CONCEPTOS BÁSICOS DE LUMINOTECNIA ELENA SANJUÁN SÁNCHEZ RESPONSABLE LABORATORIOS

Transcripción

1 CONCEPTOS BÁSICOS DE LUMINOTECNIA ELENA SANJUÁN SÁNCHEZ RESPONSABLE LABORATORIOS

2 Radiometría y Fotometría. Magnitudes y unidades. EL OJO COMO INSTRUMENTO ÓPTICO: CARACTERÍSTICAS DETECTORAS DEL OJO DENTRO DE SU INTERVALO ÚTIL DE DETECCIÓN: LINEALIDAD PARA TIEMPOS CORTOS: P e t EQUILIBRIO PARA TIEMPOS LARGOS: P e CÓMO CARACTERIZAMOS FOTOMÉTRICAMENTE EL OJO? SE DEFINE LO QUE SE LLAMA CURVA DE VISIBILIDAD ESPECTRAL O CURVA DE SENSIBILIDADESPECTRAL O CURVA DE EFICIENCIA LUMINOSA RELATIVA ESPECTRAL QUE SE REPRESENTA POR V λ Y QUE PROPORCIONA LA SENSIBILIDAD RELATIVA DEL SISTEMA VISUAL A LAS DISTINTAS LONGITUDES DE ONDA DEL ESPECTRO VISIBLE PARA DIFERENTES NIVELES DE LUMINANCIA.

3 Radiometría y Fotometría. Magnitudes y unidades. OBSERVADOR DE REFERENCIA FOTOMÉTRICO: V λ CON NORMALIZACIÓN FOTÓPICA V λ NORMALIZADAS Respuesta espectral fotópica Respuesta espectral escotópica VISIÓN FOTÓPICA: L > 10 cd/m 2. VISIÓN MESÓPICA: 0.01 cd/m 2 < L < 10 cd/m 2. VISIÓN ESCOTÓPICA: L < 0.01 cd/m 2.

4 Radiometría y Fotometría. Magnitudes y unidades. FLUJO LUMINOSO (F): es una medida de la potencia total de luz visible emitida por las fuentes de radiación. Al hablar de cantidad total de luz estamos diciendo que el flujo luminoso nos proporciona una medida cuantitativa y global de la cantidad luz que la fuente luminosa emite en todo el espacio que le rodea. SU UNIDAD ES EL LUMEN (lm) INTENSIDAD LUMINOSA (I). PARA UNA FUENTE PUNTUAL, ES LA CANTIDA DE FLUJO LUMINOSO QUE LLEVA CADA UNO DE LOS RAYOS QUE LA FUENTE EMITE EN UNA DETERMINADA DIRECCIÓN POR UNIDAD DE ÁGULO SÓLIDO. SU UNIDAD ES LA CANDELA (cd)

5 Radiometría y Fotometría. Magnitudes y unidades. ILUMINANCIA (E): CANTIDAD DE FLUJO LUMINOSO RECIBIDO EN UNA SUPERFICIE, DIVIDIDO POR EL ÁREA DE DICHA SUPERFICIE. E = I/d 2 SU UNIDAD ES EL LUX: lx = lm/m 2

6 Radiometría y Fotometría. Magnitudes y unidades. LUMINANCIA (L). CANTIDAD DE INTENSIDAD LUMINOSA QUE EMITE UNA FUENTE PRIMARIA O SECUNDARIA EN UNA DETERMINADA DIRECCIÓN DE OBSERVACIÓN, DIVIDIDA POR EL ÁREA DE DICHA SUPERFICIE EXTENSA SU UNIDAD ES: cd/m 2

7 Radiometría y Fotometría. Magnitudes y unidades. INTENSIDAD - ILUMINANCIA E = I / r 2 E= 400 lux L= 100 cd/m 2 E= 400 lux L= 5 cd/m 2 ILUMINANCIA-LUMINANCIA r E = π L r = 80 % r = 4%

8 Radiometría y Fotometría. Magnitudes y unidades. MAGNITUD FÓRMULA UNIDAD Flujo luminoso Ф Lumen (lm) Eficacia luminosa ρ = Ф/P lm / W Iluminancia E = Ф/S Lux Intensidad luminosa I= Ф/ω cd Luminancia L=I/S cd/m 2 FLUJO EFICACIA INTENSIDAD ILUMINANCIA LUMINANCIA

9 Radiometría y Fotometría. Magnitudes y unidades. TEMPERATURA DE COLOR: TEMPERATURA A LA QUE EL ESPECTRO DE EMISIÓN DE UNA FUENTE LUMINOSA ES EQUIPARABLE AL ESPECTRO DE EMISIÓN DE UN CUERPO NEGRO A ESA TEMPERATURA. RELACIONADA CON LA TONALIDAD DE LA LUZ CUERPO NEGRO: ES EL ABSORBENTE PERFECTO Y CONSTITUYE UN MODELO FÍSICO IDEAL PARA LA EMISIÓN LUMINOSA.

10 Radiometría y Fotometría. Magnitudes y unidades. TEMPERATURA DE COLOR CORRELADA (CCT) CUANDO TENEMOS FUENTES CON ESPECTRO DE EMISIÓN NO CONTINUO O CON PREDOMINANCIA DE DETERMINADOS PICOS DE EMISIÓN EN DETERMINADAS LONGITUDES DE ONDA, SE SUELE USAR EL TÉRMINO DE TEMPERATURA DE COLOR CORRELADA EN LA QUE SE REALIZA UNA COMPARACIÓN ENTRE LAS COORDENADAS CROMÁTICAS DE LA FUENTE DE LUZ Y UN GRÁFICO DONDE PODEMOS ESTABLECER LA CCT.

11 Radiometría y Fotometría. Magnitudes y unidades. 3000, 5000, 6500 K

12 Radiometría y Fotometría. Magnitudes y unidades. ÍNDICE DE REPRODUCCIÓN CROMÁTICA (IRC): ESTE PARÁMETRO NOS INDICA CÓMO ES EL RENDIMIENTO DE UNA FUENTE LUMINOSA DE UNA TEMPERATURA DE COLOR DADA EN CUANTO A LA REPRODUCCIÓN DE LOS COLORES SE REFIERE, COMPARADA CON OTRAS FUENTES DE REFERENCIA. 90 < IRC < 100 EXCELENTE 80 < IRC < 90 BUENO IRC < 80 MODERADO O POBRE es una medida de la capacidad que una fuente luminosa tiene para reproducir fielmente los colores de varios objetos en comparación con una fuente de luz natural o ideal. Se define por la Comisión Internacional de la Iluminación como: REPRODUCCIÓN CROMÁTICA: EFECTO DE UNA ILUMINACIÓN SOBRE LA PERCEPCIÓN DEL COLOR DE LOS OBJETOS, DE FORMA CONSCIENTE O SUBCONSCIENTE, EN COMPARACIÓN CON SU PERCEPCIÓN DEL COLOR BAJO UNA ILUMINACIÓN DE REFERENCIA.

13 Radiometría y Fotometría. Magnitudes y unidades.

14 Una luminaria es un dispositivo que contiene una o más fuentes luminosas con sus correspondientes sistemas de alimentación eléctrica, accesorios diseñados para distribuir la luz que éstas producen, y sistemas de anclaje y protección de las lámparas y del resto de componentes. Las luminarias pueden clasificarse siguiendo diversos criterios: ópticos, mecánicos, eléctricos, energéticos o referentes a su aplicación o uso. Carcasa, equipo de alimentación / transformador, Difusores, reflectores, refractores, concentradores, filtros

15 CARACTERIZACIÓN DE LUMINARIAS. SISTEMA DE REFERENCIA Para poder analizar la emisión luminosa de una luminaria, su direccionalidad, intensidad, etc., es necesario saber de antemano el sistema de referencia en el que vienen expresados los datos y comprender el significado de cada magnitud involucrada. Hay varios sistemas de referencia recomendados por CIE e IESNA. El más ampliamente utilizado es el llamado C-GAMMA. Todos los sistemas de referencia pretenden definir con exactitud la posición de cualquier punto con relación a la posición de un centro fotométrico de la luminaria. Esto permite dar nombre a diferentes direcciones de medida o de incidencia de la luz, que tienen su origen en la luminaria, habitualmente mediante el uso de tres coordenadas: una distancia y dos ángulos.

16 CARACTERIZACIÓN DE LUMINARIAS. SISTEMA DE REFERENCIA Suponiendo la luminaria ubicada en el centro de la esfera dibujada, podemos nombrar o referenciar cualquier dirección mediante dos ángulos: azimut y elevación, que se corresponden con C y g respectivamente. Suponiendo la analogía con la esfera terrestre, los planos C se corresponden con meridianos, mientras que los ángulos g equivaldrían a los paralelos. La esfera la cortamos con un determinado número de planos alrededor del eje vertical (semiplanos C). Dentro de cada semiplano C, localizamos cada punto de interés mediante la coordenada angular g. La variación de C es desde 0º hasta 360º, mientras que la de g es de 0º (su origen está siempre en la vertical de la luminaria, en el hemisferio inferior) a 180º (en la vertical de la luminaria, en el hemisferio superior). O C A D B

17 CARACTERIZACIÓN DE LUMINARIAS. SISTEMA DE REFERENCIA gamma1 Puntos A y C corresponden al mismo semiplano C Puntos B y D corresponden a otro semiplano C distante del anterior un cierto valor angular. O C A D B Puntos A y B siendo de diferentes semiplanos C tienen el mismo valor de γ. Puntos C y D tienen el mismo valor de γ, inferior al anterior una determinada cantidad. gamma2 Plano 1 Plano 2 Ejemplo Luminarias\planos.swf

18 CARACTERIZACIÓN DE LUMINARIAS. SISTEMA DE REFERENCIA Los valores angulares nos definen la dirección que estamos considerando con respecto a la luminaria. El valor radial nos definirá la intensidad emitida por la luminaria en esa determinada dirección. En el caso de que estemos realizando el ensayo fotométrico de la luminaria, ese valor radial se corresponderá con la magnitud que estemos determinando, en función del detector que se emplee. Generalmente se tratará de un iluminancímetro de manera que lo que obtendremos al realizar el ensayo será la distribución angular de iluminancia de la luminaria. Esta representación en sí misma carece de interés, por lo que matemáticamente, empleando la formulación adecuada, se transforma en otros parámetros y curvas típicas, siendo la más habitual de ellas la distribución angular de intensidad luminosa. De esta manera se construye el SÓLIDO FOTOMÉTRICO, figura tridimensional que define la intensidad y direccionalidad de la emisión luminosa de una luminaria.

19 DISTRIBUCIÓN ANGULAR DE INTENSIDAD LUMINOSA (cd/klm) I(real cd) = I(tabla cd/klm) x (Flujo luminoso lámparas/1000)

20 DISTRIBUCIÓN ANGULAR DE INTENSIDAD LUMINOSA (cd/klm) C180 C90 C270 C0 Semiplano C0 Semiplano C90

21 FLUJOS, EFICIENCIA Y EFICACIA Suma Planos C Promedio ángulos gamma Cálculo coeficientes zonales Cálculo de flujos zonales Potencia Flujo emitido Eficacia Eficiencia

22 FLUJOS, EFICIENCIA Y EFICACIA Suma Planos C Suma de las intensidades (cd) de todos los semiplanos C en un mismo gamma: Sγ= Ic(γ)*Fp. Se asigna un valor a cada gamma. (un valor por anillo) O Sγ1 Sγ2 Fp: Factor de peso (esférico) 2π/n (rad) n: número de semiplanos A B C D

23 FLUJOS, EFICIENCIA Y EFICACIA Promedio ángulos gamma Promedio entre dos gammas consecutivos. (un valor por corte) Pi=(Sγ1 + Sγ2)*Fz/2 Fz: Factor zonal(esférico): COS((γ1-Δγ)*PI()/180)- COS(γ1*PI()/180) Pi O A B C D

24 FLUJOS, EFICIENCIA Y EFICACIA Cálculo flujos zonales Flujo zonal : Фzi = Pi; define el flujo luminoso entre diferentes gammas Flujo emitido Ф = Pi FHI = Pi (i=0;90) FHS = Pi (i=90;180) Eficiencia η = (Фlamp / Фlum ) % Eficacia η = Фlum / Potencia consumida

25 EFICIENCIA vs EFICACIA Si tenemos en cuenta que la transformación de energía eléctrica en energía luminosa va acompañada de radiaciones no visibles y de pérdidas por calor, se define la eficacia luminosa como el cociente entre el flujo luminoso emitido por una fuente de luz y la potencia eléctrica consumida por dicha fuente de luz cuando se encuentra en funcionamiento, y nos proporciona una idea de lo eficaz que es dicha fuente de luz. Pérdidas por radiaciones no visibles Potencia eléctrica consumida (W) Emisión de luz visible (lm) EFICACIA = lm W Pérdidas por calor

26 EFICIENCIA vs EFICACIA La eficiencia luminosa o rendimiento de la luminaria la relaciona el flujo luminoso emitido por la luminaria, que se calcula a partir de los datos obtenidos de distribución angular de intensidad luminosa de la luminaria, con el flujo luminoso emitido por todas las fuentes luminosas integradas en la luminaria, por lo que este parámetro proporciona información sobre el aprovechamiento de la luz originariamente disponible, proporcionada por estas fuentes luminosas. FT η(%) = 100 F Lamps

27 EFICIENCIA vs EFICACIA Es conveniente no confundir el término eficiencia con el de eficacia, pese a que son dos factores diferentes medidos en diferentes unidades: la eficiencia luminosa es un porcentaje de aprovechamiento luminoso, mientras que la eficacia energética relaciona la iluminación obtenida con la potencia absorbida, se obtiene dividiendo el flujo luminoso de la fuente de luz por su potencia consumida y se mide en lúmenes/vatio (lm/w) Eficiencia luminaria o rendimiento como capacidad que tiene una luminaria para reemitir el flujo luminoso insertado en ella. (%) Eficacia luminaria o lámpara. Capacidad que tiene la fuente de luz para aprovechar la energía que consume y convertirla en energía visible (lm/w) En cualquier caso, la eficiencia luminosa de una luminaria o la eficacia de una lámpara no son parámetros aislados en el análisis que realizamos. Es necesario considerar el modo en que una luminaria distribuye la luz emitida por sus lámparas, para poder evaluar si es o no apropiada para una determinada aplicación o para un entorno concreto.

28 Código CIE de distribución del flujo luminoso: N1 N2 N3 N4 N5 FC1 = FLUJO HASTA PI/2 (GAMMA 41.4º) FC2 = FLUJO HASTA PI (GAMMA 60.0º) FC3 = FLUJO HASTA 3*PI/2 (GAMMA 75.5º) FC4 = FLUJO HASTA 2*PI (GAMMA 90.0º) F = ZF = FLUJO HASTA 4*PI (GAMMA 180.0º) FC3 FC2 FC1 CÓDIGO FLUJO (CIE ): N1 N2 N3 N4 N5 donde: N1 = FC1/FC4 N2 = FC2/FC4 N3 = FC3/FC4 N4 = FC4/F N5 = F/FLUJO LÁMPARAS 41.4º

29 Curvas Isolux E = I ( C, γ ) cos h 2 3 γ

30 Curvas Isolux

31 Curvas Isolux C0-C180 (línea roja) C45-C225 (línea verde) C90-C270 (línea azul) C135-C315 (línea cian)

32 Ángulo de apertura Cono de iluminancias

33 Ángulo de apertura Cono de iluminancias

34 Ángulo de apertura Cono de iluminancias

35 Ángulo de apertura Cono de iluminancias

36 Ángulo de apertura Cono de iluminancias

37 Luminancia y deslumbramiento La luminancia de una luminaria está directamente relacionada con los deslumbramientos que produce. La luminancia producida por una luminaria en una determinada dirección se calcula de la siguiente forma. L( C, γ ) = I( C, γ ) A ap Dónde: I(C,γ) es la intensidad luminosa emitida por la luminaria en una dirección dada (cd) A ap es el área luminosa aparente vista desde la posición evaluada.

38 Luminancia y deslumbramiento Código CIE - ábaco de Söllner Clase de calidad A calidad muy alta B calidad alta C calidad media D calidad baja E calidad muy baja Calidad G Iluminancia en servicio A B C D E a b c d e f g h CIE-CEI C0-C180 C90-C270

39 Luminancia y deslumbramiento Código CIBSE La categoría CIBSE es en muchos casos más restrictiva que la CIE. CIBSE (The Chartered Insitution of Building Services Engineers), define 3 categorías, para luminarias de interior, dependiendo del ángulo gamma a partir del cual la luminaria produce una luminancia menor de 200 cd/m 2. La luminancia media por encima del ángulo límite especificado para cada categoría debe ser inferior a 200 cd/m^2 Se evalúa para cada una de las direcciones medidas. ÁNGULO LÍMITE CATEGORÍA CIBSE 55º 1 65º 2 75º 3

40 Proyectos de iluminación Análisis instalaciones de alumbrado PROYECTOS DE ILUMINACIÓN INTERIOR Niveles de iluminancia y uniformidad recomendados por la UNE-EN Índice de reproducción cromática recomendados por UNE-EN Temperatura de color recomendados por UNE-EN Valor UGR recomendado en UNE-EN Criterios energéticos de las instalaciones: VEEI (Valor de la eficiencia energética). cómo proyectar una instalación?

41 Proyectos de iluminación Análisis instalaciones de alumbrado PROYECTOS DE ILUMINACIÓN INTERIOR Partimos de fichero fotométrico (ldt, IES, ). FORMATO LDT SW simulación de entornos

42 Proyectos de iluminación Análisis instalaciones de alumbrado Niveles de iluminancia y uniformidad recomendados por la UNE-EN

43 Proyectos de iluminación Análisis instalaciones de alumbrado Niveles de iluminancia y uniformidad recomendados por la UNE-EN ILUMINANCIA DE TAREA (lux) ILUMINANCIA DE ÁREAS CIRCUNDANTES INMEDIATAS (lux) ILUMINANCIA DE ÁREA DE FONDO (lux) E tarea E tarea E tarea 17 Tarea: zona central Área circundante inmediata: franja de al menos 0.5 m alrededor del área de tarea. Uo 0.40 Área de fondo: franja de, al menos 3 m de anchura contigua al área circundante inmediata dentro del espacio y debe iluminarse con una iluminancia mantenida de 1/3 del valor del área circundante inmediata. Uo 0.10

44 Proyectos de iluminación Análisis instalaciones de alumbrado Valor UGR recomendado en UNE-EN UGR L ω = 8log 2 Lb p L b E π = ind L b es la luminancia de fondo E ind iluminancia indirecta vertical en el ojo del observador. L es la luminancia de las partes luminosas de cada luminaria en la dirección del ojo del observador. ω es el ángulo sólido (sr) de las partes luminosas de cada luminaria en el ojo del observador p es el índice de posición de Guth para cada luminaria individual que se refiere a su desplazamiento de la línea de visión.

45 Proyectos de iluminación Análisis instalaciones de alumbrado EFICIENCIA ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN - CTE El valor de la eficiencia energética de la instalación por cada 100 lux se determina según la siguiente expresión: VEEI = P S 100 Em ( W ) 2 m siendo S la superficie iluminada (m 2 ); E m la iluminación media horizontal mantenida (lux); P la potencia total instalada en lámparas más los equipos auxiliares (W)

46 Proyectos de iluminación Análisis instalaciones de alumbrado EFICIENCIA ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN - CTE Grupo 1: Zonas de no representación o espacios en los que el criterio de diseño, la imagen o el estado anímico que se quiere transmitir al usuario con la iluminación, queda relegado a un segundo plano frente a otros criterios como el nivel de iluminación, el confort visual, la seguridad y la eficiencia energética

47 Proyectos de iluminación Análisis instalaciones de alumbrado EFICIENCIA ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN - CTE Grupo 2: Zonas de representación o espacios donde el criterio de diseño, imagen o el estado anímico que se quiere transmitir al usuario con la iluminación, son preponderantes frente a los criterios de eficiencia energética

48 Proyectos de iluminación Análisis instalaciones de alumbrado EFICIENCIA ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN CTE (SEP 2013)

49 Proyectos de iluminación Análisis instalaciones de alumbrado EFICIENCIA ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN CTE (SEP 2013)

50 Elena Sanjuán Sánchez C/ Nicolás Copérnico, 7-13 Parque Tecnológico Paterna (Valencia) PO BOX 139 VALENCIA/ESPAÑA Tel: Fax: Muchas gracias por su atención

51