14_Conceptos Generales de La Iluminación

Un Compromiso de los Empresarios de Chile

INSTITUTO NACIONAL DE CAPACITACIÓN PROFESIONAL ÁREA ELECTRICIDAD, ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES SEDE COLON

Conceptos Generales de la Iluminación Prof. Claudio González González Cruz

Generalidades La luz es también, como la electricidad, el calor, etc., una de las manifestaciones de la energía. Se puede producir de varias maneras; calentando hasta la incandescencia cuerpos sólidos o gases, en cuyo caso se obtiene, además, energía calorífica, generalmente en forma de perdida, o bien se puede obtener también energía luminosa por medio de una descarga eléctrica entre dos placas de material conductor, sumergido en un gas ionizado o en un vapor metálico.

En términos generales se puede definir la luz como: "Energía radiante que es capaz de excitar la retina humana, y provocar una sensación visual" .

La luz es la parte visible del espectro electromagnético, la gama de energía que puede percibir el ojo humano. Las longitudes de onda visibles más cortas aparecen de color violeta y las más largas de color rojo. De alguna forma, entonces, la luz es color. Aunque generalmente creemos que los objetos tienen colores fijos, en realidad el aspecto de un objeto es el resultado de la forma en que se refleja la luz que cae sobre él.

La luz tiene tres propiedades fundamentales:

1.- Se pro pag a en el vacío, po r medio de on das. 2.2.-

Se prop aga en todas las direccion es del espacio.

3.- Se trans mite a dist ancia.

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Av. Padre Padre Hurtado Hurtado Sur 875 875 – Las Las Condes Condes – Santiag Santiago o Área Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones, teléfonos: (2)7310370 – (2)7310488, fax: (2)7310380 – (2)7310381



Conceptos Generales de la Iluminación

1.0

Prof. Claudio González Cruz

Características Cromáticas de la Luz

Medir el caudal de la luz o el rendimiento de una lámpara no es suficiente. Para poder predecir el efecto que tendrá una fuente de luz dada sobre el aspecto cromático de los objetos y superficies, se debe determinar la composición real de la fuente de luz. Existen dos mediciones estándar que permiten evaluar las características cromáticas de la luz: la tem pe ra tu ra d e co lo r (° , que expresa el K ) aspecto cromático de la luz misma, y el índ ice d e repr od uc ción c ro m átic a (IRC), que sugiere como (IRC), sé vera un objeto iluminado por esa luz con relación al aspecto que tiene bajo otras fuentes de luz comunes.

En lo que respecta a la temperatura de color, se puede decir que representa el efecto psicológico que tendrá sobre el observador una fuente de luz. Esto se refiere a que si el efecto es más cálido o más frío. En general se puede decir que a mayor temperatura de color de una lámpara, el efecto es más frío, mientras que a menor temperatura de color, el efecto es más cálido.

El índice de reproducción cromática se podría definir como el porcentaje de efectividad que tiene la lámpara en reproducir fielmente los colores del objeto iluminado.

2.0

Factores que Intervienen en la Iluminación

En iluminación o también llamada luminotecnia, intervienen esencialmente, dos factores de suma importancia un manan tial de energía lum inos a o fu ente de ilu min ación , que podemos equiparar a un generador de energía luminosa y un órg ano cap tado r de esta energía lum ino sa , es decir, un receptor; en nuestro caso, el órgano captador es el ojo humano.

2.1

Fuentes de Iluminación

Las fuentes de iluminación que en adelante llamaremos lámparas, son básicamente elementos que transforman la energía eléctrica en energía luminosa.

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1.0


Características Cromáticas de la Luz

Medir el caudal de la luz o el rendimiento de una lámpara no es suficiente. Para poder predecir el efecto que tendrá una fuente de luz dada sobre el aspecto cromático de los objetos y superficies, se debe determinar la composición real de la fuente de luz. Existen dos mediciones estándar que permiten evaluar las características cromáticas de la luz: la tem pe ra tu ra d e co lo r (° , que expresa el K ) aspecto cromático de la luz misma, y el índ ice d e repr od uc ción c ro m átic a (IRC), que sugiere como (IRC), sé vera un objeto iluminado por esa luz con relación al aspecto que tiene bajo otras fuentes de luz comunes.

En lo que respecta a la temperatura de color, se puede decir que representa el efecto psicológico que tendrá sobre el observador una fuente de luz. Esto se refiere a que si el efecto es más cálido o más frío. En general se puede decir que a mayor temperatura de color de una lámpara, el efecto es más frío, mientras que a menor temperatura de color, el efecto es más cálido.

El índice de reproducción cromática se podría definir como el porcentaje de efectividad que tiene la lámpara en reproducir fielmente los colores del objeto iluminado.

2.0

Factores que Intervienen en la Iluminación

En iluminación o también llamada luminotecnia, intervienen esencialmente, dos factores de suma importancia un manan tial de energía lum inos a o fu ente de ilu min ación , que podemos equiparar a un generador de energía luminosa y un órg ano cap tado r de esta energía lum ino sa , es decir, un receptor; en nuestro caso, el órgano captador es el ojo humano.

2.1

Fuentes de Iluminación

Las fuentes de iluminación que en adelante llamaremos lámparas, son básicamente elementos que transforman la energía eléctrica en energía luminosa.

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La luz puede producirse de forma muy variada, según las causas que las provoquen. Si la causa se debe exclusivamente a la temperatura del cuerpo radiante, el fenómeno se llama termoradiación; en todos los demás casos luminiscencia.

Se conoce como termoradiación, la radiación (calor y luz), emitida por un cuerpo caliente la que puede ser tanto natural como artificial.

En la propia naturaleza encontramos un ejemplo evidente de producción de luz a gran escala, mediante la termoradiación natural que nos brindan el sol y las demás estrellas fijas similares a él.

Se obtiene luz por termoradiación artificial, calentando cualquier material o cuerpo sólido a una elevada temperatura, bien sea por combustión o incandescencia.

Por luminiscencia, se conocen aquellos fenómenos luminosos cuya causa no obedece exclusivamente a la temperatura de la sustancia luminiscente. Dichos fenómenos se caracterizan por que solo ciertas partículas de los átomos de la materia, es decir, sus electrones, son incitados a producir radiaciones electromagnéticas.

2.2

El Ojo Humano

Es el órgano fisiológico mediante el cual se realizan las sensaciones de luz y color. En cierto modo puede compararse a una maquina fotográfica aunque es mucho más perfecto.

Los bastoncillos y los conos son los órganos realmente sensibles a los estímulos luminosos, y en ellos es donde se transforma la energía luminosa en sensación o energía nerviosa, que es conducida al cerebro por el nervio óptico. Pero ambos elementos tienen distinta misión. Está demostrado que los bastoncillos son muy sensibles a la energía luminosa propiamente dicha y casi insensibles al color, mientras que los conos son muy sensibles al color pero casi insensibles a la energía luminosa.

El ojo se acomoda automáticamente a las diversas distancias en que se encuentran los objetos, de forma que estos siempre se reciben en la retina bien enfocados. Esta propiedad del ojo se denomina acomodación. I NA C AP C O LO N

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El ojo humano tiene la extraordinaria propiedad de ajustarse automáticamente a la iluminación en cada caso particular. Cuando el ojo se encuentra sometido a una luz muy intensa, la pupila se con trae, reduciendo el paso de los rayos luminosos. Por el contrario, en la oscuridad, la pupila se dilata con objeto de captar la mayor cantidad posible de energía luminosa. A este fenómeno se le conoce con el nombre de adaptación.

3.0

Factores que Intervienen en la Percepción Visual

Entre los múltiples factores que intervienen dentro de la percepción visual de los distintos observadores, podemos destacar los siguientes:

-

Brillo

-

Deslumbramiento

3.1

Brillo

El brillo es la sensación producida en el ojo humano, a causa de las diferencias de luminancia de los objetos iluminados o luminosos. Podemos considerar dos clases de brillo:

Brillo directo , o brillo del manantial luminoso considerado, por ejemplo, el brillo de una lámpara fluorescente.

, o brillo percibido al incidir el flujo luminoso sobre una superficie brillante; Brillo reflejado

por

ejemplo, el brillo de un espejo intensamente iluminado.

3.2

Deslumbramiento

El concepto de deslumbramiento esta íntimamente ligado con el brillo; pero el deslumbramiento no depende del brillo intrínsecamente considerado, sino de las diferencias de brillo.

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Se presenta el fenómeno del deslumbramiento cuando en el campo de la visión hay objetos iluminados o manantiales luminosos con grandes diferencias de brillo; por ejemplo, en una habitación completamente a oscuras, la luz directa de una lámpara incandescente de 50W produce deslumbramiento, mientras que en una habitación bien iluminada, la luz de la misma lámpara no provocara este fenómeno.

El deslumbramiento se produce en los siguientes casos, que habrá que evitar cuando se proyecte una instalación de alumbrado:

1.-

Brillo excesivo de u n m anantial luminoso . Por ejemplo, la visión directa de una lámpara de incandescencia.

2.-

Situación inadecuada de manantiales lumino sos de brillo intenso , es decir, próximas al órgano visual del observado o en el centro de su campo visual.

Los efectos que produce el deslumbramiento son:

1.- Disminución de la percepción visual. 2.- Efectos desagradables a la vista. 3.- Fatiga visual y, por lo tanto, menor rendimiento en el trabajo o tarea encomendada. 4.- Dar un aspecto falso y perjudicial a los objetos excesivamente iluminados.

4.0

Magnitudes Luminosas Fundamentales

Dentro de los estudios que abarca este tema en el programa de la asignatura, nos veremos frecuentemente relacionados con las magnitudes fundamentales de la ciencia de la iluminación, que se indican en las páginas siguientes.

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4.1


Flujo Luminoso (φ)

En todos los manantiales luminosos o lámparas, se obtiene energía luminosa por transformación de otra clase de energía; por ejemplo, la luz de una lámpara de incandescencia es consecuencia de la energía eléctrica de la lámpara.

Llamaremos potencia radiante o flujo radiante a la energía radiante emitida por un manantial luminoso en la unidad de tiempo y flujo luminoso a la parte del flujo radiante que produce sensación luminosa en el ojo humano.

Por lo tanto, el flujo luminoso, es la medida de la potencia luminosa, es decir, que se podría definir como la energía luminosa radiada al espacio por unidad de tiempo. Se expresa e n lúmenes (Lm).

4.2

Rendimiento Luminoso (η)

Se podría definir el rendimiento luminoso como, la cantidad de flujo luminoso que es capaz de emitir una fuente de luz por unidad de potencia eléctrica. Lo anterior se puede representar a través de la siguiente expresión:

η=

4.3

Lm ) ( W P φ

(Ec. 1)

Intensidad Luminosa (I)

Esta magnitud se entiende únicamente referida a una determinada dirección, y contenida en u n ángulo sólido. Es la cantidad de flujo luminoso rad iado en una dirección pa rticular.

Al igual que a una magnitud de superficie corresponde un ángulo plano que se mide en radianes, a una magnitud de volumen le corresponde un ángulo sólido o estéreo que se mide en estereorradianes.

El radian se define como el ángulo plano que corresponde a un arco de circunferencia de longitud igual al radio.

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El estereorradián se define asimismo como el ángulo sólido que corresponde a un casquete esférico cuya superficie es igual al cuadrado del radio de la esfera.

La ecuación que expresa la intensidad luminosa es:

I=

Φ ω

(cd)

(Ec. 2)

La candela (cd) se define como la intensidad luminosa de una fuente puntual que emite un flujo luminoso de un lumen en un ángulo sólido de un estereorradián.

4.4

Iluminancia (E)

La iluminancia o nivel de iluminación, es la relación entre el flujo luminoso que recibe una superficie iluminada y su extensión. Un cuerpo estará tanto mejor iluminado por un flujo luminoso dado, cuanto menor sea su superficie.

E=

5.0

φ

S

(lux )

(Ec. 3)

Aparatos de Alumbrado

Los aparatos de alumbrado son el conjunto de elementos que sirven para iluminar y dirigir los rayos luminosos. Los aparatos de iluminación se conocen como lámparas, mientras que los que guían el haz luminoso se conocen como luminarias.

5.1

Lámparas

Según hemos visto, la luz se compone de radiaciones electromagnéticas en forma de ondas. Estas radiaciones pueden producirse de forma muy variada, según las causas que las provoquen.

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Si la causa que origina la luz se debe exclusivamente a la temperatura del cuerpo radiante, el fenómeno se llama termorradiación; en todos los de más casos luminiscencia.

Según lo anterior, se puede decir que existen dos grandes grupos de lámparas; las termorradiantes y las luminiscentes.

Las lámparas termorradiantes en general se conocen como las lámparas incandescentes, mientras que la luminiscentes, se conocen como las de descarga en el seno de un gas.

5.1.1

Lámparas Incandescentes

La lámpara incandescente para alumbrado general es un termoradiador compuesto por un filamento metálico en forma de espiral, alojado e n el interior de una ampolla de vidrio al vacío. El elemento físico de la lámpara incandescente que determina el rendimiento luminoso, es el filamento incandescente y su temperatura de incandescencia. Hoy en día, para la espiral de las lámparas incandescentes, se emplea el filamento de wolframio por que entre todos los metales que pudieran ser útiles, posee el más alto punto de fusión.

Cuanto mayor es la potencia de la lámpara incandescente, más grueso se construyen los filamentos de sus espirales, aumentando así la capacidad térmica que permite que puedan funcionar a temperaturas más elevadas con luz más blanca, lo cual supone un mayor rendimiento luminoso.

Una de las desventajas principales de este tipo de lámparas es la gran pérdida de energía durante su funcionamiento, ya que solo hasta un 10% de la energía consumida según tipo y potencia de la lámpara, se aprovecha para la producción de luz.

Si la tensión de la red con que ha de funcionar una determinada lámpara es menor que su tensión nominal, circulara por el espiral una intensidad de corriente eléctrica inferior que la que le corresponde, con lo cual, su temperatura será menor que la normal; y como consecuencia descenderá el flujo luminoso emitido y con ello el rendimiento. La vaporización del wolframio de la espiral, se produce en este caso lentamente y por lo tanto la duración de la lámpara aumenta.

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En general en el mercado nacional, podemos encontrar los siguientes tipos de lámparas incandescentes:

-

Incandescente clara

-

Incandescente reforzada

-

Incandescente color

-

Incandescente de forma

-

Incandescente reflectora

5.1.1.1

Incandescente Clara

Este tipo de lámpara incandescente, conocida normalmente como ampolleta debido a su forma (ampolla), es de uso normalmente habitacional.

Esta lámpara es recomendable usarla solamente cuando el filamento de ella quede fuera del ángulo visual del observador; esto es con la intención de evitar el deslumbramiento.

Figura 1 / Lámpara incandescente clara

5.1.1.2

Incandescente Reforzada

Este tipo de lámpara es similar al la anterior, pero con la diferencia de que gracias a su construcción, esta ampolleta puede utilizarse en lugares en donde pueda sufrir golpes y vibraciones.

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Siguiendo la recomendación dada para la lámpara clara, esta ampolleta se debe utilizar en lugares que quede fuera del ángulo visual, o dentro de algún tipo de luminaria que impida la visión directa del filamento.

La diferencia fundamental de esta tipo de lámpara respecto a la anterior, es que el filamento tiene un mayor número de soportes.

5.1.1.2

Incandescente Color

Dentro de esta categoría se encuentran las ampolletas que ofrecen la posibilidad de utilizarse como lámparas decorativas, tanto interiores como exteriores, gracias a la gran variedad de colores que existen en el mercado.

Las lámparas con ampolla blanca también están dentro de esta categoría, pero su utilización no es decorativa, si no que sirve para utilizarse en lugares en donde la lámpara clara tradicional produce el problema del deslumbramiento.

Figura 2 / Lámpara incandescente color

5.1.1.3

Incandescente de Forma

En esta categoría de lámparas incandescentes, están por ejemplo las de tipo vela y las de bulbo circular pequeño o grande. Por sus características físicas, este tipo de lámparas se utiliza con un fin decorativo en interiores. En general este tipo de lámparas es de ampolla blanca y por ende evitan el deslumbramiento. I NA C AP C O LO N

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5.1.1.4


Incandescente Reflectora

Este tipo de lámparas puede ser utilizada en interiores o exteriores, dependiendo de su construcción (información dada por el fabricante).

Estas lámparas se utilizan normalmente como sistemas de iluminación de vitrinas o vidrieras debida a la posibilidad que tiene de dirigir el has de luz por si solas.

5.1.2

Lámparas de Descarga

En todos los gases, principalmente en los que contienen las lámparas de descarga, además de los átomos de gas neutrales, se encuentran siempre algunas cargas eléctricas libres, bien por naturaleza o desprendidas del cátodo.

Las condiciones de la descarga eléctrica en el seno de un gas, para la producción de luz, dependen fundamentalmente de la presión del gas o vapor que exista en el interior del tubo de descarga, de ahí que se distingan dos tipos de descargas:

-

Descarga a baja presión

-

Descarga a alta presión

El tipo de gas, vapor que exista en el interior de la lámpara, o la sustancia que cubre el interior del vidrio de la ampolla de la lámpara, define las características de ella. Según esto, en el mercado podremos encontrar los siguientes tipos:

-

Lámparas de vapor de mercurio

-

Lámparas de vapor de sodio

-

Lámparas de haluros metálicos

-

Lámparas fluorescentes

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5.1.2.1


Lámpara de Vapor de Mercurio

La producción de luz en las lámparas de vapor de mercurio se basa en el principio de luminiscencia obtenida por la descarga eléctrica en el seno de un gas.

El rendimiento luminoso de la descarga en vapor de mercurio y también las características de la misma, dependen principalmente de la presión del vapor y de la intensidad de la corriente del arco. A mayor presión aumenta el rendimiento luminoso. Actualmente se utilizan lámparas de mercurio de alta presión debido a su excelente rendimiento luminoso.

Uno de las desventajas que presenta este tipo de lámparas es el tiempo de encendido, el que oscila aproximadamente entre 3 y 5 minutos. Por lo anterior, una vez que se desconecta la lámpara no puede volver a encenderse hasta pasado un tiempo de enfriamiento, generalmente igual al de calentamiento, en el que alcanza los valores nominales de régimen necesarios para que la presión en el tubo de descarga descienda al valor correspondiente, para que pueda iniciarse nuevamente la descarga.

El arco de la descarga en las lámparas de mercurio presenta una característica de resistencia negativa, por lo que su conexión a la red debe efectuarse a través de aparatos de alimentación adecuados.

La tensión requerida para la puesta en funcionamiento de las lámparas normales a temperaturas superiores a -15°C es prácticamente inferior a 200 V, por lo que pueden conectarse a redes de 220 V, empleando aparatos de alimentación (balastos), constituidos por bobinas con resistencia inductiva o reactancia.

Las actuales lámparas de vapor de mercurio a alta presión tienen una larga duración útil y un elevado flujo luminoso.

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El flujo luminoso se reduce durante el funcionamiento debido al ennegrecimiento gradual del tubo de descarga por el deposito de material que emiten los electrodos y por la impurificación del gas. En las primeras horas de funcionamiento, esta reducción es superior a la que aparece luego hasta el final de la vida de la lámpara, por ello, el flujo luminoso indicado en los catálogos corresponde siempre al obtenido después de 100 horas de funcionamiento.

Las posibilidades de aplicación de las lámparas de vapor de mercurio a alta presión son muy importantes. La gran economía que presentan por su elevado rendimiento luminoso y larga vida, permite realizar iluminaciones en las que se requiere una luz abundante con una aceptable reproducción cromática.

Su empleo esta principalmente indicado para el alumbrado exterior (publico, instalaciones industriales, obras), y para interior (naves de fabricación), donde ha sustituido casi totalmente a las lámparas incandescentes.

5.1.2.2

Lámpara de Vapor de Sodio

El paso de la descarga eléctrica a través del vapor de sodio, provoca la emisión de una radiación visible casi monocromática, constituida por dos rayas, muy próximas entre si, y cuyas longitudes de onda son 589 mµ. y 559,6 m µ.

Están formadas, esencialmente por un tubo de descarga rectilíneo y en forma de horquilla introducido en una campana de vidrio; entre el tubo y la campana se hace el vacío, ya que para obtener la presión conveniente del vapor, la pared del tubo de descarga, ha de estar a una temperatura aproximada de 280ºC; y la campana exterior actúa de aislante térmico, con lo que se evitan las perdidas de calor por radiación.

En las lámparas modernas, el tubo y la campana no son desmontables sino de una sola pieza (lámparas integrales), con lo que el rendimiento luminoso aumenta en un 25%.

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Para evitar que el sodio quede irregularmente depositado en las paredes interiores del tubo de descarga, se practican pequeños resaltes uniformemente repartidos, cuyo relieve queda en la parte exterior del tubo; de esta manera, cuando la lámpara esta apagada, se obtiene una condensación regular del vapor de sodio sobre estos puntos, cuya temperatura es inferior a la del resto del tubo; así es como se consiguen las condiciones más favorables para cebar la lámpara en el momento del encendido.

Como el sodio ataca el vidrio ordinario, se ha de proteger la pared interna del tubo de descarga con una débil capa de vidrio al bórax. Además, y para mejorar el rendimiento de la lámpara, se deposita sobre el tubo una capa de un material especial que es transparente a la luz visible, pero que absorbe las radiaciones infrarrojas; de esta manera, se consigue reducir el descenso de temperatura por radiación del calor.

Las lámparas de vapor de sodio son de cátodo caliente y están provistas de electrodos que se calientan por si mismos, con stituidos por un filamento dob le o triple espiralado de tungsteno, en cuyos intersticios se deposita un material emisor de electrones (generalmente oxido de torio).

Con objeto de favorecer el encendido de la lámpara, el tubo de descarga esta relleno de un gas noble, casi siempre neón.

Debido a la presencia de las rayas amarillas en el espectro luminoso de la lámpara, cuyas longitudes de onda están muy próximas a la longitud de onda de 555 mµ , que es la de mayor sensibilidad para el ojo humano, las lámparas de sodio tienen un excelente rend imiento luminoso.

La tensión de cebado de la lámpara es, según los tipos, de 340 a 400(V); como la tensión de alimentación es, normalmente 220(V), esta lámpara precisa de aparato de alimentación provisto de autotransformador.

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El periodo de encendido de la lámpara de vapor de sodio oscila entre 5 y 15 minutos, según los tipos y potencias. Durante este periodo, se inicia la descarga en el gas neón que rellena el tubo, y la lámpara adquiere la luminiscencia rojiza característica de dicho gas; debido al calor generado por el paso de la corriente en el tubo de descarga, el sodio se volatiliza, convirtiéndose en vapor e iniciando así la descarga en arco del vapor de sodio. Paulatinamente, la lámpara va adquiriendo el tono amarillo característico del sodio hasta que, hacia el final del periodo de arranque, la luz amarilla del sodio domina completamente el inicial tono rojizo producido por el neón.

La luminancia de estas lámparas es de unas 10 candelas por centímetro cuadrado; es decir, sensiblemente inferior al de las demás lámparas eléctricas.

Su vida útil puede evaluarse en unas 4000 horas, al cabo de las cuales, el flujo luminoso esta comprendido entre el 70 y el 75% del valor inicial.

Debido a su luz monocromática, la deformación de los colores de los objetos iluminados es muy acusada; por dicha razón, este tipo de lámpara no se utiliza muy frecuentemente en iluminación de interiores. Pero a causa de su poca luminancia y del tono amarillo de su luz, pueden verse los objetos con todos sus detalles. Por ello esta lámpara es muy apropiada para la iluminación de aquellos lugares en los que se precisa una gran agudeza visual, sin que sea indispensable la perfecta visión de los colores.

Una de las soluciones para mejorar el tono de color de las lámparas de vapor de sodio, consiste en utilizar mayores presiones, con temperaturas de funcionamiento de varios miles de grados. El problema esta en encontrar una ampolla de descarga que pueda resistir estas altas temperaturas y que sea resistente al sodio; normalmente se emplea una cerámica de oxido de aluminio, denominada Lucalox.

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5.1.2.3


Lámpara de Haluros Metálicos

Las constantes investigaciones sobre nuevas fuentes de luz artificial persiguen dos objetivos fundamentales. El primero consiste en aumentar el rendimiento luminoso de las lámparas, mientras que el segundo, persigue igualar el color de la luz al de la luz diurna o solar. Teniendo en cuenta estos objetivos, se construyeron las lámparas de haluros metálicos, que en si son lámparas de vapor de mercurio a alta presión.

La constitución de las lámparas de haluros metálicos es similar a la de las de vapor de mercurio a alta presión. El recipiente o tubo de descarga es también de cristal de cuarzo en forma tubular, con un electrodo de wolframio en cada extremo, en el que se deposita un material emisivo de electrones, generalmente oxido de torio. La corriente se hace llegar a los electrodos a través de unas laminillas de molibdeno selladas herméticamente con el cristal de cuarzo.

Los extremos del tubo, detrás de los electrodos, están cubiertos por una capa exterior de oxido de circonio como estancador térmico, por encontrarse en ellos los puntos más fríos.

La ampolla exterior es de vidrio duro. En las lámparas de hasta 400 W se efectúa el vacío de la ampolla, y se le incluyen algunos getters vaporizadores que lo mantienen durante la vida de la lámpara; en las de mayor potencia se llena con nitrógeno.

Las condiciones de funcionamiento de las lámparas de haluros metálicos son muy parecidas a las de las de vapor de mercurio convencionales, estando dispuestas para ser conectadas en serie, con un balasto limitador de la corriente, a sistemas de alimentación de 220 o de 380 V según los tipos.

Debido a los halogenuros, la tensión de encendido de estas lámparas es elevada, necesitando el empleo de un cebador o de un aparato de encendido con tensiones de choque de 1,5 a 5 KV. De esta forma se garantiza un encendido seguro con temperaturas de 100 hasta 25°C. Constituye una exención el tipo HQI-T 2000 W/N (con aditivo de sodio), que solo necesita de un balasto.

Los tipos HQI - TS de 250 W a 3500 W/D permiten un reencendido inmediato con las lámparas en caliente (después de apagadas), mediante el empleo de tensiones de choque de 35 a 60 KV. A este objeto los de 2000 y 3500W, están dotados de un electrodo au xiliar en la cúpula de la a mpolla. I NA C AP C O LO N

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Para el reencendido inmediato es necesario prever portalámparas con la suficiente rigidez dieléctrica, que soporten las altas tensiones de choque.

Estas lámparas tienen un amplio campo de aplicación, tanto en el alumbrado interior como en el exterior, y en usos especiales. Su elevado rendimiento luminoso, alta temperatura de color y excelente reproducción cromática, distinguen a estas lámparas como las mas apropiadas para aquellas iluminaciones de calidad en las que se desee crear un ambiente de vida y color. Se adaptan perfectamente a las exigencias del cine y televisión en color, en escenarios y al aire libre (estudios, campos deportivos, etc.).

5.1.2.4

Lámpara Fluorescente

Las lámparas fluorescentes son lámparas de descarga eléctrica en atmósfera de vapor de mercurio a baja presión y un gas inerte. La descarga se produce en un recipiente tubular de gran longitud con relación a su diámetro, sobre cuya pared interior se ha depositado una fina capa de sustancias minerales fluorescentes. En las extremidades del tubo se sitúan los electrodos. El tubo esta relleno de un gas noble, generalmente argón a algunos milímetros de presión, y de una pequeña cantidad de mercurio.

Hasta hace pocos años, las sustancias fotoluminiscentes empleadas en las lámparas fluorescentes, estaban constituidas por silicatos, boratos y tungstatos, que emiten luz con predominio de una determinada longitud de onda.

Actualmente, se emplean casi exclusivamente los llamados halofosfatos de calcio, es decir, mezclas de cloro fosfato y de fluofosfato de calcio, que se activan con manganeso y con antimonio.

Por ejemplo, si partimos del fluofosfato de calcio, cuya formula es:

3 Ca 3 (P O ) 4 2 + CA F 2

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El flúor puede reemplazarse total o parcialmente por el cloro, obteniéndose entonces estos tres halofosfatos:

3 Ca 3 (P O ) 4 2 + CA F 2 3 Ca 3 (P O ) 4 2 + Ca (FCl) 3 Ca 3 (P O ) 4 2 + Ca Cl 2 Ahora bien, cada uno de estos tres cuerpos pueden activarse por el antimonio o por el manganeso. Si se activan con antimonio, la tendencia del espectro luminoso es el desplazamiento hacia las radiaciones azules; lo contrario sucede si el activador es el manganeso. Por otro lado, cuanto mayor sea la cantidad de cloro contenida en el halofosfato, mayor es la tendencia del espectro luminoso a desplazarse hacia el color rojo.

Por lo tanto, podemos afirmar que con una mezcla adecuada de sustancias fotoluminiscentes, se obtiene cualquier color deseado, y desde luego, todos los matices imaginables de luz blanca.

Ya hemos visto que mezclando adecuadamente las sustancias fluorescentes, podemos obtener cualquier tono de color; esta propiedad constituye una de las posibilidades más interesantes de las lámparas fluorescentes puesto que podemos elegir en todo momento, el color de luz mas adecuado para una misión determinada.

Por lo que respecta a las coloraciones empleadas en las lámparas fluorescentes, se esta intentando normalizar los matices de blanco producidos en dichas lámparas; pero cada fabricante da nombres distintos a estas coloraciones y los espectros correspondientes no coinciden de unos a otros fabricantes.

A continuación se presenta una clasificación general de los distintos tipos de colores existentes en el mercado.

Colores standard, de eficacia luminosa muy elevada donde se ha buscado, ante todo, el mejor rendimiento luminoso, sacrificando sensiblemente la emisión en las regiones roja y azul del espectro que, como sabemos, tienen un débil rendimiento luminoso.

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Los colores standard son los siguientes:

Luz de día Blanco normal Blanco caliente

Colores de lujo, en los que se ha buscado un espectro de igual energía en todas las longitudes de onda, emitiendo en las regiones roja y azul suficientes cantidades de energía y sacrificando conscientemente el rendimiento luminoso por la mejor calidad de la luz obtenida.

Los colores lujo son los siguientes:

Blanco de lujo Blanco caliente de lujo

Las lámparas de coloración de lujo tienen aproximadamente un rendimiento luminoso inferior en un 20% a las lámparas de coloración standard.

En cada una de estas dos series, la existencia de varios matices mas o menos calientes corresponde a la utilización de las lámparas a distintos niveles de iluminación. En efecto, recuérdese que la sensibilidad cromática del ojo varia con la iluminación y que, además, para débiles iluminaciones la máxima sensibilidad cromática se desplaza hacia las menores longitudes de onda, es decir, hacia el azul.

Por lo tanto, para iluminaciones débiles serán mas adecuados los tonos calientes y para elevadas iluminaciones, los tonos fríos, acoplándose así el color de la luz a las zonas de máxima sensibilidad del ojo humano.

Las ventajas principales de las lámparas fluorescentes sobre las sobre las demás lámparas eléctricas existentes son:

-

Buen rendimiento luminoso, que puede llegar hasta los 70 lúmenes por watt es decir 4 o 5 veces mayor que las lámparas incandescentes de igual potencia. I NA C AP C O LO N

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-

Variedad de los tonos de luz, sobre todo en la luz blanca.

-

Cualidad en ciertos tonos de luz de tener una distribución espectral muy parecida a la de la luz natural.

-

Emisión de luz por una línea luminosa, que puede ser ininterrumpida.

-

Débil luminancia.

Estas cualidades significan un importantísimo progreso en Luminotecnia, porque han abierto nuevas posibilidades y han renovado profundamente la técnica de la iluminación.

Sobre todo, las lámparas fluorescentes, por su alto rendimiento luminoso, han permitido la elevación general de los niveles de iluminación, una mejor cualidad de la luz emitida y una variedad, desconocida hasta ahora, en la adaptación a las líneas arquitectónicas por medio de líneas luminosas poco brillantes.

Por la forma del encendido y por el tipo de los cátodos empleados, las lamparas fluorescentes pueden clasificarse en estos tres tipos fundamentales.

a)

Lámparas fluorescentes de cátodo caliente y arranque por precalentamiento de los electrodos.

b)

Lámparas fluorescentes de cátodo caliente y arranque instantáneo.

c)

Lámparas fluorescentes de cátodo frío.

De los tres tipos indicados anteriormente, el mas generalizado es el que emplea precalentamiento de cátodos para el arranque.

Uno de los problemas que existe en el uso de lámparas fluorescentes, es el relativo al efecto estroboscópico (encendido y apagado por la señal alterna de alimentación). Debido a la fosforescencia de las sustancias fotoluminiscentes que recubren las paredes interiores, la lámpara fluorescente no presenta este fenómeno con tanta intensidad como las lámparas que solamente utilizan los efectos luminosos de la descarga eléctrica (lámparas de vapor de mercurio, lámparas de vapor de sodio, etc.). Sin embargo, la presencia de estas materias fluorescentes no es suficiente para atenuar completamente las fluctuaciones de la luz, debidas a la extinción y reencendido periódico de la lámpara cuando esta funciona con corriente alterna.

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Sin precauciones especiales, estas fluctuaciones de la luz pueden ocasionar molestias o dificultades en algunos casos; por ejemplo en instalaciones donde se emplean maquinas giratorias, el efecto estroboscópico puede hacer aparecer ruedas detenidas cuando realmente están en movimiento o, incluso, girando con un movimiento aparente inverso de su movimiento real.

El efecto estroboscópico queda atenuado hasta hacerse insensible, alimentando las diferentes lámparas de una instalación entre las diferentes fases de la red de distribución o por medio de especiales montajes de alimentación de grupos de lámparas.

La temperatura ambiente también influye sobre la tensión de encendido de las lámparas. En efecto esta tensión de encendido aumenta sobre su valor nominal si se hacen funcionar las lámparas a temperaturas exteriores muy bajas o muy elevadas. Los actuales aparatos de alimentación aseguran el encendido de las lámparas para un intervalo de temperaturas comprendido entre -5º y 30ºC. A otras temperaturas, el encendido es mas lento, lo que siempre resulta perjudicial para las lámparas.

Cuando la humedad ambiente es elevada, se aprecia un notable aumento de la tensión de encendido; esto es debido a que la humedad enfría la superficie de la lámpara y, por tanto equivale a un descenso de la temperatura ambiente que provoca, como hemos visto, un aumento en la tensión de encendido.

En las lámparas que utilizan cebador para su encendido, esta acción de la humedad no tiene ningún efecto sobre la lámpara, ya que, la sobretensión producida por el cebador es bastante superior a la tensión de encendido de la lámpara.

Por el contrario, en las lámparas fluorescentes de encendido instantáneo, este efecto puede significar que la lámpara no puede encenderse, sobre todo, si tenemos en cuenta que, antes del encendido, no hay producción de calor en la lámpara que pueda ayudar a calentar sus paredes exteriores.

El flujo luminoso es directamente proporcional a la tensión, por lo tanto, a tensiones inferiores a la nominal de la lámpara, el flujo luminoso es menor y el rendimiento luminoso disminuye; además, el encendido de la lámpara se hace inseguro lo que afecta desfavorablemente a la duración de la lámpara.

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Si por efecto de las fluctuaciones en la tensión de alimentación, esta se hace mayor que la nominal de la lámpara, hay peligro de calentamiento excesivo en el aparato de alimentación, que puede llegar a sobrecalentar también la lámpara, incluso hasta su destrucción.

La influencia de las fluctuaciones de la tensión de alimentación sobre la tensión de encendido es decisiva, ya que como se sabe, el encendido no se produce más que en el caso en que la tensión aplicada a la lámpara sea suficiente.

Cuando una lámpara fluorescente deja de funcionar definitivamente, este hecho no es de bido como en el caso de la lámpara incandescente, a la ruptura del filamento que ocasiona la interrupción del paso de la corriente, sino al desgaste progresivo de los depósitos emisores de electrones, situados en los electrodos.

Además, en las lámparas incandescentes, la duración esta esencialmente ligada a la temperatura del filamento, por lo que han podido establecerse leyes que relacionan la duración y la tensión de alimentación. Por el contrario la duración de funcionamiento de las lámparas fluorescentes depende de un gran numero de factores y todavía no ha sido posible establecer leyes que relacionen la duración con dichos factores.

Por ejemplo, el desgaste del producto emisivo depende, entre otras causas:

-

de la cantidad de producto emisivo utilizada.

-

de la naturaleza y de la presión del gas que rellena la lámpara.

-

del procedimiento de encendido de la lámpara.

-

de la frecuencia de encendido.

-

del calentamiento, permanente o no, de los electrodos.

-

de la temperatura ambiente en el momento del encendido.

-

de la forma de onda de corriente proporcionada por el ballast.

-

de la tensión de alimentación.

-

etc... etc...

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A pesar de la complejidad de los factores que influyen en la duración de funcionamiento de las lámparas fluorescentes, podemos decir que estas tienen una duración media de 4000 a 5000 horas, suponiendo un tiempo de funcionamiento de 3 horas cada vez que se procede a encender la lámpara; si el tiempo de funcionamiento es de 6 horas, la duración de las lámparas se aumenta en un 25% y si el tiempo de funcionamiento es de 12 horas por cada operación de encendido, el aumento en la duración es de un 50%. Según esto el flujo luminoso de una lámpara fluorescente, decrece lentamente durante el curso de la vida de la lámpara, pero este decrecimiento no es uniforme, sino que es menor cuantas más horas de funcionamiento tenga la lámpara.

Como el porcentaje de decrecimiento es relativamente más elevado al principio (del orden de 5% en las 100 primeras horas), se considera como flujo luminoso inicial, el flujo a las 100 horas de funcionamiento.

La variación del flujo luminoso esta ligada al paulatino agrisamiento del deposito de sustancia fluorescente, debido a la acción del mercurio y a una alteración de esta sustancia fluorescente causada por la radiación ultravioleta de la descarga. Con el tiempo, puede suceder que la pared entera de la lámpara quede ennegrecida, a causa del deposito de partículas de mercurio sobre la capa de sustancia fluorescente.

5.2

Luminarias

La misión de las luminarias es modificar la distribución luminosa de las lámparas desnudas, según las características deseadas de iluminación; y, además, ocultar los manantiales luminosos de la visión directa del observador, con objeto de evitar el deslumbramiento.

Figura 3 / Distribución luminosa de una lámpara sin y con luminaria I NA C AP C O LO N

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Los aparatos de alumbrado deben poseer una serie de cualidades que los haga idóneos para la misión que tienen que cumplir; podemos dividir estas cualidades en tres clases, bien diferenciadas y que se detallan a continuación.

1.-

Propiedades ópticas

- Distribución luminosa adaptada a la función. - Buen rendimiento luminoso. - Luminancia de un valor dado en ciertas direcciones de observación.

2.-

Pro pi ed ad es m ecáni cas y elé ct ric as

- Ejecución robusta. - Construidos de un material adaptado a su función. - Equipo eléctrico perfecto, con facilidades para el montaje y la inspección periódica del mismo. - Fáciles de limpiar. - Calentamiento admisible con su construcción y con su empleo.

3.-

Pro pi ed ade s est é tic as

Los aparatos de alumbrado pueden estar encendidos o apagados; bajo ambas apariencias, deben ayudar a crear el ambiente y a integrarse en el conjunto arquitectónico y decorativo del interior a iluminar.

5.2.1

Clasificación de las Luminarias

Podemos intentar una primera clasificación de las luminarias según sea el sistema de iluminación resultante, es decir directo, indirecto o mixto.

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Pero la clasificación anterior, tal como esta enunciada, resulta un tanto confusa, ya que para conseguir una determinada distribución luminosa, hemos de recurrir a diversas propiedades de luz (reflexión, refracción, difusión, etc.), y en general, en una luminaria se aprovechan varias de estas propiedades.

Por las razones antedichas, en el presente apunte estudiaremos las luminarias de acuerdo a la forma en como distribuyen la luz.

5.2.1.1

Luminarias con Superficies Difusoras

Son aquellas en donde se utilizan preferentemente sus propiedades de transmisión y difusión. Los difusores actúan relativamente poco sobre la distribución luminosa de la lámpara; su misión es, sobre todo, difundir la luz para disminuir los efectos de deslumbramiento.

El difusor sustituye el manantial luminoso primario, constituido por la lámpara que tiene poca superficie radiante, y por lo tanto, elevada luminancia, por un manantial luminoso secundario, constituido por el mismo difusor, de gran superficie radiante, y consiguientemente de mucha menor luminancia que la lámpara. Según esto, con el difusor se reducen considerablemente los efectos nocivos del deslumbramiento y esta reducción será tanto mayor cuanto mayor sea la superficie aparente del difusor.

Para que un difusor sea eficaz, es necesario, que la luminancia de su superficie sea lo más uniforme posible; por esta razón es preferible utilizar, por ejemplo, el vidrio opalino que tiene la propiedad citada, antes que el cristal mateado que, además de no difundir tan bien la luz como el anterior, presenta irregularidades de luminancia en su superficie.

5.2.1.2

Luminarias con Superficies Reflectoras

Son aquellas en donde se utiliza principalmente su poder de reflexión. La comparación entre las curvas de distribución luminosa correspondientes a una lámpara desnuda y a la misma lámpara provista de reflector, permite darse cuenta del funcionamiento de un reflector.

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Lo que caracteriza sobre todo a los reflectores, es la situación del máximo de radiación luminosa, es decir, el ángulo α bajo el que se encuentra el valor máximo del flujo luminoso en la curva fotométrica del reflector. En la siguiente tabla, se expresa el nombre que se da a los reflectores, según la situación del flujo máximo emitido.

Tabla 1 Tipos de reflectores en función del lujo máximo emitido

5.2.1.3

Angulo α del máximo flujo luminoso

Reflector

0º a 30º 30º a 40º 40º a 50º 50º a 60º 60º a 70º 70º a 90º

Intensivo Semiintensivo Dispersivo Semiextensivo Extensivo Hiperextensivo

Luminarias con Superficies Refractoras

Están basados en las leyes de la refracción regular, por lo tanto son aquellas en donde se utilizan sus propiedades refractoras. En este caso, la lámpara puede estar completamente encerrada en un globo de cristal prismático claro, ya que ahora no es necesario prever una abertura por la que salga el flujo luminoso, como sucedía en el caso de los reflectores. Por lo tanto, es posible trabajar sobre la totalidad del flujo luminoso.

Un refractor de revolución está constituido esencialmente por un aparato de cristal o vidrio compuesto de prismas anulares y destinado a orientar los rayos luminosos de acuerdo con las direcciones requeridas, pero sin modificar el plano meridiano en el que dichos rayos luminosos se p ropagan.

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6.0


Sistemas de Alumbrado

Los sistemas de alumbrado se clasifican según la distribución del flujo luminoso, por encima o por debajo de la horizontal; o sea, teniendo en cuenta la cantidad del flujo luminoso proyectada directamente a la superficie iluminada y la que llega a la superficie después de reflejarse por techo y paredes.

Si la mayor parte del flujo luminoso se envía hacia abajo, se produce una iluminación directa; por el contrario, si la mayor parte del flujo luminoso, se envía hacia el techo para que llegue a la superficie iluminada después de proyectarse en el mismo y en las paredes, tenemos la ilumina indirecta. Los demás sistemas de iluminación pueden considerarse como formas intermedias en las cuales, la luz emitida se irradia tanto hacia arriba como hacia abajo.

Para conseguir que parte del flujo no se dirija directamente hacia el suelo, obteniéndose así el sistema de iluminación deseado, se utilizan las luminarias que como sabemos, están basadas en las propiedades de reflexión, refracción y difusión de la luz.

6.1

Iluminación Directa

En este sistema de iluminación, casi todo el flujo luminoso se dirige directamente a la superficie que ha de iluminar. En la práctica, y sobre todo en iluminación de interiores, resulta imposible conseguir una iluminación directa en un 100%, pues siempre existe alguna luz reflejada en las paredes, que se suma a la luz directa, procedente del manantial luminoso.

Figura 4 / Iluminación directa I NA C AP C O LO N

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La iluminación directa produce sombras duras y profundas y existe el peligro de deslumbramiento al situarse dentro del campo visual, manantiales luminosos de gran intensidad luminosa y poca superficie emisora, es decir, de gran luminancia; para evitar este peligro, se precisa disponer en los aparatos de alumbrado, viseras o placas verticales de vidrio difusor que corten o difundan la porción del haz luminoso que pudiera llegar directamente a la vista del observador

6.2

Iluminación Indirecta

Todo o casi todo el flujo luminoso se dirige hacia el techo; el manantial luminoso queda completamente oculto a los ojos del observador y éste no percibe ninguna zona luminosa; solamente aprecia zonas iluminadas.

Como no hay flujo luminoso directo, las paredes y el techo del local que se han de iluminar, deben de estar pintados de color blanco, o, a lo menos, de color muy claro pues de lo contrario debido al poco rendimiento luminoso de estos sistemas de iluminación, habría de instalarse desmesurada potencia luminosa para conseguir niveles de iluminación medianamente aceptables.

Figura 5 / Iluminación indirecta

La iluminación indirecta, es, económicamente hablando, la más cara de todas. Pero también el efecto luminoso conseguido es el mejor de todos, pues la iluminación de los objetos es muy suave y sin contrastes de brillo, carece absolutamente de deslumbramiento y está exenta de sombras laterales.

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6.2


Iluminación Mixta

En este sistema de iluminación, como su nombre lo indica, se utilizan en forma combinada los sistemas de iluminación directa más indirecta.

7.0

Métodos de Alumbrado

En este punto hacemos referencia a la concentración de luz necesaria para efectuar una tarea determinada.

No hay que confundir los métodos de alumbrado con los sistemas de iluminación, anteriormente señalados. En efecto, en cada uno de los métodos de alumbrado que vamos a reseñar, puede utilizarse cualquiera de los sistemas de iluminación que hemos estudiado.

7.1

Alumbrado General

Es un método de distribución uniforme de la luz, que produce en todos los lugares de un interior, idénticas condiciones de visión. Es el método más corrientemente empleado en oficinas generales, aulas de escuelas, fábricas, etc., y, en general, donde se pretenda asegurar buenas condiciones generales de alumbrado.

Figura 6 / Alumbrado general I NA C AP C O LO N

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7.2


Alumbrado General Localizado

En muchas naves industriales, se agrupan las máquinas en sitios determinados (por ejemplo, arrimadas a la pared); por lo tanto, no es necesario mantener un nivel uniforme de iluminación en toda la nave.

Figura 6 / Alumbrado general localizado

Se suspenden más bajos los equipos de alumbrado que en el caso anterior y, además, se agrupan de forma que sobre las máquinas se alcancen elevados niveles de iluminación, y al mismo tiempo, se asegura sobre los pasillos y zonas circundantes de las máquinas, una iluminación general, suficiente para eliminar los fuertes contrastes de luminancias (que producirían deslumbramiento), y mantener buenas condiciones de seguridad.

7.3

Alumbrado Individual

Se utiliza cuando se precisa un alto nivel de iluminación en la zona de trabajo individual, debido a la precisión de la tarea. El ejemplo más característico de este método de alumbrado lo constituyen las lámparas de sobremesa utilizadas en mesas de despacho, de dibujo, etc.

Figura 7 / Alumbrado individual I NA C AP C O LO N

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14_Conceptos Generales de La Iluminación

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