Luminotecnia. Prof. Luz Stella Moreno Martín

Transcripción

1 Luminotecnia Prof. Luz Stella Moreno Martín

2 Tema II Fotometría Luminotecnia Es la ciencia que estudia las distintas formas de producción de luz, así como su control y aplicación

3 Atenas-Grecia

4 Denver

5 Petersburg

6 Paris

7 Niagara

8 Las Vegas

9 Chicago

10 Londres

11 Moscú

12 Washington

13 Singapore

14 Vienna

15 Colonia

16 Venezuela

17 Angulo Sólido Es la zona del espacio limitada por una superficie cónica. ω = S Estereoradian sr R2

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19 Flujo Luminoso Es la cantidad total de luz emitida o radiada, En un segundo, en todas las direcciones. Por consiguiente, el flujo luminoso de una fuente es la energía radiada que recibe el ojo medio humano según su curva de sensibilidad y que transforma en luz durante un segundo. 1 watt-luz a 555nm = 683 lm Φ = Flujo Luminoso (lm)

20 Lámpara de incandescencia de 60W Lámpara fluorescente de 65W, Blanca Lámpara halógena de 1000W Lámpara de vapor de mercurio 125W Lámpara de sodio de 1000W 730 lm lm lm lm lm

21 Intensidad Luminosa Es el flujo emitido en una dirección dada por unidad de ángulo sólido (esteroradián). Es la cantidad en la cual se describe la potencia de una fuente o superficie iluminada para emitir luz en una dirección determinada. I = Intensidad Luminosa (cd) = Φ ω

22 Iluminancia Es la densidad de flujo luminoso en un punto de una superficie, en otras palabras, es el flujo luminoso recibido por una superficie E = Iluminancia (lx) = Φ S

23 Mediodía en verano Mediodía en invierno Oficina bien iluminada Calle bien iluminada Luna llena con cielo claro Lux Lux 400 a 800 Lux 20 Lux 0,25 a 0,50 Luz

24 Luminancia Es la intensidad de la luz emitida en una dirección dada por área proyectada de una superficie luminosa o reflectante. O también, es la relación entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista por el ojo en una dirección determinada. L = Luminancia (cd/m 2 ) = I _ = Sapar I _ S*cosα

25 Superficie aparente Se conoce por superficie aparente S aparente vista desde una dirección determinada a la proyección de una superficie S sobre un plano perpendicular a dicha dirección. Saparente= S*cosα

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27 Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa El rendimiento luminoso expresa el rendimiento energético de una lámpara y mide la calidad de la fuente como un instrumento destinado a producir luz por la transformación de energía eléctrica en energía radiante visible. ε = Ф_ P = Lumen/Watio = lm/w

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29 Tipo de Lámpara Potencia (W) Rendimiento Luminoso (lm/w) Incandescente común 40W/220V Fluorescente L 40W/220V Mercurio de alta presión 400W Halogenuros metálicos 400W Sodio a alta presión 400W Sodio a baja presión 180W

30 Cantidad de Luz Es denominada también energía luminosa, es la energía radiante producida por un manantial de luz, o el flujo luminoso que es capaz de dar un flash fotográfico o para comparar diferentes lámparas según la luz que emiten durante un cierto periodo de tiempo. Su símbolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lm s). Q = Cantidad de luz (lm*h) = Ф * t

31 Coeficiente de utilización Es la relación entre el flujo luminoso recibido por un cuerpo o superficie Φ S y el flujo emitido por la luminosa Φ. η = Ф s Ф

32 Reflectancia Es la relación entre el flujo luminoso reflejado por una superficie Φ r y el flujo recibido en la superficie Φ S. ρ = Ф r Ф S

33 Absortancia Es la relación entre el flujo luminoso absorbido por una superficie Φ a y el flujo recibido en la superficie Φ S. α = Ф a Ф S

34 Transmitancia Es la relación entre el flujo luminoso transmitido por una superficie Φ t y el flujo recibido en la superficie Φ S. τ = Ф t Ф S

35 Factor de uniformidad media Es la relación entre la iluminación mínima y la media, medidas en la superficie iluminada por una instalación de alumbrado U m = E min E med

36 Factor de uniformidad extrema Es la relación entre la iluminación mínima y la máxima, medidas en la superficie iluminada por una instalación de alumbrado U e = E min E max

37 Factor de uniformidad longitudinal Es la relación entre la luminancia mínima y la máxima longitudinal, medidas en la superficie iluminada por una instalación de alumbrado U l = L minlongitudinal L maxlongitudinal

38 Factor de uniformidad global Es la relación entre la luminancia mínima y la media, medidas en la superficie iluminada por una instalación de alumbrado U o = L min L med

39 Factor de mantenimiento Es coeficiente que determina el grado de conservación de una instalación de alumbrado. F m = F pl *F dl *F t *F e *F c De donde: - F pl : factor posición lámpara. - F dl : factor depreciación lámpara. - F t : factor temperatura. - F e : factor equipo de encendido. - F c : factor conservación de la instalación.

40 Magnitudes y Fórmulas Magnitud Fórmula Unidad Flujo Luminoso Φ Lm Intensidad Luminosa Iluminancia (nivel Iluminación) de I = Φ/ω E = Φ/S Cd lux Luminancia L = I/(S*cosα) cd/m 2 Eficacia luminoso ε = Φ/W lm/w

41 Magnitud Fórmula Unidad Reflectancia % ρ = Absortancia % α = Transmitancia Ф t % τ = Factor uniformidad Media Factor uniformidad extrema U m = U e = Ф r Ф S Ф a Ф S Ф S E min E med E min E max % %

42 Magnitud Fórmula Unidad Factor uniformidad longitudinal Factor uniformidad global Factor de mantenimiento U l = L minlongitudinal U o = L maxlongitudinal L min L med F m = F pl *F dl *F t * F e *F c % % %

43 Leyes Básicas en Luminotecnia Ley de la inversa de los cuadrados: "La iluminación en un punto de un plano perpendicular a la línea que une el punto y la fuente, es igual a la intensidad luminosa de la fuente en la dirección del punto, dividida por el cuadrado de la distancia entre punto y fuente".

44 E = I_ r 2 Demostración

45 I = E 1 *r 1 2 I = E 2 *r 2 2 E 2 *r 22 = E 1 *r 1 2 E 1 = r 2 2 E 2 r 1 2

46 Ley del coseno del ángulo de incidencia: La luminancia en un punto cualquiera de una superficie es proporcional al coseno del ángulo de incidencia de los rayos luminosos en el punto iluminado

47 E p = I r 2 *cosα Demostración E p = I h 2 *cos 3 α

48 Iluminancia normal, horizontal y vertical:

49 Iluminancia normal: Iluminancia horizontal: E N = I r 2 E H = I h 2 *cos 3 α Demostración Iluminancia vertical: E v = I h 2 *senα*cos 2 α

50 Relaciones de iluminancia: a) Vertical/Horizontal E V E H 0,25

51 b) Vectorial/esférica E E S E S = Φ. 4*π*r 2 E = Φ. π*r 2

52 c) Cilíndrica/horizontal 0,3 E C E H 3

53 d) Vertical/Semicilindrica 0,8 E v E semicil 1,3 0 modelado muy duro π/2=1,57 modelado muy suave

54 Φ ω Ley de Lambert: Esta Ley considera que una superficie luminosa considerada como un punto, presenta un brillo constante (luminancia constante), cualquiera sea la dirección de observación.

55 I 1 = I máx *cosα 1 I 2 = I máx *cosα 2 I = I máx *cosα

56 L = I ds*cosα I 1 I L 1 = = máx *cosα 1 I = máx ds*cosα 1 ds*cosα 1 ds I 2 I L 2 = = máx *cosα 2 I = máx ds*cosα 2 ds*cosα 2 ds L = I máx ds

57 Representación gráfica de las magnitudes luminosas Sistema de coordenadas cartesianas: y x

58 Sistema de coordenadas polares:

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60 Plano o corte longitudinal y transversal

61 Plano o corte de Imax o principal Centro óptico de la luminaria Apertura del haz de luz

62 Angulo de inclinación de la luminaria:

63 Curvas polares: Son gráficos que expresan el reparto de intensidades en un plano determinado. Estos gráficos son los más usados, en ellos se indican los repartos de intensidades en planos que pasan por el eje vertical de la luminaria; se representa en un solo plano si la distribución es simétrica rotacional. I real = Φ lámpara * I gráfico 1000

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65 De haz extensivo De haz intensivo

66 Cuando hay simetría a uno o dos ejes, o no la hay, se acostumbran a representar las curvas de los planos del corte longitudinal y transversal de la luminaria.

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69 Dependiendo de su dirección, puede ser: Omnidireccionales

70 Bidireccionales

71 Unidireccionales

72 Sólidos fotométricos: Es el volumen formado mediante diversas curvas polares, correspondiente a distintos planos, la cual determina la distribución en el espacio de toda la luminaria.

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74 Matrix de intensidades: También es posible encontrar estos datos en unas tablas llamadas matriz de intensidades luminosas donde para cada pareja de valores de C y obtenemos un valor de I normalizado para una lámpara de flujo de 1000 lm.

75 Matrix del tipo C-γ de una luminaria de alumbrado público

76 Matrix del tipo V-H de un reflector

77 Curvas isolux: Son un conjunto de curvas que unen puntos de una superficie con el mismo valor de iluminación. Son análogas a las curvas de nivel de los planos topográficos, pero en lugar de expresarse en metros indican lux. E H = I(C, ) h 2 *cos 3 α Demostración K = Φ 1000*h 2

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79 Diagramas Cartesianos: También denominado diagrama rectangular. Se utiliza cuando se trata de expresar gráficamente las características de los proyectores. Los planos utilizados son los mismos que se indican en el caso de las curvas polares.

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81 Diagramas isocandelas: Es la representación gráfica del conjunto de valores de intensidades que se suministran en la matriz de intensidades, se efectúa mediante las curvas resultantes de la unión de los puntos de igual intensidad.

82 Diagrama isocandelas de alumbrado público

83 Diagrama isocandelas rectangular de un reflector

84 Curvas del coeficiente de utilización: El coeficiente de utilización es el cociente entre el flujo útil y el flujo emitido por la lámpara. El coeficiente de utilización es de gran ayuda, para el cálculo aproximado. Las curvas del coeficiente de utilización, son el porcentaje del flujo luminoso de la luminaria que incide en una determinada superficie. Se aplican a las luminarias de alumbrado público, y se obtienen a partir de las curvas isolux unitarias, integrando el flujo en zonas paralelas al eje longitudinal de la calzada.

85 E med = η*ф*fm A*d

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87 Equipos usados en luminotecnia Equipos para medición Goniofotómetro Es un equipo para realizar las medidas de las intensidades en cualquier dirección en el espacio. Proporciona información en dos coordenadas angulares.

88 Goniofotómetro tipo A

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91 Goniofotómetro tipo B

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94 Goniofotómetro tipo C

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96 Luxómetro Es un instrumento de medición que permite medir simple y rápidamente la iluminancia real y no subjetiva de un ambiente. La unidad de medida es lux (lx). Contiene una célula fotoeléctrica que capta la luz y la convierte en impulsos eléctricos

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98 Luminancimetro Es un instrumento capaz de medir luminancias en cualquier ambiente. La unidad de medida es cd/m 2. La medida en este equipo no depende sólo del punto a medir, sino de la dirección, es por esto que el aparato se debe orientar en la dirección a la superficie que se desea medir.

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100 Espectroscopio Es un instrumento que sirve para medir las propiedades de la luz en una determinada porción del espectro electromagnético.

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102 Esfera de Ulbrich Es un equipo que tiene la función de medir el flujo luminoso. Consiste en una esfera hueca pintada de blanco opaco con índice de reflexión del 80%, con un orificio para realizar la medida del flujo luminoso.

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104 Máquina Vibratoria Equipos para Pruebas Es un equipo diseñado con la finalidad de determinar la resistencia de las luminarias sometidas a esta prueba. Es un equipo que tiene la función de crear vibración controlada con el propósito de simular las presiones y vibraciones debido a las cargas a la que será sometida la luminaria en el poste por la acción del viento y los movimientos del poste por tráfico pesado a su alrededor (puentes elevados).

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108 Cámara de Polvo Es una caja metálica hermética diseñada para realizar pruebas a la luminaria y determinar si esta es totalmente hermética o únicamente está protegida contra ingreso limitado de polvo, esta prueba generalmente se realiza a las luminarias de alumbrado público.

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110 Cámara de Lluvia Este equipo permite determinar el grado de hermeticidad de las luminarias al agua, está compuesto por un sistema de regaderas que suministran agua a la luminaria a prueba a una presión adecuada.

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112 Péndulo de Impacto Este equipo se utiliza para determinar el grado de protección que presenta la luminaria contra daños mecánicos o resistencia a los impactos.

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114 Índice de Protección IPXXX Número Primer Número: Grado de protección contra los elementos externos 0 No protegido contra el contacto accidental y el contacto con cuerpos externos 1 Protegido contra objetos sólidos de diámetro superior a 50 mm 2 Contra contacto de dedos con partes bajo tensión y contra penetración de objetos sólidos de diámetro superior a 12 mm 3 Contra contacto con piezas bajo tensión a través de herramienta, cables u objetos de grosor superior a 2,5mm y contra penetración de objetos sólidos de diámetro superior a 2,5 mm Segundo Número: Grado de protección contra la entrada de humedad No protegido contra la humedad Las gotas de agua no deben tener efectos perjudiciales Las gota de agua no deben tener efectos perjudiciales El agua que cae en un ángulo de hasta 60º no debe tener efectos perjudiciales Tercer Número: Grado de resistencia a los impactos Energía máxima que soporta 0,225 Joule Energía máxima que soporta 0,375 Joule Energía máxima que soporta 0,5 Joule

115 4 Contra contacto con piezas bajo tensión a través de herramientas, cables u objetos de grosos superior a 1 mm y contra penetración de objetos sólidos de diámetro superior a 1 mm 5 Protección completa contra contacto con partes bajo tensión y contra acumulación perjudicial de polvo pero no hasta el punto de afectar el funcionamiento 6 Protección completa contra contacto con partes bajo tensión y contra penetración de polvo Las salpicaduras de agua procedentes de cualquier dirección no deben tener efectos perjudiciales El agua proyectada por una tobera desde cualquier dirección no debe tener efectos perjudiciales (diámetro de la tobera: 6,3 mm, presión 30 KPa) El agua proyectada por una tobera desde cualquier dirección no debe tener efectos perjudiciales (diámetro de la tobera: 12,5 mm; presión 100 KPa) Energía máxima que soporta 2 Joule 7 Energía máxima que soporta 6 Joule 9 Energía máxima que soporta 20 Joule