INTRODUCCIÓN A LA LUMINOTECNIA PROYECTO PROFUNDIZA IES LLERENA Parte del material pertenece a http://www.tuveras.com/luminotecnia/luminotecnia.htm
La Luminotecnia es la ciencia que estudia las distintas formas de producción de luz, así como su control y aplicación para lograr una iluminación adecuada. La naturaleza de la luz ha sido estudiada desde hace muchos años... pero qué es la luz?. Se llama luz a la parte de la radiación electromagnétia que puede ser percibida por el ojo humano
El universo por doquier se encuentra rodeado por Ondas Electromagnéticas de diversas longitudes. La luz es la porción de este espectro que estimula la retina del ojo humano permitiendo la percepción de los colores. Esta región de las ondas electromagnéticas se llama Espectro Visible y ocupa una banda muy estrecha de este espectro. Cuando la luz es separada en sus diversas longitudes de onda componentes es llamada Espectro. Si se hace pasar la luz por un prisma de vidrio transparente, produce un espectro formado por los colores rojo, naranja, amarillo, verde, azul, indigo y violeta. Este fenómeno es causado por las diferencias de sus longitudes de onda. El rojo es la longitud del onda más larga y el violeta la más corta. El ojo humano percibe estas diferentes longitudes de onda como Colores. La luz que llega a nuestros ojos y nos permite ver, es un pequeño conjunto de radiaciones electro magnéticas de longitudes de onda comprendidas entre los 380 nm y los 770 nm.
Una de las facetas que se estudian en luminotecnia, y objeto principal del tema que nos ocupa, es la iluminación de interiores. Buena parte de las actividades humanas se realizan en el interior de edificios con una iluminación natural, a menudo insuficiente. Por ello es necesario la presencia de una iluminación artificial que garantice el desarrollo de estas actividades. La iluminación de interiores es un campo muy amplio que abarca todos los aspectos de nuestras vidas desde el ámbito doméstico al del trabajo o el comercio. La determinación de los niveles de iluminación adecuados para una instalación no es un trabajo sencillo. Hay que tener en cuenta que los valores recomendados para cada tarea y entorno son fruto de estudios sobre valoraciones subjetivas de los usuarios (comodidad visual, agradabilidad, rendimiento visual...). El usuario estándar no existe y por tanto, una misma instalación puede producir diferentes impresiones a distintas personas. En estas sensaciones influirán muchos factores como los estéticos, los psicológicos, el nivel de iluminación...
Estudiemos algunas magnitudes y conceptos referentes al alumbrado: Consideraremos dos bombillas, una de 25 W y otra de 60 W: estamos hablando de potencia eléctrica y nos da idea de qué energía gastaría, pero no de cuánta se convertirá en luz: debemos definir otras unidades... MAGNITUDES
MAGNITUDES ACTIVIDAD ACTIVIDAD
Eficiencia Eficiencia luminosa luminosa Led varios 150
MAGNITUDES ACTIVIDAD ACTIVIDAD
MAGNITUDES Símil hidráulico: intensidad de un chorro de agua en una dirección
MAGNITUDES Símil hidráulico: salpicaduras de agua que rebotan de una superficie. La cantidad de agua que rebota depende de la capacidad de absorción de la superficie.
RESUMEN MAGNITUDES
FACTORES A TENER EN CUENTA A LA HORA DE DISEÑAR UN ALUMBRADO SISTEMAS SISTEMASDE DEALUMBRADO ALUMBRADO La luz que emite la lámpara, según la luminaria donde se monte, se distribuye por el local y puede llegara la zona de trabajo de forma... Luz directa Luz indirecta proveniente del techo Luz indirecta proveniente de las paredes CLASIFICACIÓN DE LUMINARIAS POR DISTRIBUCIÓN DEL FLUJO LUMINOSO 40-60% 60-90% 90-100% 40-60% 0-10% 10-40% 40-60% 90-100% DIRECTA 60-90% SEMIDIRECTA 40-60% DIFUSA DIRECTAINDIRECTA 10-40% SEMIINDIRECTA 0-10% INDIRECTA
FACTORES A TENER EN CUENTA A LA HORA DE DISEÑAR UN ALUMBRADO Métodos Métodosde dealumbrado alumbrado Los métodos de alumbrado nos indican cómo se reparte la luz en las zonas iluminadas. Según el grado de uniformidad deseado, distinguiremos tres casos:alumbrado general, alumbrado general localizado y alumbrado localizado. El alumbrado general proporciona una iluminación uniforme sobre toda el área iluminada. Es un método de iluminación muy extendido y se usa habitualmente en oficinas, centros de enseñanza, fábricas, comercios, etc. Se consigue distribuyendo las luminarias de forma regular por todo el techo del local El alumbrado general localizado proporciona una distribución no uniforme de la luz de manera que esta se concentra sobre las áreas de trabajo. El resto del local, formado principalmente por las zonas de paso se ilumina con una luz más tenue. Ahorra pero puede ser molesta Empleamos el alumbrado localizado cuando necesitamos una iluminación suplementaria cerca de la tarea visual para realizar un trabajo concreto. El ejemplo típico serían las lámparas de escritorio. Si el contraste es muy grande puede producir deslumbramientos molestos
FACTORES A TENER EN CUENTA A LA HORA DE DISEÑAR UN ALUMBRADO Deslumbramiento Deslumbramiento El deslumbramiento es una sensación molesta que se produce cuando la luminancia de un objeto es mucho mayor que la de su entorno. Es lo que ocurre cuando miramos directamente una bombilla o cuando vemos el reflejo del sol en el agua. Existen dos formas de deslumbramiento, el perturbador y el molesto. Pueden producirse deslumbramientos de dos maneras. La primera es por observación directa de las fuentes de luz; por ejemplo, ver directamente las luminarias. Y la segunda es por observación indirecta o reflejada de las fuentes como ocurre cuando las vemos reflejada en alguna superficie (una mesa, un mueble, un cristal, un espejo...). Estas situaciones son muy molestas para los usuarios y deben evitarse. Entre las medidas que podemos adoptar tenemos: ocultar las fuentes de luz del campo de visión usando rejillas o pantallas, utilizar recubrimientos o acabados mates en paredes, techos, suelos y muebles para evitar los reflejos, evitar fuertes contrastes de luminancias entre la tarea visual y el fondo y/o cuidar la posición de las luminarias respecto a los usuarios para que no caigan dentro de su campo de visión.
FACTORES A TENER EN CUENTA A LA HORA DE DISEÑAR UN ALUMBRADO NIVELES NIVELESDE DEILUMINACIÓN ILUMINACIÓNRECOMENDADOS RECOMENDADOS Los niveles de iluminación recomendados para un local dependen de las actividades que se vayan a realizar en él. Estos valores aparecen en distintas Normas y Reglamentos. Veamos un resumen:
FACTORES A TENER EN CUENTA A LA HORA DE DISEÑAR UN ALUMBRADO Características Características cromáticas cromáticas A la hora de describir las cualidades cromáticas de las fuentes de luz hemos de considerar dos aspectos. El primero trata sobre el color que presenta la fuente. Y el segundo describe cómo son reproducidos los colores de los objetos iluminados por esta. En uno y otro caso podremos potenciar los efectos psicológicos de los colores... Temperatura Temperatura de de color color La temperatura de color hace referencia al color de la fuente luminosa. Su valor coincide con la temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia de color similar a la de la fuente considerada. Se mide en grados Kelvin. La iluminación divide las fuentes en tres clases según su temperatura de color (aspecto cromático):
FACTORES A TENER EN CUENTA A LA HORA DE DISEÑAR UN ALUMBRADO Rendimiento Rendimiento en en color color El rendimiento en color, por contra, hace referencia a cómo se ven los colores de los objetos iluminados. Para establecer el rendimiento en color se utiliza el índice de rendimiento de color (IRC o Ra) que compara la reproducción de una muestra de colores normalizada iluminada con nuestra fuente con la reproducción de la misma muestra iluminada con una fuente patrón de referencia. Vida Vida media media El número de horas de funcionamiento de una lámpara. En lámparas incandescentes, la vida media se rige por el fallo del 50% de las lámparas. En lámparas de descarga y los LEDs, la vida media se calcula hasta la reducción del flujo luminoso de la instalación al 50% debido al fallo de lámparas y al descenso del flujo luminoso. Vida Vida útil útil Indica el tiempo de funcionamiento de una lámpara en el cual el flujo luminoso desciende a un valor tal que la fuente de luz no es rentable y es recomendable su sustitución.
FACTORES A TENER EN CUENTA A LA HORA DE DISEÑAR UN ALUMBRADO Depreciación Depreciaciónde delalaeficiencia eficiencialuminosa luminosayymantenimiento mantenimiento El paso del tiempo provoca sobre las instalaciones de alumbrado una disminución progresiva en los niveles de iluminancia. Las causas de este problema se manifiestan de dos maneras. Por un lado tenemos el ensuciamiento de lámparas, luminarias y superficies donde se va depositando el polvo. Y por otro tenemos la depreciación del flujo de las lámparas En el primer caso la solución pasa por una limpieza periódica de lámparas y luminarias. Y en el segundo por establecer un programa de sustitución de las lámparas. Aunque a menudo se recurre a esperar a que fallen para cambiarlas, es recomendable hacer la sustitución por grupos o de toda la instalación a la vez según un programa de mantenimiento. De esta manera aseguraremos que los niveles de iluminancia real se mantengan dentro de los valores de diseño de la instalación.
Lámparas Lámparasyyluminarias: luminarias:tipos TIPOS Las lámparas empleadas en iluminación de interiores abarcan casi todos los tipos existentes en el mercado (incandescentes, halógenas, fluorescentes, leds, etc.).. Lámparas Lámparas Incandescencia Incandescencia Standard Standard Descarga Descarga Leds Leds Halógena Halógena Vapor Vapor de de mercurio mercurio Alta Alta presión presión Baja Baja presión presión Vapor Vapor de de sodio sodio Alta Alta presión presión Baja Baja presión presión Halogenuros Halogenuros metálicos metálicos
LÁMPARA LÁMPARADE DEINCANDESCENCIA INCANDESCENCIA Las lámparas incandescentes están formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible. Para evitar que el filamento se queme en contacto con el aire, se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha hecho el vacío o se ha rellenado con un gas. El conjunto se completa con unos elementos con funciones de soporte y conducción de la corriente eléctrica y un casquillo normalizado que sirve para conectar la lámpara a la luminaria. apariencia de color: blanco cálido temperatura de color: 2600 ºK reproducción de color: Ra 100 vida util: 1000 h
LÁMPARA LÁMPARAHALÓGENA HALÓGENA Las lámparas incandescentes halógenas de tungsteno, tienen un funcionamiento similar al de las lámparas incandescentes normales, con la salvedad de que el halógeno incorporado en la ampolla ayuda a conservar el filamento. Aumenta así la vida útil de la lámpara, mejora su eficiencia luminosa, reduce tamaño, mayor temperatura de color y poca o ninguna depreciación luminosa en el tiempo, manteniendo una reproducción del color excelente. apariencia de color: blanco temperatura de color: 2900 ºK reproducción de color: Ra 100 vida util: 2000-5000 h
LÁMPARAS LÁMPARASDE DEDESCARGA DESCARGA LÁMPARA LÁMPARADE DEMERCURIO MERCURIO BAJA PRESIÓN BAJA PRESIÓN Las lámparas fluorescentes tubulares o fluorescentes se componen de un tubo de vidrio que contiene una cantidad pequeña de gas. La luz se consigue por excitación del gas al someterlo a una descarga eléctrica entre dos electrodos. Esta tecnología necesita un equipo auxiliar para su funcionamiento, aunque en el mercado existen fluorescentes con este equipo integrado. apariencia de color: diferentes blancos temperatura de color: 2600-6500 ºK reproducción de color: Ra 50 - Ra 95 vida util: 10000 h
LÁMPARAS LÁMPARASDE DEDESCARGA DESCARGA LÁMPARA LÁMPARADE DEMERCURIO MERCURIO ALTA PRESIÓN ALTA PRESIÓN Su funcionamiento es similar al de los tubos fluorescentes. Necesitra equipo auxiliar (balastro) apariencia de color: blanco temperatura de color: 4000 ºK reproducción de color: Ra 45 vida util: 16000 h LÁMPARA LÁMPARADE DELUZ LUZMEZCLA MEZCLA La lámpara mezcladora deriva de la lámpara convencional de mercurio de alta presión y de la de incandescencia, no necesitando balastro externo apariencia de color: blanco temperatura de color: 3600 ºK reproducción de color: Ra 60 vida util: 6000 h
LÁMPARAS LÁMPARASDE DEDESCARGA DESCARGA LÁMPARA LÁMPARADE DEVAPOR VAPORDE DESODIO SODIO BAJA PRESIÓN BAJA PRESIÓN Su funcionamiento es similar al de las lámparas de mercurio de baja presión, sólo que cambiando el vapor de mercurio por vapor de sodio, lo que provoca que produzca una luz de color amarillo que hace que tenga bajo rendimiento en color. LÁMPARA LÁMPARADE DEVAPOR VAPORDE DESODIO SODIO ALTA PRESIÓN ALTA PRESIÓN apariencia de color: amarillo temperatura de color: 1800 ºK reproducción de color: no aplicable vida util: 14000 h Eficacia de hasta 180 lm/w La diferencia de presiones del sodio en el tubo de descarga es la principal variación con respecto a las lámparas anteriores. Produce una luz blanca dorada apariencia de color: blanco amarillo temperatura de color: 2000-2500 ºK reproducción de color: Ra 25 - Ra 80 vida util: 16000 h Eficacia de hasta 130 lm/w
LÁMPARAS LÁMPARASDE DEDESCARGA DESCARGA Lamparas de induccion Electromagnetica son lamparas fluorescentes que funcionan mediante un campo magnetico, parecido a los tubos fluorescentes pero sin electrodos y con amalgama en estado solido en vez de gaseoso, perfecto para reciclarse. Tienen un vida útil de hasta 100.000 horas (lo que reduce el mantenimiento) y una eficiencia de unos 100 lm/w apariencia de color: diferentes blancos temperatura de color: 2700-4000 ºK reproducción de color: Ra 80 vida util: 60000 h
ILUMINACIÓN ILUMINACIÓNLED LED Los LED (Lighting Emitting Diode) son dispositivos semiconductores (diodo) que transforman directamente la corriente eléctrica en luz. Al no poseer filamento tiene una vida útil muy elevada, hasta de 45000 horas, además de consumir un 80% menos que las incandescentes convencionales. Es la tecnología más moderna y ya ofrece lámparas para el sector doméstico, pudiendo sustituir directamente a las incandescentes convencionales. El led no solo aporta ventajas únicas respecto a otras fuentes de luz, sino que ofrece una calidad de luz equivalente a las fuentes de luz tradicionales. Actualmente se pueden conseguir CRI elevados, amplia gama de temperaturas de color VENTAJAS Vida útil de 50000 horas Hasta 10 veces menos energía que una lámpara incand. No generan temperatura No contaminan. No emiten radiaciones IR ni UV Luz inalterable en el tiempo
Tipo de fuente Lámpara incandescente Lámpara Fluorescente compacta Lámpara Fluorescente tubular Lámpara vapor de Mercurio Lámpara Mercurio Halogenado Lámpara vapor de Sodio alta pres Lámpara vapor de Sodio baja presión Lámpara de leds blancos Potencia W Flujo Lumin Lm Eficacia luminosa Lm/W 40 430 10,75 100 1.300 13,80 7 400 57,1 9 600 66,70 20 1.030 51,50 40 2.600 65,00 250 13.500 54,00 400 23.000 57,50 250 18.000 72,00 100 80.000 80,00 250 25.000 100,00 400 47.000 118,00 55 8.000 145,00 180 33.000 180,00 3 450 150
LED Hasta 150
Cálculo Cálculode deinstalaciones instalacionesde dealumbrado alumbradode deinteriores interiores Cunado tenemos que diseñar el alumbrado de un local y si queremos obtener unos valores de iluminación concretos, debemos recurrir a unos cálculos previos. Existen distintos métodos, más o menos complejos y más o menos fiables, entre los que está el método de los lúmenes o el método punto por punto. Por otra parte, cada marca de luminaria ofrece programas de cálculo para instalaciones de alumbrado, conteniendo las tablas con las características de sus lámparas y luminarias