ILUMINACIÓN ARTIFICIAL INTRODUCCIÓN Las instalaciones industriales actuales requieren que las soluciones que se dan al tema de la iluminación estén acordes con un conjunto de soluciones que tienen que ver con el ambiente de trabajo adecuado para el desarrollo de las tareas que en él se realizan. A la hora de llevar a cabo un diseño de iluminación, deben ser considerados una serie de factores fundamentales los cuales tienen relación con los siguientes aspectos:
El nivel de flujo luminoso o iluminancia (lux) requerido sobre la superficie de trabajo. Uniformidad al repartir esa luminancia. Limitación del deslumbramiento. Limitación en el contraste de luminancias. El color de la luz y su reproducción cromática. Selección del tipo de iluminación, de las fuentes de luz y de las luminarias.
La cantidad y calidad de luz a suministrar estará dada por la actividad a desarrollar dentro del local a iluminar y de la actividad que en él se realiza. Todo sistema de iluminación se encuentra constituido por:
Fuente de luz: tipo de lámpara empleada, que permitirá conocer las necesidades eléctricas. Luminaria: sirve para aprovechar el flujo luminoso, evitar deslumbramientos. Está condicionada por el tipo de iluminación y la fuente de luz seleccionada. Sistema de control y regulación de la luminaria.
UNIDADES EMPLEADAS Candela (cd), (cd), llamada antiguamente bujía: unidad de intensidad luminosa de una fuente de luz. Se define como la intensidad luminosa en una dirección dada de una fuente que emite radiación monocromática con una frecuencia de 540 x 10 12 Hz (≈ 555nm) y cuya intensidad radiante en esa dirección es de 1/683W por estereorradián. Lumen (lm), unidad (lm), unidad de flujo luminoso φ. Es igual al flujo sobre una superficie unitaria, en la cual todos los puntos están a una distancia unitaria de una fuente puntual uniforme, de una candela. Esta fuente puntual emite 4π lúmenes. Iluminación (E), densidad (E), densidad de flujo luminoso sobre una superficie. En el SI se emplea el lúmen por metro cuadrado, lux (lx); si se emplea el pie como medida de longitud y el flujo está distribuido con uniformidad sobre la superficie, la densidad en lúmenes por pie cuadrado se denomina pie-bujía (fc). Un pie-bujía es igual a 10.76 lux. Para hacer comparables las unidades se utiliza con frecuencia el decalux (10 luz). Luminancia, Luminancia, intensidad luminosa de cualquier superficie en una dirección dada, por unidad de área proyectada de la superficie según se ve desde esa dirección. La unidad es cd/m2, y en unidades inglesas cd/pulg2 (1 cd/pulg2 = 1550 cd/m2). Absorción, reflexión y transmisión: son procesos generales por los cuales un flujo luminoso incidente interactúa con un medio. Absorción es el proceso por el cual se discipa el flujo incidente. Reflexión es el proceso por medio del cual el flujo incidente deja la superficie o medio del mismo lado de la incidencia. Transmisión es el proceso por el que el flujo incidente abandona una superficie por el lado distinto al de incidencia. De acuerdo a lo dicho, el flujo incidente es la suma de los tres flujos. φi = φa + φr + φt
ILUMINACIÓN ARTIFICIAL EN INTERIORES MÉTODO DE CÁLCULO Norma IRAM-AADL J 20-15 Para la determinación de los cálculos siguientes, se recomienda consultar las siguientes normas: J 20-01 Definiciones de luminotécnia J 20-05 Características y requisitos de la iluminación artificial J 20-06 Niveles mínimos de servicios de iluminación Se determinará la iluminancia media de servicio sobre el plano de trabajo, aplicando coeficientes de utilización calculados por el método de las cavidades zonales. El método consiste en dividir al local en 3 cavidades, cada una de las cuales queda caracterizada por un índice. a) índice de la cavidad del local i l. b) Índice de la cavidad del cielorraso i c . c) Índice de la cavidad del piso i p.
ρc
ρpc
ρcc ρpl
ρcp
ρpp
ρsp
Las etapas de cálculo son las siguientes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Determinación del nivel de iluminación requerido. Elección del sistema de alumbrado y del tipo de luminarias. Determinación del coeficiente de utilización. Determinación del coeficiente de conservación. Cálculo del flujo luminoso necesario. Elección del tipo de fuente de luz y potencia necesaria. Cálculo del número de lámparas y luminarias necesarias en la instalación. Selección del emplazamiento de las luminarias.
DATOS SOBRE EL LOCAL:
Dimensiones del recinto: representada por a. Longitud l, altura del local h y las alturas de las cavidades. Indices de reflexión o grado de reflexión ρ de techos, suelo y paredes, los que dependen del color y materiales de estos elementos y que sirve para determinar el nivel de absorción de estos parámetros del local. Tipo de actividad del local, para que sea posible prever el nivel de iluminación necesario. Teniendo en cuenta la finalidad de cada local, la norma IRAM-AADL J 2006 indica el mínimo, en lux, recomendado para cada caso.
En la figura: ρc : ρ pc : ρ pl : ρ pp: ρcc : ρcp: ρsp:
h: hc : hl : h p: a: l :
reflectancia del cielorraso. reflectancia de pared en cavidad de cielorraso. reflectancia de pared en cavidad de local. reflectancia de pared en cavidad piso. reflectancia efectiva de cavidad cielorraso. reflectancia efectiva de cavidad de piso. reflectancia de piso. altura total del interior del local. altura de cavidad de cielorraso. altura cavidad del local. altura cavidad del piso (altura del plano de trabajo). ancho del local. longitud del local.
Con los datos citados anteriormente, se procede a determinar los índices i l, i c e i p de las tres cavidades de la figura sobre la base de la tabla I o mediante las expresiones siguientes: Indice de la cavidad del local
i l = 5hl (a+l) a.l
Indice de la cavidad del cielorraso
i c = 5hc (a+l) = i l . h /h c l a.l
Indice de la cavidad del piso
i /hl p = 5h p (a+l) = i l . h p a.l
Determinados los índices de las cavidades del local, se hace necesario fijar los coeficientes de reflexión del suelo, techo y paredes, con lo cual se considera el flujo luminoso que se refleja y que dependerá del color y grado de conservación de las superficies. Estos coeficientes se presentan en la siguiente tabla (IRAM-AADL J 20-05). Superficie o elemento
Tipo de terminación
Factor de reflexión (%)
Cielorraso Muros Solado Parte superior del equipamiento (muebles y máquinas)
Semimate Mate Mate, semimate
75 a 85 40 a 70 10 a 30
Mate
38 a 60
TABLA V, Factor de reflexión recomendado para las superficies interiores. IRAM-AADL J 20-05
CALCULO DEL COEFICIENTE DE UTILIZACIÓN (u). La obtención del coeficiente de utilización ( u), para la reflectancia efectiva de la cavidad del piso de 20% se realiza interpolando, en la tabla dada por el fabricante, si fuese necesario, con respecto al índice i l y/o con respecto a la reflectancia de pared y/o reflectancia efectiva de la cavidad de cielorraso. Si la reflectancia efectiva de cavidad de piso ρcp difiere significativamente del 20%, el coeficiente obtenido debe ser afectado por el valor obtenido de la tabla III (norma IRAM-AADL J 20-15), interpolando si fuese necesario. Este coeficiente de utilización da la relación entre los lúmenes emitidos por la fuente de luz y los que llegan efectivamente al plano ideal de trabajo. Los fabricantes de luminarias proporcionan para cada modelo una tablas en las que se recogen conjuntamente las influencias combinadas de los aspectos anteriores, y son las denominadas tablas del factor de utilización. Este factor será mayor cuanto mayores sean los coeficientes de reflexión, mayores la altura y longitud y menor la altura del plano de trabajo. También influirá si el alumbrado es directo o no, ya que una distribución concentrada dirigirá la luz unitariamente hacia abajo, originando que una menor proporción de la luz incida sobre las paredes y techos, obteniéndose así una considerable mejora en el rendimiento de la instalación.
CALCULO DEL COEFICIENTE DE DEPRECIACIÓN (d). Este determina de que manera disminuirá con el tiempo el rendimiento lumínico de una instalación, debido a factores a la suciedad acumulada, la frecuencia del mantenimiento y reposición de las lámparas. Adoptar un factor de depreciación requiere de un estudio completo, y es necesario conocer el programa de mantenimiento para conservar los niveles de iluminación previstos. Una simplificación adecuada podría ser adoptar un valor de 0,8 cuando el ambiente del local sea limpio. En el caso de un ambiente sucio o muy polvoriento, se puede considerar un valor para el factor de 0,5, englobando así todos los factores. Finalmente, se puede considerar un valor intermedio de 0,6.
CALCULO DEL NÚMERO DE LUMINARIAS (N). Según los distintos rendimientos luminosos unitarios, el flujo útil total unitario, se obtendrá, para el nuevo flujo total, un número de lámparas diferentes y considerando además distintos números de lámparas por cada luminaria que pueda darse, se puede determinar el número de lámparas mediante la expresión:
N = E m. a . l u.d.φL
Donde:
N : número de lámparas E m: iluminancia media sostenida, en lux, obtenida de la tabla “Niveles de Iluminación”, IRAM_AADL J 20-06. d : factor de depreciación φL: flujo emitido por una lámpara, en lúmenes. a.l : superficie del plano de trabajo, en m2.
Finalmente, el número de luminarias será: N luminarias = número de total de lámparas (N )
Lámparas por luminaria
EJEMPLO 1 DE APLICACIÓN PRÁCTICA MÉTODO DE LAS CAVIDADES ZONALES NORMA IRAM-AADL J 20-15 Iluminancia media de servicio sobre el plano de trabajo Sea un local, como muestra la figura, con las siguientes características: l = 8.30m a= 7.50m h= 3.90m
hl= 3.15m hc= 0 hp= 0,75
ρpl= 50% (tablaV,J20-05) ρc= 80% (tablaV,J20-05) ρs= 20% (estimada)
Determinar: a) El coeficiente de utilización empleando la luminaria de la figura b, de la tabla correspondiente para el local dado, estando la luminaria aplicada contra el cielorraso. b) El número de luminarias necesarias para un nivel de iluminancia de 500 lux iniciales (sin considerar la depreciación), utilizando tubos fluorescentes que emiten 3000 lm cada uno.
Figura b
Procedimiento: a) Se determinan los índices de cavidades utilizando la tabla I.
i l = 4 i p = 0,8 i c = 0 por ser luminarias de plafón, como cavidad de cielorraso, se considera directamente el cielorraso. b) Se determina la reflactancia efectiva de la cavidad de cielorraso utilizando la tabla II. ρc = ρcc = 80%
Ya que las luminarias están aplicadas al cielorraso, la reflectancia efectiva de cavidad del cielorraso es la reflectancia real del mismo.
c) Se determina la reflectancia efectiva de cavidad de piso utilizando la tabla II, interpolando. ρcp = 19% se adopta 20%
d) Se determina el coeficiente de utilización u. Con los valores de i l , ρcp, ρcc , se entra en la tabla de coeficiente de utilización dada por el fabricante, para ρs = 20% y se obtiene:
u = 0,48 e) Se determina el número de luminarias. N = E m. a . l = 500 . 7,50 . 8,30 u.d.φL 0,48 . 6000
= 10,8
Se adoptan 12 luminarias, las cuales pueden disponerse según lo indica la figura siguiente:
f) Se determina la iluminancia inicial. E i = N. u . φL = 12 . 0,48 . 6000 a. l 7,50 . 8,30
= 555 lx
EJEMPLO 2 DE APLICACIÓN PRÁCTICA Determinar la nueva iluminación media inicial sobre el plano de trabajo, si en el local del ejemplo 1 se suspenden las luminarias a hc= 0,4m del cielorraso, tal como se muestra en la siguiente figura: Procedimiento: a) Se determinan los índices de cavidades, mediante la tabla I.
i l = 3,50 , i c= 0,51 , i p= 0,90
b) Se determina la reflactancia efectiva de cavidad de cielorraso utilizando la tabla II. ρcc = 72% se adopta 70%
c) Se determina la reflactancia efectiva de cavidad de piso utilizando la tabla II. ρcp= 19% se adopta 20%
Cuando la reflactancia efectiva de la cavidad de piso difiere del 20%, el coeficiente de utilización obtenido de las tablas dadas por el fabricante debe ser corregido; a tal fin puede recurrirse a la tabla III. d) Se determina el coeficiente de utilización. Entrando en la tabla del fabricante con los datos, se obtiene lo siguiente: Para i l= 3 Para i l= 4
u= 0,53 u= 0,47
Interpolando en forma lineal para i l = 3,5 se obtiene:
u= 0,50 e) Se determina el número de luminarias: ídem ejemplo 1. f) Se determina la iluminancia inicial. E i = N. u . φL = 12 . 0,50 . 6000 a. l 7,50 . 8,30
= 578 lx
Esto representa una iluminancia de 4,1% mayor que la configuración del ejemplo 1.
EJEMPLO 3 DE APLICACIÓN PRÁCTICA Para el local del ejemplo 2, se desea calcular la iluminancia para una reflectancia de piso igual a 30%. a) Se determinan los índices de cavidad utilizando la tabla I.
i l = 3,50 , i c= 0,50 , i p= 0,90
b) Se determina la reflactancia efectiva de cavidad de cielorraso utilizando la tabla II. ρcc = 72% se adopta 70%
c) Se determina la reflectancia efectiva de cavidad de piso utilizando la tabla II. ρcp= 27%
d) Se determina el coeficiente de utilización.
u= 0,50 e) Se corrige el coeficiente de utilización Nota: La tabla III da los factores con los que se debe afectar al coeficiente de utilización
cuando se tienen reflectancias efectivas de cavidad de piso iguales a 30% y 10%, multiplicando o dividiendo respectivamente, según sea el caso. Cuando se trata de valores comprendidos entre los correspondientes a 30% y 10%, se debe interpolar en forma lineal considerando factor 1 para 20% y multiplicar o dovodir según sea la reflectancia efectiva mayor o menor de 20% respectivamente, De la tabla III se obtiene: 20% ........................ 1,00 30% ........................ 1,05 27% ........................ 1 + (1,05 – 1,00). 7 = 1,035 10 luego u corregido será: u = 0,5 x 1,035 = 0,517 f) Se determina la iluminancia inicial. E i = N. u . φL = 12 . 6000 . 0,517 a. l 7,50 . 8,30
= 598 lx
