(*) Por José Ignacio Urraca Piñeiro

Transcripción

1 TECNOLOGÍA Artículo técnico Criterios de calidad para el alum con sistemas de iluminac En alumbrado interior, las características típicas de los LEDs, tales como su luz direccional, pequeño tamaño y elevado brillo, pueden resultar muy ventajosas en aplicaciones específicas como el alumbrado de acento. En cambio, en el caso de alumbrado general para oficinas, edificios públicos, centros de educación o comercios al por menor, estas características de los LEDs pueden ocasionar problemas en lo que concierne a los aspectos cualitativos de la iluminación. (*) Por José Ignacio Urraca Piñeiro n este ámbito del alumbrado interior, la práctica en el diseño de la iluminación y la mayoría de los criterios de calidad existentes en esta materia se focalizan en el rendimiento visual y en evitar las molestias oculares. Sin embargo, una instalación Ede alumbrado de elevada condición va más allá de la visibilidad de la tarea e incluye la apariencia visual del espacio. En el alumbrado interior con sistemas de iluminación LED se consideran de relevancia las siguientes medidas de calidad relativas a la visibilidad de la tarea: confort visual, parpadeos y efectos estroboscópicos, modelado, rendimiento del color, estabilidad y consistencia del color, persistencia del flujo luminoso, apariencia de espacios, fuentes de luz y luminarias. Excepto la estabilidad y consistencia del color, así como la persistencia del flujo luminoso, todas las pau- tas de calidad son ya reconocidas como parámetros importantes para el alumbrado interior. Aunque la permanencia del color y del flujo luminoso, tanto inicialmente como a lo largo de la vida útil, son patrones de calidad típicamente relacionados con el producto, constituyen condiciones cualitativas de la iluminación a ponderar en el alumbrado interior mediante sistemas de iluminación LED. La combinación de la inconsistencia o variabilidad del color y del flujo luminoso, así como del pequeño tamaño de la fuente de luz, puede conducir a diferencias notables, que afectarán a la calidad percibida de la solución de iluminación con LEDs. Por otra parte, y basado en la experiencia de campo, parece que la apariencia de las luminarias LEDs puede en sí mismo inducir a una sensación de agitación o inquietud, especialmente cuando la fuente de luz está constituida por un gran número de LED con alto brillo visibles directamente. Esto podría impactar en el bienestar, en la fatiga visual, 86- Electroeficiencia Agosto 2014

2 brado interior ión LED tamente de las luminarias de una instalación de iluminación interior, según la publicación CIE número 117, debe determinarse utilizando el método de tabulación del Índice de Deslumbramiento Unificado de la CIE (UGR), de forma que su valor no deberá exceder de los establecidos en la norma UNE-EN para cada tarea y actividad. En el caso de la iluminación de instalaciones deportivas en interiores, el valor del índice de deslumbramiento unificado (UGR) no superará los equivalentes a los determinados en la norma UNE-EN Cuando se trate de instalaciones deportivas en exteriores se aplicarán los valores de los índices de deslumbramiento (GR), definidos en la publicación CIE número 112 y especificados en la norma UNE-EN Lo señalado anteriormente resulta óptimo para la mayoría de los sistemas de iluminación LED con una dis- En el alumbrado interior, la práctica en el diseño de la iluminación se focaliza en el rendimiento visual y en evitar las molestias oculares. así como en las prestaciones de la instalación de alumbrado interior. Entre los criterios de calidad deben tenerse en cuenta la iluminancia y su uniformidad, el deslumbramiento molesto y el producido por las luminarias instaladas sobre la cabeza, las reflexiones de velo y deslumbramiento reflejado, el rendimiento y apariencia del color, así como el parpadeo y efectos estroboscópicos; criterios de calidad que a continuación se detallan. Iluminancia y uniformidad Los niveles mínimos de iluminancia media (Em) y de uniformidad de iluminancia (Uo) en los locales de trabajo en interiores se establecen en la norma UNE-EN , mientras que en las instalaciones deportivas dichos niveles mínimos se ajustarán a lo dispuesto en la norma UNE-EN Deslumbramiento molesto El índice de deslumbramiento molesto procedente direc- tribución de luminancia uniforme, que no difiere significativamente, por ejemplo, de las soluciones de iluminación con lámparas fluorescentes lineales o compactas. No obstante, en aquellos casos en los que el propio LED o el conjunto de los mismos sea claramente visible, estas fuentes de luz de pequeño tamaño con elevado brillo parecen inducir más deslumbramiento que una luminaria fluorescente de las mismas dimensiones y luminancia media, de forma que la aplicación del índice de deslumbramiento molesto (URG) resulta hasta cierto punto discutible. Las luminarias que utilizan diseños sin apantallar o luminarias con ópticas que dejan los LED a la visión directa, son supuestos fundamentales a considerar. Es de señalar al respecto que aunque la publicación CIE número 147 proporciona fórmulas y recomendaciones para fuentes de luz pequeñas (< 0,005 m 2 ) y complejas en materia de deslumbramiento, todavía la aproximación no ha sido desarrollada ni validada para sistemas de iluminación con agrupaciones de LED sin apantallar, ni dotados de lentes o difusores apropiados. Si las fuentes de luz no uniformes causan más deslumbramiento que las fuentes uniformes, las medidas Agosto 2014 Electroeficiencia - 87

3 tecnologíaartículotécnico En el alumbrado interior con sistemas de iluminación LED se consideran de relevancia las medidas de calidad relativas a la visibilidad de la tarea de confort visual o de parpadeos y efectos estroboscópicos, entre otras. de deslumbramiento que consideran la luminancia media no parecen adecuadas para los sistemas de iluminación LED con distribuciones de luminancia no uniformes, ya que subestiman la percepción del deslumbramiento. Aunque no es una característica especifica de los LED, pero probablemente resulta más destacable para los sistemas de iluminación LED, inicialmente se estima que las fuentes de luz con una temperatura de color correlacionada más elevada (contenido en longitud de onda corta mayor), causan más deslumbramiento. Deslumbramiento de las luminarias situadas sobre la cabeza Las luminarias situadas por encima del campo de visión pueden provocar molestias o incomodidades debido al deslumbramiento producido por las mismas. Los niveles mínimos de iluminancia media (Em) y de uniformidad de iluminancia (Uo) en los locales de trabajo en interiores La investigación muestra que la molestia procedente de luminarias ubicadas sobre la cabeza de las personas aumenta con la luminancia creciente de la fuente de luz (lámparas y LED) y con el tamaño de la misma, a la par, que se reduce con niveles de iluminación crecientes (luminancia de adaptación) en el local. Para el deslumbramiento producido por las luminarias implantadas sobre la cabeza, hasta la fecha no existe un criterio de calidad específico para su evaluación. El índice de deslumbramiento unificado UGR, en principio, no se aprecia pertinente para tratar el deslumbramiento generado por luminarias situadas sobre la cabeza por encima de 75o. En las luminarias LED debe distinguirse entre fuentes puntuales o módulos LED visibles, que originan estímulos no uniformes, y las que tienen alguna clase de difusor o lente que producen grandes superficies iluminadas, o bien están dotadas de rejillas o paralúmenes que dan como resultado fuentes de luz apantalladas de modo conveniente. Los criterios de deslumbramiento existentes no parecen aplicables a los estímulos no uniformes, es decir, a las fuentes puntuales o módulos LED visibles y, por tanto, se precisa de un nuevo sistema de evaluación del deslumbramiento. Todo ello no obsta para que, además de los medios de control del deslumbramiento directo tales como el apantallamiento, desviación de los rayos luminosos, translucidez o transmisión difusa de la luz, e iluminación indirecta, se pueda mitigar la percepción del deslumbramiento producido por las luminarias instaladas sobre la cabeza, reduciendo la diferencia entre la luminancia de la fuente de luz brillante y su entorno. Reflexiones de velo y deslumbramiento reflejado Si cualquiera de las superficies de la tarea o puesto de trabajo, o bien sus alrededores más inmediatos son muy brillantes, el deslumbramiento puede producirse por la reflexión regular de una luminancia alta, procedente de una luminaria o de una ventana, hacia los ojos de una persona que permanece en el local. Las reflexiones muy brillantes en la tarea visual suelen alterar, normalmente de forma perjudicial, la visibilidad de la misma. Para la reducción de este deslumbramiento por reflexión, un eficaz método complementario es la utilización de materiales mates que reflejan la luz de forma difusa, con las reflectancias recomendadas por la norma UNE-EN siguientes: o Techo: 0,7 a 0,9 o Paredes: 0,5 a 0,8 o Suelo: 0,2 a 0,4 Se aconseja para objetos mayores (como muebles, maquinaria, etc.) una reflectancia comprendida en el intervalo de 0,2 a 0,7. Otras medidas a tener presentes consisten en la instalación de luminarias difusoras con un área de superficie grande, con luminancia reducida en direcciones críticas; implantación de sistemas de iluminación indirecta o luz incidente desde un lado, como la luz diurna procedente de ventanas laterales y, finalmente, limitación de las luminancias de luminarias, ventanas y claraboyas. Rendimiento y apariencia de color La publicación CIE número 177 determina que el índice de rendimiento de color (IRC) no es aplicable en general 88- Electroeficiencia Agosto 2014

4 para establecer el orden de clasificación del rendimiento de color de un conjunto de fuentes de luz, cuando en el mismo se incluyen LEDs blancos. El Comité Técnico de la CIE recomienda el desarrollo de un nuevo índice o un índice modificado de rendimiento de color aplicable a todos los tipos de fuentes de luz, incorporando los LEDs blancos. No obstante, en la actualidad la norma europea EN elaborada por el Comité Técnico de Normalización (CEN) y adoptada, entre otros 30 países europeos, por España como norma nacional UNE-EN , considera el índice especial de rendimiento de color apropiado para determinar dicho rendimiento. La publicación CIE S 017/E: 2011 define el índice especial de rendimiento de color de la forma siguiente: Medida del grado en que el color psicofísico de una muestra de color CIE, iluminada por una fuente de iluminación de prueba, se ajusta a la misma muestra iluminada por el iluminante de referencia, el cual se ha determinado adecuadamente para obtener un estado de adaptación cromática. La norma UNE-EN establece `para cada tipo de actividad, áreas, lugares de pública concurrencia y establecimientos sanitarios, unos valores mínimos de rendimiento de color. La valoración de la apariencia de color de la luz blanca no se ha considerado que resultara diferente en la evaluación de calidad de las soluciones de iluminación LED. En investigaciones realizadas para la luz blanca, una temperatura de color correlacionada (Tcc) neutra de 3500º K ha sido convenientemente seleccionada por producir una apariencia de color idónea, aun cuando las preferencias para la apariencia de color de la luz blanca varíen ampliamente en los distintos países, de acuerdo con su cultura, situación geográfica y otros factores. Tal y como se ha indicado, la Comisión Internacional de Iluminación (CIE) está reconsiderando el actual concepto de rendimiento de color. Se pretende proponer un nuevo índice de rendimiento de color, o bien un índice modificado, que sea aplicable a los LED y a las fuentes de luz convencionales (publicación CIE número 205). Parpadeo y efectos estroboscópicos La visibilidad del parpadeo, entendido como la sensación de inestabilidad de la percepción visual inducida por un estímulo luminoso cuya luminancia o distribución espectral fluctúa con el tiempo, depende de muchos parámetros como la frecuencia, profundidad y la forma de la modulación, así como la amplitud media de la salida, el ciclo de servicio, las diferencias cromáticas dentro de un ciclo periódico, la luminancia media del ambiente o fondo del espacio, etc. Lo más importante es la sensibilidad de las personas, ya que poblaciones pequeñas pero significativas, tales como las afectadas de epilepsia, autismo, jaquecas o migrañas, pueden tener serias reacciones al parpadeo dado que, sea de forma visible o invisible, la variación periódica del flujo luminoso suele ocasionar como resultado una respuesta neurológica. Bien entendido que ello no solamente afecta al bienestar de ciertas poblaciones, sino que también en general reduce las prestaciones visuales y aumenta el cansancio ocular. Los dispositivos de alimentación (drivers) de los LEDs llegan a producir parpadeo y el flujo luminoso emitido por los LEDs es capaz de variar a una frecuencia relativamente baja. Asimismo, la regulación del flujo de los LEDs puede acentuar la modulación de la luz y, consecuentemente, la percepción del impacto del parpadeo que para los sistemas de iluminación LED constituye un parámetro de calidad trascendente. La norma UNE-EN establece `para cada tipo de actividad, áreas, lugares de pública concurrencia y establecimientos sanitarios, unos valores mínimos de rendimiento de color. Los reflexiones muy brillantes en la tarea visual suelen alterar, normalmente de forma perjudicial, la visibilidad de la misma Agosto 2014 Electroeficiencia - 89

5 tecnologíaartículotécnico En el artículo se comenta que La combinación de la inconsistencia o variabilidad del color y del flujo luminoso, así como del pequeño tamaño de la fuente de luz, puede conducir a diferencias notables, que afectarán a la calidad percibida de la solución de iluminación con LEDs. Muchos reguladores utilizan modulación de anchura de impulso (PWM), como una técnica para activar y desactivar los LEDs a alta frecuencia, produciendo el efecto visual de regular la iluminación LED. Aunque se recomienda una frecuencia de salida mínima del dispositivo de alimentación de 120 Hz para evitar el parpadeo perceptible, resulta insuficiente para asegurar la calidad de la luz emitida. Según la publicación CIE número 205 se ofrecen dos medidas para valorar el parpadeo (modulación visible y/o invisible de luz): el porcentaje de parpadeo y el índice de parpadeo. El porcentaje de parpadeo es una medida relativa de la variación cíclica en el flujo luminoso de una fuente de luz (modulación en tanto por ciento), entretanto que el índice de parpadeo corresponde a la relación o cociente entre el área situada por encima del flujo luminoso medio y el área total de la curva del flujo luminoso para un único ciclo. Se puede significar que el parpadeo y los efectos estroboscópicos son indicadores importantes de la calidad de la iluminación LED El índice de parpadeo puede variar entre 0,0 y 1,0 de forma que un valor de 0,1 o menor se considera aceptable. Este índice de parpadeo es un criterio ampliamente utilizado en la industria, aunque no puede predecir el efecto de la frecuencia, ni tener en cuenta en su totalidad el efecto de la forma de la curva de salida de la luz. A pesar de ello, en la actualidad no existe medida alguna que contemple todos los parámetros del parpadeo. La consideración principal es definir el parpadeo que causa los efectos biológicos humanos, en términos de componentes de señales de baja frecuencia. Se requiere una exploración adicional, por ejemplo, resulta necesario definir las frecuencias umbral, por encima de las cuales se espera que la iluminación LED no cause efectos biológicos a los humanos. La interacción del parpadeo y del movimiento hace más visible o perceptible el parpadeo para las personas, y puede producir efectos estroboscópicos cuando el objeto parezca moverse en forma discreta o discontinua en lugar de en forma continua. Actualmente no hay medidas disponibles que puedan predecir la visibilidad del efecto estroboscópico. Conforme a la publicación CIE número 205, la investigación ha evidenciado que el índice de parpadeo no es en si mismo una medida conveniente. En razón a ello, no puede olvidarse que los efectos estroboscópicos pueden conducir a situaciones peligrosas, cambiando el movimiento percibido bien de maquinaria giratoria o que se mueve en vaivén. A modo de conclusión, se puede significar que el parpadeo y los efectos estroboscópicos son indicadores importantes de la calidad de la iluminación LED, por lo que se precisa desarrollar una medida eficaz que pueda ser utilizada para predecir tanto el parpadeo como los referidos efectos estroboscópicos, y permita adoptar las medidas correctoras que procedan. (*)José Ignacio Urraca Piñeiro Asesor Técnico de Anfalum 90- Electroeficiencia Agosto 2014