO DE ALUMBRADO PUBLICO

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ANEXOS

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Un patio de almacenamiento de 3000 m2 está alumbrado por dos lámparas de alta intensidad con un flujo luminoso de 50 000 lúmenes. El coeficiente de utilización es de 35% y el factor de mantenimiento por pérdida luminosa de 80%. Calcular el nivel luminoso promedio.

Solución:

El nivel luminoso producido por un sistema de alumbrado que use una combinación de lámparas   incandescentes   y   fluorescentes   se   calcula   sumando   la   iluminación   en   luxes producida por cada sistema, pero éste no es nuestro caso ya que solo son dos lámparas del mismo tipo.

E=N×φ×c .u .×F .M .A   ;        

 Donde:    

E= iluminación promedio

N= número de lámparas que contribuyen con luz

φ =salida en lúmenes de la lámpara

C.U. = coeficiente de utilización, que es el porcentaje de los lúmenes de la lámpara que caen dentro del área iluminada

F.M. = Factor de mantenimiento o de pérdida luminosa, siendo éstas por depreciación de lúmenes de la lámpara y deterioro por suciedad de la luminaria.

A = área iluminada en  m 2 

Sustituyendo los datos conocidos:

E=2×50000×0 . 35×0.83000

=9. 3 luxes

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Cálculo del alumbrado interior en un cuarto de control por el método de los lúmenes.

Para  el   cálculo   correspondiente   se  utilizará   el   sistema  de   los   lúmenes,   cuya   fórmula establece que el número de luminarias es:

 No . de luminarias= E×Largo×Ancho

φ×C .U .×F .M .

Donde:φ = flujo luminoso por luminariaE= Nivel luminoso (luxes)C.U. = coeficiente de utilizaciónF.M. = Factor de mantenimiento o de pérdidas

Siguiendo el procedimiento antes descrito se tiene:

1.-Necesidades del área por iluminar:       A   éste   respecto,   el   área   considerada  está   clasificada   como  normal,   con  un  nivel luminoso de 540  luxes,  según normas de Alumbrado de Petróleos  Mexicanos para un cuarto de control, que se aproximan a los 500 luxes de la IES.

2.-Selección del tipo de lámpara y luminaria debido a las características de montaje (3.3 m),  y a la eficiencia comparativa entre lámparas para ésta altura, se seleccionan lámparas fluorescentes de 38 watts. 

Una vez establecidas las características de la lámpara, se selecciona la luminaria en base a los catálogos de distintos fabricantes.

Para éste caso se propone una luminaria fluorescente de 2¿ 38 W .  (2 x 3 000 lúmenes = 6000 lúmenes por luminaria).

3.-Cálculo del número de unidades requeridas:    El cálculo correspondiente, se hará por el método de los lúmenes.

Se determina el coeficiente de utilización el cual nos establece los lúmenes que llegan al plano de trabajo  en relación con los lúmenes emitidos. Para esto, es necesario contar con la “Relación de la Cavidad del Cuarto” o “Indice del Local”. Este valor se establece de las características del local, ya que en general mientras más alto y estrecho sea éste, tendrá mayor absorción de luz en las paredes, y el coeficiente de utilización será menor, el valor correspondiente se puede calcular directamente de tablas (3.1) o con la siguiente fórmula:

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RCC=

5 Hm (L+a )L×a

Donde:

RCC = Relación de la cavidad del cuarto. (techo o piso según sea el caso)Hm = Altura de montaje (sobre el plano de trabajo)L = Largo del locala = Ancho del local                     Para el caso se tienen los siguientes datos:

HM=3 .3-0 . 75=2. 55 mL=13 . 2 ma=9 .2 m

Sustituyendo:

RCC=5 (2 . 55)(13 . 2+9 .2 )13. 2×9 .2

=2. 35

Por tabla 3.1 se intercepta la línea horizontal de ancho = 9.15 y Largo = 13.73 con línea vertical de cavidad del cuarto de 2.4 m, y 2.7 m dando valores de RCC = 2.3 y RCC = 2.5 respectivamente como HM = 2.55, interpolando obtenemos un valor aproximado de RCC = 2.4, debido a que hemos aproximado las dimensiones del local en la tabla 3.1 del apéndice de este capítulo.

Una   vez   establecido   este   valor,   se   procede   a   buscar   el   C.U.   en   los   catálogos   de   la luminaria, en donde se enumeran valores de reflectancias de piso, techo y paredes. Estos dependen de los colores de la pintura o de los acabados que se tengan. (Consultar tabla de reflectancias).

En este ejemplo se considerarán:

Piso color café --------------------------------------------- 20% de reflectancia.Techo color blanco ---------------------------------------  80 % de reflectancia.Paredes color azul verdoso ------------------------------  80 % de reflectancia.

El   coeficiente  de utilización  que se  obtiene  en  tabla  3.3,  del  apéndice,  es  CU =  0.67. Entrando con:  

- Reflectancia de techo = 80 %- Reflectancia de paredes = 80 %

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- Relación de cavidad del local = 2.4.

El factor de mantenimiento se clasifica en: Pérdidas de luz recuperables y Pérdidas no recuperables, para nuestro ejemplo son los siguientes.

Pérdidas recuperables Pérdidas no recuperables1. Deterioro por suciedad en la luminaria = 

0.9.2. Suciedad del local = 0.953. Fallo de lámparas = 1.4. Degradación   de   los   lúmenes   de   las 

lámparas = 0.82

5. Temperatura ambiente en luminarias = 16. Variaciones de voltaje = 1.7. Eficiencia del reactor = 0.95.8. Deterioro de la luminaria = 0.98

Conociendo estos factores parciales, se establece el factor total de pérdidas.

Para este caso se tiene en el orden antes mencionado, los siguientes valores:

F.M. = 0.90 x 0.95 x 1 x 0.82 x 1 x 1 x 0.95 x 0.98F.M. = 0.65.

Sustituyendo valores en la fórmula inicial se tiene:

No de luminarias=540×13.2×9.26 ,000×0.67×0 .65

=25. 4

Como puede observarse, en la mayoría de los casos los resultados de el número total de luminarias se deberá ajustar a un número entero y dando una disposición simétrica dentro de su colocación. De acuerdo a recomendaciones del fabricante y a la disposición de los tableros del cuarto de control, serán 25 luminarias de 2 x 38 Watts.

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