I parte - El modelo ese desde el punto de vista luminotécnico: calidad, eficiencia y garantía de luz en alumbrado exterior... Rentabilidad compartida

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1 I parte - El modelo ese desde el punto de vista luminotécnico: calidad, eficiencia y garantía de luz en alumbrado exterior... Rentabilidad compartida Francisco Cavaller Galí SALVI Iluminación 1. Introducción En este trabajo queremos presentar y evaluar todos aquellos parámetros y características técnicas que deben aportar, tanto los productos empleados como la solución diseñada en la iluminación pública exterior, de forma que se asegure la calidad en el servicio que ofrecen y la fiabilidad y garantía tanto técnica como económica de la propuesta luminotécnica. De esta manera se conseguirá de forma segura que las inversiones en los servicios de alumbrado representen un verdadero ahorro tanto económico como ambiental sin dejar de prestar el necesario servicio de iluminación exterior de calidad. Entendemos que esta calidad del servicio del alumbrado exterior, que es lo que el ciudadano percibe, se materializa en: Unos niveles de iluminación adecuados tanto al ámbito geográfico como temporal: adecuación de los niveles de alumbrado a su uso, siempre suficientes, nunca excesivos Un grado de confort asegurado: controlar los factores de uniformidad y deslumbramiento del alumbrado dentro de los límites Una luz de tonalidad agradable: elección del color de la fuente de luz en función de las necesidades de visión y entorno Un control de la luz, dirigiéndola sólo allí donde es necesaria Mientras que el diseño, la explotación y las economías de la instalación, que es lo que sólo conoce el gestor, dependerá de: La tecnología empleada en el alumbrado y la capacidad de gestión que aporte La eficiencia, el consumo real del alumbrado y sus costes El mantenimiento que requieran los equipos y sistemas empleados en el alumbrado, su vida útil y los costes de mantenimiento y reemplazamiento La rentabilidad de la instalación de alumbrado 2. Niveles de iluminación y uniformidades Los niveles de iluminación se pueden determinar en iluminancias o luminancias. Se emplean estos dos parámetros, definidos como: 24

2 La iluminancia es la cantidad de flujo luminoso que incide sobre una superficie. La unidad de la iluminancia es el lux La luz recibida por una superficie, la que llega La luminancia es la intensidad luminosa por unidad de superficie reflejada en la dirección del ojo del observador. La unidad de la luminancia es la candela por metro cuadrado (cd/m²) La luz reflejada por una superficie, lo que el ojo ve La existencia de estos dos parámetros es debido a las diferentes necesidades visuales que tiene el usuario de la vía pública, o cualquier espacio exterior, para el reconocimiento de su entorno. Se incluyen aquí unas imágenes gráficas de estos conceptos: Iluminancia El concepto Para crear luminosidad en todas las superficies y objetos del entorno visual. Distancia de visibilidad CORTA y velocidad de circulación BAJA La posición del observador no es relevante para los cálculos y éstos se realizan para unos determinados puntos de la calzada u otras superficies en relación a la posición relativa de las columnas de luz Las clases CE y S de alumbrado están definidas en iluminancia y se tiene en cuenta TODOS los posibles usuarios del área En las distancias cortas es donde la iluminancia (lux) se la juega Luminancia Así, un conductor de un vehículo a media o alta velocidad (>60km/h) mira al frente de su vehículo, a partir de 60 metros. A esa distancia y en el campo de visión del conductor, es más fiable para garantizar la visibilidad calcular el alumbrado de esa vía a partir de la luminancia que refleja el pavimento hacia el conductor: se calcula entonces en valores de luminancia, cd/m 2. El concepto Para crear luminosidad en la superficie de la calzada con el objeto de mostrar cualquier objeto en SILUETA a los conductores. Distancia de visibilidad LARGA y velocidad de circulación ALTA Los cálculos se realizan desde una posición fija del observador en unos determinados puntos de la calzada en relación a la posición relativa de las columnas de luz Las clases ME de alumbrado están definidas en luminancia y se tiene en cuenta sólo para la visibilidad del conductor. Otros usuarios NO son considerados En cambio, en un ámbito urbano, o peatonal, el usuario tiene un campo de visión más cercano y en un entorno mucho más amplio. Su mirada cubre casi los 180º frente a él, en ese espacio se encuentran gran variedad de objetos, paramentos, mobiliario, etc, por lo que aquí lo importante es que todo ello reciba luz: se calcula entonces en valores de iluminancia, lux. Cualquier cálculo luminotécnico del proyecto puede realizarse en ambos parámetros. Será la determinación del uso principal que va a tener ese espacio y su usuario el que determinen cual de ellos debe emplearse y la clase de alumbrado que le corresponda. Luces CEI nº

3 Esta clase de alumbrado en general nos determina que para un uso más intensivo se va a necesitar un mayor nivel de iluminación. Esto es debido a que tanto los riesgos como la visibilidad y el confort van a ser mayores al aumentar su ocupación. Mayor ocupación = mayor iluminación Sin embargo, existe también un parámetro que afecta proporcionalmente a las capacidades y sensaciones visuales del usuario. Es el parámetro de la uniformidad. La uniformidad es la relación entre los diferentes valores de iluminancia o luminancia en una superficie. Si esta relación es entre el valor mínimo y el medio será la uniformidad media, si es entre el mínimo y el máximo será la uniformidad extrema, y si es como esta última pero en un mismo eje de carril será la uniformidad longitudinal. Está contrastado que una mayor uniformidad puede contrarrestar un menor nivel de iluminación, es decir, que el usuario percibe una mejor iluminación si la uniformidad es más alta, siempre que el nivel de iluminación, y sobretodo sus valores mínimos, sean suficientes. Mayor uniformidad = mayor visibilidad Actualmente, para determinar los niveles de iluminación y uniformidades en el alumbrado exterior existe el Real Decreto 1890/2008, de 14 de noviembre, por el que se aprueba el Reglamento de eficiencia energética en instalaciones de alumbrado exterior y sus Instrucciones técnicas complementarias EA-01 a EA-07. La determinación de los niveles de iluminación y uniformidades según esta normativa depende de la clase de alumbrado, la cual está en función de la situación de proyecto, el tipo de vía y la intensidad de tráfico. Siguiendo el análisis anterior de la luminancia e iluminancia, en este esquema se encuentran las diferentes tablas de aplicación de dicho reglamento a partir de la clase de alumbrado establecida: Clasificación Tipo de vía Velocidad del tráfico rodado (Km/h) A de alta velocidad v > 60 B de moderada velocidad CD carriles bici _ 30 < v < 60 E de baja velocidad 5 < v < 30 vías peatonales v < 5 LUX Clase de Alumbrado Iluminancia horizontal Iluminancia Media EM (lux) CE0 50 0,4 CE1 30 0,4 CE1A 25 0,4 CE2 20 0,4 CE3 15 0,4 CE4 10 0,4 CE5 7,5 0,4 Media Um 26

4 Clase de Alumbrado Iluminancia horizontal en el área de la calzada Iluminancia Media Em (lux) S S S3 7,5 1,5 S4 5 1 Iluminancia mínima Emm (lux) cd/m 2 Clase de Alumbrado Luminancia de la superficie de la calzada en condiciones secas Deslumbramiento Perturbador Iluminación de alrededores Luminancia (4) Media L m (cd/m 2 )(1) Global U º (mínima) Longitudinal U º (mínima) Incremento Umbral TI (%)(2) (máximo) ME1 2,00 0,40 0, ,50 ME2 1,50 0,40 0, ,50 ME3a 1,00 0,40 0, ,50 ME3b 1,00 0,40 0, ,50 ME3c 1,00 0,40 0, ,50 ME4a 0,75 0,40 0, ,50 ME4b 0,75 0,40 0, ,50 ME5 0,50 0,35 0, ,50 Relación Entorno SR (3) (mínima) ME6 0,30 0,35 0,40 15 Sin requisitos 3. Grado de confort visual: color de la luz, deslumbramiento y luz intrusa 3.1 Color de la luz El color es un fenómeno físico, por lo que puede ser medido en relación a una unidad y es también una sensación, es decir, una respuesta a un estímulo luminoso que se capta por medio del ojo humano y seguidamente se percibe por el cerebro. Las características cualitativas que distinguen los diversos colores son fundamentalmente el tono de color, que hace referencia a la longitud de onda del mismo, la intensidad, que representa la fuerza o el vigor con que nuestros ojos perciben un determinado color y la saturación de un color, que depende de la cantidad de color blanco que contiene. Como se puede observar, la franja que corresponde a la radiación visible es muy pequeña en comparación con el espectro completo. Dicha franja está limitada por los rayos ultravioletas a un lado y los rayos infrarrojos al otro. Aproximadamente la franja de radiación visible abarca desde una longitud de onda de 370nm a los 780nm. Dentro de esta franja, las diferentes longitudes de onda el ojo humano las capta como color, siendo el color violeta el que tiene la longitud de onda más corta y el rojo el que la tiene más larga. Se llama radiación visible a aquellas radiaciones del espectro electromagnético que son capaces de sensibilizar al ojo humano. Las fuentes de luz empleadas en el alumbrado exterior cubren parte de ese espectro visible, pero no en su totalidad. Luces CEI nº

5 Así, hay lámparas que emiten principalmente en las tonalidades amarillas y otras en las azuladas. Luz Incandescente Luz Solar Luz Fluorescente Luz led de diferentes temperaturas de color Luz Dia Luz Incandescente Luz Mercurio c.c. Luz Mercurio Halogenuros Luz Sodio Baja P. Luz Sodio Alta P. Luz Fluorescente 1 Luz Fluorescente 2 28

6 La emisión en estas franjas del espectro determinará no sólo el color de la luz sino la capacidad de la misma de reproducir en nuestro sentido de la visión los colores tal y como son. Si en una luz artificial no hay radiación azul no veremos el objeto azul aunque sea de ese color, por ejemplo. Otro aspecto de color importante es la temperatura de color o tonalidad. Se mide en ºK e indica la intensidad que toma la luz blanca, representándose como luz cálida (<3000ºK), luz neutra ( ºK) o luz fría (>4500ºK) Esta capacidad de reproducción fiel de los colores es lo que se llama Índice de Reproducción Cromático, y su valor va del 0 a 100, 0 sería nula reproducción del color y 100 la máxima, por ejemplo la luz del día. El conocer este índice, IRC, y que sea elevado, es importante en aquellos espacios donde la reproducción de los colores aporte calidad al alumbrado. Incluso se puede afirmar, conociendo los conceptos de visión mesópica y escotópica, que en el alumbrado exterior de baja intensidad (<5 cd/m 2 ) a mayor índice de reproducción cromática se obtiene mayor visibilidad y, por tanto, menor necesidad de nivel de iluminación. Mayor IRC = mayor visibilidad Cuando todas las longitudes de onda llegan a nuestros ojos vemos luz blanca. Cuando nos llegan sólo unas longitudes de onda, vemos los colores de esas longitudes. La hierba la vemos verde porque absorbe todas las longitudes de onda menos la verde, aunque le llegue la luz blanca. Clasificación Comercial Ejemplo: Color 830 Reproducción cromatica: 80 Temperatura de Color: 3000ºK Tipo de lampara Gama potencias Rendimiento IRC ºK Vida media Vida útil Incandescente W 15 lm/w h 1000 h Luz Mezcla W 25 lm/w h 6000 h Flourescencia 6-80W 90 lm/w h 6000 h Vapor mercurio c.c W 60 lm/w h 8000 h V. Mercurio Halogenuros W 90 lm/w h 8000 h Vapor Sodio alta presión W 130 lm/w h h Vapor Sodio baja presión W 180 lm/w h 8000 h LED 0,1-1,2W lm/w Varios Varios h h Luces CEI nº

7 globo ocular puede producirse una dispersión de las radiaciones que lo atraviesan, provocando un velo de la imagen. Es el caso del producido cuando un automóvil circula de noche en sentido contrario al nuestro. 3.2 Deslumbramiento Cuando el estímulo exterior es muy elevado o se produce una variación importante y rápida en su magnitud, se produce una modificación de la capacidad de visión llamada deslumbramiento. Esta variación de la capacidad de visión puede no sólo causar molestia sino que puede incapacitar la visión, anulando prácticamente lo que el alumbrado pretende. Existen dos tipos de deslumbramiento: Deslumbramiento de velo o incapacitivo: Es debido a la imperfección del ojo como instrumento óptico. En el Deslumbramiento por adaptación o molesto: El ojo se adapta al valor medio del estímulo visual. Si una parte de la retina recibe una cantidad mayor de estímulo, se rehace el mecanismo de respuesta, reduciéndose la magnitud de la respuesta y viceversa. Mayor Deslumbramiento = menor visibilidad Lógicamente este parámetro deberá ser calculado por lo métodos que existen para ello y justificado en el proyecto luminotécnico, siendo valorado en la medida que merece por su real vinculación a la final capacidad de percepción que sobre el alumbrado va a tener el usuario. El Real Decreto 1890/2008 establece unos valores para el cálculo del deslumbramiento, ya bien sea para el alumbrado de carreteras o vías rápidas (calculado según el denominado incremento umbral, TI), o vías de tráfico lento o peatonal (índice D) o para otros casos más específicos (índices G y GR). Clase de alumbrado Luminancia de la superficie de la calzada en condiciones secas Luminancia (4) Media Lm (cd/ m2) (1) Global Uo [mínima] longitudinal Uo [mínima] Deslumbramiento perturbador Incremento Umbral TI (%) (2) [máximo] ME1 2,00 0,40 0, ,50 ME ,40 0, ,50 ME3a 1,00 0,40 0, ,50 ME3b 1,00 0,40 0, ,50 ME3c 1,00 0,40 0, ,50 ME4a 0,75 0,40 0, ,50 ME4b 0,75 0,40 0, ,50 ME5 0,50 0,35 0, ,50 Iluminación de alrededores Relación entorno SR (3) [mínima] ME6 0,30 0,35 0,40 15 Sin requisitos Clase D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 Indice de deslumbramiento máximo Altura de montaje Clases D h < 4,5 D3 4,5 < h < 6 D2 h > 6 D1 Deslumbramiento Índice GR Insignificante 10 Ligero 30 Límite admisible 50 Molesto 70 Insoportable 90 30

8 Clase de Intensidad Intensidad máxima (cd/klm) (1) Otros requisitos 70º < 80º 80º <90º 90º G Ninguno G Ninguno G Ninguno G Intensidades por encima de 95º deben ser cero G Intensidades por encima de 95º deben ser cero G Ninguno (1) Todas las intensidades son proporcionales al flujo de la lámpara para lm. Nota: Las clases de intensidad G1, G2 y G3 corresponden a distribuciones fotométricas semi cut-off y cut-off, de uso tradicional. Las clases de intensidad G4, G5 y G6 se asignan a luminarias con distribución cut-off total, como las luminarias de cierre de vidrio plana en la posición horizontal. Destino de alumbrado Tipo de actividad GR máx A la salvaguarda y seguridad Riesgos bajos 55 Riesgos medios 50 Riesgos altos 45 Al movimiento y seguridad Solamente peatones 55 Tráfico lento 50 Tráfico normal 45 Al trabajo Basto 55 Basto y medio 50 Fino 45 Instalaciones deportivas Entrenamiento 55 Competición 50 Para tareas decisivas de visión en áreas de trabajo los valores de GR máx serán 5 unidades por debajo de las establecidas 3.3 Luz intrusa La luz intrusa o molesta procedente de instalaciones de alumbrado exterior es aquella que incide en las viviendas de los residentes y sobre los ciudadanos en general sin que ello sea necesario ni inevitable. Para controlar este efecto los diseños de iluminación, evidenciados en los cálculos luminotécnicos y la información técnica del producto del proyecto, han de cumplir con unos valores máximos establecidos en la normativa en cuanto a la Iluminancia vertical (Ev) en ventana, la intensidad luminosa (I) emitida por cada luminaria en la dirección potencial de la molestia, la luminancia media (Lm) de las superficies de los paramentos de los edificios expresamente iluminados que como consecuencia de una iluminación excesiva pueda producir molestias, la luminancia máxima (Lmax) de señales y anuncios luminosos, y los propios índices de deslumbramiento anteriormente señalados. También se considera luz intrusa o molesta, aquella que se dirige al espacio exterior, perdiéndose en la atmósfera, lo que provoca una modificación innecesaria del medio ambiente y una iluminación molesta del firmamento. Es lo que se llama contaminación lumínica y se calcula mediante el porcentaje de flujo que una luminaria emite hacia el hemisferio superior respecto a la totalidad de su flujo emitido y la cuantificación de su emisión en direcciones determinadas. También se ve afectada por el propio espectro de emisión de la fuente de luz empleada: a mayor radiación hacia la zona ultravioleta (por debajo de los 500nm) mayor efecto negativo sobre el medio. Luces CEI nº

9 Clasificación de zonas Descripción E1 Áreas con entornos o paisajea oscuros: Obervatorios astronómicos de categoria internacional, parques nacionales, espacios de interés natural, áreas de protección especial (red natura, onas de protección de aves, etc.), donde las carreteras están sin iluminar E2 Áreas de brillo o luminosidad baja: Zonas periurbanas o extrarradios de las ciudades, suelos no urbanizables, áreas rurales y sectores generalmente situados fuera de las áreas residenciales urbanas o industriales, donde las carreteras están iluminadas. E3 E4 Áreas de brillo o luminosidad media: Zonas urbanas residenciales, donde las calzadas (vías de tráfico rodado y aceras) están iluminadas Áreas de brillo o luminosidad alta: Centros urbanos, zonas residenciales, sectores comerciales y de ocio, con elevada actividad durante la franja horaria nocturna Clasificación de zonas E1 <1% E2 <5% E3 <15% E4 <25% Flujo hemisférico superior instalado FHSInst Parámetros luminotécnicos Valores máximos Observatorios astronómicos y parques naturales E1 Zonas periurbanas y áreas rurales E2 Zonas urbanas residenciales E3 Iluminancia verticals (Ev) 2 lux 5 lux 10 lux 25 lux Intensidad luminosa emitida por las luminarias (l) Luminancia media de las fachadas (Lm) Luminancia máxima de las fachadas (Lmax) Luminancia máxima de señales y anuncios luminosos (L max) Incremento de umbral de contraste (Tl) Centros urbanos y áreas comerciales E cd cd cd cd 5 cd/m 2 5 cd/m 2 10 cd/m 2 25 cd/m 2 10 cd/m 2 10 cd/m 2 60 cd/m cd/m 2 50 cd/m cd/m cd/m cd/m 2 Clase de alumbrado Sin iluminación ME5 ME3 / ME4 ME1 / ME2 Tl = 15% para adaptación a L = 0,1 cd/m 2 Tl = 15% para adaptación a L = 1 cd/m 2 Tl = 15% para adaptación a L = 2 cd/m 2 Tl = 15% para adaptación a L = 5 cd/m 2 Francisco Cavaller Galí SALVI Iluminación En la revista Luces CEI 50 seguiremos con la II parte. 32