ILUMINACIÓN DE CALIDAD: PÁGINA WEB/CD ROM PARA LOS ESTUDIANTES DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA DE LA ETSID

Transcripción

1 ILUMINACIÓN DE CALIDAD: PÁGINA WEB/CD ROM PARA LOS ESTUDIANTES DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA DE LA ETSID Gema Prats, Rafael Masot, Almudena Robert, Elena Gadea, Salvador Segui, Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño 1. RESUMEN. La calidad de la iluminación en la escuela y en el hogar es un factor muy importante a la hora de determinar la velocidad, precisión y confort necesarios para desarrollar las tareas visuales. La iluminación debería satisfacer a su vez las necesidades psicológicas y emotivas de los alumnos así como influir positivamente en su comportamiento y en la capacidad de atraer su atención y mantenerla. El artículo contiene un breve resumen de conceptos básicos en iluminación y tipos de alumbrados. También presenta datos sobre los niveles de iluminación de las salas de lectura de la propia Universidad Politécnica, así como de las condiciones de iluminación disponibles en los lugares habituales de estudio de los estudiantes -bibliotecas, salas de estudio, hogares-. Además se incluyen los resultados de un cuestionario sobre el tipo de iluminación del que se dispone en el hogar o lugar de trabajo según la actividad que se realice. El estudio revela que en general la iluminación de estos lugares es inapropiada y demuestra el desconocimiento generalizado acerca de las correctas condiciones de iluminación. Como parte de una asignatura titulada Iluminación, incluida dentro de la titulación de Ingeniería Técnica Electrónica, los autores de este artículo están desarrollando un CD-ROM y una página web con información concerniente a diferentes aspectos de la iluminación. El CD incluye el cuestionario con objeto de ampliar la muestra de estudio y contrastar las conclusiones obtenidas. Además permite al usuario descubrir si la calidad de la iluminación de que dispone es adecuada y ofrece a su vez soluciones a problemas habituales. El CD y la página web realizan una breve introducción a temas relacionados con la calidad de la iluminación, un análisis sobre los tipos de lámparas disponibles, sus características básicas, tipos de lámparas recomendadas para interiores en función de la actividad, distribución de las mismas así como lo necesario para alcanzar los niveles de iluminación ambiental adecuados para el estudio. Se explica además cómo realizar mediciones de niveles de iluminación. Se incluyen también en el CD y en la página web diferentes prototipos a implementar por los estudiantes con objeto de medir la iluminación. Palabras clave: condiciones de iluminación, calidad de iluminación, acceso a páginas web de autoaprendizaje.

2 2. INTRODUCCIÓN Un sistema de iluminación debe proporcionar un entorno visual óptimo, en las distintas situaciones que se presentan al realizar una actividad específica. Ello implica que se debe suministrar en el plano de trabajo la cantidad de luz necesaria para realizar dicha actividad, facilitar los contrastes lumínicos para una adecuada percepción de los objetos, eliminar las fuentes de deslumbramiento y los brillos incontrolados que producen fatiga visual y disponer de fuentes de luz con una reproducción cromática adecuada [1]. Algunos conceptos [2] útiles para el estudio de las fuentes luminosas son: El flujo luminoso es la cantidad de luz que produce sensación luminosa en el ojo humano, emitida por una fuente de luz por unidad de tiempo y se mide en lúmenes (lm). La iluminancia o nivel de iluminación es la densidad de flujo luminoso sobre una superficie (lm/m2), su unidad es el lux, y es una medida de la radiación luminosa emitida por la lámpara. La eficiencia luminosa, cociente entre el flujo luminoso (lm) y la potencia absorbida (W), permite hablar de lámparas en términos de rendimiento lumínico. La distribución del flujo luminoso emitido es un factor relevante en la selección de las luminarias a utilizar y proporciona una clasificación de las mismas dependiendo de que la iluminación lograda sea directa, semidirecta, directa-indirecta (o general difusa), semiindirecta o indirecta [3]. La pertenencia a uno u otro grupo depende de los porcentajes del flujo luminoso emitido que se dirigen hacia abajo o hacia arriba de la luminaria. El tipo de iluminación utilizado depende de las necesidades de la actividad a realizar. Para aplicaciones donde interese principalmente la cantidad de iluminación, tales como en aulas, bibliotecas, escritorios y laboratorios, se requieren luminarias con distribución luminosa directa. Por otra parte, en función de la disposición de las luminarias en el local, el alumbrado de interiores se clasifica, según [3] en los siguientes grupos: Alumbrado general: proporciona una iluminación uniforme en todo el habitáculo. Alumbrado general localizado: similar al primero pero limitado a las zonas de trabajo donde se necesita alto nivel de iluminación. Alumbrado suplementario: se focaliza en los puntos específicos de trabajo y se complementa con el alumbrado general o general localizado. 3. TIPOS DE LÁMPARAS La lámpara es el componente esencial del sistema de iluminación, ya que es la encargada de producir luz. La selección de la lámpara se realiza en función de sus parámetros característicos [2] que son principalmente dos: 1. La temperatura de color (ºK) o apariencia de color, que permite clasificarla en fría, intermedia o cálida.

3 2. El rendimiento de color (IRC). Es un número entre 0 y 100 que nos dice lo fiable que es una lámpara para la reproducción de los colores. Las luces de rendimiento bajo (menos de 80) no son capaces de reproducir los colores fielmente. En el mercado existen numerosos tipos de lámparas [4] aptas para la iluminación de interiores, en las que varía, entre otros factores, la duración de la lámpara o vida útil, el consumo y la calidad de la luz que emiten. Las lámparas de incandescencia son las más tradicionales de todas [4]. Su luz es de gran calidad y de muy buena reproducción cromática, debido a su gran rendimiento de color. Su eficiencia luminosa es muy baja (10-20 lm/w) y su duración limitada (1000 horas). La enorme difusión de estas lámparas se debe a su sencillez de utilización, su bajo coste y su elevada flexibilidad. Las lámparas halógenas [4] son un 30% más eficaces que las incandescentes por su mayor temperatura de funcionamiento. Proporcionan una luz más blanca y nítida, lo que permite una perfecta discriminación del color, y poseen una vida útil de unas 2000 horas. Por último, las lámparas fluorescentes [4] ofrecen una buena calidad de luz y una reproducción natural de los colores. Su consumo energético es muy reducido y su duración de ocho a diez veces mayor que las incandescentes (unas horas). Dentro de esta clase se encuentran las lámparas fluorescentes compactas, con tamaños, formas y distribución de luz equiparables a las incandescentes, pero con características de duración y ahorro de energía propias de una lámpara fluorescente. Las lámparas fluorescentes se utilizan exclusivamente para la iluminación de las aulas mientras que la mayoría de las lámparas usadas por los estudiantes son lámparas de incandescencia, según se verá posteriormente. 4. ILUMINACIÓN DE CALIDAD EN LOS CENTROS EDUCATIVOS La iluminación en las dependencias de los centros de enseñanza [5] debe basarse en un alumbrado general, que proporcione un nivel de iluminación uniforme en todo el local, independientemente de la ubicación de profesores y alumnos. En salas de estudio y bibliotecas se recomienda combinar un alumbrado general de intensidad media con uno suplementario dispuesto sobre el escritorio. En aulas y laboratorios se aconseja una apariencia de color intermedia, sobre todo si existe aportación de luz natural, y un rendimiento de color entre 70 y 85. En cuanto al nivel de iluminación requerido, cuyo incremento mejora notablemente el rendimiento visual, existe una gran dispersión entre los niveles óptimos normalizados por distintos países. Para los centros de enseñanza se establece un rango de lux para aulas, salas de reunión y bibliotecas, y de lux en laboratorios y aulas de dibujo. En bibliotecas y salas de estudio donde se utiliza alumbrado suplementario la relación entre los niveles de iluminación del lugar de trabajo y su entorno inmediato debe ser menor de 3:1 y entre el lugar de trabajo y sus alrededores inferior a 10:1. Este requisito influye en el confort del proceso visual.

4 Otro aspecto a tener en cuenta es que se debe evitar el deslumbramiento, que depende del tipo, posición e iluminancia de las luminarias y viene limitado por los valores de iluminancia admisibles. Todo lo indicado lleva a concluir que las lámparas más adecuadas para la iluminación de aulas y laboratorios son las fluorescentes, ya que proporcionan un nivel de iluminación uniforme, una luz de buena calidad y una reproducción natural de los colores. Las luminarias deben disponer de elementos de control de la luz (preferentemente rejillas) para la reducción del deslumbramiento. La disposición más conveniente de las luminarias es en líneas rectas, paralelas a la dirección principal de visión y a las paredes en que se encuentran las ventanas. En cualquier caso, debe evitarse la visión directa de las lámparas y la formación de reflexiones molestas sobre la superficie de la pizarra. 5. RESULTADOS EXPERIMENTALES EN LAS AULAS Se procedió a la medición de la luz artificial generada por lámparas fluorescentes instaladas en 20 aulas de la ETSID, exponiéndose los resultados en la siguiente tabla: Iluminación estándar en las aulas (sin luz natural) Sobre la pizarra: 300 lux Mesas de los estudiantes: 500 lux Mesa del profesor: 460 lux. Tabla1 Éstos valores están justo en el límite inferior de los niveles óptimos recomendados ( luxes). Ello es debido a dos causas principales: - Los alumbrados están demasiado elevados sobre las mesas. Una solución a este problema sería bajar un poco los alumbrados del techo mediante el empleo de cadenas más largas que las actuales. El nivel de la iluminación aumentaría hasta los 1000 lux bajando apenas un metro la suspensión de las mismas. - El envejecimiento de los alumbrados. Las bombillas proporcionan menos luz a medida que van envejeciendo. Afortunadamente, la utilización conjunta de estos alumbrados junto con iluminación natural hace que los niveles de iluminación en las aulas sea generalmente el adecuado. No obstante debe tenerse en consideración que las clases en las universidades españolas suelen comenzar alrededor de las 8 AM y finalizar pasadas las 9 PM. Este horario implica que en determinadas estaciones del año se carezca de iluminación natural para ciertas franjas del horario lectivo. Por ello se deben tomar medidas para asegurarse que las aulas están dotadas de suficiente luz artificial, especialmente en las que se imparten asignaturas relacionadas con el dibujo técnico, donde los niveles de iluminación mínimos aconsejados deben estar cercanos a los 1000 lux. Se ha realizado una encuesta a los alumnos de la especialidad de electrónica de la ETSID durante el curso pasado. Esta encuesta se llevó a cabo mediante un cuestionario de 20 preguntas con objeto de conocer la calidad de la iluminación de que disponen los alumnos tanto en las aulas como en sus

5 lugares de estudio. El estudio reveló que el 75% de los estudiantes consideraban la iluminación de las clases y de los laboratorios adecuada, aunque se quejaban con frecuencia del bajo nivel de iluminación de las pizarras y de los reflejos que habitualmente se producen en las mismas (véase el gráfico 1). Consideras adecuado el nivel de iluminación de las aulas y de los laboratorios? 17% Reflejos en la pizarra Nivel de iluminación inadecuado en las pizarras 8% Bueno 75% Gráfico 1 6. ILUMINACIÓN EN LOS LUGARES DE ESTUDIO La iluminación en las estancias del hogar dedicadas al estudio debe de estar constituida por una combinación de alumbrado general junto con lámparas suplementarias situadas sobre el escritorio o mesa de dibujo. Las actividades que pueden llevarse a cabo en este lugar pueden ser muy variadas, desde tareas que requieren un acusado esfuerzo visual, como el dibujo técnico hasta la lectura de ocio. En el hogar se prefieren apariencias de color cálidas y rendimientos de color óptimos con valores entre 80 y 100. Los niveles de iluminación aconsejados en las estancias de los hogares se establecen alrededor de los lux, mientas que en las estancias dedicadas al estudio se recomiendan valores de lux. La relación entre los niveles de iluminación del plano de trabajo y de los alrededores inmediatos debe mantener una relación de 3:1. Además la relación de iluminación entre la zona de trabajo y los alrededores más alejados debe mantenerse en proporciones cercanas a 10:1. El nivel de confort aumenta a medida que los contrastes se reducen, tal y como se ha comentado anteriormente. La selección de un tipo de iluminación general para las áreas de estudio depende de las preferencias del usuario. No obstante, la selección de la iluminación suplementaria debe llevarse a cabo teniendo en cuenta que las lámparas incandescentes generan cierta cantidad de calor. Este problema puede resolverse empleando lámparas fluorescentes compactas. 7. RESULTADOS EXPERIMENTALES EN LUGARES DE ESTUDIO Una parte de las preguntas incluidas en el cuestionario realizado a los alumnos eran acerca de sus lugares y horarios habituales de estudio con el objeto de valorar sus conocimientos respecto a este tema. Además se preguntaba por el tipo de iluminación, tipo de lámparas y su potencia, y los niveles de iluminación de los que disponen con el fin de saber la situación real de los alumnos. Del análisis de estos resultados se desprende:

6 (a) Conocimientos previos sobre iluminación en los lugares de estudio: El 72 % de los encuestados no sabían que la iluminación adecuada para el estudio se compone de un alumbrado general complementado con iluminación intensa puntual. De esta mayoría, el 34% consideraba que la mejor iluminación para el estudio era una iluminación indirecta y que la utilización de iluminación local más intensa era innecesaria. El 38% restante creían que lo más adecuado para el estudio era una iluminación local intensa, sin la necesidad de iluminación general para evitar contrastes bruscos. Sólo el 25% de los encuestados conocían los niveles de iluminación adecuados para el estudio (1000 lux), y únicamente el 12% conocían los niveles recomendados para tareas relacionadas con el dibujo (1500 lux). Todo esto pone de manifiesto que el conocimiento que tienen los estudiantes en temas de iluminación es muy pobre. (b) Respecto al tipo de lámparas utilizadas y su potencia: Para el alumbrado general la mayoría de los estudiantes (79%) opta por las lámparas incandescentes mientras que para el alumbrado localizado se reparten entre bombillas incandescentes (55%) y halógenos (30%) (ver gráficos 2 y 3). Tipos de lámparas en alumbrado general Tipos de lámparas para estudio Fluorescentes 6% Ahorro energético 6% 9% Halogenas Fluorescentes bombillas de ahorro energético 5% 10% 35% 30% Incandescentes Halogenas 79% Incandescentes 20% Incandescentes con bombilla azul Gráfico 2.Tipos de bombillas usadas en lámparas de lectura de alumbrado general Gráfico 3.Tipos de bombillas usadas en lámparas de lectura de escritorio Aproximadamente la mitad de las lámparas halógenas usadas como luz de lectura tiene una potencia de 50W, mientras que la otra mitad se distribuye igualmente entre lámparas de 20W, de 30W, y de 40W. La potencia de las lámparas de ahorro energético se divide igualmente entre 20W y 9W. La mayoría de las lámparas fluorescentes son de 11W, mientras que la potencia más común para las lámparas incandescentes es de 60W. Estos valores están dentro de la gama que ofrece un suficiente nivel de iluminación, aunque como se analizará posteriormente son inadecuados para el estudio, es decir, se produce una iluminación de mala calidad. (c) Niveles de iluminación: Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores, los niveles de iluminación en las zonas de estudio deberían rondar los 1000 lux, siendo la iluminación adecuada en los alrededores de unos 300 lux. Sin embargo la encuesta realizada revela que el 71% de los estudiantes tienen una

7 iluminación en las proximidades del plano de estudio alrededor de los 100 lux y sólo un 13% disponen de niveles de iluminación adecuados (ver gráfico 4). Niveles de iluminación en el plano de trabajo 25% 20% % estudiantes 15% 10% 5% 0% Lux Gráfico 4 Estos niveles de luz se podrían ver mejorados por la luz natural pero si tenemos en cuenta que más del 70% de los encuestados prefieren estudiar entre las 4 PM y las 8 PM y que el periodo lectivo se detiene durante el verano, se concluye que los estudiantes deben de mejorar los niveles de luz artificial a fin de que sean adecuados para poder realizar sus tareas de forma que obtengan el máximo rendimiento del tiempo invertido. 8. MATERIAL MULTIMEDIA: CD INTERACTIVO DE DIVULGACIÓN DE CONCEPTOS BÁSICOS DE ILUMINACIÓN. De los resultados del cuestionario analizados en el anterior punto se desprende el gran desconocimiento que existe por parte del alumnado sobre conceptos básicos de luminotecnia y cómo puede influir este desconocimiento en el rendimiento de su trabajo. Con objeto de difundir entre los alumnos los conceptos básicos explicados anteriormente, de manera que obtengan los mejores resultados posibles de su esfuerzo intelectual se está confeccionando un CD. Este CD-ROM en principio está orientado a alumnos de electrónica de la ETSID, aunque puede ser utilizado por todo aquel interesado en mejorar la calidad de su iluminación. Respecto a los contenidos del CD son los que se muestran en el gráfico 5. La apertura del CD-ROM carga directamente una página con el test sobre iluminación en el lugar de estudio que se desea realizar a los alumnos para valorar su nivel de conocimientos previos al uso del CD. Existe la posibilidad de salir del test y pasar a un menú de contenidos para usuarios que ya lo hayan realizado. La opción ENVIAR envía los resultados del test a un servidor que se encarga de acumular estadísticas a fin de incrementar la muestra tomada en el presente estudio.

8 Una vez el usuario ha finalizado con el test podrá acceder al menú de contenidos que incluye la visualización de los resultados de su test y más información relevante que se detalla a continuación. En los resultados del test el usuario podrá comprobar cuan lejos ha estado de las respuestas correctas y obtendrá recomendaciones para mejorar la iluminación en su lugar de estudio. Desde aquí es posible enlazar con el servidor de estadísticas. Para aquellos usuarios a quienes el test les haya despertado el interés, se les ofrece la oportunidad de aprender nociones básicas sobre luminotecnia. Estos usuarios podrán profundizar en temas como: - La psicofísica de la visión, o cómo influencia la iluminación sobre la visión humana, cómo factores como la insuficiencia de iluminación, la reflexión o el deslumbramiento, pueden afectar negativamente a la visión, provocando efectos secundarios que inciden directamente sobre la salud del individuo, bien sea fatiga ocular, dolores de cabeza, etc. - La fotometría, que recorre las magnitudes físicas y unidades que permiten evaluar los fenómenos luminosos, tales como el flujo luminoso, la iluminancia, y la eficiencia luminosa. Muestra asimismo los distintos tipos de gráficos y diagramas de iluminación que pueden encontrarse en el mercado, como las curvas de distribución luminosa, los diagramas isocandela y las curvas isolux. - Lámparas y luminarias, que repasan los distintos tipos de iluminación que pueden ofrecerse en un entorno, es decir, general o localizada, y la forma de focalizar dicha iluminación, utilizando distintos tipos de alumbrado como iluminación directa o indirecta. Se describirán los tipos de lámparas que existen en el mercado, su principio físico de funcionamiento, rendimiento y vida útil, así como los tipos de luminarias y su función en la distribución de la luz emitida por la lámpara. - Los niveles de iluminación, proporcionados en función de las actividades que se van a realizar en el local a iluminar. Se muestran tanto los niveles de iluminación recomendados por las múltiples bibliografías, como aquellos niveles de iluminación recogidos en la normativa legal vigente aplicable a temas de alumbrado. Una vez sentadas las bases sobre luminotecnia, el usuario puede abordar la iluminación en el estudio. Para ello se detallan niveles de iluminación recomendados distinguiendo el tipo de actividad y se indican posibles distribuciones de luminarias para obtener dichos niveles tanto en las aulas, bibliotecas como en el lugar de estudio. Los alumnos pueden consultar fotografías donde se presentan ejemplos de configuraciones de iluminación apropiadas y desaconsejadas. Para poder realizar el diseño de la iluminación adecuada se introduce el diseño de iluminación de interiores especificándose tanto los métodos como herramientas de libre distribución para su cálculo. Por último, se pueden consultar las medidas tomadas en la Universidad Politécnica y las conclusiones que se desprenden de las mismas y que forman parte del presente artículo.

9 TEST BBDD Resultados del test La luz y la visión Luminotecnia Fotometría Lámparas y luminarias Niveles de iluminación Tipos de lámparas Tipos de luminarias Tipos de iluminación Nivel de iluminación recomendado Distribución de luminarias La luz en el estudio Ejemplos 7 Diseño de iluminación en interiores Resultados de medidas en UPV Luxómetro Herramientas de medida Circuitos analógicos Programa de cálculo Curiosidades Aprende más Enlaces Bibliografía Gráfico 5 Dado que el usuario al que se dirige este CD es un alumno de electrónica se han presentado distintas herramientas para medir los niveles de luz de forma que puedan cumplimentar el test. Por una parte se explica la herramienta comercial para la medida de luz, el luxómetro, y se incluyen enlaces a catálogos comerciales. Por otra parte se indican otros métodos para obtener dichos niveles. Para ello se incluye el montaje de un circuito electrónico básico basado en una LDR y la tabla de equivalencias entre voltios medidos y luxes. Además sería posible utilizar uno de los programas de cálculo para obtener los niveles de luz a partir de los datos de potencia de las lámparas y su distribución espacial.

10 Por último se incluye la bibliografía utilizada, enlaces a páginas de internet interesantes y a curiosidades como el efecto de la luz en las plantas y animales de acuario, o cómo medir el nivel de luz a partir del fotómetro incorporado en las cámaras de fotos. 9. CONCLUSIONES En el presente artículo se han esbozado algunas pautas a seguir para conseguir una iluminación de calidad en las aulas y zonas de estudio. A su vez se han propuesto algunas soluciones para mejorar los niveles de iluminación en aulas, como bajar un poco la altura de las luminarias sobre el plano de trabajo. El estudio realizado a través de una encuesta a los alumnos de la ETSID revela la falta de conocimiento de los requisitos para una iluminación de calidad en las zonas de estudio, lo cual se traduce en deficiencias en la iluminación de las mismas. Teniendo en cuenta este hecho y los efectos derivados de una iluminación de mala calidad, se ha optado por confeccionar un CD con el objeto de que los estudiantes sean informados sobre la influencia de unos buenos niveles de iluminación en la efectividad del estudio, evalúen su nivel de conocimientos respecto de este tema y dispongan de una guía sobre cómo conseguir estos niveles. 9. REFERENCIAS [1] C. Jiménez. Oficinas (Manuales de luminotecnia). Ed. Ceac, D.L [2] J. Roger, M. Riera y C.Roldán. Tecnología Eléctrica. Ed. Síntesis, D.L [3] A. Castejón y G. Santamaría. Tecnología Eléctrica. Ed. McGraw-Hill, D.L [4] Spectrum. Catálogo General de Lámparas General Electric Lighting, [5] L. C. Fernández Salazar. Técnicas y aplicaciones de la iluminación. Ed. McGraw-Hill, D.L