Manual de Luminotecnia Indalux 2pp

Capítulo 1.

LA LUZ

1.1.

Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.2.

Características de las ondas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.3.

Espectro de frecuencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.4.

Naturaleza dual de la luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

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Capítulo 1. LA LUZ

Capítulo 1. LA LUZ

1.1. Generalidades

La longitud de onda es una característica importante para clasificar el espectro de radiaciones visibles, objeto de estudio en esta LUMINOTECNIA 2002.

Es sabido que existen diversos tipos de energía: mecánica, térmica, electrostática y electromagnética.

Este parámetro queda determinado mediante el producto de la velocidad de propagación (), por el tiempo que tarda en realizar un

• Si a un cuerpo en reposo se le suministra energía mecánica, éste tiende a ponerse en movimiento transformando la energía

ciclo (Periodo ):

suministrada en energía cinética, energía que lleva consigo y que comunica a otros cuerpos si colisiona con ellos.

 =  ·  (m/s · s = m)

• El calor es una forma de energía que se propaga por convección, conducción o radiación. • Cuando “encendemos la luz”, conectamos el filamento metálico de una lámpara incandescente a través de una diferencia de

Frecuencia ( f )

potencial, lo cual hace fluir carga eléctrica por el filamento de un modo parecido a como la diferencia de presión de una manguera

Se define como el número de periodos que tienen lugar en la unidad de tiempo.

de riego hace fluir el agua por su interior. El flujo de electrones constituye la corriente eléctrica. Usualmente asociamos la corriente al

Como el periodo es inverso de la frecuencia,

movimiento de cargas en cables conductores, pero la corriente eléctrica surge de cualquier flujo de carga. Cuando la corriente eléctrica

 = 1 , la ecuación anterior se transforma en: f

se propaga a través de los conductores y llega a un receptor se transforma en éste en otro tipo de energía.

 =  (m/s · 1/s-1 = m) f

• Si el cuerpo o fuente emisora irradia energía, la propagación se produce por radiación en forma de ondas* que son las perturbaciones físicas que se propagan a través de un determinado medio o en el vacío. Las ondas mecánicas propagan este tipo de energía a través de un medio material elástico. Son ondas longitudinales porque en ellas coincide la vibración de las partículas con la dirección de la propagación. Dos ejemplos son las vibraciones de un muelle y el sonido.

y por consiguiente, la frecuencia es directamente proporcional a la velocidad de propagación, e inversamente proporcional a la

En un muelle las vibraciones se propagan en una sola dirección y en el caso del sonido, se propagan tridimensionalmente.

longitud de onda.

Las ondas electromagnéticas propagan energía producida por oscilaciones de campos eléctricos y magnéticos y no necesitan un

f =  (s-1 = ciclos/segundo = Hz) 

medio material de propagación. Por ejemplo, la luz. Dentro de las diferentes formas de propagación de las ondas se definen diversos regímenes. Desde el punto de vista de la luminotecnia, nos interesa el régimen periódico, que se define como aquel que se repite a intervalos regulares de tiempo y que se expresa

La longitud de onda disminuye con el aumento de la frecuencia.

gráficamente mediante varias formas de onda.

La frecuencia es fija e independiente del medio por el que se propaga la onda, y por ello es una característica importante para clasificar

Aquí, la forma de la onda representa oscilaciones como fenómenos en los que la magnitud física es función periódica de una variable

las ondas electromagnéticas.

independiente (el tiempo), cuyo valor medio es nulo. Es decir, se trata de funciones armónicas simples o fundamentales, como el seno o el coseno, de una sola variable, unidimensional y transversales (se propagan perpendicularmente a la dirección en que vibran las partículas).

Velocidad de propagación (  )

En definitiva, existe un conjunto muy amplio de fenómenos físicos, eléctricos y electromagnéticos, entre los que se incluye la electricidad, la luz,

La velocidad de propagación depende del tipo de onda, de la elasticidad del medio y de su rigidez. Si el medio es homogéneo e

el sonido, las ondas hertzianas o el oleaje del mar, cuyas características quedan determinadas mediante el estudio de las ondas sinusoidales.

isótropo, la velocidad de propagación es la misma en todas las direcciones.

De ahí que se utilice el concepto de radiación de las ondas y las características que las definen.

Por ejemplo, la velocidad de propagación del sonido en el aire, a 20 ºC, es de 343´5 m/s, mientras que la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el vacío es de 300.000 km/s = 3 · 108 m/s. La ecuación fundamental que relaciona la velocidad de propagación con la longitud y frecuencia de la onda es

1.2. Características de las ondas

 =  · f (m · s-1 = m/s)

Longitud de Onda () Se define como la distancia recorrida por la onda en un periodo. En una onda transversal se puede definir como la distancia entre dos máximos consecutivos o entre otros dos puntos cualesquiera que se encuentren en la misma fase (Fig. 1).

λ

1.3. Espectro de frecuencias

λ

Dado que las radiaciones electromagnéticas son de la misma naturaleza y todas se propagan en el vacío a la misma velocidad ( = 3 · 108 m/s), las características que las diferencia es su longitud de onda, o lo que es lo mismo, su frecuencia ( =  · f). Entre las radiaciones electromagnéticas debemos incluir los Rayos Gamma, Rayos X, Radiación Ultravioleta, Luz, Rayos Infrarrojos, Microondas, Ondas de Radio y otras radiaciones. El ojo humano es sensible a la radiación electromagnética con longitudes de onda comprendidas entre 380 y 780 nm. aproximadamente, margen que se denomina luz visible. Las longitudes de onda más cortas del espectro visible corresponden a la luz violeta y la más larga a la luz roja, y entre estos extremos se encuentran todos los colores del arco iris (Fig. 2). Las ondas electromagnéticas con longitudes de onda ligeramente inferiores a las de la luz visible se denominan rayos

λ

ultravioleta, y las que poseen longitudes de onda ligeramente superiores, se conocen como ondas infrarrojas. La radiación térmica

λ

emitida por los cuerpos a temperaturas ordinarias está situada en la región infrarroja del espectro electromagnético. No existen límites en las longitudes de onda de la radiación electromagnética; es decir, todas las longitudes de onda (o frecuencias) son teóricamente

Figura 1. Longitud de onda .

posibles. Hay que tener en cuenta que los intervalos de longitud de onda (o de frecuencia) en los que se divide el espectro electromagnético no están a veces bien definidos y frecuentemente se solapan. Por ejemplo, la ondas electromagnéticas con longitudes de onda del

* Onda: Expresión gráfica de una variación periódica representada en amplitud y tiempo. La amplitud es el valor u ordenada máxima que toma la onda.

orden de 0,1 nm. suelen denominarse Rayos X, pero si se originan a partir de la radiactividad nuclear, se llaman Rayos Gamma.

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Capítulo 1. LA LUZ

Amarillo Naranja

Rojo

400x1012 Hz 384x1012 Hz 370x1012 Hz Infrarrojos

20

Distribución espectral de la luz del dia normal

780 nm.

20

700 nm.

40

600 nm.

60

40

500 nm.

Verde Verde - Amarillo

60

380 nm. 400 nm.

Verde - Azul

80

780 nm.

Azul

%

80

700 nm.

Añil

100

%

600 nm.

Distribución espectral de la luz visible

Distribución espectral según fabricantes de lámparas

Violeta

100

500 nm.

Rayos Ultravioleta 790x1012 Hz

300 nm. 320 340 360 380 400 nm. 420 440 460 480 500 nm. 520 540 560 580 600 nm. 620 640 660 680 700 nm. 720 740 760 780 800 nm.

380 nm. 400 nm.

Luz negra

Capítulo 1. LA LUZ

Distribución espectral de lámpara incandescente

Figura 3

Radiación de una fuente con espectro discontinuo La energía radiante de una fuente de descarga gaseosa, como la de vapor de sodio, vapor de mercurio, argón, neón, etc., consiste en una radiación integrada por pequeños intervalos de longitud de onda que se denominan picos de emisión. Cada gas tiene una longitud de onda característica de su radiación, que depende de la estructura molecular del gas a través del cual tiene lugar la descarga. Este tipo de descarga se denomina comúnmente luminiscencia y se caracteriza porque son tipos de radiación independientes de la temperatura. Las fuentes luminosas o lámparas de descarga más usuales son los tubos fluorescentes, los de vapor de mercurio, los de vapor de sodio y los de inducción. Al igual que con la incandescencia, se obtiene la curva de distribución espectral mediante el espectrorradiómetro. La función

Figura 2. Clasificación del espectro visible.

espectrorradiométrica que se obtiene se indica en la Fig. 4, indicando en abscisas las longitudes de onda en nm. y en ordenadas los Los fabricantes de lámparas suelen dar las curvas radioespectrométricas con valores comprendidos entre 380 nm. y 780 nm.

valores relativos de energía respecto a la máxima radiada que se toma como el 100%.

Como hemos visto, además del metro, para expresar la longitud de onda se emplea también el nanómetro (nm.) y otras unidades

También se suele dar en ordenadas la potencia específica en mW/nm. de longitud de onda.

como son el Angstrom (Å)y la micra (m.). 1 m. = 10-60 m 1 nm. = 10 m -90

1 Å.

= 10-10 m

Radiación de una fuente con espectro continuo

100

100

%

%

80

80

60

60

40

40

20

20

Distribución espectral de una lámpara fluorescente de color blanco frío

El término incandescencia se aplica a los tipos de radiación asociados con la temperatura. Para saber cómo está distribuida la potencia radiada entre las longitudes de onda, se utiliza el espectrorradiómetro. La función

780 nm.

700 nm.

380 nm. 400 nm.

780 nm.

700 nm.

- El filamento de la lámpara de incandescencia, como fuente más común de producir luz artificial.

600 nm.

- Un lingote o barra de acero caliente al rojo vivo.

500 nm.

380 nm. 400 nm.

- La llama de una combustión, como la vela, candil, etc.

600 nm.

radiación se denomina incandescencia o radiación de temperatura. Son fuentes de luz artificial incandescente:

500 nm.

Todo cuerpo, a cualquier temperatura que no sea el cero absoluto, irradia energía según un amplio campo de longitud de onda. Esta

Distribución espectral de una lámpara de vapor de mercurio de color corregido

Figura 4

espectrorradiométrica o curva de distribución espectral que se obtiene se indica en la Fig. 3, en la que en abscisas se sitúan las longitudes de onda en nm. y en ordenadas los valores relativos de energía respecto a la máxima radiada que se toma como el 100%.

1.4. Naturaleza dual de la luz La luz ha intrigando a la humanidad durante siglos. Las teorías más antiguas consideraban a la luz como algo que era emitido por el ojo. Posteriormente se comprendió que la luz debía proceder de los objetos que se veían y que entraba en el ojo produciendo la sensación de la visión. La cuestión de si la luz está compuesta por un haz de partículas o si es un cierto tipo de movimiento ondulatorio ha sido una de las más interesantes en la historia de la ciencia. Entre los proponentes y defensores de la teoría corpuscular de la luz el más influyente fue sin duda Newton. Utilizando esta teoría pudo explicar las leyes de la reflexión y de la refracción. Sin embargo, su

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Capítulo 1. LA LUZ

deducción de la ley de la refracción dependía de la hipótesis de que la luz se mueve con más rapidez en el agua o en el vidrio que en el aire, hipótesis que posteriormente se demostró que era falsa. Los principales proponentes de la teoría ondulatoria de la luz fueron Christian Huygens y Robert Hooke. Utilizando su propia teoría de la propagación de las ondas, Huygens fue capaz de explicar la reflexión y la refracción suponiendo que la luz viaja más lentamente en el vidrio o el agua que en el aire. Newton se dio cuenta de las ventajas de la teoría ondulatoria de la luz, particularmente porque explicaba los colores formados por películas delgadas, que había estudiado a fondo. No obstante, rechazó la teoría ondulatoria debido a la aparente propagación rectilínea de la luz. En su época no se había observado aún la difracción, desviación del haz luminoso que permite rodear obstáculos. La teoría corpuscular de la luz de Newton fue aceptada durante más de un siglo. Luego, en 1801, Thomas Young revitalizó la teoría ondulatoria de la luz. Fue uno de los primeros en introducir la idea de interferencia como un fenómeno ondulatorio que se presentaba tanto en la luz como en el sonido. Sus observaciones de las interferencias obtenidas con la luz fueron una clara demostración de su naturaleza ondulatoria. Sin embargo, el trabajo de Young no fue conocido por la comunidad científica durante más de diez años. Quizás el mayor avance en lo que se refiere a la aceptación general de la teoría ondulatoria de la luz, se debió al físico francés Augustin Fresnel (1782-1827), que realizó extensos experimentos sobre interferencia y difracción y desarrolló la teoría ondulatoria sobre una sana base matemática. En 1850, Jean Foucault midió la velocidad de la luz en el agua y comprobó que es menor que en el aire, acabando así con la teoría corpuscular de la luz de Newton. En 1860, James Clerk Maxwell publicó su teoría matemática del electromagnetismo, que predecía la existencia de ondas electromagnéticas que se propagaban con una velocidad calculada mediante las leyes de la electricidad y el magnetismo y que resultaba valer 3 x 108 m/s, el mismo valor que la velocidad de la luz. La teoría de Maxwell fue confirmada en 1887 por Hertz, quien utilizó un circuito eléctrico sintonizado para generar ondas y otro circuito semejante para detectarlas. En la segunda mitad del siglo XIX, Kirchoff y otros científicos aplicaron las leyes de Maxwell para explicar la interferencia y difracción de la luz y de otras ondas electromagnéticas y apoyar los métodos empíricos de Huygens de construcción de ondas sobre una base matemática firme. Aunque la teoría ondulatoria es generalmente correcta cuando describe la propagación de la luz (y de otras ondas electromagnéticas), falla a la hora de explicar otras propiedades de la luz, especialmente la interacción de la luz con la materia. Hertz, en un famoso experimento de 1887 que confirmó la teoría ondulatoria de Maxwell, también descubrió el efecto fotoeléctrico. Este efecto sólo puede explicarse mediante un modelo de partículas para la luz, como Einstein demostró sólo unos pocos años después. Así se volvió a introducir un modelo corpuscular de la luz. Las partículas de la luz se denominan fotones y la energía E de un fotón está relacionada con la frecuencia f de la onda luminosa asociada por la famosa relación de Einstein E = h · f (h = constante de Planck). No se logró una comprensión completa de la naturaleza dual de la luz hasta la década de los 20 en el siglo XX, cuando los experimentos realizados por los científicos del momento (Davisson, Germer, Thompson y otros) demostraron que los electrones (y otras “partículas”) también tenían una naturaleza dual y que presentan las propiedades de interferencia y difracción además de sus bien conocidas propiedades de partículas. En definitiva, la teoría moderna de la mecánica cuántica de la radiación luminosa acepta el hecho de que la luz parece tener una doble naturaleza; por un lado, los fenómenos de propagación de la luz encuentran mejor explicación dentro de la teoría electromagnética de Maxwell (naturaleza fundamental ondulatoria electromagnética), y, por otro, la acción mutua entre la luz y la materia, en los procesos de absorción y emisión, es un fenómeno fotoeléctrico (naturaleza corpuscular).

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Capítulo 2.

EL OJO

2.1.

El ojo humano como órgano receptor de luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.2.

Descripción estructural del ojo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.3.

Formación de imágenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.4.

Curva de sensibilidad del ojo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.5.

Acomodación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.6.

Contraste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.7.

Adaptación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.8.

Deslumbramiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

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Capítulo 2. EL OJO

Capítulo 2. EL OJO

g) Conos: Células fotosensibles de la retina o fotorreceptores que se encuentran principalmente en la fóvea. Son muy sensibles a los

2.1. El ojo humano como órgano receptor de luz

colores y casi insensibles a la luz. De ahí que cumplan la función de discriminar los detalles finos y la de percibir los colores (Fig. 2). El ojo es el órgano fisiológico del sentido de la vista, mediante el cual se experimentan las sensaciones de luz y color. Para que se realice

h) Bastones o bastoncillos: Células fotosensibles de la retina o fotorreceptores que se encuentran sólo fuera de la fóvea y más

el proceso de la iluminación, como acción y efecto de iluminar y ver, se requieren tres agentes:

concentrados en la periferia. Son muy sensibles a la luz y al movimiento, y casi insensibles al color. De ahí que la misión de los

1) La fuente productora de luz o radiación luminosa.

bastones sea la de percibir la mayor o menor claridad con que están iluminados los objetos (Fig. 2).

2) Un objeto a iluminar que necesitamos que sea visible.

i) Mácula: Mancha amarilla situada en el polo posterior de la retina, sobre el eje óptico, donde se produce la fijación nítida y precisa

3) El ojo, que recibe la energía luminosa y la transforma en imágenes que son enviadas al cerebro para su interpretación.

de detalles y colores. En su centro se encuentra la fóvea, que sólo está formada por conos.

El estudio y descripción de los componentes del ojo, así como el proceso que se realiza desde que la luz le llega y pasa por las vías y

j) Punto ciego: Punto de la retina por donde el nervio óptico conduce las imágenes o sensaciones de luz al cerebro. En este punto

centros visuales hasta que es interpretada por el cerebro, nos llevaría al campo de la neurofisiología. Aquí describiremos y expondremos

no hay fotorreceptores.

algunos comportamientos y conceptos del sentido de la vista, cuyo conocimiento es indispensable y contribuye a un mejor diseño de las instalaciones de iluminación.

Consecuencias prácticas de la función de conos y bastones Cuando miramos un espacio iluminado con poca luz, por ejemplo, en la penumbra por la noche, la agudeza visual es baja, porque no actúan los conos y no se distinguen los colores ni los detalles, de ahí el famoso refrán de que “de noche todos los gatos son pardos”.

2.2. Descripción estructural del ojo

A esta visión nocturna se le llama escotópica y en ella intervienen esencialmente los bastones que captan con gran sensibilidad la mayor o menor cantidad de luz y el movimiento de los objetos.

En la Fig. 1 se representa un corte longitudinal esquemático del ojo humano, en el que se puede apreciar su constitución anatómica.

Ello justifica que en algunos alumbrados públicos de avenidas, carreteras, y grandes superficies se efectúe el alumbrado con lámparas de vapor de sodio que reproducen mal los colores, pero aportan gran cantidad de luz. Por el contrario, con luz diurna o cuando el nivel de iluminación se eleva lo suficiente, los objetos se ven con precisión y detalle porque actúan los bastones y principalmente los conos, con lo cual se pueden distinguir los colores. A la luz diurna se le llama visión fotópica. En este caso la cantidad de luz exige ir acompañada de calidad, pues sólo la cantidad produciría irritabilidad en los ojos y

Humor vítreo

deslumbramientos muy molestos.

Párpado superior Mancha amarilla

Humor acuoso

Globo ocular

Músculos oftálmicos

Eje visual Córnea

Nervio óptico

Cristalino Músculos oftálmicos

Célula nerviosa

Iris Músculo ciliar Párpado inferior

Punto ciego

Esclerótica

Retina

Granos de pigmento

Coroides

Bastoncillo

Ampliación de la retina

Figura 1. Constitución del ojo humano.

Cono

Célula pigmentaria

Figura 2. Parte fotosensible del ojo. Actuación de bastoncillos y conos. El ojo está constituido principalmente por los siguientes elementos: a) Globo ocular: Cámara que tiene como función principal la formación de la imagen en la retina.

2.3. Formación de imágenes

b) Córnea: Tiene la misión de recibir y transmitir las impresiones visuales y constituye el componente óptico refractor fundamental del ojo. c) Cristalino: Es una lente biconvexa, transparente e incolora situado tras el iris. Esta membrana elástica cambia su forma para enfocar

El campo visual del hombre está limitado por un ángulo de unos 130º en sentido vertical y de unos 180º en sentido horizontal.

los objetivos.

De los objetos iluminados o con luz propia situados en el campo de visual parten rayos luminosos que atraviesan la córnea y el humor

d) Iris: Lámina circular situada frente al cristalino y muy pigmentada. Puede contraer la pupila controlando la cantidad de luz que pasa

acuoso. El iris, mediante la abertura de la pupila, controla la cantidad de luz que se refracta a través del cristalino para incidir finalmente

al cristalino.

en la retina, donde el pigmento fotosensible de los fotorreceptores la registran en imágenes invertidas y mucho más pequeñas de lo

e) Pupila: Orificio circular situado en el centro del iris y a través del cual pasan los rayos luminosos. La abertura de este orificio la controla

natural, al igual que ocurre en la cámara fotográfica. Una vez recibidas y formadas las imágenes en la retina, a través del nervio óptico,

el iris y su constricción se llama miosis y la dilatación midriasis.

son enviados al cerebro, que se encarga de interpretarlas y rectificar su posición (Fig. 3).

f) Retina: Es la película interna posterior del ojo constituida por una membrana nerviosa, expansión del nervio óptico, que tiene la función de recibir y transmitir imágenes o impresiones visuales. Contiene una finísima capa de células fotosensibles, conos y bastones, que divergen del nervio óptico y que están en la parte externa próximas a la capa pigmentada.

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Capítulo 2. EL OJO

Capítulo 2. EL OJO

100

400

Longitud de onda nm. 500 600

700

% 80

60

40

NOCHE

DIA

20

0 Figura 4. Curva de sensibilidad del ojo a las radiaciones monocromáticas. En ella se observa que para la luz blanca del día (fotópica), la máxima sensibilidad del ojo corresponde a la longitud de onda de 555 nm. y al color amarillo. La mínima sensibilidad corresponde a los colores rojo y violeta. De esta forma, las fuentes luminosas cuyas longitudes de onda corresponden al amarillo – verde son las que tienen más eficacia, aunque de peor calidad debido a que tal luz no es apropiada para nuestro ojo, acostumbrado a la luz blanca del Sol. De aquí que en locales con alto nivel de iluminación se realcen los colores naranja y rojo.

Figura 3. Formación de imagen y su rectificación en el cerebro.

En el caso de la luz nocturna (escotópica), el máximo de sensibilidad se desplaza hacia longitudes de onda menores (efecto Purkinje) y, por consiguiente, las radiaciones de menor longitud de onda (azul – violeta) producen mayor intensidad de sensación con baja

En la tabla siguiente se hace un símil con la cámara fotográfica. Ojo humano Cristalino (controla acomodación)

iluminación. Este efecto es de gran importancia cuando se proyectan locales con bajo nivel de iluminación en los que se ven mejor los colores azul y violeta.

Cámara fotográfica Objetivo (ajusta distancia entre objetivo y película)

Pupila (controla adaptación)

Diafragma - obturador (adapta exposición y cantidad de luz)

Pigmento de los fotorreceptores

Emulsión de la película

Retina (crea las imágenes)

Película (crea las imágenes)

2.5. Acomodación Es la capacidad que tiene el ojo para ajustarse automáticamente a las diferentes distancias de los objetos, y obtener de esta forma imágenes nítidas en la retina. Este ajuste se efectúa variando la curvatura del cristalino y con ello la distancia focal por la contracción o

Tabla 1

distensión de los músculos ciliares. Si el objetivo se encuentra próximo al ojo, la curvatura del cristalino se hace mayor que cuando está lejos. En la máquina fotográfica el ajuste se hace variando la distancia entre el objetivo y la película sensible.

2.4. Curva de sensibilidad del ojo

La acomodación o enfoque es más fácil con altas luminancias* (iluminaciones) que obligan a una adaptación de la pupila o modificación del diafragma en sentido de cierre. El resultado común de esta acción es el aumento de la profundidad del campo, o lo que es lo

Las radiaciones de longitud de onda comprendidas entre 380 nm. (ultravioleta) y 780 nm. (infrarrojos) son transformadas por el ojo

mismo, visión nítida de objetos a diferente distancia del ojo o la cámara.

en luz. Fuera de esta gama el ojo no ve, es ciego y no percibe nada. Todas las fuentes luminosas tienen su propia radiación o mezcla

La capacidad de acomodación del ojo disminuye con la edad a consecuencia del endurecimiento del cristalino.

de ellas comprendida dentro de dichos límites. La luz blanca del medio día soleado es suma de todas las longitudes de onda del espectro visible. Si las hacemos llegar al ojo independientemente y con la misma energía, se obtiene una curva como la de la Fig. 4, que ha sido elaborada por la C.I.E.* realizando

2.6. Contraste

medidas en gran número de personas.

Todos los objetos son percibidos por los contrastes de color y de luminancia que presentan las distintas partes de su superficie entre sí y en relación al fondo en que aparece el objeto.

* Luminancia: Efecto de luminosidad que produce una superficie en la retina del ojo, tanto si procede de una fuente primaria de luz como si procede de una

* C.I.E.: Comisión Internacional de Iluminación (Commission Internationale de l´Eclairage).

superficie que refleja.

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Capítulo 2. EL OJO

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Para niveles de iluminación suficientemente elevados, el ojo normal es sensible a los colores, mientras que para bajos niveles de iluminación los objetos son percibidos fundamentalmente por el contraste de luminancias que presentan con relación al fondo. La diferencia de luminancia entre objeto que se observa y su espacio inmediato, es lo que se conoce por contraste.

ω Lo Lf

Color del objeto

Color del fondo

Negro

Amarillo

Verde

Blanco

Rojo

Blanco

Azul

Blanco

Blanco

Azul

Negro

Blanco

Amarillo

Negro

Blanco

Rojo

Blanco

Verde

Blanco

Negro Tabla 2. Contrastes de colores.

Sensibilidad al contraste

Figura 5

Se trata de un concepto derivado del anterior que equivale al mínimo contraste de luminancias que puede ser percibido por el ojo humano. Matemáticamente sería el inverso del contraste.

En la Fig. 5 la superficie del objeto tiene una luminacia “L0” y la superficie de fondo una luminancia “Lf”, por tanto se llama contraste

G=

“K” a la diferencia de estas dos luminancias, divididas por la de fondo, es decir:

K=

L0 – Lf

Lf L0 – Lf

=

1 K

Por consiguiente, la mayor sensibilidad a los contrates que pueden lograrse es aproximadamente:

Lf

G=

“K” es, por tanto, un valor relativo entre luminancias.

1 0.01

= 100

Como hemos comentado, la visibilidad de un objeto situado sobre un fondo, depende de la diferencia de luminancias entre el objeto

Sin embargo, en las condiciones encontradas normalmente en la práctica, la sensibilidad a los contrastes es bastante más pequeña por

y el fondo. Un objeto claro sobre fondo oscuro, su contraste será positivo (valores entre 0 e infinito), en cambio un objeto más oscuro

las causas antes expuestas.

que su fondo se verá en silueta y su contraste será negativo, variando entre 0 y (-1). El contraste K puede ser positivo o negativo: Si L0 > Lf

K > 0 contraste positivo (objeto más claro que el fondo).

Si L0 < Lf

K < 0 contraste negativo (objeto más oscuro que el fondo).

2.7. Adaptación Es la capacidad que tiene el ojo para ajustarse automáticamente a las diferentes iluminaciones de los objetos. Consiste en el ajuste del

El contraste K puede adquirir los siguientes valores: Contraste positivo (objeto claro) Contraste negativo (objeto oscuro)

tamaño de la pupila para que la luminancia proyectada en la retina sea de un valor tolerable por las células sensibles. En su símil con

0
la cámara fotográfica, sería la mayor o menor apertura del diafragma.

-1 < K < 0

Si la iluminación es muy intensa, la pupila se contrae reduciendo la luz que llega al cristalino, y si es escasa, se dilata para captarla en

En los ejemplos de la Fig. 6, a) presenta un contrate fácil de distinguir, mientras que b) y c) ofrecen mayor dificultad.

mayor cantidad. En iluminaciones de valores muy altos, la pupila se reduce a un diámetro de aproximadamente 2 mm., y en iluminaciones muy bajas, se abre hasta aproximadamente 8 mm. Cuando se pasa de un local con mucha iluminancia a otro completamente a oscuras, el ojo se ve sometido a un proceso de adaptación para cuyo ajuste total necesita unos 30 minutos; mientras que por el contrario, cuando se pasa de un local a oscuras a otro con mucha iluminancia, dicho periodo es de unos segundos (Fig. 7).

a

b

c

Figura 6 También existe un contraste de colores. En la Tabla 2 podemos ver unos ejemplos.

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Capítulo 2. EL OJO

Capítulo 2. EL OJO

Las superficies que no sean completamente mates dan lugar, por reflexión de la luz, a imágenes más o menos netas de los focos

Fotosensibilidad relativa

100 %

luminosos. Incluso si su luminancia no es excesiva, estas imágenes son casi siempre molestas cuando se encuentran en el campo visual y, especialmente, en la región central de este campo.

80

Según lo expuesto, se evitará en lo posible toda clase de superficies pulidas innecesarias (cristales sobre las mesas, etc.). En el caso que se utilicen superficies semi-pulidas (encerados) se iluminarán por medio de fuentes con la menor luminancia posible y cuya

60

posición se calcule en función de los reflejos que puedan obtenerse (filtros, rejillas, difusores, etc.). En casos especiales, las imágenes que proporcionan reflexión podrán ser útiles (visión por efecto de silueta, examen de defectos en

40

superficies pulidas, composición de imprenta, etc.). 20

0

10

20

30

40

50

Tiempo de adaptación (min.) Figura 7. Curva de fotosensibilidad relativa del ojo respecto al tiempo de adaptación.

2.8. Deslumbramiento Es un fenómeno de la visión que produce molestia o disminución en la capacidad para distinguir objetos, o ambas cosas a la vez, debido a una inadecuada distribución o escalonamiento de luminancias, o como consecuencia de contrastes excesivos en el espacio o en el tiempo. Este fenómeno actúa sobre la retina del ojo en la cual produce una enérgica reacción fotoquímica, insensibilizándola durante un cierto tiempo, transcurrido el cual vuelve a recuperarse. Los efectos que origina el deslumbramiento pueden ser de tipo psicológico (molesto) o de tipo fisiológico (perturbador). En cuanto a la forma de producirse puede ser directo como el proveniente de fuentes luminosas (lámparas, luminarias o ventanas), que se encuentren situadas dentro del campo visual, o reflejado por superficies de gran reflectancia, especialmente superficies especulares como las del metal pulido. Las fuentes luminosas producen generalmente un deslumbramiento perturbador; éste es proporcional a la iluminación producida por la fuente de luz sobre la pupila del ojo, así como a un factor dependiente del ángulo “q” que forman la línea recta “R” que une el ojo Figura 9. Superficies que reflejan la luz.

con el foco “F” y el plano horizontal “H” que pasa por el ojo en la posición de trabajo. En la Fig. 8 se indican los distintos

Deslumbramiento

deslumbramientos en función de este ángulo, habiéndose tomado como admisible un valor mínimo de 30°.

0

F

R

θ

10

20

30

H

40

50

60

Valores del ángulo Figura 8. Deslumbramientos en función del ángulo q.

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30

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Capítulo 3.

PROPIEDADES ÓPTICAS DE LA MATERIA

3.1.

Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.2.

Reflexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3.3.

Transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.4.

Absorción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.5.

Refracción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

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Capítulo 3. PROPIEDADES

PTICAS DE LA MATERIA

Capítulo 3. PROPIEDADES

PTICAS DE LA MATERIA

3.1. Generalidades Cuando un rayo de luz se propaga por un medio y alcanza el límite que lo separa de un segundo medio, puede suceder, que retorne al primero (reflexión), o que lo atraviese y que ingrese al segundo medio donde parte se convertirá en otra forma de energía (absorción) y parte no cambiará (transmisión). Dos, o los tres de dichos fenómenos ocurren simultáneamente, y como la energía no se puede destruir, la suma de la energía transmitida, absorbida y reflejada debe ser igual a la energía incidente. Por lo tanto, la aplicación de la luz en la forma más conveniente exige un control y una distribución que se consigue modificando sus características a merced a los fenómenos físicos de reflexión, absorción y transmisión de la luz, sin olvidarnos de otro cuarto factor conocido como refracción.

3.2. Reflexión

Figura 2. Reflexión compuesta.

Cuando unas ondas de cualquier tipo inciden sobre una barrera plana como un espejo, se generan nuevas ondas que se mueven alejándose de la barrera. Este fenómeno se denomina reflexión.

Reflexión difusa (Fig. 3): Se produce cuando la luz que incide sobre una superficie es reflejada en todas las direcciones, siendo el rayo

Cuando la luz es reflejada por una superficie, un porcentaje de dicha luz se pierde debido al fenómeno de absorción. La relación entre

normal a la superficie el de mayor intensidad.

la luz reflejada y la luz incidente se denomina reflectancia de la superficie.

Este tipo de reflexión se produce en superficies como el papel blanco mate, las paredes y cielos rasos de yeso, la nieve, etc.

Cualquier superficie que no es completamente negra puede reflejar luz. La cantidad de luz que refleja y la forma en que dicha luz es reflejada se determina por las propiedades de reflexión de la superficie. Se distinguen cuatro tipos de reflexiones, a saber: reflexión especular, reflexión compuesta, reflexión difusa y reflexión mixta. En estas propiedades de reflexión se fundamentan los sistemas reflectores. Reflexión especular (Fig. 1): Se produce cuando la superficie reflectora es lisa. Dicha reflexión obedece a dos leyes fundamentales: 1. El rayo incidente, el rayo reflejado y el normal a la superficie en un punto de incidencia se trazan en un mismo plano. 2. El ángulo de incidencia (i) es igual al ángulo de reflexión (r).

N i

r

Figura 3. Reflexión difusa. Reflexión mixta (Fig. 4): Es una reflexión intermedia entre la especular y la difusa, en la que parte del haz incidente se refleja y parte se difunde. Este tipo de reflexión la presentan los metales no pulidos, el papel brillante y las superficies barnizadas.

Figura 1. Reflexión especular. Reflexión compuesta (Fig. 2): A diferencia de lo que ocurre en la reflexión especular, no hay imagen de espejo de la fuente de luz, pero el ángulo de intensidad máxima reflejada es igual al ángulo de incidencia. Esta reflexión ocurre cuando la superficie es irregular o rugosa.

Figura 4. Reflexión mixta.

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Capítulo 3. PROPIEDADES

Superficie reflectora

PTICAS DE LA MATERIA

Capítulo 3. PROPIEDADES

PTICAS DE LA MATERIA

% factor de reflexión

Plata brillante

92 - 97

Oro

60 - 92

Plata blanca (mate)

85 - 92

Níquel pulido

60 - 65

Cromo pulido

60 - 65

Aluminio pulido

67 - 72

Aluminio electroabrillantado

86 - 90

Aluminio vaporizado

90 - 95

Cobre

35 - 80

Hierro

50 - 55

Porcelana esmaltada

60 - 80

Espejos

80 - 85

Pintura blanca mate

70 - 80

Transmisión difusa (Fig. 6): Transmisión en la que el haz incidente se difunde por el medio, saliendo del mismo en múltiples direcciones.

Beige claro

70 - 80

A estos medios se les denomina “traslúcidos” y los más conocidos son los cristales esmerilados y los vidrios orgánicos opalizados. Los

Amarillo y crema claro

60 - 75

objetos colocados detrás de ellos no son distinguidos con precisión.

Techos acústicos

60 - 75

Verde muy claro

70 - 80

Verde claro y rosa

45 - 65

Azul claro

45 - 55

Gris claro

40 - 50

Rojo claro

30 - 50

Marrón claro

30 - 40

Beige oscuro

25 - 35

Marrón, verde y azul oscuros

5 - 20

Negro

3-4

Figura 5. Transmisión regular.

Tabla 1. Factor de reflexión para luz blanca día. Figura 6. Transmisión difusa.

3.3. Transmisión Transmisión mixta (Fig. 7): Es una forma de transición de la transmisión, intermedia entre la regular y la difusa. Se presenta en vidrios

Es el paso de una radiación a través de un medio sin cambio de frecuencia de las radiaciones monocromáticas que la componen. Este

orgánicos, vidrios orgánicos depulidos y cristales de superficie labrada. Aunque la difusión del haz de luz no es completa, los objetos no

fenómeno es característico de ciertos tipos de vidrios, cristales, plásticos, agua y otros líquidos, y del aire.

se pueden observar claramente detrás del mismo aunque sí su posición.

Al atravesar el material, parte de la luz se pierde debido a la reflexión en la superficie del medio siguiente y parte se absorbe. La relación entre la luz transmitida y la luz incidente se denomina transmitancia del material. En la transmisión se pueden diferenciar tres tipos: regular, difusa y mixta. Transmisión regular (Fig. 5): En esta transmisión, el haz que incide sobre un medio, la atraviesa y sale de él como tal haz. Los medios que cumplen esta propiedad, se les denomina cuerpos “transparentes” y permiten ver con nitidez los objetos colocados detrás de ellos.

Figura 7. Transmisión mixta.

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Capítulo 3. PROPIEDADES

PTICAS DE LA MATERIA

Capítulo 3. PROPIEDADES

PTICAS DE LA MATERIA

La refracción varía según la longitud de onda. Las ondas cortas (como la azul y la violeta) se transmiten más que las ondas largas (como

3.4. Absorción

por ejemplo las rojas). Este fenómeno se utiliza para separar la luz blanca en sus colores componentes atravesando un prisma de Se denomina absorción a la transformación de la energía radiante en otra forma de energía, generalmente en forma de calor. Este

refracción. El grado de la separación de color, que depende del ángulo de incidencia y de las propiedades refractivas del material del

fenómeno es una característica de todas las superficies que no son completamente reflectoras, y de los materiales que no son

prisma, se denomina dispersión.

totalmente transparentes. La relación entre la luz absorbida y la luz incidente se denomina absortancia del material. La absorción de ciertas longitudes de onda de luz se denomina absorción selectiva. En general, los objetos de color le deben su color a la absorción selectiva.

3.5. Refracción Al pasar de un medio a otro, el rayo de luz puede cambiar su dirección. Dicho cambio, se produce por una alteración en la velocidad de la luz. La misma disminuye si la densidad del nuevo medio es mayor, y aumenta si es menor. Este cambio de velocidad y de dirección se denomina refracción. Existen dos leyes de refracción: 1. Cuando la onda pasa de un medio a otro, el rayo incidente, el rayo refractado y la normal a la superficie de separación de los medios en el punto de incidencia, están en el mismo plano. 2. La razón del seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es una constante para los medios comprendidos. Dicha constante se denomina índice de refracción, n, para ambos medios. La segunda ley de refracción generalmente se denomina Ley de Snell.

α1 n1

n2

α2 n1

α1

D

Figura 8. Refracción en el límite entre dos medios. n1 sen a1 = n2 sen a2 c

sen a1

n = 2=n sen a2 = n1

n1* = índice de refracción del primer medio. n2* = índice de refracción del segundo medio. a1 = ángulo de incidencia. a2 = ángulo de refracción. Cuando el primer medio es el aire, n1 = 1 y la fórmula es: sen a1 = n2 sen a2 La distancia D en la Fig. 8. se conoce como desplazamiento. Dicho desplazamiento depende del ángulo de incidencia y del índice de refracción. Cuando el rayo de incidencia es perpendicular a la superficie, la refracción y el desplazamiento equivalen a cero.

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* “ni” se calcula por el cociente entre la velocidad de la luz en el aire y la velocidad de la luz en el medio “i”.

37

38

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Capítulo 4.

EL COLOR

4.1.

Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

4.2.

Clasificación de los colores según el diagrama cromático C.I.E. . . . . . 41

4.3.

Temperatura del color (Tc) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4.4.

ndice de rendimiento de color (IRC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.5.

Efectos psíquicos de los colores y su armonía . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

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39

40

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Capítulo 4. EL COLOR

Capítulo 4. EL COLOR

4.1. Generalidades

520

El color es una interpretación subjetiva psicofisiológica del espectro electromagn tico visible.

530

Las sensaciones luminosas o imágenes que se producen en nuestra retina, al enviarlas al cerebro, son interpretadas como un conjunto 540

510

de sensaciones monocromáticas que constituyen el color de la luz. El sentido de la vista no analiza individualmente cada radiación o sensación cromática. A cada radiación le corresponde una

550

denominación de color, según la clasificación del espectro de frecuencias. 560

Es importante indicar que distinguimos a los objetos por el color asignado según sus propiedades ópticas, pero en ellos ni se produce ni tienen color. Lo que sí tienen son propiedades ópticas de reflejar, refractar y absorber los colores de la luz que reciben, es decir: el conjunto de sensaciones monocrom ticas aditivas que nuestro cerebro interpreta como color de un objeto depende de la composición

570

500

espectral de la luz con que se ilumina y de las propiedades ópticas que posea el objeto para reflejarla, refractarla o absorberla.

580

Fue Newton el primero en descubrir la descomposición de la luz blanca en el conjunto de colores que forma el arco iris. Al hacer pasar un haz de luz blanca a través de un prisma obtuvo el efecto que se indica en la Fig. 1.

Prisma

5.000 380 nm. 400 nm.

10.000

490

Luz blanca

590

3.200

600

2.500 800

6.500

24.000

500 nm.

610 620 630 650 700 750

480

600 nm.

470 460 450 400-380

700 nm. 780 nm.

Figura 2. Diagrama cromático de la C.I.E.

Figura 1. Descomposición de la luz blanca en el espectro del arco iris.

4.3. Temperatura de color (TC )

4.2. Clasificación de los colores seg n el diagrama cromático C.I.E.

En el diagrama cromático C.I.E. de la Fig. 2 se ha dibujado la curva que representa el color que emite el cuerpo negro en función de La evaluación subjetiva de las superficies de los objetos, tal y como son percibidas por el ojo, se interpretan en función de los atributos

su temperatura. Se llama curva de temperatura de color del cuerpo negro, TC..

o cualidades del color. stas son:

La temperatura de color es una expresión que se utiliza para indicar el color de una fuente de luz por comparación de ésta con el color

a) Claridad o esplendor: Radiación luminosa que recibimos según la iluminancia que posea el objeto. Un objeto es más claro cuanto

del cuerpo negro, o sea del “radiante perfecto teórico” (objeto cuya emisión de luz es debida únicamente a su temperatura). Como

más se aleja su color del negro en la escala de grises. Hace referencia a la intensidad.

cualquier otro cuerpo incandescente, el cuerpo negro cambia de color a medida que aumenta su temperatura, adquiriendo al principio,

b) Tono o matiz: Nombre común del color (rojo, amarillo, verde, etc.). Hace referencia a la longitud de onda.

el tono de un rojo sin brillo, para luego alcanzar el rojo claro, el naranja, el amarillo y finalmente el blanco, el blanco azulado y el azul.

c) Pureza o saturación: La proporción en que un color está mezclado con el blanco. Hace referencia a la pureza espectral.

El color, por ejemplo, de la llama de una vela, es similar al de un cuerpo negro calentado a unos 1.800 K*, y la llama se dice entonces,

Para evitar la evaluación subjetiva del color existe el diagrama cromático en forma de triángulo, aprobado por la C.I.E., que se emplea

que tiene una “temperatura de color” de 1.800 K.

para tratar cuantitativamente las fuentes de luz, las superficies coloreadas, las pinturas, los filtros luminosos, etc.

Las lámparas incandescentes tienen una temperatura de color comprendida entre los 2.700 y 3.200 K, según el tipo, por lo que su

Todos los colores están ordenados según tres coordenadas cromáticas, x, y, z, cuya suma es siempre la unidad (x + y + z = 1) y cuando

punto de color determinado por las correspondientes coordenadas queda situado prácticamente sobre la curva del cuerpo negro. Esta

cada una de ellas vale 0´333 corresponde al color blanco. Estas tres coordenadas se obtienen a partir de las potencias específicas para

temperatura no tiene relación alguna con la del filamento incandescente.

cada longitud de onda. Se fundamenta en el hecho de que al mezclar tres radiaciones procedentes de tres fuentes de distinta

Por lo tanto la temperatura de color no es en realidad una medida de temperatura. Define sólo color y sólo puede ser aplicada a fuentes

composición espectral se puede obtener una radiación equivalente a otra de distinto valor. El resultado es el triángulo de la Fig. 2, en

de luz que tengan una gran semejanza de color con el cuerpo negro.

el que con dos coordenadas cualesquiera es suficiente para determinar el color de la radiación resultante formada por la mezcla aditiva

La equivalencia práctica entre apariencia de color y temperatura de color, se establece convencionalmente según la Tabla 1.

de tres componentes.

* K = Kelvin. Las temperaturas de la escala Kelvin exceden en 273 °C a las correspondientes a la escala centrígada.

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42

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Capítulo 4. EL COLOR

Grupo de apariencia de color

Apariencia de color

Temperatura de color (K)

1

Cálida

Por debajo de 3.300

2

Intermedio

De 3.300 a 5.300

3

Frío

Por encima de 5.300

Capítulo 4. EL COLOR

Grupos de rendimiento de color en las lámparas Para simplificar las especificaciones de los índices de rendimiento en color de las lámparas que se utilizan en iluminación, se han introducido grupos de rendimiento en color como se indica en la Tabla 3.

Tabla 1 Grupo rendimiento en color

4.4. ndice de rendimiento de color (IRC)

Rango de rendimiento en Apariencia de color

Cálido 1A

El dato de temperatura de color se refiere únicamente al color de la luz, pero no a su composición espectral que resulta decisiva para

Ejemplos para usos preferible

IRC * 90

Intermedio

Igualaciones de color, exploraciones clínicas, galerias de arte

la reproducción de colores. Así, dos fuentes de luz pueden tener un color muy parecido y poseer al mismo tiempo unas propiedades

Frío

de reproducción cromática muy diferentes.

Cálido

Casas, hoteles, restaurantes,

El índice de reproducción cromática (IRC), caracteriza la capacidad de reproducción cromática de los objetos iluminados con una fuente

Intermedio

tiendas, oficinas, escuelas, hospitales

1B

90 > IRC * 80

Intermedio

Imprenta, industria de pintura

reproducción proporcionada por una luz patrón de referencia.

Cálido

y textiles, trabajo industrial

Cálido

de luz. El IRC ofrece una indicación de la capacidad de la fuente de la luz para reproducir colores normalizados, en comparación con la

Fuentes Luminosas

Tc (°K)

IRC

Cielo azul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10.000 a 30.000

85 a 100 (grupo 1)

Cielo nublado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.000

85 a 100 (grupo 1)

Luz solar día . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.000

85 a 100 (grupo 1)

2

Ejemplos para uso aceptable

color (IRC o Ra)

80 > IRC * 60

Intermedio

Trabajo industrial

Oficinas, escuelas

Frío 3

60 > IRC * 40

Industrias bastas

Trabajo industrial Trabajos bastos, trabajo

Lámparas descarga (excepto Na) . . . . . . . . . . . . . . Luz día (halogenuros) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.000

96 a 100 (grupo 1)

Blanco neutral. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.000 a 5.000

70 a 84 (grupo 2)

Blanco cálido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Menos de 3.000

40 a 69 (grupo 3)

Lámpara descarga (Na) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.900

Menos de 40

Lámpara incandescente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.100 a 3.200

85 a 100 (grupo 1)

Lámpara fotográfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.400

85 a 100 (grupo 1)

Llama de vela o de bujía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.800

40 a 69 (grupo 3)

4

40 > IRC * 20

industrial con bajo requerimiento de rendimiento de color Tabla 3. Grupos de rendimiento de color de las lámparas.

4.5. Efectos ps quicos de los colores y su armon a Está comprobado que el color del medio ambiente produce en el observador reacciones psíquicas o emocionales. Por ello, el emplear

Tabla 2

los colores de forma adecuada es un tema del mayor interés para los psicólogos, arquitectos, luminotécnicos y decoradores. No se pueden establecer reglas fijas para la elección del color apropiado con el fin de conseguir un efecto determinado, pues cada caso requiere ser tratado de una forma particular. Sin embargo, existe una serie de experiencias en las que se ha comprobado las sensaciones que producen en el individuo determinados colores. Una de las primeras sensaciones es la de calor o frío, de aquí que se hable de “colores cálidos” y “colores fríos”. Los colores cálidos son los que en el espectro visible van desde el rojo al amarillo verdoso, y los fríos desde el verde al azul. Un color será más cálido o más frío según sea su tendencia hacia el rojo o hacia el azul, respectivamente. Los colores cálidos son dinámicos, excitantes y producen una sensación de proximidad, mientras que los colores fríos calman y descansan, produciendo una sensación de lejanía. Asimismo, la claridad del color también tiene sus efectos psicológicos. Los colores claros animan y dan sensación de ligereza, mientras que los colores oscuros deprimen y producen sensación de pesadez. Cuando se combinan dos o más colores y producen un efecto agradable, se dice que armonizan. La armonía de colores se produce, pues, mediante la elección de una combinación de colores que es agradable y hasta placentera para el observador en una situación determinada. De todo lo anterior, se deduce que el conocimiento de la curva de distribución espectral de las fuentes de luz es imprescindible para conseguir el efecto cromático deseado.

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44

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Capítulo 5.

MAGNITUDES LUMINOSAS

5.1.

Flujo luminoso (Potencia luminosa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

5.2.

Cantidad de luz (Energía luminosa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

5.3.

Intensidad luminosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

5.4.

Iluminancia (Nivel de iluminación) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

5.5.

Luminancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

5.6.

Otras magnitudes luminosas de interés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

5.7.

Representación gráfica de magnitudes luminosas . . . . . . . . . . . . . . . 52

5.8.

Cuadro resumen de las magnitudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

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46

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Capítulo 5. MAGNITUDES LUMINOSAS

Capítulo 5. MAGNITUDES LUMINOSAS

En la técnica de la iluminación intervienen dos elementos básicos: la fuente productora de luz y el objeto que se va a iluminar.

5.2. Cantidad de luz (Energ a luminosa)

En este capítulo vamos a ver las magnitudes y unidades de medida fundamentales, empleadas para valorar y comparar las cualidades De forma análoga a la energía eléctrica que se determina por la potencia eléctrica en la unidad de tiempo, la cantidad de luz o energía

y los efectos de las fuentes de luz.

luminosa se determina por la potencia luminosa o flujo luminoso emitido en la unidad de tiempo. La cantidad de luz se representa por la letra Q, y su unidad es el lumen por hora (lm h). La fórmula que expresa la cantidad de luz es:

5.1. Flujo luminoso (Potencia luminosa)

Q = F t (lm h)

La energía transformada por los manantiales luminosos no se puede aprovechar totalmente para la producción de luz. Por ejemplo, una lámpara incandescente consume una determinada energía eléctrica que transforma en energía radiante, de la cual sólo una pequeña parte (alrededor del 10%) es percibida por el ojo humano en forma de luz, mientras que el resto se pierde en calor.

5.3. Intensidad luminosa

El flujo luminoso que produce una fuente de luz es la cantidad total de luz emitida o radiada, en un segundo, en todas las direcciones. Esta magnitud se entiende únicamente referida a una determinada dirección y contenida en un ángulo sólido w.

De una forma más precisa, se llama flujo luminoso de una fuente a la energía radiada que recibe el ojo medio humano seg n su

Al igual que a una magnitud de superficie corresponde un ángulo plano que se mide en radianes, a una magnitud de volumen le

curva de sensibilidad y que transforma en luz durante un segundo.

corresponde un ángulo sólido o estéreo que se mide en estereorradianes.

El flujo luminoso se representa por la letra griega F y su unidad es el lumen (lm). El lumen es el flujo luminoso de la radiación

El radián se define como el ángulo plano que corresponde a un arco de circunferencia de longitud igual al radio (Fig. 2).

monocromática que se caracteriza por una frecuencia de valor 540 1012 Hz. y por un flujo de energía radiante de 1/683 W. Un watio de energía radiante de longitud de onda de 555 nm. en el aire equivale a 683 lm aproximadamente.

δ=1

Medida del flujo luminoso La medida del flujo luminoso se realiza en el laboratorio por medio de un fotoelemento ajustado según la curva de sensibilidad fotópica

α = 1 radián

del ojo a las radiaciones monocromáticas, incorporado a una esfera hueca a la que se le da el nombre de Esfera de Ulbricht (Fig. 1), y en cuyo interior se coloca la fuente a medir. Los fabricantes dan el flujo de las lámparas en lúmenes para la potencia nominal.

r=1

α (total) = 2 π radianes Figura 2. ngulo plano. El estereorradián se define como el ángulo sólido que corresponde a un casquete esférico cuya superficie es igual al cuadrado del radio de la esfera (Fig. 3).

1cd Figura 1. Esfera de Ulbricht.

r = 1m.

φ = 1 Lm E = 1 Lux S = 1 m2

ω

Rendimiento luminoso (Eficacia luminosa) El rendimiento luminoso de una fuente de luz, indica el flujo que emite la misma por cada unidad de potencia eléctrica consumida para su obtención.

1cd

Se representa por la letra griega e, siendo su unidad el lumen/watio (lm/W). La fórmula que expresa la eficacia luminosa es: ε=

Φ Ρ

ω (total) = 4π estereorradianes (lm/W)

Figura 3. ngulo sólido.

Si se lograse fabricar una lámpara que transformara sin pérdidas toda la potencia eléctrica consumida en luz a una longitud de onda de

La intensidad luminosa de una fuente de luz es igual al flujo emitido en una dirección por unidad de ngulo sólido en esa dirección.

555 nm., esta lámpara tendría el mayor rendimiento posible, cuyo valor sería 683 lm/W.

Su símbolo es , su unidad es la candela (cd), y la fórmula que la expresa: Ι=

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Φ ω

(lm/sr)

Capítulo 5. MAGNITUDES LUMINOSAS

Capítulo 5. MAGNITUDES LUMINOSAS

La candela se define como la intensidad luminosa de una fuente puntual que emite un flujo luminoso de un lumen en un ngulo

Superficie vista o aparente

sólido de un estereorradi n (sr). Según el S.I.*, también se define candela como la intensidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540 1012 Hz y cuya intensidad energética en dicha dirección es 1/683 watios por estereorradián.

Superficie aparente = Superficie real x cosβ

β

β

5.4. Iluminancia (Nivel de iluminación) β

La iluminancia o nivel de iluminación de una superficie es la relación entre el flujo luminoso que recibe la superficie y su rea. Se simboliza por la letra E, y su unidad es el lux (lx).

Superficie real

La fórmula que expresa la iluminancia es:

Figura 5. Luminancia de una superficie. Ε=

Φ S

(lx = lm/m2) El área proyectada es la vista por el observador en la dirección de observación. Se calcula multiplicando la superficie real iluminada por

Se deduce de la fórmula que cuanto mayor sea el flujo luminoso incidente sobre una superficie, mayor será su iluminancia, y que, para

el coseno del ángulo que forma su normal con la dirección de la intensidad luminosa (Fig. 5).

un mismo flujo luminoso incidente, la iluminancia será tanto mayor en la medida en que disminuya la superficie.

Se representa por la letra L, siendo su unidad la candela/metro cuadrado llamada “nit (nt)”, con un submúltiplo, la candela/centímetro

Según el S.I., el lux se define como la iluminancia de una superficie que recibe un flujo luminoso de un lumen, repartido sobre un

cuadrado o “stilb”, empleada para fuentes con elevadas luminancias.

metro cuadrado de superficie.

1cd

1nt =

Medida del nivel de iluminación

1m2

;

1stilb =

1cd 1cm2

La fórmula que la expresa es la siguiente:

La medida del nivel de iluminación se realiza por medio de un aparato especial denominado luxómetro, que consiste en una célula fotoélectrica que, al incidir la luz sobre su superficie, genera una débil corriente eléctrica que aumenta en función de la luz incidente.

L=

Dicha corriente se mide con un miliamperímetro, de forma analógica o digital, calibrado directamente en lux (Fig. 4).

Ι S

cosβ

donde: S cos = Superficie aparente. La luminancia es independiente de la distancia de observación.

Medida de la luminancia A

La medida de la luminancia se realiza por medio de un aparato especial llamado luminancímetro o nitómetro. Se basa en dos sistemas

B

ópticos, uno de dirección y otro de medición (Fig. 6). El de dirección se orienta de forma que la imagen coincida con el punto a medir, la luz que llega una vez orientado se ve convertida en corriente eléctrica y recogida en lectura analógica o digital, siendo los valores medidos en cd/m2. 1 2 3

Figura 4. Luxómetro.

5.5. Luminancia Se llama Luminancia al efecto de luminosidad que produce una superficie en la retina del ojo, tanto si procede de una fuente primaria que produce luz, como si procede de una fuente secundaria o superficie que refleja luz.

1 2 3

1 2 3

1 2 3

La luminancia mide brillo de las fuentes luminosas primarias y de las fuentes que constituyen los objetos iluminados. Este término ha sustituido a los conceptos de brillo y densidad de iluminación, aunque como concepto nos interesa recordar que el ojo no ve colores sino brillo, como atributo del color. La percepción de la luz es realmente la percepción de diferencias de luminancias. Se puede decir, por lo tanto, que el ojo ve diferencias de luminancias y no de iluminación (a igual iluminación, diferentes objetos tienen luminancia distinta porque tienen distinto poder de reflexión). La luminancia de una superficie iluminada es el cociente entre la intensidad luminosa de una fuente de luz, en una dirección, y la superficie de la fuente proyectada seg n dicha dirección. Figura 6. Luminancímetro. * S.I. c Sistema Internacional.

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LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 5. MAGNITUDES LUMINOSAS

Capítulo 5. MAGNITUDES LUMINOSAS

5.6.9. Factor de mantenimiento

5.6. Otras magnitudes luminosas de inter s

Coeficiente que indica el grado de conservación de una instalación.

5.6.1. Coeficiente de utilización Relación entre el flujo luminoso recibido por un cuerpo y el flujo emitido por una fuente luminosa. Unidad

c

%

Símbolo

c

η

Relación

c

η=

Unidad

c

Símbolo

c

Fm

Relación

c

Fm = Fpl Fdl Ft Fe Fc

%

Fpl = factor posición lámpara

Φ

Fdl = factor depreciación lámpara

Φe

Ft = factor temperatura Fe = factor equipo de encendido

5.6.2. Reflectancia

Fc = factor conservación de la instalación

Relación entre el flujo reflejado por un cuerpo (con o sin difusión) y el flujo recibido. Unidad

c

%

Símbolo

c

ρ

Relación

c

ρ=

Φr

5.7. Representación gráfica de magnitudes luminosas

Φ

El conjunto de la intensidad luminosa de una fuente de luz en todas las direcciones constituye lo que se conoce como distribución

5.6.3. Absortancia

luminosa. Las fuentes de luz utilizadas en la práctica tienen una superficie luminosa más o menos grande, cuya intensidad de radiación

Relación entre el flujo luminoso absorbido por un cuerpo y el flujo recibido. Unidad

c

%

Símbolo

c

α

Relación

c

α=

se ve afectada por la propia construcción de la fuente, presentando valores diversos en las distintas direcciones. Con aparatos especiales (como el Goniofotómetro) se puede determinar la intensidad luminosa de una fuente de luz en todas las

Φa

direcciones del espacio con relación a un eje vertical. Si representamos por medio de vectores (I) la intensidad luminosa de una fuente

Φ

de luz en las infinitas direcciones del espacio, engendramos un volumen que representa el valor del flujo total emitido por la fuente, el cual viene definido por la expresión:

5.6.4. Transmitancia

!r

Unidad

c

%

Símbolo

c

τ

Relación

c

τ=

r

Φ = Ι dω

Relación entre el flujo luminoso transmitido por un cuerpo y el flujo recibido.

ν

El sólido que obtenemos recibe el nombre de sólido fotométrico. En la Fig. 7 se puede apreciar el sólido fotom trico de una lámpara Φt

incandescente.

Φ

180°

5.6.5. Factor de uniformidad media

160°

140°

Relación entre la iluminación mínima y la media, de una instalación de alumbrado. Unidad

c

%

Símbolo

c

Um

Relación

c

Um =

120°

Εmin Εmed

5.6.6. Factor de uniformidad extrema 100°

Relación entre la iluminación mínima y máxima, de una instalación de alumbrado. Unidad

c

%

Símbolo

c

Ue

Relación

c

Ue =

80°

Εmin Εmax

5.6.7. Factor de uniformidad longitudinal Relación entre la luminacia mínima y máxima longitudinal, de una instalación de alumbrado. Unidad

c

%

Símbolo

c

UL

Relación

c

UL =

0°

40°

Lmin longitudinal

Figura 7. Sólido fotométrico de una lámpara incandescente.

Lmax longitudinal

5.6.8. Factor de uniformidad general

Si hacemos pasar un plano por el eje de simetría de la fuente luminosa, por ejemplo, un plano meridional, obtenemos una sección

Relación entre la luminancia mínima y media, de una instalación de alumbrado. Unidad

c

%

Símbolo

c

U0

Relación

c

U0 =

60° 20°

limitada por una curva que se denomina curva fotom trica o curva de distribución luminosa (Fig. 8).

Lmin Lmed

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Capítulo 5. MAGNITUDES LUMINOSAS

180°

Capítulo 5. MAGNITUDES LUMINOSAS

El de la Fig.10 es simétrico, y tiene idénticas curvas para cualquiera de los planos meridionales, por lo que una sola curva es suficiente

150°

para su identificación fotométrica. El ejemplo de la Fig. 11 es asimétrico y cada plano tiene una curva diferente, por lo que es necesario

120°

80

conocer todos los planos.

60

900 675 450 225

40 cd

90°

60o

20 40 60 80

30o

60°

0o

30o

Unidad = cd/1000 lm

100

C=90º

120

C=45º

C=0º

Figura 10. Curva de distribución fotométrica simétrica.

140 0°

30°

Figura 8. Curva fotométrica de una lámpara incandescente.

320

Mediante la curva fotométrica de una fuente de luz se puede determinar con exactitud la intensidad luminosa en cualquier dirección,

240

80 0

70o

dato necesario para algunos cálculos de iluminación. Las direcciones del espacio por las cuales se radia una intensidad luminosa las podemos determinar por dos coordenadas. Uno de los

C=

18 0°

eje de rotación planos "C"

sistemas de coordenadas más usado para la obtención de curvas fotométricas es el “C - ” que podemos ver en la Fig. 9.

50o

30o C

0° =9

10o 0o

Unidad = cd/1000 lm C=90º

C=45º

C=0º

Figura 11. Curva de distribución fotométrica asimétrica.

C=

° 270

γ = 180°

e je

de

C=

inc

li n

aci

Otro método de representar la distribución del flujo luminoso es el diagrama de curvas isocandelas (Fig. 12) el cual consiste en imaginar la luminaria en el centro de una esfera en cuya superficie exterior se unen por una línea los puntos de igual intensidad (curvas

0°

isocandelas). Generalmente las luminarias tienen como mínimo un plano de simetría, por lo que se desarrolla solamente una

γ = 90°

ón

semiesfera.

γ = 0°

La do La cal do ace zada ra

Figura 9. Sistema de coordenadas C - . Las curvas fotométricas se dan referidas a un flujo luminoso emitido de 1.000 lm. y, como el caso más general es que la fuente de luz emita un flujo superior, los valores de la intensidad luminosa correspondientes se hallan mediante una regla de tres simple. Cuando alojamos una lámpara en un reflector, se distorsiona su flujo proporcionando un volumen cuya forma es distinta, ya que depende de las características propias del reflector. Por consiguiente, las curvas de distribución según los distintos planos son diferentes. En las dos siguientes figuras podemos ver dos ejemplos en los que se han representado las curvas de distribución de dos reflectores.

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Capítulo 5. MAGNITUDES LUMINOSAS

280 290 300 310 320 330 340 350 C=0 10

-90

-80

20

30

40

50

60

70

80

Capítulo 5. MAGNITUDES LUMINOSAS

OBSERVADORES: A, B Y C

90

A

80

1 5 10

90

-70

80

h

6h

5h

4h

LADO ACERA

3h 1

2h

h

0

70

0

80

3h 5

70 50

20 30

-60

2h

40 50 60

60 40

B

h

20 30

5

60

C

h 10

-50 60

-40

50

5

2h

LADO CALZADA Calzada R2 Qo = 0.07

40 -30

30 -20 -10

GM=0

3h

20

10

1

Lmax=100% fl=0.152

Imax=100%

Figura 12. Curvas isocandelas.

Figura 14. Curvas isoluminancias.

Esta forma de representación es mucho más completa, pero tiene el inconveniente de que se necesita una mayor experiencia para su interpretación.

5.8. Cuadro resumen de las magnitudes

El flujo emitido por una fuente luminosa proporciona una iluminación (iluminancia) en una superficie, cuyos valores se miden en lux. Si proyectamos estos valores sobre un mismo plano y unimos por medio de una línea los de igual valor, entonces daremos lugar a las

Magnitud

curvas isolux (Fig. 13).

h

LADO ACERA 5

30 40

0

20 80

60 50

70

Símbolo

Unidad

Relaciones

Flujo Luminoso

F

Lumen (lm)

F=I q

Eficacia Luminosa

ε

Lumen por watio (lm/W)

Cantidad de luz

Q

Lumen hora (lm h)

Intensidad luminosa

Ι

Iluminancia

10

Ε

h

1

3h 6h

5h

4h

3h

2h

h

0

h

2h

3h

Lmax=100% fl=0.154

Ι=

(cd = lm/sr) Lux (lx)

Ε=

(lx = lm/m2)

L=

Coeficiente iluminación

η

%

η=

Reflectancia

ρ

%

ρ=

Stilb = cd/cm2

Absortancia

α

%

α=

Transmitancia

τ

%

τ=

Factor unifomidad media

Um

%

Um =

Factor unifomidad extrema

Ue

%

Ue =

Factor de uniformidad longitudinal

UL

%

Factor de uniformidad general

U0

%

Factor mantenimiento

Fm

%

Por último tenemos las luminacias, que dependen del flujo luminoso reflejado por una superficie en la dirección del observador. Los

Tabla 1. Resumen de las magnitudes luminosas.

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UL =

Φ ω Φ S

S cosβ

Figura 13. Curvas isolux.

valores se miden en candelas por metro cuadrado (cd/m2) y su representación nos viene dada por las curvas isoluminancias (Fig. 14).

Ρ

Ι

2

L

1

LADO CALZADA

Candela (cd)

Nit = cd/ m

Φ

Q=F t

Luminancia 5

2h

ε=

Φ Φe Φr Φ Φa Φ Φt Φ Εmin Εmed Εmin Εmax

Lmin longitudinal Lmax longitudinal

U0 =

Lmin Lmed

Fm = Fpl Fdl Ft Fe Fc

Capítulo 6.

PRINCIPIOS FUNDAMENTALES

6.1.

Ley de la inversa del cuadrado de la distancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

6.2.

Ley del coseno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

6.3.

Iluminación normal, horizontal, vertical y en planos inclinados . . . . . . 61

6.4.

Relaciones de iluminancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

6.5.

Ley de Lambert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

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Capítulo 6. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES

Capítulo 6. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES

6.1. Ley de la inversa del cuadrado de la distancia “La iluminancia en un punto cualquiera de una superficie es proporcional al coseno del ngulo de incidencia de los rayos luminosos Desde los experimentos primitivos se ha comprobado que las iluminancias producidas por las fuentes de luz disminuyen inversamente

en el punto iluminado”.

con el cuadrado de la distancia desde el plano a iluminar a la fuente. Se expresa por la fórmula siguiente: Ε=

Ι d2

En la Fig. 2 se representan dos fuentes de luz F y F´ con igual intensidad luminosa (I) y a la misma distancia (d) del punto P. A la fuente F con un ángulo de incidencia a igual a cero, corresponde un cos0 = 1, y produce una iluminación en el punto P de valor:

(lx)

h

donde Ε es el nivel de iluminación en lux (lx), Ι es la intensidad de la fuente en candelas (cd), y d es la distancia de la fuente de luz

F'

al plano receptor perpendicular. De esta forma podemos establecer la relación de iluminancias Ε1 y Ε2 que hay entre dos planos separados una distancia d y D de la

d

fuente de luz respectivamente: Ε1 d2 = Ε2 D2

α 60°

Ε1

D2 = Ε2 = d2

F

P d

S2 Figura 2. Iluminancia en un punto desde dos fuentes de luz con diferente ángulo de incidencia.

S1

Εp =

Ι

cos 0 =

d2

1 c Εp =

Ι d2

(lx)

De la misma forma el F´ con un ángulo α = 60°, al que corresponde el cos60° = 0´5, producirá en el mismo punto una iluminación

E2

de valor:

E1

F

Ι d2

Ε´p =

Ι d2

Ι

cos 60° =

0 5 c Ε´p =

d2

1

Ι

2

d2

(lx)

Por lo tanto, Ε´p = 0´5 Εp, es decir, para obtener la misma iluminación en el punto P, la intensidad luminosa de la fuente F´ debe ser

d

el doble de la que tiene la fuente F. En la práctica, generalmente no se conoce la distancia d del foco al punto considerado, sino su altura h a la horizontal del punto.

D

Empleando una sencilla relación trigonométrica y sustituyendo ésta en la ecuación inicial, obtenemos una nueva relación en la cual interviene la altura h:

Figura 1. Distribución del flujo luminoso sobre distintas superficies.

h

cos α =

d

cd=

h cos α

Esta ley se cumple cuando se trata de una fuente puntual de superficies perpendiculares a la dirección del flujo luminoso. Sin embargo, se puede suponer que la ley es lo suficientemente exacta cuando la distancia a la que se toma la medición es, por lo menos, cinco veces la máxima dimensión de la luminaria (la distancia es grande con relación al tamaño de la zona fuente de luz).

Εp =

Ι d2

cos α =

Ι

( )

2

h

cos α =

Ι h2

cos2 α cos α

cos α

6.2. Ley del coseno Εp =

En el caso anterior la superficie estaba situada perpendicularmente a la dirección de los rayos luminosos, pero cuando forma con ésta un determinado ángulo a, la fórmula de la ley de la inversa del cuadrado de la distancia hay que multiplicarla por el coseno del ángulo correspondiente cuya expresión constituye la llamada ley del coseno, que se expresa como: Ε=

Ι d2

cos α (lx)

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Ι h2

cos3 α

(lx)

Capítulo 6. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES

Capítulo 6. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES

Iluminación vertical

6.3. Iluminación normal, horizontal, vertical y en planos inclinados

En este caso también aplicamos directamente la ley del coseno, y obtenemos que:

En la Fig. 3 la fuente F ilumina tres planos situados en posiciones normal, horizontal y vertical respecto al mismo. Cada uno de ellos

ΕV = ΕN cos β

tendrá una iluminancia llamada:

(lx)

Entre los ángulos α y β existe una relación sencilla, ya que ambos pertenecen a un triángulo rectángulo.

EN = Iluminancia normal.

α + β + 90° = 180°

EH = Iluminancia horizontal.

c

β = 90° - α

Aplicando relaciones trigonométricas:

EV = Iluminancia vertical.

cosβ = cos(90° - α) = cos90° cosα + sen90° senα Por lo tanto, cosβ = senα. Sustituimos este valor en la expresión y obtenemos que:

F

ΕV = ΕN sen α

Iluminación vertical

M2 Iα d

d2

(lx)

sen α

(lx)

Podemos expresar la ecuación en función de la altura h que existe entre la fuente F y el punto M.

h

α

ΕV =

Ια

ΕV =

n ció in a al m m Ilu n o r

β

Ια h2

cos2 α sen α

(lx)

Iluminación en planos inclinados El plano vertical puede cambiar a través de un ángulo  como el que aparece en la Fig. 4. Dicho ángulo  es el que forma el plano

Iluminación horizontal

M1

vertical que contiene al punto P con el plano de incidencia de la luz.

M

I

a

h

α

Figura 3. Iluminancia normal, horizontal y vertical.

P

γ

Vamos a determinar la iluminancia normal, horizontal y vertical para el punto M de la Fig. 3.

Iluminación normal Aplicamos la ley de la inversa del cuadrado de la distancia: ΕN =

Figura 4. Iluminancia en el punto P.

Ια

(lx)

d2

Teniendo esto en cuenta, la expresión anterior se transforma en:

donde Iα es la intensidad luminosa bajo el ángulo a. Prácticamente, sólo se considera la iluminancia normal de un punto en el caso que éste se encuentre situado en la vertical de la fuente sobre el plano horizontal (punto M1), por lo que la fórmula anterior se convierte en: ΕN =

Ι

ΕPI =

(lx)

h2

Ια h2

cos2 α sen α cos γ

(lx)

h es la altura vertical de la fuente de luz sobre el plano horizontal que contiene al punto P.

y también cuando está situado en línea recta con la fuente sobre el plano vertical (punto M2), siendo la iluminancia: ΕN =

Ι

6.4. Relaciones de iluminancia

(lx)

a2

Se han propuesto diferentes conceptos para describir la luz que proviene de otras direcciones que la vertical, entre los que se incluyen los que vamos a ver a continuación. stos se deben considerar como parámetros de confort junto con otros como el nivel de iluminación (iluminancia).

Iluminación horizontal Si aplicamos directamente la ley del coseno, tenemos que: ΕH = ΕN cos α =

Ια d

2

Vertical / Horizontal cos α

La experiencia obtenida de las instalaciones de alto nivel de iluminación con un buen control del deslumbramiento, indica que la relación

(lx)

entre la iluminancia vertical (EV) y la iluminancia horizontal (EH) para un buen modelado* no debe ser inferior a 0´25 en las principales

Esta expresión la podemos expresar en relación con la altura h que existe entre la fuente F y el punto M (d = h / cosα): ΕH =

Ια h2

cos3 α

direcciones de la visión. ΕV

(lx)

ΕH

≥ 0 25

* Modelado: Habilidad de la luz para revelar la textura y forma tridimensional de un objeto creando juegos de luces y sombras.

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Capítulo 6. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES

Capítulo 6. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES

j la luz proviene de una sola dirección (por ejemplo la luz del Sol), Ε = Ε (es decir, sombras oscuras). Bajo estas condiciones, el índice j de modelado es Ε / Ε = Ε / Ε s = 4.

Vectorial / Esf rica Los efectos de la iluminación direccional se pueden describir en parte por la iluminancia vectorial y la relación entre la iluminancia vectorial y la esférica. El vector iluminancia Ε en un punto tiene una magnitud igual a la diferencia máxima en iluminancia sobre elementos de superficie diametralmente opuestos en un pequeño disco (Fig. 5) ubicados en un punto, siendo su dirección del elemento de mayor iluminancia

Por lo tanto, el índice de modelado puede tener valores entre 0 y 4. j El vector Ε debe tener una dirección descendente (preferentemente entre 45° y 75° a la vertical) para obtener una apariencia natural

hacia el de menor iluminancia.

de las facciones humanas.

Cil ndrica / Horizontal Un concepto alternativo para describir el efecto de modelado es la relación entre iluminancia cilíndrica y la iluminancia horizontal en

Ef

un punto. La iluminancia cilíndrica media Ε C en un punto es la iluminancia media sobre la superficie curva de un pequeño cilindro ubicado en el punto (Fig. 7). Salvo indicación contraria, el eje del cilindro debe ser vertical.

Er E Figura 5. Vector ilumanacia E = Ef – Er. La media esférica en un punto es la iluminancia media sobre toda la superficie de una pequeña esfera ubicada en dicho punto (Fig. 6).

EC Figura 7. Iluminacia cilíndrica media EC. La iluminancia cilíndrica en un punto es igual a la iluminancia vertical media en todas las direcciones en dicho punto. Se logra un buen modelado cuando la relación es : 0'3 ≤

ΕC ΕH

≤3

Cabe destacar que en general la dirección es tomada en cuenta automáticamente, por lo tanto no se necesita especificarla adicionalmente, como en el caso de la relación vectorial / esférica: cuando la luz proviene directamente de arriba, ΕC = 0 y ΕC / ΕH

Es

= 0; cuando la luz es horizontal, ΕH = 0 y ΕC / ΕH j q.

Figura 6. Iluminancia media esférica ES.

Vertical / Semicil ndrica

La intensidad direccional de la iluminación se puede indicar por el índice de modelado dado por la relación entre la iluminancia vectorial

Las pruebas que se han llevado a cabo relacionadas con la iluminación de áreas exteriores para peatones (con niveles de iluminación

y la iluminancia esférica media:

bajos) han demostrado que la relación entre la iluminancia vertical y la semicilíndrica proporciona una media útil de aceptación de Ε

modelado de las facciones humanas, para esta área de aplicación.

ΕS

La iluminancia semicilíndrica Εsemincil en un punto en una dirección horizontal dada es la iluminancia media sobre una superficie curva

Si la medimos utilizando una esfera de radio r que recibe un haz de luz con flujo luminoso F, esta es: ΕS =

de un semicilindro pequeño vertical ubicado en dicho punto con una superficie curva enfocada a la dirección especificada (Fig. 8).

Φ 4 π r2

La iluminancia E en un elemento de la superficie de radio r es: Ε=

Φ π r2

j En una habitación con luz difusa y con piso, paredes y cielorraso con reflexión difusa, tenemos que Ε j 0 (es decir, no existen

j sombras). Bajo estas condiciones, el índice de modelado es Ε / Ε sj 0. En cambio, en una habitación completamente oscura donde

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Capítulo 6. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES

Capítulo 6. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES

Esem Figura 8. Iluminancia semicilíndrica. La iluminación de relieve bien equilibrada (ni muy chata ni muy dura) se obtiene a: 08 ≤

ΕV Εsemincil

≤ 13

Las relaciones extremas son: Cero

modelado muy duro.

(π/2) = 1´57

modelado muy chato.

6.5. Ley de Lambert Existen superficies emisoras o difusas que al observarlas desde distintos ángulos se tiene la misma sensación de claridad. A estas superficies se las denomina emisores o difusores perfectos. Si L0 es la luminancia según la normal y Lα la luminancia según el ángulo de observación α, se verifica que Lα = L0 para cualquier ángulo α. Como L0 =

Ι0 S

y Lα =

Ια S cos α

, se cumple la ecuación: Ια = Ι0 cosα

Esta relación se conoce como Ley de Lambert y sólo la cumplen los emisores o difusores perfectos.

N

Lo Lα Io Iα α

Superficie Figura 9. Invariabilidad de la luminancia con el ángulo de incidencia.

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Capítulo 7.

LUMINARIAS

7.1.

Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

7.2.

Clasificación de luminarias por el grado de protección eléctrica . . . . . 70

7.3.

Clasificación de luminarias por condiciones operativas . . . . . . . . . . . . 70

7.4.

Grado de inflamabilidad de la superficie de montaje . . . . . . . . . . . . . 71

7.5.

Clasificación de las luminarias por sus condiciones de servicio . . . . . 72

7.6.

Datos básicos fotométricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

7.7.

Eficiencia de las luminarias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

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Capítulo 7. LUMINARIAS

Capítulo 7. LUMINARIAS

7.1. Generalidades

7.2. Clasificación de luminarias por el grado de protección el ctrica

Debido a la muy alta luminancia de las lámparas, es preciso aumentar la superficie aparente de emisión para evitar molestias visuales

Las luminarias deben asegurar la protección de las personas contra los contactos eléctricos. Según el grado de aislamiento eléctrico, las

(deslumbramientos). Por otro lado, es necesario apantallar las lámparas para protegerlas de los agentes exteriores y para que dirijan el

luminarias pueden clasificarse como:

flujo en la forma más adecuada a la tarea visual.

Clase 0: Luminaria con aislamiento funcional, pero sin aislamiento doble ni reforzado en su totalidad y sin conexión a tierra.

De esta forma, los distintos estudios e investigaciones contemporáneos le dan una importancia capital al conjunto formado por la

Clase I: Luminaria con al menos aislamiento funcional en su totalidad y con el terminal o contacto de conexión a tierra.

lámpara y la luminaria.

Clase II: Luminaria con aislamiento doble y/o aislamiento reforzado en su totalidad y sin provisión para descarga a tierra.

Según la Norma UNE-EN 60598-1*, se define luminaria como aparato de alumbrado que reparte, filtra o transforma la luz emitida

Clase III: Luminaria diseñada para ser conectada a circuitos de voltaje extra-bajo, y que no tiene circuitos, ni internos ni externos, que

por una o varias l mparas y que comprende todos los dispositivos necesarios para el soporte, la fijación y la protección de l mparas,

operen a un voltaje que no sea el extra-bajo de seguridad.

(excluyendo las propias l mparas) y, en caso necesario, los circuitos auxiliares en combinación con los medios de conexión con la red de alimentación.

7.3. Clasificación de luminarias por condiciones operativas

Elementos generales Con independencia de otras definiciones que puedan ser más o menos descriptivas, podríamos definir la luminaria como un objeto

El sistema IP (International Protection – Protección Internacional) fijado por la UNE-EN 60598 clasifica las luminarias de acuerdo con el

formado por un conjunto de elementos destinados a proporcionar una adecuada radiación luminosa de origen eléctrico. La

grado de protección que poseen contra el ingreso de cuerpos extraños, polvo y humedad. El término cuerpos extraños incluye aquellos

materialización de esos elementos pasa en cada caso por la conjunción entre un buen diseño formal y una razonable economía de

elementos herramientas y dedos que entran en contacto con las partes que llevan energía.

medios.

La designación para indicar los grados de protección consiste en las letras características de IP seguidas por dos números (tres números

Al primero corresponde resolver el control luminoso según las necesidades, que es el fin primordial; un control térmico que haga estable

en Francia) que indican el cumplimiento de las condiciones establecidas en las tablas 1., 2. y 3. El primero de estos números es una

su funcionamiento; y un control eléctrico que ofrezca las debidas garantías al usuario. Al segundo corresponde prever un producto de

indicación de la protección contra el ingreso de cuerpos extraños y polvo, el segundo número indica el grado de sellado para evitar el

fabricación sólida y eficaz; una relativa sencillez en su instalación; y un mínimo mantenimiento durante su uso.

ingreso de agua, mientras que el tercer número en el sistema francés indica el grado de resistencia a los impactos.

En cuanto a los elementos genéricos más característicos, cabe mencionar la carcasa o armadura, el equipo eléctrico, el reflector, la celosía o difusor y el filtro. Todos ellos definen, al mismo tiempo, otras tantas clasificaciones que veremos posteriormente.

Primer número característico

1. Armadura o carcasa: Es el elemento físico mínimo que sirve de soporte y delimita el volumen de la luminaria conteniendo todos sus

Breve descripción

Símbolo

0

No protegida.

No tiene

elementos. Por este concepto pueden distinguirse varios tipos:

1

Protegida contra objetos sólidos mayores de 50 mm.

No tiene

- Para interiores o exteriores.

2

Protegida contra objetos sólidos mayores de 12 5 mm.

No tiene

- De superficie o empotradas.

3

Protegida contra objetos sólidos mayores de 2 5 mm.

No tiene

- Suspendidas o de carril.

4

Protegida contra objetos sólidos mayores de 1 mm.

No tiene

- De pared, para brazo o sobre columna.

5

Protegida contra polvo.

- Abierta, cerrada o estanca.

6

- Para ambientes normales o de riesgo (de corrosión o explosión).

Hermética al polvo. Tabla 1. Clasificación EN-60598 por grado de protección contra polvo (1 cifra).

2. Equipo eléctrico: Sería el adecuado a los distintos tipos de fuentes de luz artificial y en función de la siguiente clasificación: - Incandescentes normales sin elementos auxiliares.

Segundo número característico

Breve descripción

- Halógenas de alto voltaje a la tensión normal de la red, o de bajo voltaje con transformador o fuente electrónica.

0

- Fluorescentes. Con reactancias o balastos, condensadores e ignitores, o conjuntos electrónicos de encendido y control.

1

Protegida contra gotas de agua en caída vertical.

- De descarga. Con reactancias o balastos, condensadores e ignitores, o conjuntos electrónicos de encendido y control.

2

Protegida contra caída de agua verticales con una

3. Reflectores: Son determinadas superficies en el interior de la luminaria que modelan la forma y dirección del flujo de la lámpara. En

No protegida.

inclinación máxima de 15º de la envolvente.

función de cómo se emita la radiación luminosa pueden ser:

3

- Simétrico (con uno o dos ejes) o asimétrico.

Símbolo No tiene

No tiene

Protegida contra el agua en forma de lluvia fina formando 60º con la vertical como máximo.

- Concentrador (haz estrecho menor de 20º) o difusor (haz ancho entre 20 y 40º; haz muy ancho mayor de 40º).

4

- Especular (con escasa dispersión luminosa) o no especular (con dispersión de flujo).

Protegida contra proyecciones de agua en todas las direcciones.

- Frío (con reflector dicroico) o normal.

5

4. Difusores: Elemento de cierre o recubrimiento de la luminaria en la dirección de la radiación luminosa. Los tipos más usuales son:

Protegida contra chorros de agua en todas las direcciones.

.

- Opal liso (blanca) o prismática (metacrilato traslúcido).

6

- Lamas o reticular (con influencia directa sobre el ángulo de apantallamiento).

Protegida contra fuertes chorros de agua en todas las direcciones.

- Especular o no especular (con propiedades similares a los reflectores).

7

5. Filtros: En posible combinación con los difusores sirven para potenciar o mitigar determinadas características de la radiación luminosa.

8

Protegida contra la inmersión continua en agua. Tabla 2. Clasificación EN-60598 por grado de protección contra el agua (2 cifra).

* La Norma UNE-EN 60598-1 adopta la Norma Internacional CIE 598-1.

LUMINOTECNIA 2002

69

70

LUMINOTECNIA 2002

No tiene

Protegida contra efectos de inmersión temporal en agua. -m

Capítulo 7. LUMINARIAS

Capítulo 7. LUMINARIAS

Tercera cifra del código

7.5. Clasificación de las luminarias por sus condiciones de servicio

Esta cifra hace referencia a ensayos mecánicos a choque. En la siguiente tabla se indican las cifras características con una breve descripción. Por sus condiciones de servicio, las luminarias se pueden clasificar en los siguientes tipos: Tercer número característico

Breve descripción

Símbolo

7.5.1. Luminarias para instalaciones de iluminación interior

0

Ninguna protección

No tiene

1

Protección contra un impacto de 0´225 J. de energía

No tiene

Entendemos que dentro de este grupo están las luminarias destinadas a la iluminación de locales y naves dedicadas a centros

3

Protección contra un impacto de 0´5 J. de energía

No tiene

comerciales, industrias, oficinas, edificios docentes, instalaciones deportivas cubiertas, etc. Por lo tanto, este tipo de alumbrado

5

Protección contra un impacto de 2 J. de energía

No tiene

trata de dotar de la iluminación adecuada a aquellos lugares donde se desarrolla una actividad laboral o docente.

7

Protección contra un impacto de 6 J. de energía

No tiene

Las luminarias para la iluminación general de interiores se encuentran clasificadas por la C.I.E. de acuerdo con el porcentaje de

9

Protección contra un impacto de 20 J. de energía

No tiene

flujo luminoso total distribuido por encima y por debajo del plano horizontal.

Tabla 3. Clasificación EN-60598 contra impactos mecánicos.

Clase de luminaria

En lugar de esta tercera cifra, también es de aplicación la Norma EN-50102 sobre “Grados de Protección proporcionados por las envolventes de materiales eléctricos contra impactos mecánicos externos (código IK)”. En dicha Norma, el grado de protección proporcionado por una envolvente contra los impactos se indica mediante el código IK de la siguiente forma: - Letras del código (protección mecánica internacional): - Grupo de cifras características:

IK

De 00 a 10

Código IK

IK00

Ik01

IK02

IK03

IK04

IK05

IK06

IK07

IK08

IK09

IK10

*

0,15

0,2

0,35

0,5

0,7

1

2

5

10

20

% distribución del flujo hacia abajo

00 - 010

90 - 100

Semi-directa

10 - 040

60 - 090

Directa-indirecta

40 - 060

40 - 060

General difusa

40 - 060

40 - 060

Semi-indirecta

60 - 090

10 - 040

Indirecta

90 - 100

00 - 010

Tabla 6. Clasificación C.I.E. para luminarias de iluminación general de interiores.

Cada grupo de cifras características representa un valor de la energía de impacto, cuya correspondencia se presenta en la Tabla 4.

Energía de impactos en Julios.

% distribución del flujo hacia arriba

Directa

Directa

Tabla 4. Correspondencia entre código IK y la energía de impacto.

Semi-directa

General-difusa

0~10%

10~40%

40~60%

90~100%

60~90%

40~60%

Generalmente, el grado de protección se aplica a la envolvente en su totalidad. Si algunas partes de esta envolvente tienen grados de protección diferentes, éstos deben indicarse por separado.

Directa-indirecta

7.4. Grado de inflamabilidad de la superficie de montaje

40~60%

Las luminarias no pueden ser montadas sobre cualquier superficie conveniente. La inflamabilidad de esa superficie y la temperatura del

Semi-indirecta

Indirecta

60~90%

90~100%

10~40%

0~10%

cuerpo de la luminaria imponen ciertas restricciones al respecto. Naturalmente, si la superficie es no-combustible, no existe ningún problema. A los fines de la clasificación, la EN-60598 define a las superficies inflamables como normalmente inflamables o fácilmente inflamables.

40~60%

La clasificación normalmente inflamable hace referencia a aquellos materiales cuya temperatura de ignición es de al menos 200 ºC y que no se debilitan ni deforman a esa temperatura.

Figura 1. Clasificación de luminarias según la radiación del flujo luminoso.

La clasificación f cilmente inflamable hace referencia a aquellos materiales que no pueden ser clasificados como normalmente inflamables o no-combustibles. Los materiales de esta categoría no pueden ser utilizados como superficie de montaje para luminarias.

A su vez, con respecto a la simetría del flujo emitido, se puede hacer una clasificación en dos grupos:

El montaje suspendido es la única alternativa en estos casos.

1)

En la Tabla 5 se puede observar la clasificación de montaje que se ha hecho sobre la base de estos requerimientos. Clasificación Luminarias adecuadas para montaje directo sólo sobre

2)

Símbolo

superficies normalmente inflamables.

F

Luminarias de distribución asim trica: Son aquellas en las que el flujo luminoso se distribuye de forma no simétrica respecto al eje de simetría y la distribución espacial de las intensidades luminosas se expresa mediante un sólido

Sin símbolo, sólo se requiere una nota de advertencia.

fotométrico o, parcialmente, con una curva plana de dicho sólido según diversos planos característicos.

superficies no combustibles. Luminarias adecuadas para montaje directo sobre

Luminarias de distribución sim trica: Aquellas en las que el flujo luminoso se reparte de forma simétrica respecto al eje de simetría y la distribución espacial de las intensidades luminosas se puede representar en una sola curva fotométrica.

Sobre la placa de tipo.

Información fotom trica que acompa a a las luminarias para iluminación interior Curvas de distribución polar

Tabla 5. Clasificación de la EN-60598 para montaje de luminarias.

Estas curvas generalmente se suelen representar para el sistema de coordenadas C-. Como existen infinitos planos, se dan en general tres planos C representados, que son:

LUMINOTECNIA 2002

71

72

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 7. LUMINARIAS

Capítulo 7. LUMINARIAS

- El plano C = 0°.

Para luminarias dispersoras el diagrama mostrará una curva de pendiente más atenuada, ya que el flujo varía poco a poco a

- El plano C = 45°.

medida que aumentamos el ángulo.

- El plano C = 90°.

Diagrama de deslumbramiento

Las curvas de distribución polar están en las unidades de cd por 1.000 lúmenes de flujo emitido por lámpara y se representa

Estos diagramas se basan en el Sistema de protección del deslumbramiento de la C.I.E. Las curvas que representan estos

por cd/1.000 lm o cd/Klm. (Fig. 2).

diagramas son de limitación de la luminancia. Dichas curvas abarcan una escala de índices de deslumbramiento (clases de calidad desde A a la E marcadas por la C.I.E.) y diferentes valores de iluminancia de servicio standard. Se deben utilizar dos diagramas que dependen del tipo de luminaria y de la orientación según la visión.

C=90°

C=45°

La limitación de luminancia requerida depende del tipo de orientación de la luminaria, del ángulo de apantallamiento, del grado

C=0°

de aceptación o clase de calidad, y del valor de la iluminancia en servicio.

0

200

100

300

400

En la Fig. 4a y 4b se muestran los diagramas de las curvas de luminancia para la evaluación del deslumbramiento directo. El

Cd/Klm

diagrama 1 es para aquellas direcciones de la visión paralelas al eje longitudinal de cualquier luminaria elongada y para luminarias que no poseen paneles luminosos laterales observadas desde cualquier dirección. El diagrama 2 es para aquellas

80°

direcciones de visión en ángulos rectos al eje longitudinal de cualquier luminaria con paneles luminosos laterales. Se define: - Laterales luminosos: Una luminaria posee laterales luminosos si tiene un panel lateral luminoso con una altura de más

70°

de 30 mm. - Elongada: Una luminaria es elongada cuando la relación entre la longitud y el ancho del área luminosa es superior a 2:1.

60°

C=90

C=90

50°

C=0 C=180

GM=0

10°

20°

30°

C=270

C=270

40° 85

a

b

c

d

e

f

g

h

GM

Figura 2. Diagrama polar en el sistema C-γ.

8 6 4

75

3

Diagrama de flujo zonal

a/h

65

Estos diagramas nos indican el flujo recibido por la superficie a iluminar directamente desde la luminaria en función del ángulo

2

γ. La obtención de este diagrama se basa en la creación de conos cuyos ejes coinciden con el vertical de la luminaria y los ángulos de generatriz con este eje son los ángulos γ. El tanto por ciento de luz recogido por cada uno de estos conos es lo que

55

se representa en el diagrama (Fig. 3). 45

100%

3

9 10 G 1.15 1.50 1.85 2.20 2.55

80% 60%

2

3

Calidad A B C D E

4

5

2

6 7 8 9 10 Cd/m

1000 2000

500 1000 2000

=<300 500 1000 2000

b

c

d

=<300 500 1000 2000

=<300 500 1000

e

f

40%

GM=0

Figura 4a. Diagramas de deslumbramiento.

20°

40°

60°

80°

100°

120°

140°

160°

180°

Figura 3. Diagrama de Flujo Zonal. Para luminarias concentradoras, a partir de ángulos pequeños se obtendrá un alto porcentaje de flujo, por lo que el diagrama inicialmente mostrará una curva de gran pendiente en los primeros ángulos y a partir de un cierto ángulo se mantiene prácticamente paralela al eje de abcisas. Esto es debido a que casi la totalidad del flujo se distribuye en ángulos pequeños, es decir, se concentra en un pequeño rango de ángulos.

LUMINOTECNIA 2002

73

74

LUMINOTECNIA 2002

1

3

Valores de Iluminancias en Servicio E (lx) 2000

a

20%

2

=<300 500

g

=<300

h

Capítulo 7. LUMINARIAS

Valor máximo permitido de intensidad

Valor máximo permitido de intensidad

luminaria

emitida a un ángulo de elevación de 80°

emitida a un angulo de elevación de 90°

Cut – off

30 cd / 1.000 lm

10 cd / 1.000 lm*

g

h

65°

Semi cut – off

100 cd / 1.000 lm

50 cd / 1.000 lm*

8 6

76°

Non cut – off

Cualquiera

GM

4 3

Semi cut-off 195 cd

65 cd

2

130 cd

195 cd

65

195 cd

Cut-off

a/h

130 cd

75

-

Tabla 7. Clasificación de la C.I.E. de 1965. Non cut-off 195 cd

f

130 cd

e

h

menor de

65 cd

d

=<300

intensidad máxima

65 cd

c

g

=<300 500

130 cd

b

f

=<300 500 1000

195 cd

e

=<300 500 1000 2000

65 cd

85

d

=<300 500 1000 2000

195 cd

a

ab c

500 1000 2000

130 cd

1000 2000

Dirección de la

Tipo de

Valores de Iluminancias en Servicio E (lx) 2000

65 cd

A B C D E

65 cd

Calidad

130 cd

G 1.15 1.50 1.85 2.20 2.55

Capítulo 7. LUMINARIAS

55

45

3

9 10

2

3

4

5

6 7 8 9 10

2

Cd/m

2

3

1 0°

0°

0°

Figura 5. Ejemplos de curvas fotométricas con su clasificación.

C=0 C=180

La nueva clasificación de luminarias de la C.I.E. que reemplaza a la anterior se basa en tres propiedades básicas de las luminarias: Figura 4b. Diagramas de deslumbramiento.

1. La extensión a la cual la luz de la luminaria se distribuye a lo largo de un camino: El “alcance” de la luminaria. 2. La cantidad de diseminación lateral de la luz, a lo ancho de un camino: La “apertura”.

Al utilizar los diagramas de la Fig. 4a y 4b se debe considerar la distribución de la luminancia de la luminaria en dos planos

3. El alcance de la instalación para controlar el deslumbramiento producido por la luminaria: El “control” de la luminaria.

verticales: el plano C0 – C180 paralelo al eje del interior, la distribución de la luminancia de la luminaria en dicho plano se utiliza

El alcance está definido por el ángulo γmax que forma el eje del haz con la vertical que va hacia abajo. El eje del haz está definido

para controlar la limitación del deslumbramiento en la dirección longitudinal de la habitación, y la distribución de la luminaria

por la dirección de la bisectriz del ángulo formado por las dos direcciones de 90% Ιmax en el plano vertical de intensidad máxima.

en el plano C90 – C270 se utiliza para verificar la limitación del deslumbramiento en la dirección transversal al lugar a iluminar. Cuando las luminarias se montan con el plano C90 – C270 paralelo al eje longitudinal del interior, dicho plano se debe utilizar

Cuando dicho plano es paralelo a la dirección de la visión percibida se dice que la misma es longitudinal, en cambio cuando

195 cd

130 cd

65 cd

Para luminarias elongadas el plano C90 – C270 se elige coincidente con (o paralelo a) el eje longitudinal de la/s lámpara/s.

130 cd

195 cd

plano C0 – C180 para evitar la limitación del deslumbramiento en el sentido transversal del lugar.

65 cd

Cut-off

para verificar la limitación del deslumbramiento en la dirección longitudinal del lugar, y la distribución de la luminancia en el

Eje del haz

el plano C90 – C270 está en ángulos rectos a la dirección de la visión, se considera que la visión es transversal. γ max

Estos diagramas se usan generalmente para luminarias de iluminación interior.

I max

7.5.2. Luminarias para instalaciones de iluminación p blica Dentro de este tipo grupo tenemos luminarias de parques y jardines así como las de iluminación pública viaria. Para las

90% Imax

primeras, son instalaciones típicas, como su nombre indica, parques, jardines, zonas residenciales, etc. En el segundo tipo

γ

tenemos vías urbanas, autopistas, túneles, etc. La C.I.E. ha introducido un nuevo sistema para la clasificación de las luminarias para iluminación de viales y así sustituir al

0°

sistema que introdujo en el año 1965, en el que se hacía la clasificación cut-off, semi-cut-off y non-cut-off. No obstante, el Figura 6. Curva polar de intensidad en el plano que contiene la intensidad luminosa máxima,

antiguo sistema sigue siendo utilizado en ciertas recomendaciones nacionales para la iluminación de viales. En la Tabla 7

que indica el ángulo utilizado para la determinación del alcance.

mostramos el sistema antiguo.

Se definen tres grados de alcance de la manera siguiente: γmax < 60°

: alcance corto.

70° ≥ γmax ≥ 60°

: alcance medio.

γmax > 70°

: alcance largo.

* Hasta un valor máximo absoluto de 1.000 cd.

LUMINOTECNIA 2002

75

76

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 7. LUMINARIAS

Capítulo 7. LUMINARIAS

La apertura o dispersión está definida por la posición de la línea, que corre paralela al eje del camino y que apenas toca el

El control está definido por el índice específico de la luminaria, SLI de la luminaria. Este es parte de la fórmula G de control del

lado más alejado del 90% Imax en el camino. La posición de esta línea está definida por el ángulo γ90.

deslumbramiento molesto que está determinado sólo por las propiedades de la luminaria.

Los tres grados de apertura se definen de la siguiente manera: γ90 < 45°

: apertura estrecha.

55° ≥ γ90 ≥ 45°

: apertura media.

γ90 > 55°

: apertura ancha.

SLI = 13,84 - 3,31 . log(I80) + 1,3 . log

( ) I80 I88

0,5

- 0,08 . log

( )

I80 + 1,29 . log(F) + C I88

donde: I80 = Intensidad luminosa a un ángulo de elevación de 80°, en un plano paralelo al eje de la calzada (cd). I80 = Relación entre intensidades luminosas para 80° y 88°. I88 γ 90

h

F = rea emisora de luz de las luminarias (m2) proyectadas en la dirección de elevación a 76°. C = Factor de color, variable de acuerdo al tipo de lámpara (+0´4 para sodio baja presión y 0 para las otras).

1h 2h 90% Imax 3h 55°

h

60° 45°

4h

70°

Figura 7. Apertura o dispersión.

(90% Imax)

Corto

1,7h

Tanto el alcance como la apertura de una luminaria pueden ser mejor determinados a partir de un diagrama de isocandela en

2,7h

1h

la proyección azimutal (Fig. 8).

1,4 h

Medio

Largo Estrecha

C

Media

Ancha

Apertura

γmax Figura 9. En esta figura se muestra los tres grados de alcance y apertura definidos por la C.I.E., donde “h” es la altura de montaje de la luminaria.

γmax En el caso del control, también se recomiendan tres grados, que son los siguientes:

90% Imax

γ

γ90

SLI < 2

: control limitado.

4 ≥ SLI ≥ 2

: control moderado.

SLI > 4

: control estricto.

En la siguiente tabla ofrecemos resumidas las definiciones anteriores de la C.I.E.

Figura 8. Diagrama de isocandela relativo en proyección azimutal (sinusoidal), que indica

Alcance

los ángulos γmax e γ90 utilizados para la determinación de la apertura y alcance.

Corto γmax < 60°

En la Fig. 9 se indica sobre un plano del camino, la cobertura dada por los tres grados de alcance y apertura en términos de la

Largo γmax > 70°

Medio 70° ≥ γmax ≥ 60°

altura de montaje de la luminaria (h).

Apertura

Control

Estrecha γ90 < 45°

Limitado SLI < 2

Media 55° ≥ γ90 ≥ 45°

Moderado 4 ≥ SLI ≥ 2

Ancha γ90 > 55°

Estricto SLI > 4

Tabla 8. Sistema de clasificación de la C.I.E. de propiedades fotométricas de luminarias.

LUMINOTECNIA 2002

77

78

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 7. LUMINARIAS

Capítulo 7. LUMINARIAS

Información fotom trica que acompa a a las luminarias de iluminación viaria

Diagrama de curvas de isoluminancia

Diagramas de curvas de distribución polar

Estos diagramas se suelen utilizar para alumbrado público. Esto es debido a que las recomendaciones para alumbrado público

Estas curvas generalmente se suelen representar para el sistema de coordenadas C-γ. Como existen infinitos planos, se dan en

no se limitan solamente a la luminancia media requerida en la superficie de la calzada, sino que también se dan líneas-guía

general tres planos C representados, que son:

para su uniformidad (relación entre Lmax y Lmin). Tales cálculos son posibles con la ayuda del diagrama isoluminancia (Fig 12).

- El plano transversal (C = 90° y 270°). Este plano sería, en una luminaria para iluminación viaria, perpendicular al eje de OBSERVADORES: A, B Y C

la carretera. - El plano longitudinal (C = 0° y 180°). Este plano sería, en una luminaria para iluminación viaria, paralelo al eje de la

A

h

6h

B

3h

4h

LADO ACERA

carretera. - El plano en el que se encuentra la intensidad máxima. Este plano generalmente es denominado plano vertical principal.

5h

1

2h

h

0

0

3h 5

70

80

50

C

cd/1.000 lm o cd/Klm.

h 10

PLANO TRANSVERSAL (C=90-270) 320

2h

40 50 60

Las curvas de distribución polar están definidas en cd por 1.000 lúmenes de flujo emitido por lámpara y se representa por

-90

h

20 30

5

240

160

80

PLANO LONGITUDINAL (C=0-180) 0

100

200

300

400

2h

PLANO VERTICAL PRINCIPAL 0

90

100

200

300

400

5

90

-80

80

80

-70

70

70

-60

60

60

-50

50

50

LADO CALZADA Calzada R2 Qo = 0.07

3h

1

Lmax=100% fl=0.152

Figura 12. Diagrama de isoluminancias. En el diagrama aparecen las letras A, B y C que indican tres posiciones del observador que se utilizan en los diagramas de

-40

-30

-20

-10 GM=0 10

20

30

GM=0 10

40

20

30

rendimientos de luminancias.

40

Diagrama de curvas isolux o isoiluminancia

C=20.0

En la práctica, en los proyectos de alumbrado se desea, en muchos casos, conocer las iluminancias sobre la superficie de la

Figura 10. Diagrama polar en el sistema C-.

carretera y la distribución total de estas iluminancias. Con el fin de facilitar la determinación de estos datos en una instalación, las hojas fotométricas nos dan las curvas relativas isolux

Diagramas isocandela

para cada luminaria sobre un plano iluminado.

Consiste en imaginar que la luminaria está en el centro de una esfera en cuya superficie exterior se unen los puntos de igual intensidad por una línea. Las superficies iguales en este diagrama representan ángulos sólidos. Por esta razón el diagrama

h

puede ser utilizado para calcular el flujo luminoso para una zona dada, multiplicando el área por la intensidad luminosa

LADO ACERA

(teniendo en cuenta la escala a la que está representada el diagrama). Si la luminaria está instalada con un ángulo de inclinación δ, los trazos tiene que ser girados alrededor del centro en un ángulo

5

30 40

0

20

δ para deducir las nuevas coordenadas C-γ.

80

60 50

70

Las líneas rectas desde el centro representan líneas paralelas al eje de la calzada.

10

h 280 290 300 310

-90

-80

320

330

340 350

C=0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

5 10

90

-70

60 40 80

1 70

20

3h

30

-60

60

-50 60

-40 30 -10

GM=0

10

1

LADO CALZADA 6h 5h Emax=100% fl=0.154

50

40 -30 -20

5

2h

80

1

4h

3h

2h

h

0

h

2h

3h

Figura 13. Diagrama isolux sobre la superficie a iluminar.

20 I =100% max

Los valores de cada línea isolux se dan en porcentajes de Emáx; la más alta alcanza el 100%. La cuadrícula sobre la cual están

Figura 11. Diagrama isocandela en proyección acimutal.

dibujadas las líneas isolux está dimensionada en términos de la altura de montaje h de la luminaria.

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79

80

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 7. LUMINARIAS

Capítulo 7. LUMINARIAS

Para otras posiciones es necesario interpolar.

Debajo del diagrama se indica un factor para la luminaria en uso ( ).

La luminancia media se calcula por la siguiente fórmula:

La iluminancia máxima se calcula mediante la siguiente expresión: ϕ.Φ

Εmax =

Lmax =

h2

ηL . Φ . Qo w .s

donde: ηL = factor de rendimiento de la luminancia. donde:

Φ = flujo luminoso de la lámpara.

ϕ = factor de la luminaria en uso.

QO = coeficiente de luminancia media.

Φ = flujo luminoso de la lámpara.

w = ancho del camino.

h = interdistancia entre luminarias.

s = interdistancia entre la luminarias. Factores de utilización

Rendimiento en luminancias

En el alumbrado de caminos se define el factor de utilización (h) como la fracción del flujo luminoso proveniente de una

Estos diagramas se usan para el cálculo de la luminancia media en la superficie de la calzada de una instalación de alumbrado

luminaria que efectivamente alcanza el camino. Las curvas del factor de utilización que se dan en las hojas de información

público. Si la clase de reflexión del pavimento se conoce se usará el diagrama correspondiente.

fotométrica, nos ofrecen un método simple para calcular la iluminación media, la cual puede ser determinada para una cierta

Los diagramas de rendimiento de luminancia se dibujan en unidades de altura de montaje de la luminaria y por esta razón son

sección transversal de la carretera.

útiles para usos gráficos directos.

η=

0.6

Φutilizado Φlámpara

Las curvas del factor de utilización para una luminaria se dan como una función de las distancias transversales, medidas en términos de h (altura de montaje) sobre la superficie del camino, desde el centro de la luminaria hasta cada una de las dos

C 0.5

curvas (Fig. 15).

B

Lado acera

A

0.4

Lado calzada

0.6 0.5

0.3

0.4

0.2

η

0.3 0.2

0.1

0.1

0.0

0.0 2h

3h

0°

Figura 15. Factor de utilización como función de h.

0°

270°

h

180°

h

C=90°

3h

C=90°

2h

270°

h

180°

h

Figura 14. Rendimiento en luminancias respecto a tres observadores.

La forma más fácil y rápida de calcular la iluminancia media de un camino recto de longitud infinita es utilizando las curvas del factor de utilización:

Su manejo es igual que las curvas del factor de utilización, excepto que la posición del observador es importante. Por esto las curvas se dan para tres posiciones del observador: A, B y C.

Εmed =

- A: Observador ubicado sobre el lado de la acera a una distancia h de la fila de luminarias. - B: Observador ubicado en línea con la fila de luminarias.

donde:

- C: Observador ubicado sobre el lado del camino a una distancia h de la fila de luminarias.

η = factor de utilización. Φ = flujo luminoso de la lámpara. n = número de lámparas por luminaria. w = ancho del camino. s = interdistancia entre la luminarias.

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η.Φ.n w .s

Capítulo 7. LUMINARIAS

Capítulo 7. LUMINARIAS

Los diagramas polares se suelen usar para luminarias de:

8º por debajo del eje del haz y en el plano horizontal 12º a la izquierda y 12º a la derecha del haz.

- Alumbrado público. - Alumbrado de parques y jardines.

Información fotom trica que acompa a a los proyectores Diagrama cartesiano

7.5.3. Luminarias para instalaciones de iluminación por proyección

Estos diagramas son los obtenidos en las fotometrías realizadas sobre proyectores, ya que nos facilitan la información para

Dentro de este tipo podemos encuadrar las destinadas a instalaciones deportivas cubiertas y al aire libre, fachadas, áreas de

poder clasificar a los mismos por su apertura de haz. Se representan generalmente bajo el sistema de coordenadas B-.

trabajo, áreas de vigilancia, etc.

Aparecen representadas tres líneas que representan al plano vertical, al plano horizontal y al 50% de la intensidad máxima (línea

Un proyector es una luminaria que concentra la luz en un ángulo sólido determinado por un sistema óptico (espejos o lentes),

paralela al eje de abscisas).

para conseguir una intensidad luminosa elevada. Plano horizontal Plano vertical

Las lámparas utilizadas para la iluminación con proyectores van desde lámparas con reflectores de vidrio prensado y lámparas halógenas hasta lámparas de mercurio de alta presión, lámparas de halogenuros metálicos y lámparas de sodio de alta y baja presión. Todas vienen en varios voltajes y cada una proporciona un tipo y cantidad especial de luz, efectos de color y eficiencia.

800

El montaje, cambio de lámparas y limpieza generalmente deben ser realizados a una altura considerable sobre el nivel del suelo, por lo tanto es necesario un diseño ergonómico de la luminaria para que estas operaciones resulten lo más fáciles posibles.

700

Desde el punto de vista de la distribución de luz, los proyectores se agrupan en tres grupos básicos: con simetría, de rotación

600

simétricos y asimétricos. Los proyectores también se clasifican de acuerdo con la apertura de su haz, como se observa el la Tabla 9. La apertura del haz

500

de un proyector (o ángulo de haz) se define como el ángulo, en un plano que contiene al eje del haz, sobre el cual la intensidad

400

Imax/2

luminosa disminuye hasta un porcentaje determinado (generalmente 50% o 10%) de su valor pico (Fig. 16). 300 Descripción

Apertura del haz (al 50% Ιmax)

Haz estrecho

< 20°

Haz medio

20° a 40°

Haz ancho

> 40°

200 100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10

Tabla 9. Clasificación de la apertura del haz.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Figura 17. Diagrama cartesiano.

50% I max Diagrama isocandela

Con el fin de evitar coordenadas curvas, como sucede en el sistema de ángulos sólidos, y para facilitar la lectura de las coordenadas, se trazan éstas en un sistema rectangular. Los ángulos de los planos C y B se dan sobre el eje horizontal, los ángulos γ y β en el vertical.

β

El diagrama puede compararse con el de proyección acimutal, pero hay que tener en cuenta que:

Imax

- No hay relación lineal entre los rectángulos del diagrama y los ángulos sólidos. - Que la línea γ = 0 ó β = 0 representa en realidad un punto.

Apertura del haz

50% I max Figura 16

Para un proyector con distribución de la intensidad de la luz rotacionalmente simétrica (es decir, una distribución que permanece sin cambios independientemente del plano que contiene al eje del haz que se considere) se puede establecer una cifra para la apertura del haz, por ejemplo 28° a ambos lados del eje del haz. En los casos de distribución asimétrica, como la proporcionada por los proyectores rectangulares, se dan dos cifras: por ejemplo 6°/24°, ya que el haz se disemina en los dos planos mutuamente perpendiculares de simetría (vertical y horizontal respectivamente). En ocasiones, la distribución en el plano vertical de dichos proyectores es asimétrica con relación al eje del haz. En ese caso, se dan dos cifras para la apertura del haz en este plano: por ejemplo 5º - 8º/24º, esto es 5º por encima y

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84

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Capítulo 7. LUMINARIAS

Capítulo 7. LUMINARIAS

del país que los haga.

80

Cuando se aplica a la fotometría de estos tipos de luminarias el eje de referencia es siempre vertical y dirigido hacia el punto

70

más bajo (nadir).

60

Todos los sistemas constan de un haz de planos con un eje de intersección, a veces llamado “eje de rotación”.

Planos B

50

En cada caso una dirección en el espacio está caracterizada por un ángulo medido entre dos planos y un ángulo medido en

40

uno de los planos.

30

Los sistemas difieren entre sí con respecto a la orientación del eje de intersección en el espacio en relación con el eje de la

20

luminaria. Para ensayar proyectores, se usan sistemas adaptados al eje horizontal, pero su denominación varía en los diferentes países.

10 0

EJE X 70

-10

7.7. Eficiencia de las luminarias

50% de Imax

-20

La eficiencia de una luminaria se encuentra expresada en términos de su ndice de Salida de Luz (Light Output Radio – I.o.r.)*. A este

-30 -40

índice se lo define como la porción de salida de luz de la luminaria con respecto a la suma de las salidas individuales de luz de las

30

lámparas cuando éstas son usadas fuera de la luminaria.

20

-50

15

El índice de salida de luz definido de este modo es el “I.o.r.” total de la luminaria y es igual a la suma de los “I.o.r.” hacia arriba y hacia

-60 5

10

-80 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10

0

10

abajo. 3

-70 20

30

40

50

60

70

80

Angulos Beta Figura 18. Diagrama isocandela para el sistema B-.

* El término utilizado en U.S.A. es “eficiencia de la luminaria”.

7.6. Datos básicos fotom tricos Hemos visto que en las hojas de información de luminarias aparecen una serie de diagramas que nos indican las peculiaridades fotométricas de la misma. En este apartado vamos a ver dos términos asociados a la obtención de dichas curvas.

7.6.1. Centro fotom trico La mayoría de los cálculos que se realizan se hacen bajo la suposición de que las luminarias son fuentes de luz puntuales, por eso hay que buscar un punto del espacio limitado por la luminaria que nos sitúe la fuente luminosa puntual imaginaria equivalente. Para ángulos próximos al nadir, prácticamente no existen diferencias entre datos fotométricos de una misma luminaria dados por distintos laboratorios de medida. Donde sí pueden existir diferencias es para ángulos grandes, por ejemplo 80º y 88º, si no se establece de un modo inequívoco dónde está situado el centro fotométrico de la luminaria. El centro fotométrico es un punto de una luminaria o de una lámpara a partir del cual se cumple mejor la ley de la inversa del cuadrado de la distancia en la dirección de la intensidad máxima. O lo que es lo mismo, es el punto donde se sitúa, con el único fin de simplificar los cálculos fotométricos, la fuente luminosa puntual imaginaria, que tiene la misma distribución espacial de intensidades luminosas que la luminaria. La C.I.E. ha establecido en sus publicaciones las reglas para localizar dicho centro fotométrico para diferentes tipos de luminarias.

7.6.2. Sistemas de coordenadas fotom tricas Cada una de las direcciones del espacio por la cual se radia una intensidad luminosa, queda determinada por dos coordenadas. En las hojas de información fotométrica para luminarias de interior, alumbrado público y proyectores, se utilizan principalmente las representaciones obtenidas mediante tres sistemas de coordenadas, que son los más usados normalmente. Dichos sistemas son los A-α, B-β y C-γ. El sistema de coordenadas C-γ está definido en las publicaciones de la C.I.E. Sin embargo, no hay un acuerdo internacional sobre la definición de los sistemas A-α y B-β y los ensayos, para la obtención de estos dos últimos, son distintos en función

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Capítulo 8.

L MPARAS

8.1.

Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

8.2.

Termorradiación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

8.3.

Luminiscencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

8.4.

Condiciones que deben reunir las lámparas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

8.5.

Lámparas incandescentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

8.6.

Lámparas de descarga en vapor de mercurio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

8.7.

Lámparas de descarga en vapor de sodio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

8.8.

Lámparas de inducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

8.9.

Tablas de características . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

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Capítulo 8. L MPARAS

Capítulo 8. L MPARAS

8.1. Generalidades

50 %

En el capítulo 1 hemos estudiado la naturaleza dual de la luz y en el capítulo 2, el proceso de cómo las radiaciones visibles se Porcentaje de radiación visible

40

manifiestan en luz a través de la visión. Como hemos comentado, la luz se compone de radiaciones electromagnéticas en forma de ondas, que pueden producirse de forma muy variada según las causas que la provoquen. Si la causa se debe exclusivamente a la temperatura del cuerpo radiante, el fenómeno se llama termorradiación, en todos los demás casos luminiscencia. La Fig. 1 da una idea general sobre los principales agentes físicos que intervienen en la producción de luz y sus respectivas fuentes.

PRODUCCION DE LUZ Termorradiación

Luminiscencia

30

20

10

0

10

5.000

K

10.000

Temperatura Combustión Incandescencia

Descarga en el seno de un gas

Radiación de un cuerpo sólido

Figura 2. Radiación visible en función de la temperatura absoluta.

8.2.1. Termorradiación natural Natural

En la propia naturaleza encontramos un ejemplo evidente de producción de luz a gran escala mediante la termorradiación que nos brindan el Sol y las demás estrellas similares a él. El Sol es una enorme bola de hidrógeno en estado incandescente en la que una radiación nuclear está transformando

Artificial

Llama Luz de gas Arco eléctrico Lámpara incandescente

constantemente hidrógeno (H2) en Helio (He). En el proceso se liberan tremendas cantidades de energía que son liberadas al

Rayo

Luciérnaga

Lámpara de vapor metálico Lámpara de gas noble Lámpara de efluvios Lámpara Xenón

Sustancia luminiscente Placa luminosa Lámpara de cuerpo sólido Fuente de luz radioactiva

Sol

Universo. De la energía emitida por el Sol, cerca de un 40% de la radiación se transforma en luz visible, el cual corresponde al máximo “rendimiento óptico” a 6.500 K.

Figura 1. Cuadro de los agentes físicos que intervienen en la producción de luz.

8.2.2. Termorradiación artificial Se obtiene luz por termorradiación artificial, calentando cualquier materia o cuerpo sólido a una elevada temperatura, bien sea por combustión o incandescencia.

8.2. Termorradiación Se conoce con esta denominación la radiación (calor y luz) emitida por un cuerpo caliente.

Luz de la llama de alumbrado

La energía de esta radiación depende única y exclusivamente de la capacidad calorífica del cuerpo radiante. La luz que se obtiene va

El radiador térmico más antiguo de la historia y también el más primitivo fue la llama de alumbrado producida por la combustión

siempre acompañada de una cuantiosa radiación térmica que, por lo general, constituye una fuente de pérdida de energía cuando de

de una antorcha encendida, siguiéndole la lámpara de aceite, la de petróleo y la vela de cera, que fueron las fuentes de

lo que se trata es de producir luz.

alumbrado más utilizadas en la antig edad.

Al calentar un trozo de carbón, hierro, oro, wolframio o cualquier otro material, se obtiene una radiación visible que se aprecia por el

A principios del siglo XIX comenzó a usarse el gas de carbón mineral (hulla) para obtener una llama de alumbrado, en lugar de

color de incandescencia que adquiere el cuerpo y que varía según la temperatura, tal como se muestra en la Tabla 1.

las hasta entonces sustancias sólidas (cera, sebo) y líquidas (aceite, petróleo). En un principio se obtenía la luz de su llama directa y más tarde mediante la camisa incandescente de Auer.

Temperatura °C

Color de incandescencia

0.400

rojo - gris incipiente

0.700

rojo - gris

0.900

rojo - oscuro

distancia, se produce entre sus puntas un potente arco eléctrico permanente.

1.100

rojo - amarillo

El arco eléctrico en sí, sólo produce un 5% de la luz emitida, correspondiendo el resto a los cráteres incandescentes formados

1.300

rojo - claro

en sendas barras de carbón. Esta clase de arco, cuya intensidad de corriente es bastante elevada, no debe confundirse con los

1.500

rojo - blanco incipiente

2.000 en adelante

rojo - blanco

Luz del arco el ctrico Si dos barras de carbón en contacto, por las que circula una corriente eléctrica, se separan rápidamente hasta una determinada

arcos de descarga gaseosa. Luz de un cuerpo incandescente en el vac o

Tabla 1. Colores de incandescencia a distintas temperaturas.

Al circular una corriente eléctrica por una resistencia óhmica, ésta se calienta y, si ello tiene lugar en el vacío, se pone Todas las leyes estudiadas y formuladas para el radiador ideal pueden resumirse en una sola: “El porcentaje de radiación visible aumenta

incandescente adquiriendo un color rojo-blanco a temperaturas comprendidas entre los 2.000 y 3.000 °C, en cuyo caso emite

en función de la temperatura del radiador”.

luz y calor igual que un perfecto termorradiador.

Como puede observarse en la Fig. 2, a los 6.500 K se obtiene el máximo rendimiento y sería inútil aumentar la temperatura del radiador

El primero que puso en práctica este principio fue Henrich Goebel que en 1854 construyó las primeras “lámparas

con la pretensión de conseguir un rendimiento mayor al 40%.

incandescentes” eléctricas, valiéndose de unos frascos de colonia vacíos en los que encerró herméticamente un filamento

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Capítulo 8. L MPARAS

Capítulo 8. L MPARAS

hecho con fibras de bambú carbonizadas. Sin embargo, fue el americano Thomas Alva Edison quien en 1879 “posdescubrió”

Por lo tanto, las distintas capas de energía corresponden a un nivel de energía perfectamente determinado y por ello no pueden existir

la lámpara incandescente con filamento de carbón y le dio una utilidad práctica como artículo de serie. Paralelamente a Edison,

estados intermedios. De aquí se deduce que para excitar a un átomo se necesita una cantidad de energía exactamente determinada,

el inglés Swan también logró una lámpara incandescente usual.

la cual es emitida en forma de radiación y/o desprendimiento de calor al recuperar el átomo su forma fundamental.

El filamento de carbón: Las lámparas utilizadas en los años de 1880 a 1909, eran de filamento de carbón, compuesto de fibras

La emisión de la energía transformada en este proceso desde el punto de vista atómico, se produce en porciones o partes discontinuas

de bambú o papel “coquizadas”.

denominadas cuantos de energía (B hr postuló que el electrón no podía girar a cualquier distancia del núcleo, sino en ciertas órbitas

El punto de fusión de este filamento era aproximadamente de 3.700 °C, pero debido a su elevado índice de vaporización, las

solamente). Sin embargo, en el campo de la Luminotecnia práctica, la luz emitida en esa transformación se considera emitida de manera

lámparas sólo podían construirse para una temperatura de servicio de unos 1.900 °C. Por ello, el rendimiento luminoso no

continua en forma de ondas electromagnéticas, lo cual resulta aceptable para los casos normales de su aplicación.

llegaba a ser realmente de más de 3 a 5 lm/W.

Mediante la teoría de los cuantos de energía formulada por Max Plank, se demuestra que los distintos elementos químicos, al ser

El filamento met lico: A principios de siglo se inició una búsqueda con el propósito de encontrar metales que pudieran sustituir

excitados, no emiten un espectro continuo debido a la diferente estructura de sus capas electrónicas, sino solamente longitudes de

ventajosamente al filamento de carbón. Entre los metales difícilmente fusibles se encontraban el osmio, tantalio y

onda muy particulares (líneas) dentro de todo el espectro electromagnético; estos espectros se conocen con el nombre de espectros

principalmente el wolframio.

de líneas. Cada sustancia posee un espectro de líneas característico, lo cual también ocurre con los gases luminiscentes, como por

El punto de fusión del wolframio es de aproximadamente 3.400 °C, con un índice de evaporación notablemente inferior al del

ejemplo el vapor de sodio, cuyo espectro está compuesto por una doble línea amarilla cuyas longitudes de onda corresponden a 589

carbón. Con una duración de la lámpara de aproximadamente 1.000 horas, la temperatura de incandescencia del filamento

y 589´6 nm respectivamente.

llegaba a los 2.400 °C y con ello se obtenía un rendimiento luminoso de 8 a 10 lm/W.

Según el procedimiento físico empleado para excitar los átomos, el tipo de radiación y la forma en que se emite se distinguen varias clases de luminiscencia.

8.3. Luminiscencia

Luz de descarga el ctrica en el seno de un gas En todos los gases, principalmente los que contienen las lámparas de descarga, además de átomos de gas neutrales, se

Con este nombre se conocen aquellos fenómenos luminosos cuya causa no obedece exclusivamente a la temperatura de la sustancia

encuentran siempre algunas cargas eléctricas libres (electrones).

luminiscente. Dichos fenómenos se caracterizan porque sólo ciertas partículas de los átomos de la materia, los electrones, son incitados a producir radiaciones electromagnéticas. Para comprender dicho fenómeno de la luminiscencia hemos de estudiar el átomo según el modelo atómico de B rh.

E A

Rangos de enrg a de los electrones 1

e3 e2 e1

E

2

3

4

f

f1

m

≈ W

A S

C

Figura 4. Tubo de descarga de gas.

6

5

E

Si en un tubo de descarga (Fig. 4) se aplica una corriente continua al ánodo A (+) y al cátodo C (-), se crea entre A y C un campo eléctrico que acelera las cargas negativas (electrones) y las precipita hacia el ánodo. Al alcanzar un electrón una

f2

determinada velocidad, posee ya energía cinética suficiente para excitar un átomo de gas. Si la velocidad del electrón al chocar E = Electrón

A= Absorción

con el átomo del gas es aún mayor, el impacto puede provocar incluso el desprendimiento de un electrón de la corteza atómica,

= Emisión de energia

S= Emisión

con lo cual el átomo queda con un electrón menos en su configuración, es decir, se obtiene un ión positivo; este fenómeno 1

Excitación débil

3

2

Excitación fuerte

4

Excitación energética forzada (láser) 5

Emisión escalonada, W con cesión de calor

6

se denomina ionización por choque. De esta forma aumenta aún más el número de electrones libres, pudiendo llegar incluso

Fosforescencia

a aumentar torrencialmente si la corriente eléctrica por ellos producida no se limita mediante una resistencia apropiada

m = Nivel de acumulación

(estabilizador). Junto con los electrones libres o desprendidos, se encuentran también iones positivos que se desplazan en sentido contrario Figura 3. Modelo atómico de B hr.

al de los electrones, es decir hacia el cátodo, aunque debido a su pequeña velocidad no pueden provocar ninguna excitación de otras partículas gaseosas, sino que, por el contrario, transcurrido un breve espacio de tiempo, toman de nuevo un electrón

Según este modelo, cada átomo está formado por un núcleo atómico positivo y por una envoltura de electrones negativos, distribuidos

a cambio de una emisión de energía.

en capas, que giran alrededor del núcleo siguiendo órbitas determinadas. En el átomo normalmente existe un equilibrio eléctrico, es

Conforme con el gas noble o gas metálico con que se llene el recipiente de descarga se obtendrán, mediante la excitación

decir, el número de cargas positivas es igual al número de cargas negativas (electrones). Este equilibrio se denomina estado

atómica anteriormente citada, los espectros de líneas o colores de luz característicos del elemento químico elegido. Por ejemplo,

fundamental del electrón E, y para los electrones de la órbita más interna, es idéntico a la línea de base f (Fig. 3).

si el gas es neón, el color de la luz es rojo-anaranjado, y si es vapor de mercurio blanco-azulado.

Si desde el exterior se suministra al átomo una determinada cantidad de energía, se excita el electrón E y es desplazado de su órbita

Todos estos fenómenos tienen lugar dentro de un volumen comprendido entre dos electrodos, que queda limitado por la pared

normal a la siguiente o a otra más externa, absorbiendo así la cantidad de energía suministrada. El electrón se sitúa a un nivel de energía

del recipiente de descarga. Este volumen forma una columna gaseosa de descarga.

superior (líneas de nivel e1, e2, e3, etc. de la Fig. 3). Tras un corto tiempo de permanencia en este nivel, el electrón salta de nuevo a

Si la alimentación del tubo de descarga se hace con corriente alterna en vez de continua, los electrodos cambian

su posición inicial (línea f de la Fig. 3) y emite la cantidad de energía absorbida en un principio, generalmente en forma de radiación

periódicamente su función, actuando unas veces de cátodo y otras de ánodo; pero, por lo demás, el fenómeno de la producción

electromagnética.

luminosa es el mismo.

Si la cantidad de energía suministrada es mayor, el electrón E puede llegar a alcanzar instantáneamente una órbita más externa. A

Las condiciones de la descarga eléctrica en el seno de un gas, para la producción de luz, dependen fundamentalmente de la

consecuencia del mayor rango de energía conseguido, la radiación emitida al volver el electrón a la base f será más rica en energía.

presión del gas o vapor que exista en el interior del tubo de descarga, de ahí que se distingan tres tipos de descarga:

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92

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Capítulo 8. L MPARAS

Capítulo 8. L MPARAS

- Descarga a baja presión.

Se llama “fluorescencia” a todos aquellos fenómenos de luminiscencia en los que la radiación luminosa permanece mientras

- Descarga a alta presión.

dura la excitación. El caso contrario es la fosforescencia.

- Descarga a muy alta presión.

Fosforescencia

Cuanto más alta es la presión, las líneas espectrales se ensanchan formando bandas cada vez mayores, con lo cual mejora el espectro cromático.

La fosforescencia tiene lugar cuando en determinadas sustancias luminiscentes persiste la radiación luminosa aún después de

En las lámparas de vapor metálico se requiere vaporizar primeramente el metal, que en frío se encuentra en estado sólido o

cesar la excitación. Este fenómeno corresponde al hecho de que, por debajo de unos niveles de energía (perteneciente a las

líquido; por ello se llenan estas lámparas con gas noble que es el primero que se inflama, suministrando el calor necesario para

capas electrónicas) de algunos componentes químicos, como sulfuros, seleniuros u óxidos de los metales alcalinotérreos, existe

la vaporización del metal.

aparte un “nivel de acumulación” que impide que los electrones vuelvan rápidamente a su posición inicial. Los electrones que por su excitación llegan a ese nivel de acumulación sólo pueden recuperar lentamente su estado

Descarga el ctrica a alta tensión entre electrodos fr os (tubos de gases nobles)

fundamental, siendo entonces cuando la sustancia sigue emitiendo luz. Este fenómeno puede durar desde fracciones de

Para suministrar la cantidad suficiente de electrones libres en este tipo de descarga, se utilizan electrodos fríos construidos la

segundo a meses (dependiendo del tipo de material y la temperatura).

mayoría de las veces de chapa de cromo-níquel.

Electroluminancia

El llenado del tubo de descarga se hace con gases nobles como son el neón, que emite una luz intensa de color rojoanaranjado, o el helio que emite una luz de color rosa-claro, y también con vapores metálicos, especialmente el vapor de

Para producir este fenómeno, en lugar de una radiación excitadora, se puede utilizar también directamente un campo

mercurio que emite una luz blanco-azulado y, mezclado con el gas neón, una luz de color azul intenso.

eléctrico para “elevar” electrones a un nivel superior de energía. Esto se consigue insertando una sustancia luminiscente

Las tensiones de arranque y de funcionamiento son elevadas, necesitándose de 600 a 1.000 voltios por metro de longitud. El

entre dos capas conductoras y aplicando al conjunto una corriente alterna lo mismo que si se tratara de un condensador de

consumo de potencia media, también por metro de longitud, es de unos 33 W, con un rendimiento luminoso de 2´5 a 5 lm/W:

placas.

Debido a este bajo rendimiento luminoso, los tubos de gas noble apenas si han tenido aplicación en el alumbrado de interiores, pero

Esta forma de obtención de luz (manifestada por un centelleo de moderado esplendor) se ha realizado en las llamadas placas

sí han jugado un papel importante en los anuncios luminosos, por la facilidad de poder ser moldeados en forma de letras para rótulos.

luminosas de aplicación en salas de enfermos, numeración de portales de edificios, iluminación de escaleras, etc.

Descarga el ctrica a baja tensión entre electrodos calientes (lámparas de vapor metálico)

Inyectoluminiscencia

Si se introduce en un tubo de vidrio previamente evacuado una cierta cantidad de sodio sólido o mercurio líquido y un gas

Se trata aquí, en cierto modo, del caso contrario al principio fotoeléctrico en que se basan los fotómetros que se emplean para

noble para lograr transformar el metal en vapor al producirse la descarga eléctrica, se obtiene una descarga de vapor metálico

medir la luz. Mientras que en el fotómetro tiene lugar una transformación de energía luminosa en energía eléctrica (en forma

en el seno de un gas, que puede incluso provocarse a una tensión baja normal (220 V), con electrodos precalentados o

de una minicorriente), al aplicar la inyecto-luminiscencia a una lámpara llamada de cuerpo sólido, de una energía eléctrica, se

calentados (cátodos calientes). Las lámparas de vapor de sodio y de vapor de mercurio funcionan según este principio.

produce recíprocamente una energía luminosa (radiación cromática), que tiene muy buena aplicación para procedimientos

De todo lo expuesto hasta ahora, se deduce que la luz emitida por las lámparas de vapor metálico depende de forma decisiva

sencillos de pequeñas señalizaciones.

del espectro de líneas del vapor metálico elegido; así pues, la lámpara de vapor de sodio da una luz monocromática de color

Una lámpara de cuerpo sólido se obtiene incrustando en la malla de un semiconductor determinados átomos extraños, de

amarillo-anaranjado, y la de vapor de mercurio una luz verde-azulada.

forma que éste quede dividido en dos partes, una con exceso de electrones y otra con defecto.

Los espectros discontinuos de estas lámparas se mejoran por distintos medios:

Radioluminiscencia (luz producida por sustancias radioactivas)

En las de mercurio: - Por combinación con luz incandescente (lámparas de luz mezcla).

En este caso, la emisión luminosa se basa en la irradiación de una sustancia luminiscente con rayos que resultan de la

- Por combinación con una capa fluorescente (lámparas de vapor de mercurio, color corregido).

desintegración natural de una materia radiactiva, como por ejemplo el uranio y sus isótopos. Este principio de la producción de

- Añadiendo halógenos metálicos (lámparas de vapor de halogenuros metálicos).

luz se aplica a la llamada lámpara de isótopos, que no necesita en absoluto ser alimentada con corriente eléctrica.

En las de sodio:

Bioluminiscencia

- Por combinación con luz de mercurio en un recipiente de metal transparente, a alta presión de llenado (lámparas de

La bioluminiscencia es un fenómeno luminoso que se manifiesta débilmente en la Naturaleza, consistente en el destello

vapor de sodio a alta presión).

emitido por los gusanos de luz, algunas clases de peces, algas marinas, madera podrida y similares.

Fotoluminiscencia (lámparas fluorescentes de baja presión)

Este fenómeno se debe al proceso de oxidación de algunas sustancias químicas u orgánicas especiales, como las que poseen

Por fotoluminiscencia se entiende fundamentalmente la excitación a la luminiscencia de determinadas sustancias mediante una

las luciérnagas y las bacterias fotógenas, en contacto con el oxígeno del aire o del agua.

radiación, la mayoría de las veces radiación ultravioleta de onda corta. Las sustancias luminiscentes empleadas sólo emiten luz

Hasta ahora no se ha logrado reproducir artificialmente este fenómeno de la Naturaleza.

mientras son excitadas por la radiación ultravioleta de onda corta, la cual transforman en una radiación de onda más larga (luz en el espectro visible).

8.4. Condiciones que deben reunir las lámparas

Como sustancias luminiscentes se emplean, entre otras, el wolframato de calcio, wolframato de magnesio, silicato de zinc, silicato de cadmio, borato de cadmio, halofosfatos, etc.

8.4.1. Distribución espectral de la radiación total

Cada una de estas sustancias luminiscentes emite un determinado color de luz. Mediante una mezcla apropiada de estas sustancias, se puede obtener prácticamente cualquier color de luz compuesto que se desee. Si se consigue que la de emisión

Para que las lámparas como transformadoras de energía pudieran trabajar con un alto rendimiento, casi toda la energía

de cada uno de los componentes cromáticos se superpongan, se obtiene un espectro continuo que, además, puede variar

absorbida deberían transformarla en radiación visible. Por otra parte su luz debería ser blanca como la del día y con buena

desde el blanco luz día hasta el blanco cálido.

reproducción cromática, lo cual exige un espectro continuo que contenga todos los colores principales desde el violeta hasta el

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Capítulo 8. L MPARAS

Capítulo 8. L MPARAS

rojo, pero como la sensibilidad del ojo es máxima para la radiación amarillo-verdosa, lo más favorable en cuanto a rendimiento luminoso se refiere es obtener el porcentaje mayor de radiación en la zona 555 nm.

Mientras que las lámparas incandescentes por su alto contenido en rojo (a excepción de las lámparas de color), sólo pueden radiar un color blanco cálido, los colores de luz de las lámparas de descarga están determinados por los gases o vapores para

8.4.2. Luminancia

ellas elegidos, por ejemplo el color amarillo de la descarga del vapor de sodio, o el azul pálido de la de vapor de mercurio. Se

Las lámparas luz que se emplean preferentemente al descubierto no deben tener una luminancia elevada, con el fin de que

pueden obtener otras variantes cromáticas, combinando diferentes vapores metálicos o modificando la presión de vapor.

su efecto de deslumbramiento se mantenga dentro de unos límites soportables. El valor de la luminancia admisible depende

Con las lámparas fluorescentes se ofrece la posibilidad de conseguir cualquier matiz que se desee, mediante la selección o

del tipo de aplicación.

mezcla de una gran cantidad de sustancias luminiscentes conocidas, para adaptarlas a cada tipo de aplicación.

Por el contrario, las lámparas que se utilizan en luminarias pueden tener grandes luminancias, ya que en ellas se amortigua el

8.4.6. Calidad de reproducción cromática

efecto de deslumbramiento. En general, la luminancia que se puede obtener de una lámpara depende del sistema adoptado para la producción de luz, es

La reproducción cromática se refiere al aspecto del color que presentan las superficies iluminadas. Su calidad reproductora no

decir, de la naturaleza física de la fuente y de si ésta es puntual, lineal o plana. La luminancia de las lámparas nunca puede

sólo depende de la tonalidad de la luz incidente, sino fundamentalmente de su composición espectral. Por lo tanto, la

aumentarse mediante cualquier sistema óptico pero sí debilitarse, por ejemplo con capas difusoras.

temperatura de color se refiere únicamente al color de la luz, pero no a su composición espectral. Así, dos fuentes de luz pueden tener un color muy parecido y poseer al mismo tiempo unas propiedades de reproducción cromática muy diferentes.

8.4.3. Distribución de la intensidad luminosa

La mayoría de las veces lo que se exige de una lámpara es una buena reproducción cromática, lo cual requiere una distribución

La radiación de una lámpara no es igual en todas las direcciones del espacio, siendo afectada por la posición del casquillo, los

espectral diferente a la que se necesitaría para conseguir un elevado rendimiento luminoso.

soportes del cuerpo luminoso, etc., lo cual determina que cada tipo de lámpara posea una distribución típica de su intensidad

8.4.7. Constancia del flujo luminoso

luminosa. Las curvas de distribución luminosa son esenciales para proyectar instalaciones de alumbrado, así como para el diseño de

En la práctica no es posible conseguir el mantener el valor del flujo luminoso a un 100% en toda la duración de la fuente de

luminarias, porque su sistema óptico ha de ajustarse de tal forma a la curva de distribución luminosa de la lámpara, que la luz

luz, ya que se tiene en contra motivos físicos y tecnológicos.

sea dirigida al lugar o punto de máxima necesidad.

Los flujos luminosos que se suelen indicar en los catálogos se refieren, en el caso de las lámparas de incandescencia, a lámparas que no han funcionado todavía, y en el caso de las de descarga, a lámparas con 100 horas de funcionamiento, a las

8.4.4. Efecto biológico de la radiación emitida

cuales se considera se ha estabilizado el mismo.

Es necesario que las lámparas no emitan ninguna radiación que pueda resultar peligrosa para el hombre, bien sea de inmediato

8.4.8. Rendimiento luminoso

o a largo plazo. Con los radiadores térmicos como son las lámparas incandescentes, esta condición se cumple ya desde un principio (la mayoría de la radiación producida es infrarroja).

Como vimos en el capítulo 5, el máximo rendimiento luminoso que se podía conseguir en el caso más favorable era de 683

Algunas descargas de gases, principalmente las de vapor de mercurio, contienen por naturaleza un porcentaje de radiación

lm/W. Aunque no se puede llegar a ese valor, hoy en día se han conseguido lámparas con un rendimiento bastante alto que

ultravioleta que se puede clasificar en:

permiten obtener iluminaciones elevadas de forma relativamente económica.

- UV-A: Bronceadora o de onda larga (entre 315 y 380 nm.).

No obstante, en muchos casos hay que decidir cuál es la propiedad de la lámpara que resulta más valiosa, si un elevado

- UV-B: Antirraquítica o de onda media (entre 280 y 315 nm.). Favorece la producción en el cuerpo de la vitamina D.

rendimiento luminoso o una reproducción cromática extraordinariamente buena.

- UV-C: Bactericida o de onda corta (entre 200 y 280 nm.). Destruye gérmenes y materia orgánica. Estos efectos se

8.4.9. Vida media y vida til

pueden aumentar por la debilitación la capa de ozono de la atmósfera.

La vida media es un concepto estadístico que representa la media aritmética de la duración en horas de cada una de las

- UV-C: Ozonífera o de onda corta (entre 100 y 200 nm.). Este tipo de radiación es capaz de crear ozono de las mismas

lámparas de un grupo suficientemente representativo del mismo modelo y tipo.

características que el existente en la atmósfera. El efecto permanente de las radiaciones UV-B o UV-C produce quemaduras en la piel desnuda y conjuntivitis en los ojos que

La vida til es una magnitud referida a la práctica, dada igualmente en horas, al cabo de las cuales el flujo luminoso de una

no están protegidos. En las lámparas para alumbrado general esto puede evitarse con el empleo de clases de vidrio apropiadas

determinada instalación de alumbrado ha descendido a un valor tal, para el que la lámpara no es rentable aunque esté en

que absorban la radiación crítica.

condiciones de seguir funcionando.

8.4.5. Color apropiado para cada aplicación

8.4.10. Repercusiones en la red de alimentación

El color de luz de una lámpara se determina por la composición espectral de su radiación. En la Tabla 2 se establecen grupos

Cualquier lámpara moderna requiere que su funcionamiento no tenga una repercusión importante en la red de alimentación.

de luz para las lámparas empleadas en el alumbrado general:

Con lámparas incandescentes esta repercusión queda limitada a una sobreintensidad en el momento de la conexión, debido a su pequeña resistencia con la lámpara en frío.

Color de Luz

Temperatura de color

Incandescente-fluorescente

2.600-2.700 K

una resistencia aparente. Esto da lugar a que se obtenga un bajo factor de potencia (cos ), lo que supone una carga adicional

Blanco cálido

2.900-3.000 K

para la red y por ello debe ser compensado.

Blanco o blanco neutral

3.500-4.100 K

Blanco frío

4.000-4.500 K

Blanco luz día

6.000-6.500 K

Las lámparas de descarga eléctrica funcionan generalmente en conexión con una inductancia, representando para el circuito

8.4.11. Estabilización de lámparas con caracter stica de resistencia negativa Resistencia negativa es la propiedad que tienen algunas resistencias eléctricas, por ejemplo la de un arco de descarga, de disminuir su valor a medida que aumenta la intensidad de corriente que circula por ella. Ello obliga en las lámparas de descarga

Tabla 2

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Capítulo 8. L MPARAS

Capítulo 8. L MPARAS

a estabilizar la corriente con el fin de que no adquiera unos valores desmesurados que la puedan destruir. Esto se realiza

Las abreviaturas empleadas indican la posición principal de funcionamiento y el ángulo de inclinación admisible en grados.

fácilmente intercalando en el circuito de la lámpara resistencias inductivas, capacitivas y óhmicas.

Principales posiciones de funcionamiento: S (s) = Vertical (de pie, casquillo abajo).

8.4.12. Variaciones de la tensión de alimentación

H (h) = Vertical (colgando, casquillo arriba).

Las variaciones de la tensión de alimentación influyen en los datos luminotécnicos de cualquier lámpara. En las lámparas

P (p) = Horizontal (casquillo a un lado).

incandescentes afectan muy notablemente a la duración y temperatura de color, y en las de descarga, a las relaciones de

HS (hs) = Vertical (casquillo arriba o abajo).

presión del arco y con ello a las condiciones de descarga.

Universal = Permite cualquier posición de colocación. ngulos de inclinación admisibles:

8.4.13. Tiempo hasta que el flujo luminoso adquiere el r gimen normal

A la posición principal de funcionamiento sigue una cifra que señala la inclinación admisible en grados con respecto a aquella.

Las lámparas incandescentes se encienden inmediatamente emitiendo su flujo total. Las lámparas fluorescentes pueden hacerlo también si se emplean cebadores de arranque rápido, de no ser así, el encendido se efectúa con retraso después de uno o varios intentos.

20°

45°

Las otras lámparas de descarga precisan un tiempo de encendido de varios minutos, hasta que el vapor metálico adquiere la

60° 45°

presión necesaria y el flujo luminoso alcanza su máximo valor.

p 20

p 45

p 60

h 45

8.4.14. Posibilidad de reencendido inmediato Es la posibilidad de que la lámpara, después de apagada, tengan la posibilidad de un reencendido inmediato en caliente con plena emisión de flujo luminoso. Esta condición sólo la cumplen las lámparas incandescentes, las de vapor metálico presentan

150°

determinadas diferencias respecto a su posibilidad de reencendido inmediato, como se indica a continuación:

110°

- Lámparas de vapor de mercurio a alta presión: Necesitan un tiempo de enfriamiento de algunos minutos para poder

30°

h 110

reencender en caliente, y otro tiempo para alcanzar el flujo luminoso total. - Lámparas de halogenuros metálicos: Se comportan igual que las de vapor de mercurio, existiendo algunos tipos que

h 150

hs 30

45°

hs 45

Posición NO admisible

pueden reencender en caliente mediante aparatos especiales.

Posición admisible

- Lámparas de vapor de sodio a alta presión: Los tipos que poseen aparato de encendido separado reencienden en

Figura 5. Esquema de posiciones de funcionamiento.

caliente dentro de un minuto y alcanzan el flujo total prácticamente sin demora. Los otros tipos sin aparato de encendido separado se comportan de forma similar a las lámparas de vapor de mercurio. - Lámparas de vapor de sodio a baja presión: Se comportan como las lámparas de vapor de mercurio.

8.5. Lámparas incandescentes

8.4.15. Efecto estroboscópico

Como hemos dicho anteriormente, la lámpara incandescente es la fuente de luz eléctrica más antigua y aún la de uso más común. Es

En todas las fuentes de luz artificiales que funcionan con corriente alterna cesa su emisión cada vez que la corriente pasa por

también la que posee mayor variedad de alternativas y se puede encontrar en casi todas las aplicaciones, particularmente cuando se

en punto cero. Esto tiene lugar dos veces por periodo, por lo que para una frecuencia de 50 Hz. (periodos por segundo) se

requieren bajos flujos luminosos.

producirán 100 instantes de oscuridad por segundo.

Un descubrimiento relativamente reciente es la lámpara de wolframio halógena incandescente, que rápidamente ha abarcado muchas

El filamento de las lámparas incandescentes posee mucha inercia térmica, por lo que se produce un ligero descenso de la

áreas de aplicación en iluminación.

emisión luminosa por tal circunstancia, que pasa desapercibido por el ojo excepto cuando lámparas de poca potencia funcionan

8.5.1. Lámparas incandescentes convencionales

con redes de 25 Hz. En las lámparas de descarga que funcionan con redes de 50 Hz., el ojo no es capaz de apreciar las variaciones tan rápidas de

La lámpara incandescente produce luz por medio del calentamiento eléctrico de un alambre (el filamento) a una temperatura

luz que se producen, pero puede darse el caso de que las lámparas iluminen zonas en las que se realicen movimientos rápidos,

alta que emite de esta forma radiación dentro del campo visible del espectro.

observándose entonces como si estos movimientos se realizaran de forma intermitente e incluso como si estuvieran parados. Este fenómeno se conoce como efecto estroboscópico y se puede reducir hasta hacerlo insensible por medio de montajes especiales de alimentación de las lámparas, o donde se disponga de línea trifásica, distribuyendo su conexión entre las tres fases.

8.4.16. Posición de funcionamiento Una lámpara eléctrica generalmente está construida para una determinada posición de funcionamiento en la que presenta unas óptimas propiedades de trabajo. Fuera de esta posición, las propiedades cambian desfavorablemente, bien sea por sobrecalentamiento de la espiral, del casquillo o de la ampolla de vidrio, por desviación del arco de las lámparas de descarga o por variaciones del calor circundante. Por eso hay que tener en cuenta las tolerancias dadas en los correspondientes catálogos de las lámparas, a fin de evitar su agotamiento prematuro por inadecuada posición de funcionamiento.

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Casquillo

Temperatura inferior a 1.400 C Temperatura superior a 1.400 C Halógenos

Filamento de Tungsteno Haluro de Tungsteno

Part culas de Tungsteno

Filamento

Ampolla de cristal

Gas de relleno

Figura 7. Ciclo del halógeno. Figura 6. Lámpara incandescente convencional. La diferencia principal con una lámpara incandescente, aparte del aditivo de halógeno mencionado anteriormente, está en la Las partes principales de una lámpara incandescente son el filamento, los soportes del filamento, la ampolla, el gas de relleno

ampolla. Debido a que la temperatura de la ampolla debe ser alta, las lámparas halógenas son más pequeñas que las lámparas

y el casquillo.

incandescentes normales. La envoltura tubular está hecha de un vidrio de cuarzo especial (que no debe tocarse con los dedos).

Filamento: El utilizado en las lámparas modernas está hecho de wolframio (alto punto de fusión y bajo grado de evaporación).

Desde su introducción, las lámparas halógenas de wolframio han incursionado en casi todas las aplicaciones donde se utilizaban

Se logró mayor eficiencia lumínica enrollando el filamento en forma de espiral.

las lámparas incandescentes. Las ventajas de las lámparas halógenas de wolframio con respecto a las lámparas incandescentes

Ampolla: Es una cubierta de vidrio sellado que encierra al filamento y evita que tome contacto con el aire exterior (para que

normales son: mayor durabilidad, mayor eficiencia luminosa, menor tamaño, mayor temperatura de color y poca o ninguna

no se queme).

depreciación luminosa en el tiempo.

Gas de relleno: La evaporación del filamento se reduce rellenando la ampolla con un gas inerte. Los gases que comúnmente se utilizan son argón y nitrógeno.

8.6. Lámparas de descarga en vapor de mercurio

En estas lámparas, la energía luminosa obtenida es muy poca comparada con la energía calorífica que irradia, es decir, gran parte de la energía eléctrica transformada se pierde en calor y por ello su eficacia luminosa es pequeña (es una lámpara

En esta parte vamos a ver las lámparas de descarga en cuyo tubo de descarga se introduce vapor de mercurio. Se incluyen las lámparas

derrochadora de energía).

fluorescentes, las lámparas fluorescentes compactas, las lámparas de mercurio a alta presión, las lámparas mezcla y las lámparas de

Estas lámparas tienen la ventaja de que se conectan directamente a la red, no necesitando ningún equipo auxiliar para su

halogenuros metálicos.

funcionamiento.

8.6.1. Lámparas fluorescentes

8.5.2. Lámparas halógenas de wolframio

La lámpara fluorescente es una lámpara de descarga en vapor de mercurio de baja presión, en la cual la luz se produce

La alta temperatura del filamento de una lámpara incandescente normal causa que las partículas de wolframio se evaporen y

predominantemente mediante polvos fluorescentes activados por la energía ultravioleta de la descarga.

se condensen en la pared de la ampolla, dando por resultado un oscurecimiento de la misma. Las lámparas halógenas poseen

La lámpara, generalmente con ampolla de forma tubular larga con un electrodo sellado en cada terminal, contiene vapor de

un componente halógeno (yodo, cloro, bromo) agregado al gas de relleno y trabajan con el ciclo regenerativo de halógeno para

mercurio a baja presión con una pequeña cantidad de gas inerte para el arranque y la regulación del arco. La superficie interna

prevenir el oscurecimiento.

de la ampolla está cubierta por una sustancia luminiscente (polvo fluorescente o fósforo) cuya composición determina la

El wolframio evaporado se combina con el halógeno para formar un compuesto wolframio halógeno. A diferencia del vapor de

cantidad de luz emitida y la temperatura de color de la lámpara.

wolframio, se mantiene en forma de gas, siendo la temperatura de la ampolla suficientemente elevada como para prevenir la condensación. Cuando dicho gas se acerca al filamento incandescente, se descompone debido a la elevada temperatura en

Capa fluorescente (luminóforo).

Casquillo

wolframio, que se vuelve a depositar en el filamento, y en halógeno, que continúa con su tarea dentro del ciclo regenerativo Luz visible

(Fig. 7). Electrón libre

1 2

Radiaciones ultravioletas

Electrodos de Wolframio con materia emisora de electrones

Atmosfera de Argón y vapor de mercurio

1

Atomo de mercurio

Tubo de vidrio transparente Longitud

Figura 8. Lámpara fluorescente.

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Capítulo 8. L MPARAS

Las partes principales de la lámpara fluorescente son la ampolla, la capa fluorescente, los electrodos, el gas de relleno y los

Ignición

casquillos.

La ignición se logra por medio de un electrodo auxiliar o de arranque, ubicado muy cerca del electrodo principal y conectado

Ampolla: La ampolla de una lámpara fluorescente normal está hecha de vidrio cal-soda suavizado con óxido de hierro para

al otro a través de una resistencia de alto valor (25 k Ω). Cuando se enciende la lámpara, un gradiente de alto voltaje ocurre

controlar la transmisión ultravioleta de onda corta.

entre los electrodos principales y de arranque, e ioniza el gas de relleno de esta zona en forma de descarga luminiscente, siendo

Revestimientos fluorescentes: El factor más importante para determinar las características de la luz de una lámpara fluorescente

la corriente limitada por una resistencia. La descarga luminiscente luego se expande por todo el tubo de descarga bajo la

es el tipo y composición del polvo fluorescente (o fósforo) utilizado. ste fija la temperatura de color (y como consecuencia la

influencia del campo eléctrico entre los dos electrodos principales.

apariencia de color), el índice de reproducción del color (IRC) y, en gran parte, la eficiencia lumínica de la lámpara.

Cuando la descarga luminiscente alcanza el electrodo más distante, la corriente aumenta en forma considerable. Como

Tres grupos de fósforos se utilizan para producir las diferentes series de lámparas con diferentes calidades de color (fósforos

resultado, los electrodos principales son caldeados hasta que la emisión aumenta lo suficiente como para permitir que la

standard, tri-fósforos y multi-fósforos).

descarga luminiscente cambie completamente a una descarga de arco, sin que el electrodo auxiliar desempeñe otra función

Electrodos: Los electrodos de la lámpara, que poseen una capa de material emisor adecuado, sirven para conducir la energía

en el proceso a causa de la alta resistencia conectada en serie con él.

eléctrica a la lámpara y proporciona los electrones necesarios para mantener la descarga.

En esta etapa, la lámpara funciona como una descarga de baja presión (semejante a la de una lámpara fluorescente). La

La mayoría de los tubos fluorescentes poseen electrodos que se precalientan mediante una corriente eléctrica justo antes del

descarga llena el tubo y posee una apariencia azulada.

encendido (se llaman lámparas de electrodos precalentamiento siendo iniciado este precalentado por un arrancador

Encendido

independiente).

Habiendo sido ejecutada la ionización del gas inerte, la lámpara aún no quema en la forma deseada y no ofrece su máxima

Gas de relleno: El gas de relleno de una lámpara fluorescente consiste en una mezcla de vapor de mercurio saturado y un gas

producción de luz, hasta que el mercurio presente en el tubo de descarga esté completamente vaporizado. Esto no ocurre hasta

inerte amortiguador (argón y kripton).

que haya transcurrido un tiempo determinado, denominado tiempo de encendido.

Bajo condiciones operativas normales, el mercurio se encuentra en el tubo de descarga tanto en forma líquida como de vapor.

Como resultado de la descarga de arco en el gas inerte se genera el caldeado resultando un rápido aumento de temperatura

El mayor rendimiento se logra con una presión de vapor de mercurio de alrededor de 0´8 Pa., combinado con una presión del

dentro del tubo de descarga. Esto causa la vaporización gradual del mercurio, aumentando la presión del vapor y concentrando

amortiguador de alrededor de 2.500 Pa. (0´025 atmósferas). Bajo estas condiciones, alrededor de un 90% de la energía

la descarga hacia una banda angosta a lo largo del eje del tubo. Con un mayor aumento en la presión, la energía radiada se

irradiada es emitida en la onda ultra-violeta de 253 7 nm.

concentra en forma progresiva en las líneas espectrales de longitudes de onda mayores y se introduce una pequeña porción

En las lámparas fluorescentes, la temperatura de color está comprendida entre 2.700 K y 6.500 K., con una curva de distribución

de radiación continua, de manera tal que la luz se torna más blanca. Con el tiempo, el arco logra un punto de estabilización y

espectral discontinua que reproduce colores según la composición de la sustancia fluorescente que recubre la pared interior

se dice que la lámpara alcanza el punto de equilibrio termodinámico total. Todo el mercurio entonces se evapora, y la descarga

del tubo.

ocurre en vapor de mercurio no saturado.

Cada radiación luminosa total resultante es la suma de la radiación del espectro discontinuo más la de una distribución espectral

El tiempo de encendido, que se define como el tiempo necesario de la lámpara desde el momento de ignición para alcanzar

continua, cada vez más eficaz con el empleo de fósforos especiales.

un 80% de su producción máxima de luz, es de aproximadamente cuatro minutos.

De esta forma se fabrican tubos fluorescentes con varias tonalidades de luz e índices de reproducción cromáticos clasificados,

Estabilización

según las normas C.I.E. entres grandes grupos:

La lámpara de mercurio de alta presión, como la gran mayoría de las lámparas de descarga, posee una característica de

- Luz blanca día: TC > 5.000 K.

resistencia negativa y, por lo tanto, no puede operar por su cuenta en un circuito sin un balasto adecuado para estabilizar el

- Blanco neutro: 5.000 K ≥ TC ≥ 3.000 K.

flujo de la corriente a través de ella.

- Blanco cálido: TC < 3.000 K.

Partes principales En la Fig. 9 se pueden observar las partes principales de una lámpara de vapor de mercurio a alta presión.

En cada grupo existen varios tonos con una amplia variedad de temperaturas de color e índices de reproducción cromático, según cada fabricante, que cubren las necesidades de una amplia gama de aplicaciones.

Casquillo

Estas lámparas precisan un equipo auxiliar formado por un balasto e ignitor (cebador), además de un condensador de compensación para mejorar el factor de potencia.

Alambre Conductor-soporte

Los valores nominales de funcionamiento se alcanzan al cabo de cinco minutos. Cuando se apaga la lámpara, debido a la gran presión en el quemador, necesita enfriarse entre cuatro y quince minutos para encenderse nuevamente. Ampolla ovoide de vidrio duro

8.6.2. Lámparas de vapor de mercurio a alta presión Desde su introducción, la lámpara de vapor de mercurio a alta presión ha sido desarrollada a tal punto que la tecnología de

Sustancia fluorescente.

iluminación es apenas imaginable sin ella. En estas lámparas la descarga se produce en un tubo de descarga de cuarzo que contiene una pequeña cantidad de mercurio

Gas de relleno inerte a baja presión

y un relleno de gas inerte, generalmente argón, para ayudar al encendido. Una parte de la radiación de la descarga ocurre en

Resistencia ohmica en serie con cada electrodo auxiliar.

Electrodos auxiliares

la región visible del espectro como luz, pero una parte se emite también en la ultravioleta. Cubriendo la superficie interna de Tubo de descarga

la ampolla exterior, en la cual se encuentra el tubo de descarga, con un polvo fluorescente que convierte esta radiación

Electrodos principales

ultravioleta en radiación visible, la lámpara ofrecerá mayor iluminación que una versión similar sin dicha capa. Principios de funcionamiento

Apoyo Alambre conductor-soporte

Cuando se examina el funcionamiento de la lámpara de mercurio de alta presión, se deben considerar tres fases bien diferenciadas: ignición, encendido y estabilización.

Figura 9. Lámpara de vapor de mercurio a alta presión.

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Casquillo

Tubo de descarga y soporte: El tubo de descarga está hecho de cuarzo. Presenta una baja absorción a la radiación ultravioleta

Alambre Conductor-soporte

y a la visible, y posee la capacidad de soportar las altas temperaturas de trabajo involucradas. Electrodos: Cada electrodo principal se compone de una varilla de wolframio, cuyo extremo se encuentra revestido por una

Ampolla ovoide de vidrio duro

serpentina de wolframio impregnado con un material que favorece la emisión de electrones. El electrodo auxiliar es simplemente un trozo de alambre de molibdeno o wolframio colocado cerca de uno de los electrodos principales y conectado al otro mediante una resistencia de 25 k Ω.

Sustancia fluorescente.

Ampolla exterior: Para lámparas de hasta 125 W de potencia, la ampolla exterior puede ser de vidrio de cal-soda. Sin embargo,

Gas de relleno inerte a baja presión

las lámparas de potencias mayores se fabrican, generalmente, con vidrio duro de borosilicato, ya que puede soportar

Resistencia de arranque.

Tubo de descarga

temperaturas de trabajo mayores y golpes térmicos. La ampolla exterior, que normalmente contiene un gas inerte (argón o una mezcla de argón y nitrógeno), protege al tubo de

Electrodos principales

descarga de cambios en la temperatura ambiente y protege de corrosión a los componentes de la lámpara.

Filamento incandescente

Revestimiento de la ampolla: En la mayoría de las lámparas de mercurio de alta presión, la superficie interna de la ampolla exterior está cubierta por fósforo blanco para mejorar la reproducción de color de la lámpara y para aumentar su flujo luminoso.

Figura 10. Lámpara de luz mezcla.

El fósforo convierte una gran parte de la energía ultravioleta radiada por la descarga en radiación visible, predominantemente en el extremo rojo del espectro.

Filamento: El filamento, que también actúa como un balasto de resistencia para el tubo de descarga, es un alambre de

Gas de relleno: El tubo de descarga está relleno de un gas inerte (argón) y de una dosis precisa de mercurio destilado. El

wolframio enrollado igual que en la lámpara incandescente. Está conectado en serie con el tubo de descarga y situado junto o

primero es necesario para ayudar a originar la descarga y para asegurar una vida razonable para los electrodos de emisión

alrededor del mismo, para obtener buena mezcla de luz y para fomentar el rápido encendido del tubo.

recubiertos.

Gas de relleno en ampollas externas: Así como en las lámparas incandescentes, el gas de relleno en lámparas de luz mezcla

La ampolla exterior está rellena de argón o una mezcla de argón y nitrógeno a presión atmosférica. El agregado de nitrógeno

está compuesto de argón pero agregándole un porcentaje de nitrógeno para evitar un arco en el filamento. Comparada con la

sirve para prevenir un arco eléctrico entre los soportes de alambre de la ampolla.

lámpara standard de vapor de mercurio a alta presión, se utiliza una presión mayor de llenado para mantener la evaporación

Estas lámparas precisan un equipo auxiliar que normalmente es un balasto con resistencia inductiva o transformador de campo

del wolframio al mínimo.

de dispersión, además de un condensador de compensación.

Las lámparas de luz mezcla tienen la ventaja de que pueden conectarse directamente a la red (no precisan de balasto y

Cuando la lámpara se apaga, no volverá a arrancar hasta que se haya enfriado lo suficiente para bajar la presión del vapor al

arrancador para su funcionamiento). Tardan unos dos minutos en el encendido y no se puede efectuar el re-encendido hasta

punto donde el arco volverá a encenderse. Este periodo es de unos cinco minutos.

que no se enfría.

8.6.3. Lámparas de luz mezcla

8.6.4. Lámparas de halogenuros metálicos

Las lámparas de luz mezcla son una combinación de la lámpara de vapor de mercurio a alta presión y de la lámpara

Son lámparas de vapor de vapor de mercurio a alta presión que además contienen halogenuros de tierras raras como el

incandescente, como resultado de uno de los intentos para corregir la luz azulada de las lámparas de vapor de mercurio, lo

Dysprosio (Dy), Holmio (Ho) y el Tulio (Tm). Estos haluros son en parte vaporizados cuando la lámpara alcanza su temperatura

cual se consigue por la inclusión dentro de la misma ampolla de un tubo de descarga de vapor de mercurio y un filamento

normal operativa. El vapor de haluros se disocia después, dentro de la zona central caliente del arco, en halógeno y en metal

incandescente de wolframio.

consiguiendo así aumentar considerablemente la eficacia luminosa y aproximar el color al de la luz diurna solar. Se utilizan

La luz de la descarga de mercurio y la del filamento caldeado se combinan, o se mezclan, para lograr una lámpara con

diversas combinaciones de halogenuros (sodio, yodo, ozono) a los que se añade escandio, talio, indio, litio, etc.

características operativas totalmente diferentes a aquellas que poseen tanto una lámpara de mercurio puro como una lámpara

Partes principales

incandescente.

Casquillo

Casquillo

Partes principales A excepción del filamento y del gas utilizado en la ampolla externa, las partes de una lámpara de luz mezcla son las mismas

Ampolla tubular clara

que las ya descritas en las lámparas de vapor de mercurio a alta presión (Fig. 10).

Electrodos

Tubo de descarga de cuarzo

Ampolla elipsoidal difusora

Figura 11. Lámparas de halogenuros metálicos.

LUMINOTECNIA 2002

103

104

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 8. L MPARAS

Capítulo 8. L MPARAS

Tubo de descarga: Es de cuarzo puro. A veces, se aplica una capa blanca de óxido de circonio en la parte externa de las

La lámpara posee una eficiencia luminosa de hasta 200 lm/W y una larga vida.

cavidades del electrodo, para aumentar en ese punto la temperatura de la pared.

Por lo tanto, esta lámpara se aplica en aquellos lugares donde la reproducción de color es de menor importancia y donde

Electrodos: Son similares a los que lleva la lámpara de vapor de mercurio a alta presión.

cuenta, principalmente, el reconocimiento de contraste, por ejemplo: autopistas, puertos, playas, etc. Existen lámparas de sodio

Ampolla externa: El vidrio externo de la ampolla de las lámparas de halogenuros está hecho de vidrio duro o de cuarzo, y las

de baja presión con potencias que van desde 18 W a 180 W.

hay que no poseen ampolla externa.

Partes principales

La superficie interna de las ampollas con forma oval poseen una capa de fósforo para convertir la radiación ultravioleta de la Casquillo de bayoneta

descarga en radiación visible. Sin embargo, los haluros empleados en la lámpara de halogenuro metálico producen sólo una

Puntos depósito de sodio no vaporizado

Ampolla exterior transparente

pequeña cantidad de ultra violeta, y principalmente, está irradiada en la zona de longitud de onda ultra violeta del espectro, donde la conversión en radiación visible es pobre. Gas de relleno en el tubo de descarga: El tubo de descarga está relleno de una mezcla de gases inertes (neón y argón o cripton-argón), una dosis de mercurio y los haluros apropiados, de acuerdo con el tipo de lámpara. Gas de relleno en la ampolla externa: La ampolla externa de una lámpara de halogenuro metálico cuyo tubo de descarga está relleno de una mezcla de neón-argón, también debe estar rellena de neón para que la presión de neón que se encuentra dentro y fuera del tubo sea la misma. En caso de que el tubo de descarga esté relleno de una mezcla cripton-argón, se puede utilizar nitrógeno en la ampolla externa, o bien, esta última puede ser eliminada. Las condiciones de funcionamiento de las lámparas de halogenuros metálicos son muy parecidas a las de vapor de mercurio convencionales, estando dispuestas para ser conectadas en serie con un balasto limitador de la corriente, necesitando un

Electrodos de doble o triple espiral con materia emisora de electrones

condensador de compensación. Debido a los halogenuros, la tensión de encendido de estas lámparas es elevada, necesitando el empleo de un cebador o de

Tubo de descarga en forma de "U"

Figura 12. Lámpara de sodio a baja presión.

un aparato de encendido con tensiones de choque de 0 8 a 5 KV. La mayoría de estas lámparas permiten un re-encendido inmediato con las lámparas en caliente (después de apagadas), mediante el empleo de tensiones de choque de 35 a 60 KV, si no, es necesario que se enfríen entre cuatro y quince minutos

Tubo de descarga y soportes: El tubo de descarga de una lámpara de sodio de alta presión es en forma de U, para aprovechar

para que se enciendan nuevamente.

espacio y proveer un mejor aislamiento térmico. Está hecho de vidrio cal-soda, y posee una superficie interna revestida de vidrio de borato para formar una capa protectora contra el vapor de sodio. El tubo contiene además, un número de pequeñas hendiduras, o agujeros, donde se deposita el sodio durante la fabricación. Relleno del tubo de descarga: El relleno del tubo de descarga consiste en sodio metálico de alta pureza y en una mezcla de

8.7. Lámparas de descarga en vapor de sodio

neón y argón, la cual actúa como un gas de arranque y de amortiguación. En esta parte vamos a ver las lámparas de descarga en cuyo tubo de descarga se introduce vapor de sodio. Se incluyen las lámparas

Electrodos: Las lámparas de sodio de baja presión poseen electrodos de arranque frío. Estos consisten en un alambre de

de vapor de sodio a baja presión y las lámparas de sodio a alta presión.

wolframio triple, de manera que puede mantener una gran cantidad de material emisor. Ampolla externa: Está vacía y se reviste en su superficie interna con una fina película de material reflector infrarrojo. El reflector

8.7.1. Lámparas de sodio a baja presión

infrarrojo sirve para reflejar la mayor parte de la radiación de calor que vuelve al tubo de descarga, manteniéndolo de ese modo,

Existe una gran similitud entre el trabajo de una lámpara de vapor de sodio a baja presión y una lámpara de vapor de mercurio

a la temperatura deseada, mientras que transmite la radiación visible.

a baja presión (o fluorescente). Sin embargo, mientras que en la última la luz se produce al convertir la radiación ultravioleta

Estas lamparas precisan de un equipo auxiliar formado por alimentador con autotransformador o balasto e ignitor con tensión

de la descarga de mercurio en radiación visible, utilizando un polvo fluorescente en la superficie interna, en la primera la

de impulso según tipo. Precisan condensador de compensación.

radiación visible se produce por la descarga directa del sodio.

Los valores nominales se alcanzan al cabo de quince minutos del encendido. Cuando se apaga la lámpara, necesita enfriarse

Principio de trabajo

unos minutos para encenderse nuevamente.

El tubo de descarga de una lámpara de sodio de baja presión es en general, en forma de U y está contenido en una cubierta exterior de vidrio tubular vacío, con capa de óxido de indio en la superficie interna. El vacío, junto con la capa, la cual actúa

8.7.2. Lámparas de sodio a alta presión

como un reflector selectivo de infrarrojo, ayuda a mantener la pared del tubo de descarga a una temperatura de trabajo

Físicamente, la lámpara de sodio alta presión es bastante diferente de la lámpara de sodio baja presión, debido a que la presión

adecuada. Estas medidas son necesarias para que el sodio, que cuando se condensa se deposita en hendiduras del vidrio, se

de vapor es más alta en la primera. Este factor de presión también es causa de muchas otras diferencias entre las dos lámparas,

evapore con una pérdida mínima de calor; debido a eso, se logra la mayor eficiencia luminosa posible.

incluyendo las propiedades de la luz emitida.

El gas neón presente dentro de la lámpara, sirve para iniciar la descarga y para desarrollar el calor suficiente como para vaporizar

El tubo de descarga en una lámpara de sodio de alta presión contiene un exceso de sodio para dar condiciones de vapor

el sodio. Esto responde por la luminiscencia rojo-anaranjada durante los primeros pocos minutos de trabajo. El sodio metálico

saturado cuando la lámpara está en funcionamiento. Además posee un exceso de mercurio para proporcionar un gas

se evapora en forma gradual, debido a eso, se produce la característica luz amarilla monocromática, con líneas de 589 nm. y

amortiguador, y se incluye xenón, para facilitar el encendido y limitar la conducción de calor del arco de descarga a la pared del

589 6 nm. en el espectro. El color rojo, que en principio se produce por la descarga de neón, se suprime energicamente durante

tubo. El tubo de descarga se aloja en una envoltura de vidrio protector vacía.

el funcionamiento porque los potenciales de excitación y de ionización de sodio son mucho menores que los del neón.

Las lámparas de sodio de alta presión irradian energía a través de una buena parte del espectro visible. Por lo tanto, en

La lámpara alcanza su flujo luminoso establecido en aproximadamente diez minutos. Volverá a arrancar de forma inmediata en

comparación con la lámpara de sodio baja presión, ofrecen una reproducción de color bastante aceptable.

caso de que el suministro de alimentación se interrumpa momentáneamente, ya que la presión de vapor es bastante baja y el

Partes principales

voltaje aplicado suficiente como para restablecer el arco.

Las partes principales de una lámpara de vapor de sodio a alta presión son las siguientes:

LUMINOTECNIA 2002

105

106

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 8. L MPARAS

Capítulo 8. L MPARAS

8.8.1. Lámparas fluorescentes de alta potencia sin electrodos

Ampolla exterior clara

La descarga en esta lámpara no empieza y acaba en dos electrodos como en una lámpara fluorescente convencional. La forma de anillo cerrado del vidrio de la lámpara permite obtener una descarga sin electrodos, ya que la energía es suministrada desde el exterior por un campo magnético. Dicho campo magnético está producido en dos anillos de ferrita, lo que constituye una importante ventaja para la duración de la lámpara. Nucleo de ferrita Casquillo

Campo magnético

Tubo de descarga

Recubrimiento fluorescente

Ampolla exterior difusora

Bobina

Radiación ultravioleta Electrón

Figura 13. Lámparas de vapor de sodio a alta presión.

Luz visible Atomo de mercurio

Tubo de descarga: El tubo de descarga está hecho de cerámica de óxido de aluminio (aluminio sinterizado) muy resistente al calor y a las reacciones químicas con el vapor de sodio.

Figura 14. Lámpara fluorescente de alta potencia sin electrodos.

Electrodos: Los electrodos, cubiertos por una capa de material emisor, consisten en una varilla de wolframio con una serpentina de wolframio enroscada alrededor de la misma.

El sistema consta, además del tubo fluorescente sin electrodos, de un equipo de control electrónico (a una frecuencia de 250

Relleno: En el interior del tubo de descarga se encuentran sodio, mercurio y un gas nobles (xenón o argón) de los cuales es

kHz aproximadamente) separado de la lámpara, lo que permite conservar la energía óptima de la descarga en la lámpara

el sodio el principal productor de luz.

fluorescente y alcanzar una alta potencia lumínica con una buena eficacia.

Ampolla externa: Esta ampolla está generalmente vacía.

Las principales ventajas de esta lámpara son:

La forma puede ser tanto ovoidal como tubular. La primera posee un revestimiento interno. Sin embargo, ya que el tubo de

- Duración de vida extremadamente larga: 60.000 horas.

descarga de la lámpara de sodio alta presión no produce, prácticamente, ninguna radiación ultra violeta, el revestimiento es

- Potencia de lámparas 100 y 150 W.

simplemente una capa difusa de polvo blanco, para disminuir el elevado brillo del tubo de descarga. La ampolla tubular es

- Flujo luminoso hasta 12.000 lúmenes.

siempre de vidrio claro.

- Eficacia luminosa de 80 lm/W.

Arrancadores y arrancadores auxiliares: Muchas de las lámparas de sodio de alta presión poseen un arrancador auxiliar

- Bajo perfil geométrico que permite el desarrollo de luminarias planas.

incorporado, el cual ayuda a reducir la medida del voltaje pico de encendido que se necesita para encender la lámpara. A veces

- Luz confortable sin oscilaciones.

ambos, el arrancador incorporado y el arrancador auxiliar, se encuentran en la misma lámpara.

- Arranque sin parpadeos ni destellos.

Estas lámparas precisan de un equipo auxiliar formado por un balasto e ignitor con tensión de impulso según tipo. También

Estas lámparas son especialmente indicadas para aquellas aplicaciones donde las dificultades de sustitución de las lámparas

necesitan un condensador de compensación.

incrementan los costos de mantenimiento excesivamente, como por ejemplo, iluminación de túneles, techos de naves

Los valores nominales se alcanzan al cabo de cinco minutos de encendido. Cuando se apaga una lámpara, debido a la gran

industriales muy altos y de difícil acceso, etc.

presión del quemador, necesita enfriarse entre cuatro y quince minutos para encenderse nuevamente.

8.8.2. Lámparas de descarga de gas a baja presión por inducción Este tipo de lámpara consta de un recipiente de descarga que contiene el gas a baja presión y un acoplador de potencia

8.8. Lámparas de inducción

(antena). Dicho acoplador de potencia, compuesto por un núcleo cilíndrico de ferrita, crea un campo electromagnético dentro

Las partes más vulnerables de toda lámpara a descarga son los electrodos. Durante su vida útil, las lámparas reducen y pierden su

del recipiente de descarga que induce una corriente eléctrica en el gas generando su ionización. La energía suficiente para iniciar

potencia emisora por el impacto de iones rápidos o por reacciones químicas con vapores enérgicos en el tubo de descarga. Los

y mantener la descarga es suministrada a la antena por un generador de alta frecuencia (2 65 MHz) mediante un cable coaxial

electrodos en las lámparas a descarga de alta presión, producen además una gran cantidad de radiación infrarroja derrochada, la cual

de longitud determinada, ya que forma parte del circuito oscilador.

disminuye la eficiencia de la lámpara. La lámpara de inducción, introduce un concepto totalmente nuevo en la generación de la luz. Basada en el principio de descarga de gas de baja presión, la principal característica del sistema de lámpara nuevo, es que prescinde de la necesidad de los electrodos de originar la ionización del gas. Existen en la actualidad dos sistemas distintos para producir esta nueva ionización del gas sin electrodos.

LUMINOTECNIA 2002

107

108

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 8. L MPARAS

Capítulo 8. L MPARAS

Fluorescente compacta TC-D de 2 pins

Ampolla

Tensión de red: 230 V. Vida útil aproximada: 10.000 horas. Acoplador de potencia

Potencia

Flujo

Rendimiento

Anchura

Longitud

nominal

φ (lm)

Lm/W

en mm

L en mm

13

0.900

69,23

27

138

18

1.200

66,66

27

153

26

1.800

69,23

27

Casquillo

IRC

Grado

Ra

cromático

G24d-1

85

1B

G24d-2

85

1B

172

G24d-3

85

1B

Casquillo

IRC

Grado

Ra

cromático

Fluorescente compacta TC-D de 4 pins Tensión de red: 230 V. Vida útil aproximada: 10.000 horas. Figura 15. Lámpara de descarga de gas por inducción. Las principales ventajas de estas lámparas son:

Potencia

Flujo

Rendimiento

Anchura

Longitud

nominal

φ (lm)

Lm/W

en mm

L en mm

13

0.900

69,23

27

131

G24q-1

85

1B

- Duración extremadamente larga: 60.000 horas.

18

1.200

66,66

27

146

G24q-2

85

1B

- Potencias de lámparas de 55, 85 y 165 W.

26

1.800

69,23

27

165

G24q-3

85

1B

Casquillo

IRC

Grado

Ra

cromático

- Flujo luminoso hasta 12.000 lúmenes. - Eficacia luminosa entre 65 y 81 lm/W.

Fluorescente compacta TC-L de 4 pins

- Encendido instantáneo libre de parpadeos y efectos estroboscópicos.

Tensión de red: 230 V.

- Agradable luz de gran confort visual.

Vida útil aproximada: 10.000 horas.

Estas lámparas se utilizan para muchas aplicaciones de alumbrado general y especial, principalmente para la reducción de costos de mantenimiento, como en edificios públicos, alumbrado público exterior, aplicaciones industriales, etc.

8.9. Tablas de caracter sticas

Potencia

Flujo

Rendimiento

Anchura

Longitud

nominal

φ (lm)

Lm/W

en mm

L en mm

18

0.750

41,66

38

225

2G11

95

1A

24

1.200

50,00

38

320

2G11

95

1A

36

1.900

52,77

38

415

2G11

95

1A

8.9.1. Lámparas fluorescentes

40

2.200

55,00

38

535

2G11

95

1A

Fluorescente lineal TL

55

3.000

54,54

38

535

2G11

95

1A

Vida útil aproximada: 7.500 horas Potencia

Flujo

Rendimiento

nominal

φ (lm)

Lm/W

Diámetro

Longitud

en mm

L en mm

18

1.350

75,00

26

0.590

18

1.150

63,88

26

18

1.100

61,11

18

1.000

36 36 36 36

Casquillo

8.9.2. Lámparas de vapor de mercurio a alta presión

IRC

Grado

Ra

cromático

G 13

85

1B

Temperatura de color: 3.500 K 4.200 K

0.590

G 13

62

2B

ndice de reproducción cromática (IRC): 50

26

0.590

G 13

75

2A

55,55

26

0.590

G 13

98

1A

3.350

93,05

26

1.200

G 13

85

1B

2.850

79,16

26

1.200

G 13

62

2B

2.600

72,22

26

1.200

G 13

75

2A

2.350

65,27

26

1.200

G 13

98

1A

58

5.200

89,65

26

1.500

G 13

85

1B

58

4.600

79,31

26

1.500

G 13

62

2B

58

4.100

70,68

26

1.500

G 13

75

2A

58

3.750

64,65

26

1.500

G 13

98

1A

LUMINOTECNIA 2002

Vida útil: 14.000 horas.

109

110

Potencia

Flujo

Rendimiento

nominal

φ (lm)

Lm/W

Diámetro

Longitud

en mm

L en mm

Casquillo

0.050

01.800

36,00

55

130

E-27

0.080

03.800

47,50

70

156

E-27

0.125

06.300

50,40

75

170

E-27

0.250

13.000

52,00

90

226

E-40

0.400

22.000

55,00

120

290

E-40

0.700

38.500

55,00

140

330

E-40

1.000

58.000

58,00

165

390

E-40

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 8. L MPARAS

Capítulo 8. L MPARAS

Halogenuros metálicos un casquillo forma elipsoidal con capa difusora

8.9.3. Lámparas de luz mezcla Vida útil: 6.000 horas. Temperatura de color: 3.500 K 4.200 K ndice de reproducción cromática (IRC): 50 Tensión de red: 230 V. Potencia

Flujo

Rendimiento

nominal

φ (lm)

Lm/W

Diámetro

Longitud

en mm

L en mm

Casquillo

160

03.100

19,37

075

180

E-27

250

05.600

22,40

090

226

E-40

500

14.000

28,00

125

275

E-40

Potencia

Flujo

Rendimiento

Diámetro

Longitud

nominal

φ (lm)

Lm/W

en mm

L en mm

Casquillo

0.070

04.900

070,00

055

140

E-27

0.100

08.000

080,00

055

140

E-27

0.150

12.000

080,00

055

140

E-27

0.400

43.000

107,50

120

290

E-40

1.000

90.000

090,00

165

380

E-40

Diámetro

Longitud

Casquillo

en mm

L en mm

8.9.5. Lámparas de sodio a baja presión Vida útil: 14.000 horas. Temperatura de color: 1.800 K

8.9.4. Lámparas de halogenuros metálicos Vida útil: 2.500 14.000 horas.

ndice de reproducción cromática (IRC): NULO.

Temperatura de color: 3.000 K 6.000 K

Vapor de sodio baja presión forma tubular clara capa reflectora Infrarroja

ndice de reproducción cromática (IRC): 60 93 Halogenuros metálicos compactas

Potencia

Flujo

Rendimiento

nominal

φ (lm)

Lm/W

018

01.800

100,00

55

0.215

035

04.600

131,42

55

0.310

BY-22d

G12

055

08.100

147,27

55

0.425

BY-22d

084

G12

090

13.000

144,44

70

0.530

BY-22d

084

G12

135

22.500

166,66

70

0.775

BY-22d

180

32.000

177,77

70

1.120

BY-22d

Diámetro

Longitud

Casquillo

en mm

L en mm

Potencia

Flujo

Rendimiento

nominal

φ (lm)

Lm/W

Diámetro

Longitud

en mm

L en mm

035

03.400

97,14

19

100

075

05.500

73,33

25

150

12.500

83,33

25

Casquillo

BY-22d

Halogenuros metálicos dos casquillos Vapor de sodio baja presión forma tubular clara Potencia

Flujo

Rendimiento

Diámetro

Longitud

en mm

L en mm

nominal

φ (lm)

Lm/W

0.070

005.500

078,57

20

Casquillo Potencia

Flujo

Rendimiento

114

RX7s

nominal

φ (lm)

Lm/W

0.150

013.500

090,00

24

132

RX7s

026

03.500

134,61

55

215

0.250

020.000

080,00

25

163

Fc2

036

05.750

159,72

55

310

BY-22d

0.400

038.000

095,00

31

206

Fc2

066

10.700

162,12

55

425

BY-22d

1.000

090.000

090,00

≈40

-

Cable

091

17.000

186,81

70

530

BY-22d

2.000

220.000

110,00

≈40

-

Cable

131

25.000

190,83

70

775

BY-22d

Diámetro

Longitud

Casquillo

en mm

L en mm

Halogenuros metálicos un casquillo forma tubular clara Potencia

Flujo

Rendimiento

nominal

φ (lm)

Lm/W

0.250

020.000

080,00

045

225

E-40

0.400

042.000

105,00

045

275

E-40

1.000

080.000

080,00

075

340

E-40

2.000

240.000

120,00

100

430

E-40

3.500

320.000

091,42

100

430

E-40

LUMINOTECNIA 2002

111

112

LUMINOTECNIA 2002

BY-22d

Capítulo 8. L MPARAS

Capítulo 8. L MPARAS

Vapor de sodio alta presión de lujo forma elipsoidal capa difusa

8.9.6. Lámparas de sodio a alta presión Vida útil: 12.000 18.000 horas. Temperatura de color: 2.000 K 2.200 K ndice de reproducción cromática (IRC): 20 65 Vapor de sodio alta presión forma tubular clara Potencia

Flujo

Rendimiento

Diámetro

Longitud

en mm

L en mm

Casquillo

Potencia

Flujo

Rendimiento

Diámetro

Longitud

nominal

φ (lm)

Lm/W

en mm

L en mm

150

12.000

80,00

090

225

250

22.000

88,00

090

225

E-40

400

37.500

93,75

120

285

E-40

nominal

φ (lm)

Lm/W

0.050

004.000

080,00

40

155

E-27

0.070

006.500

092,85

40

155

E-27

Tensión de red: 230 V.

0.100

010.000

100,00

45

210

E-40

Vida útil aproximada: 60.000 horas.

0.150

017.000

113,33

45

210

E-40

0.250

033.000

132,00

45

255

E-40

0.400

055.500

138,75

45

285

E-40

0.600

090.000

150,00

55

285

E-40

1.000

130.000

130,00

65

400

E-40

Casquillo E-40

8.9.7. Lámparas fluorescentes de alta potencia sin electrodos (inducción)

Potencia

Flujo

Rendimiento

Anchura

Longitud

nominal

φ (lm)

Lm/W

en mm

L en mm

Casquillo

IRC

Grado

Ra

cromático

100 W

8.000

80,00

139

313

-

80 (840/835)

1B

150 W

12.000

80,00

139

414

-

80 (840/835)

1B

8.9.8. Lámparas de descarga de gas a baja presión por inducción Vapor de sodio alta presión elipsoidal capa difusa

Tensión de red: 230 V. Vida útil aproximada: 60.000 horas.

Potencia

Flujo

Rendimiento

Diámetro

Longitud L en mm

Casquillo

nominal

φ (lm)

Lm/W

en mm

Potencia

Flujo

Rendimiento

Diámetro

Altura

00.50

003.500

070,00

070

155

E-27

nominal

φ (lm)

Lm/W

en mm

en mm

00.70

005.600

080,00

070

155

E-27

55 W

3.500

65

85

140.5

0.100

010.000

100,00

075

185

E-40

85 W

6.000

70

111

180,5

-

80 (840/830/827)

0.150

014.000

093,33

090

225

E-40

165 W

12.000

70

130

210

-

80 (840/830/827)

0.250

025.000

100,00

090

225

E-40

0.400

047.000

117,50

120

290

E-40

1.000

128.000

128,00

165

400

E-40

Diámetro

Longitud

Casquillo

en mm

L en mm

Vapor de sodio alta presión dos casquillos Potencia

Flujo

Rendimiento

nominal

φ (lm)

Lm/W

070

07.000

100,00

20

115

RX7s

150

15.000

100,00

25

130

RX7s-24

250

25.500

102,00

25

205

Fc2

400

48.000

120,00

25

205

Fc2

Diámetro

Longitud

Casquillo

en mm

L en mm

Vapor de sodio alta presión de lujo forma tubular Potencia

Flujo

Rendimiento

nominal

φ (lm)

Lm/W

150

12.500

83,33

45

210

E-40

250

23.000

92,00

45

255

E-40

400

39.000

97,50

45

285

E-40

LUMINOTECNIA 2002

113

114

LUMINOTECNIA 2002

Casquillo

IRC

-

80 (840/830/827)

Ra

Capítulo 9.

EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

9.1.

Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

9.2.

Balastos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

9.3.

Arrancadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

9.4.

Condensadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

9.5.

Equipos de ahorro de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

9.6.

Equipos eléctricos de las diferentes lámparas de descarga. Circuitos. 134

LUMINOTECNIA 2002

115

116

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

- Balasto resistivo: Para corriente continua.

9.1. Generalidades

- Balasto inductivo: Es el balasto de mayor uso para aplicaciones normales de corriente alterna. En este capítulo vamos a tratar sobre los equipos auxiliares que necesitan las lámparas para su correcto funcionamiento. El equipo a

- Balasto electrónico: Es el más caro, pero ofrece ventajas importantes respecto a los anteriores.

montar depende del tipo de lámpara.

La corrección del factor de potencia se logra colocando un condensador en paralelo con el circuito de la lámpara o utilizando,

Las lámparas de incandescencia, halógenas y de luz mezcla se pueden conectar directamente a la red sin necesidad de ningún equipo

en circuitos que contienen varias lámparas, balastos capacitivos para la mitad de las lámparas y balastos inductivos sin

auxiliar o mediante un transformador, debido a que, por sus características, tienen la propiedad de que la intensidad que pasa por ellas

compensación para la otra mitad.

y la tensión aplicada son proporcionales.

Para el encendido de la lámpara se necesita algún tipo de ayuda, debido a que la resistencia interna de la lámpara fluorescente

Las l mparas de descarga tienen la particularidad de que la relación entre la intensidad que pasa por ellas y la tensión aplicada no son

apagada se encuentra demasiado fría para encenderse automáticamente cuando se le aplica el voltaje de la red. En lo que

proporcionales, es decir, que la relación tensión-corriente no es lineal sino negativa; dicho de otra forma, la tensión del arco depende

respecta al encendido, los circuitos de las lámparas fluorescentes se pueden dividir en tres grupos:

poco de la corriente que la atraviesa. Dependiendo de la tensión aplicada, si se produce el arranque, puede ocurrir que la intensidad

- Circuitos con arrancador precalentado: El encendido lo controla un arrancador (cebador) convencional o electrónico.

de la corriente se eleve enormemente hasta provocar la destrucción de la lámpara o que la corriente fluctúe desproporcionalmente con

- Circuitos sin arrancador precalentado: Estas lámparas pueden operar con dos tipos diferentes de circuito, el de

pequeñas variaciones de tensión. Por estas razones, es indispensable utilizar algún dispositivo estabilizador de la corriente si se pretende

encendido instantáneo (circuito semi-resonante) y el de encendido rápido (circuito no-resonante).

conseguir un funcionamiento correcto.

- Circuitos de encendido frío: Son para lámparas que están dotadas de una banda interna para facilitar el encendido inmediato sin precalentamiento y sin cebador.

Estabilización de la descarga El elemento más sencillo que pudiera aplicarse es una resistencia. Esta solución no es recomendable en corriente alterna,

Lámparas de vapor de mercurio a alta presión

porque la lámpara no luce prácticamente más que cuando la tensión aplicada al conjunto alcanza valores instantáneos

En la lámpara de mercurio, aparte de la reactancia no es necesario equipo de arranque. Se usan balastos inductivos

superiores a la tensión de arco, lo que se traduce en parpadeo de la lámpara. Por ello, este tipo de estabilización se utiliza casi

compensados que pueden ser utilizados tanto en circuitos de compensación paralela como en circuitos de compensación en

exclusivamente alimentando con corriente continua.

serie. Ambos circuitos llevan un condensador para compensar el factor de potencia.

Otro elemento que también pudiera aplicarse para la estabilización de la descarga es un condensador. Esta solución es inadmisible en la frecuencia normal de 50 Hz. (y por descontado en corriente continua) porque la corriente de la lámpara se

Lámparas de halogenuros metálicos

distorsiona con exceso al producirse fuertes picos de corta duración; con ello la lámpara emitiría luz a golpes y se agotaría

Las condiciones de funcionamiento de las lámparas de halogenuros metálicos son muy parecidas a las de vapor de mercurio

prematuramente. Sin embargo, este sistema puede emplearse con alimentación con frecuencias más altas (por encima de

convencionales, estando dispuestas para ser conectadas en serie con un balasto limitador de la corriente. Pero debido a los

300 Hz.) y tiene la ventaja de mayor rendimiento luminoso de la lámpara.

halogenuros, la tensión de encendido de estas lámparas es elevada y necesitan el empleo de un cebador o ignitor.

El elemento más conocido en la práctica normal para estabilizar las lámparas de descarga, lo constituye una reactancia inductiva

El balasto a conectar a la lámpara de halogenuros depende de las propiedades de ésta. Por ejemplo, las lámparas denominadas

que limita con bastante eficacia, sencillez y economía la intensidad de la corriente de descarga. La distorsión de la corriente en

de tres bandas emplean balastos destinados a lámparas de mercurio a alta presión, pero las lámparas de tierras raras funcionan

la lámpara que produce es tolerable y generalmente sin parpadeos y aunque desplaza la fase entre la tensión de la lámpara y

mejor con balastos de lámparas de sodio de alta presión.

la de la red de alimentación, esto puede corregirse fácilmente mediante condensadores en paralelo con la línea. Cuando la tensión de la que se dispone en la línea no es suficiente para permitir el encendido de la lámpara, se puede acudir

Lámparas de vapor de sodio a baja presión

para elevarla a transformadores o autotransformadores previos. A fin de simplificar el conjunto, se hace uso de los llamados

Estas lámparas precisan de un equipo auxiliar que puede ser:

autotransformadores a fugas (también llamados de dispersión) que incorporan en su secundario la reactancia inductiva precisa.

- Balasto, con o sin ignitor separado: Debido al bajo voltaje de la lámpara, éstas pueden operar en circuitos

Una vez que se dispone de un transformador a fugas adecuado, si lo que pretendemos es hacer funcionar una lámpara

comparativamente simples. Estos consisten, básicamente, en un balasto en serie con la lámpara y un arrancador en

fluorescente que precisa el caldeo de sus cátodos para el arranque, se introduce un cebador o se puede prescindir de él

paralelo. Para la corrección del factor de potencia se utiliza un condensador en paralelo.

incorporando al autotransformador dos nuevos arrollamientos para el correcto caldeo.

- Transformador con ignitor separado: En este circuito se mantiene la potencia casi constante de la lámpara durante

Paralelamente a la evolución anterior, fue utilizar el condensador necesario para corregir el factor de potencia. Una reactancia

toda su vida. Consiste en un balasto, un condensador en serie para la corrección del factor de potencia y un ignitor

inductiva en serie con un condensador constituye un regulador de intensidad. Utilizando correctamente los elementos con

electrónico.

ligeras alteraciones en los mismos, se construyen equipos complejos en los que el condensador en serie con el secundario del transformador y a veces con el primario o parte de él mejora la estabilidad de la lámpara frente a fuertes variaciones de tensión

Lámparas de vapor de sodio a alta presión

en la línea, además de corregir simultáneamente el factor de potencia y cos del conjunto a mejor valor que si se utiliza

Al igual que en las lámparas de halogenuros metálicos, y debido a la alta presión a la que se encuentra el gas, para el encendido

simplemente un condensador en paralelo con la línea.

es necesario aplicar altas tensiones de choque. Por ello, las lámparas de sodio alta presión operan normalmente con un balasto y un arrancador. Algunas lámparas poseen un arrancador incorporado, pero la mayoría utilizan un dispositivo de arranque

Equipos auxiliares de las lámparas de descarga

externo.

Analicemos, de forma general, los equipos que suelen llevar las lámparas de descarga para su correcto funcionamiento. Al final

Principalmente existen dos tipos de circuitos, ya sea con el arrancador conectado en serie o en paralelo con la lámpara:

de este capítulo se expondrán algunos circuitos representativos de las diferentes lámparas de descarga.

- Circuito con arrancador en serie: El arrancador está conectado entre el balasto y la lámpara. - Circuito con arrancador en semiparalelo: El arrancador está conectado a la lámpara a través de la reactancia.

Lámparas fluorescentes

La corrección del factor de potencia en ambos circuitos, puede lograrse con un condensador en forma de compensación en

La lámpara fluorescente posee características de resistencia negativa y por lo tanto se debe operar en forma conjunta con un

paralelo.

dispositivo de corriente limitada (balasto) para evitar que la corriente se escape. El balasto, que posee características de resistencia positiva, puede ser:

LUMINOTECNIA 2002

117

118

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

La posesión de dichas homologaciones permite circular a estos productos por los países que engloben dichas marcas.

Lámparas de inducción La lámpara de inducción se encuentra conectada a la red a través de un generador de alta frecuencia, que está compuesto por un sistema de circuitos electrónicos. La conexión entre la lámpara y el generador se hace por medio de un cable coaxial que

Normas de referencia

forma parte de un circuito oscilador, por lo tanto su longitud no puede ser modificada.

Las normas que regulan la seguridad y el funcionamiento de las reactancias para lámparas de alta intensidad de descarga, son:

9.2. Balastos

UNE-EN 60922:

Reactancias para lámparas de descarga (excepto lámparas tubulares

UNE-EN 60923:

Reactancias para lámparas de descarga (excepto lámparas tubulares

fluorescentes). Prescripciones generales y de seguridad.

9.2.1. Introducción

fluorescentes). Prescripciones de funcionamiento.

Las reactancias o balastos son accesorios para utilizar en combinación con las lámparas de descarga, que en forma de impedancias inductivas, capacitivas o resistivas, solas o en combinación, limitan la corriente que circula por aquellas a los valores

ANSI C82.4:

Reactancias para lámparas de alta intensidad de descarga y sodio baja presión.

exigidos para un funcionamiento adecuado.

UNE-EN 60662:

Lámparas de vapor de sodio a alta presión.

Además, cuando es necesario, suministran la tensión y corriente de arranque requeridas y en el caso de reactancias de arranque

UNE-EN 61167:

Lámparas de halogenuros metálicos

rápido, las bajas tensiones necesarias para el caldeo de los cátodos de las lámparas.

UNE-EN 60188:

Lámparas de vapor de mercurio a alta presión.

Dadas las características que ofrecen de rendimiento y funcionamiento correcto de la lámpara, las más utilizadas son las de tipo

UNE-EN 60192:

Lámparas de vapor de sodio a baja presión.

inductivo. También se utiliza la combinación de reactancia inductiva-capacitiva.

UNE-EN 60598:

Luminarias.

Las de resistencia y las capacitivas por sí solas no se utilizan ya que las primeras ocasionan muchas pérdidas dando por tanto un bajo rendimiento y las segundas dan una potencia bajísima en la lámpara por la gran deformación de la onda de la corriente de la misma que originan.

Directivas comunitarias

Por su forma de instalación se clasifican en:

Para poder utilizar los aparatos eléctricos y electrónicos en la Comunidad Europea, es obligatorio que sean portadores de la

- Reactancia independiente, que está cubierta con una protección especial para funcionar al exterior.

marca “CE”, la cual significa Conformidad Europea, y representa el cumplimiento de las siguientes Directivas Comunitarias a las

- Reactancia para incorporar, que requiere una protección secundaria como puede ser, una caja, una luminaria, etc.

que están sujetos los productos de iluminación: - Directiva de Baja Tensión (LV) 73/23/EEC, obligatoria desde 1-1-97 y aplicable a todos los aparatos eléctricos de

9.2.2. Función que cumple la reactancia

tensión nominal de 50 a 1.000 V. en corriente alterna y 75 a 1.500 V. en corriente continua. - Directiva de Compatibilidad Electromagnética (EMC) 89/366/EEC, obligatoria desde 1-1-96 y aplicable a todos los

La reactancia es elemento fundamental en cualquier instalación de alumbrado con lámparas de descarga, ya que sin ellas, las lámparas no podrían funcionar.

aparatos eléctricos y electrónicos que pueden generar radio-interferencias o verse afectados por perturbaciones

Dada la gran variedad de lámparas existentes muy diferentes en tipo, tamaño, color, etc., se requieren reactancias adecuadas a

generadas por otros aparatos de su entorno.

cada una, que les suministre los parámetros precisos en cada caso y en cada momento, es decir, satisfaga las necesidades de arranque y posteriormente las de operación normal.

Normas de referencia

De forma general las funciones que cumple la reactancia son:

Para la Directiva de Baja Tensión (LV) son obligatorias las normas de seguridad sobre el producto. Para las correspondientes a Compatibilidad Electromagnética (EMC), son aplicables las siguientes normas:

- Proporcionar la corriente de arranque o de precalentamiento de cátodos para conseguir en éstos la emisión inicial de electrones. - Suministrar la tensión de salida en vacío suficiente para hacer saltar al arco en el interior de la lámpara.

UNE-EN 50081-1:

Compatibilidad Electromagnética. Norma genérica de emisión.

- Limitar la corriente en la lámpara a los valores adecuados para un correcto funcionamiento.

UNE-EN 55015:

Perturbaciones radioeléctricas de las lámparas fluorescentes y luminarias.

- Controlar las variaciones de la corriente en la lámpara, frente a variaciones de la tensión de alimentación. Lo que se

EN 61000-3-2:

Perturbaciones de los sistemas de alimentación. Armónicos.

EN 61547:

Luminarias para aplicaciones generales. Prescripciones de inmunidad.

conoce como tener buena regulación.

9.2.3. Normativa que deben cumplir las reactancias

Los requerimientos de emisión de radio-interferencias, armónicos e inmunidad aplicables, deben ser comprobados con la luminaria o en la instalación donde se van a utilizar las reactancias.

Homologación de las reactancias Las reactancias deben ser fabricadas según las normas nacionales e internacionales correspondientes. Como consecuencia, las

Armónicos

que han sido ensayadas y homologadas por los diferentes organismos, llevaran impreso en símbolo del organismo (Fig. 1.).

Un armónico es una perturbación introducida en la red por equipos eléctricos. En los sistemas de iluminación se supone que la energía se recibe a una sola frecuencia y que ésta es constante. La constancia de la frecuencia en las distribuciones de energía está generalmente conseguida. Sin embargo, por diversas circunstancias, la onda fundamental puede estar contaminada con armónicos indeseables (por ejemplo, producidos por conversores de frecuencia asociados, etc.). El estudio de dicha contaminación por armónicos es muy complejo porque sus consecuencias dependen de la amplitud y el

AENOR ESPA A

ALEMANIA

IMQ-ITALIA

IRAM-ARGENTINA

SLOVAQUIA

CENELEC-AENOR

orden de la frecuencia armónica así como de la situación sobre la fundamental.

Figura 1. Ejemplo de marcas de homologación de los diferentes organismos.

LUMINOTECNIA 2002

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120

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

Conviene señalar que, si la situación de los armónicos sobre la onda fundamental hace que la onda compuesta tienda a ser

Este tipo de reactancia, es económica, ligera y de dimensiones reducidas, proporciona una pobre regulación de potencia, frente

cuadrada, las bobinas de impedancia no limitan suficientemente la intensidad que recibe la lámpara puesto que en estas

a las variaciones de la tensión de alimentación (alrededor del 20% de oscilación de la potencia, para variaciones de tensión

condiciones, la tensión alterna se asemeja a una tensión continua pulsatoria frente a la cual los choques inductivos no

del 10%) y la corriente de arranque es elevada respecto a la de funcionamiento, debiendo dimensionarse los circuitos para ese

responden eficazmente.

valor. Esto hace que la vida de la lámpara se vea reducida considerablemente si la tensión de la red fluctúa más del 5%. Por

Se puede establecer un modelo matemático para el estudio de la tensión en los distintos dispositivos del circuito eléctrico

lo tanto, este tipo de reactancias es adecuado siempre que se utilice en las debidas condiciones de estabilidad de la tensión.

(lámpara, balasto, etc.), y descomponerlo en una serie de Fourier, quedándonos con los dos primeros términos como aproximación aceptable.

Reactancia autotransformadora

Los armónicos terceros y sucesivos que se producen en la utilización de núcleos magnéticos (balastos magnéticos) en los

Cuando las redes de alimentación tienen una tensión inferior a 220 V, se hace necesario prever un sistema de elevación de

alumbrados con lámparas de descarga y la generación de armónicos impares por parte de las propias lámparas, tiene dos

esa tensión que nos proporcione la necesaria para el encendido de la lámpara. Este sistema puede ser simplemente un

consecuencias inmediatas:

autotransformador y una reactancia de choque normal, lo cual eléctricamente es correcto, pero muy costoso y voluminoso.

1 - Los condensadores de corrección del factor de potencia, no son capaces de corregir el factor de potencia hasta la unidad, sino que al añadirse más capacidad a dichos condensadores, se pasa a un circuito capacitivo. cancelándose la frecuencia fundamental a igualdad de cargas, es decir con fases equilibradas, los terceros

Balasto

2 - En los sistemas trifásicos con neutro, la corriente en el neutro se llega a hacer similar a la de las fases, porque aún F

armónicos están en fase y por lo tanto se suman. Si los aparatos que se alimentan de la línea trifásica con neutro sólo tomaran la frecuencia fundamental, el neutro no llevaría corriente en el caso de equilibrio de cargas sobre las fases. Si en cambio, los aparatos toman una corriente que contenga el

Red

33 3% del tercer armónico, el hilo neutro se carga con la misma corriente que las fases, aunque su frecuencia sea el triple de Lámpara

la fundamental. En la práctica, para que esto no ocurra en las líneas de alumbrado, se han establecido límites en las distorsiones de corriente

N

admisibles de caso armónico impar, ya que los pares se anulan (ver las Normas IEC 1000-3-2, IEC 1000-3-3 o EN 61000-3-2

Figura 3

y EN 61000-3-3). No obstante, el neutro debe dimensionarse al mismo tamaño que los de las fases, según exige el Reglamento de Baja Tensión, para evitar sorpresas con materiales de baja calidad.

De ordinario se han construido, para esa función, reactancias autotransformadoras, cuyo esquema básico se muestra en la

Otro problema típico de la alimentación contaminada de frecuencias armónicas es el fenómeno de resonancia, que puede

Fig. 3, formadas por dos devanados desacoplados magnéticamente, incluso con shunts magnéticos entre ellos, para que,

producirse en aquellos equipos que están compuestos de reactancia inductiva y condensador en serie. Estos equipos son

además de elevar la tensión para que la lámpara pueda encender, realicen la función de controlar la intensidad de la misma.

especiales y conocidos como reguladores, autorreguladores o balastos de potencia constante.

Este tipo de reactancias tienen una regulación de potencia muy pequeña, de modo que una variación de tensión del 5% ocasiona oscilaciones de potencia de la lámpara del 12%. Además, son reactancias de bajo factor de potencia y para corregir

9.2.4. Balastos electromagn ticos

éste, teniendo en cuenta la tensión de alimentación (normalmente 110 o 125 V), nos veremos obligados a colocar

Los balastos electromagnéticos están compuestos, principalmente, por un gran número de bobinas de cobre sobre un núcleo

condensadores de gran capacidad y por lo tanto costosos.

de hierro laminado. En ellas se produce una pérdida de calor que ocurre a través de la resistencia óhmica de las bobinas y la histéresis en el núcleo, y que depende mucho de la construcción mecánica de los balastos y del diámetro del alambre de cobre.

Reactancia autorreguladora Esta reactancia combina un autotransformador con un circuito regulador. Debido a que una parte del bobinado primario es

Tipos de reactancias

común con el secundario, su tamaño es reducido. Puesto que sólo el bobinado secundario contribuye a una buena regulación,

Reactancia de choque

el grado de ésta depende de la porción de tensión primaria acoplada al secundario (Fig. 4).

Este tipo de reactancia inductiva, formado por una simple bobina con su núcleo magnético correspondiente, conectada eléctricamente en serie con la lámpara, es el más comúnmente utilizado; constituye un conjunto de bajo factor de potencia

Condensador

que puede ser corregido colocando un condensador en paralelo con la red (Fig. 2). Balasto

Balasto

F

F Red

Condensador

N

Red Lámpara

Lámpara

Figura 2 N

Figura 4

LUMINOTECNIA 2002

121

122

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

Con este tipo de reactancia logramos las siguientes ventajas:

Los balastos electrónicos se usan generalmente para lámparas fluorescentes y halogenuros metálicos y sodio alta presión de

- Una buena regulación de corriente y potencia de la lámpara, frente a las variaciones de tensión de la alimentación

hasta 150 W.

(del orden del 5% en potencia, frente a variaciones de tensión del 10%).

El principio de funcionamiento más comúnmente empleado en los balastos electrónicos para tubos fluorescentes en

- Como consecuencia de lo anterior, un aumento notable en la vida de la lámpara, lo que reduce los costos de

acometidas de corriente alterna normal (220 V y 50 Hz) es como el que se muestra en la Fig. 5.

mantenimiento de la instalación. - La corriente de arranque en la red, no es superior a la de funcionamiento normal, por lo que los sistemas de protección y los cables de alimentación se pueden dimensionar para una corriente menor que en las instalaciones con reactancias de choque, y por esto mismo la seguridad de las protecciones aumenta al corresponder sus valores con los de funcionamiento.

Lámpara

F

- La compensación del factor de potencia se mantiene por encima del 0 9 independientemente de la tensión de la

Control electrónico

Red

red.

N

Lámpara

- Debido a la gran estabilización que proporcionan estas reactancias, la tensión de red, a la cual la lámpara se extingue,

Condensador amortiguador

es baja, lo que permite variaciones de la tensión de alimentación muy superiores a lo habitual sin que se produzcan apagados de la lámpara. Filtro pasa-bajos

Marcas e indicaciones

Es la temperatura máxima a la cual pueden funcionar constantemente los bobinados de una reactancia

Como puede verse, con un filtro previo de paso bajo para reducir distorsión de la corriente de alimentación e impedir que las

en condiciones normales, a su tensión y frecuencia nominales, para asegurar una vida media de 10 años.

señales de alta frecuencia se reflejen en la red. Además, hay que proteger al circuito electrónico de los impulsos fortuitos que

Los aumentos o diminuciones de la temperatura de los bobinados tienen influencia en la vida de los

aparecen en la corriente alterna de 50 Hz.

mismos. t

Una vez rectificada la corriente alterna, y con ayuda del condensador de acoplo, se procede a la generación de alta frecuencia

Calentamiento de los bobinados de una reactancia sobre la temperatura ambiente en la que está

en onda cuadrada, mediante dos transistores generalmente. Esta frecuencia ha de ser mayor de 20 KHz. para superar los límites

instalada, funcionando en condiciones normales y a tensión y frecuencia nominales. ta

audibles y conseguir el mayor rendimiento.

Temperatura de ambiente máxima a la que puede funcionar una reactancia en condiciones normales. Viene dada por:

Pérdidas

Antes de aplicar la alta frecuencia a los tubos hay que establecer los medios para limitar la corriente y facilitar el encendido.

ta = tW - t

Además de lo anterior, es preciso proveer medios para impedir que el balasto se deteriore al final de la vida de los tubos, etc.

Es la potencia autoconsumida. Si no se indica de otra forma, este valor está medido con voltaje y frecuencia nominales y con los bobinados a una temperatura de 25º C.



Estabilizador de la lámpara

Figura 5

hacer el uso adecuado de las mismas, obteniéndose así las máximas prestaciones eléctricas, de seguridad y duración. tW

Oscilador de alta frecuencia

Rectificador

Las reactancias, además de las características eléctricas, llevan impresas una serie de indicaciones que conviene conocer para

Conceptos asociados a los balastos electrónicos

Es el factor de potencia.

Factor de potencia: En los balastos electrónicos el factor de potencia está corregido y tiene un valor constante y muy próximo

Además de éstas, pueden llevar impresas las marcas de conformidad de los diferentes organismos como ya indicamos

a la unidad, controlado en todo momento de su funcionamiento por el circuito de corrección de factor de potencia.

anteriormente.

Protección contra sobretensiones: En las instalaciones trifásicas con neutro incorrectamente conectado o interrumpido, ante un reparto desequilibrado de cargas, se produce un desequilibrio de tensiones, que origina sobretensiones en algunas de las

9.2.5. Balastos electrónicos

fases, que pueden crear problemas de funcionamiento y deterioro de lámparas y equipos auxiliares.

Los balastos electrónicos ofrecen ventajas importantes con respecto a los balastos inductivos convencionales, tales como:

Los balastos electrónicos están provistos de un sistema de protección contra sobretensiones, que evita daños que pudieran

- Mejoran la eficiencia de la lámpara y del sistema.

causarse en los circuitos por este motivo.

- No producen efectos de parpadeo o estroboscópicos.

Armónicos de corriente: Una onda no sinusoidal pura está formada por una onda fundamental a la que se superponen ondas

- Brindan un arranque instantáneo sin necesidad de un arrancador separado.

de frecuencia múltiplos de la onda fundamental. Estas ondas superpuestas reciben el nombre de armónicos de orden superior,

- Incrementan la vida de la lámpara.

como ya vimos anteriormente.

- Ofrecen excelentes posibilidades de regulación del flujo luminoso de la lámpara.

Estos armónicos son producidos por elementos de comportamiento no lineal, y sobrecargan las redes de alimentación, siendo

- Factor de potencia próximo a la unidad, aunque hay que vigilar que los armónicos en línea no excedan los valores

indeseables por constituir una fuente de perturbaciones para otros aparatos en la misma red, y por reducir el factor de potencia

máximos admitidos.

del aparato afecto de éstos.

- La conexión es más simple.

Los balastos electrónicos deben incluir en sus circuitos filtros de entrada que limiten y mantengan el nivel de armónicos igual

- Poseen menor aumento de la temperatura.

o por debajo de lo exigido por la norma EN 61000-3-2.

- No producen zumbido ni otros ruidos.

Corrientes de dispersión o de fuga: Para reducir las interferencias radioeléctricas se utilizan filtros que originan corrientes

- Poseen menos peso.

dispersas no aceptables para el buen funcionamiento eléctrico de los equipos.

- Pueden ser utilizados en corriente continua.

Los balastos electrónicos incorporan condensadores de supresión de interferencias que conducen a tierra las corrientes de fuga,

Naturalmente estas ventajas corresponden a balastos electrónicos correctamente diseñados y correctamente elaborados y

con valores siempre inferiores a 0 5 mA., no comportando problema alguno para los equipos de protección y diferenciales del

verificados.

circuito.

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Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

Para una correcta instalación siempre es necesario utilizar el borne de tierra del balasto y conectarlo debidamente.

9.3. Arrancadores

Interferencias radioeléctricas: Los equipos electrónicos de funcionamiento en altas frecuencias emiten o generan Las lámparas de vapor de mercurio, tienen electrodos que les permiten el arranque con tensiones bajas, del orden de los 220 V., por

interferencias radioeléctricas perjudiciales para el entorno eléctrico y aparatos afines a él.

lo que no necesitan ningún dispositivo adicional para el arranque. Sin embargo, las de halogenuros metálicos y las de sodio de alta

Estos niveles de emisión deben situarse por debajo de los límites tolerables por la norma EN 55015.

presión, necesitan tensiones de encendido muy elevadas que no puede suministrarlas la reactancia por sí sola.

Los balastos electrónicos disponen de etapas y filtros supresores de interferencias radioeléctricas, de modo que su emisión sea

El proporcionar esta tensión de encendido es la misión de los arrancadores, que también se utilizan para el encendido de algunas

siempre inferior a los límites máximos normalizados.

lámparas de vapor de sodio a baja presión.

Para mantener este bajo nivel de emisión de radiointerferencias, hay que prestar especial atención a la disposición del cableado de la instalación, siguiendo en todo momento las recomendaciones a tal fin.

Principios de funcionamiento Están basados en aprovechar la energía almacenada en un condensador, y que se descarga mediante un sistema de disparo

Normativa bajo la que se deben construir los balastos de alta frecuencia

adecuado en el bobinado primario de un transformador. Debido a la brusca variación de flujo en el núcleo del mismo, aparece

Con el fin de ofrecer las máximas garantías de funcionamiento y seguridad, los balastos electrónicos deben ser diseñados según

un impulso de tensión inducido en el secundario, de un valor de pico muy elevado y de poca duración que superpuesto a la

las últimas normas europeas para se permitan lograr las siguientes características:

tensión de la red, hace saltar el arco en el interior del tubo de descarga.

- Al ser electrónicos, estar totalmente libres de ruidos.

Según su principio de funcionamiento podemos distinguir tres tipos diferentes de arrancadores: arrancador independiente,

- No producir parpadeos en el encendido.

arrancador de transformador de impulsos y arrancador independiente de dos hilos.

- Efecto estroboscópico corregico.

Además de esta clasificación por su forma de funcionamiento, los arrancadores pueden tener en su interior un sistema de

- Utilizables como aparatos de emergencia, admitiendo la alimentación en corriente continua.

desactivación que corte su funcionamiento si la lámpara no arranca en un plazo de tiempo. Estos últimos son los llamados

- Permitir un amplio margen de tensión de alimentación.

arrancadores temporizados.

- Poseer un circuito de desconexión automática frente a lámparas defectuosas o agotadas. - Incorporar filtros armónicos para evitar que éstos se introduzcan en la red.

Arrancador independiente o superposición de impulsos (Arrancador serie)

Por lo tanto, deben cumplir o estar conformes con las siguientes normas:

Funciona según el esquema de la Fig. 6. El condensador del arrancador se descarga mediante el circuito de disparo sobre las

UNE-EN 50081-1:

Compatibilidad Electromagnética. Norma genérica de emisión.

UNE-EN 55015:

Perturbaciones radioeléctricas de las lámparas fluorescentes y luminarias.

EN 61000-3-2:

Perturbaciones de los sistemas de alimentación. Armónicos.

EN 60928:

Prescripciones generales y de seguridad.

EN 60929:

Prescripciones de funcionamiento.

UNE-EN 50082-1:

Compatibilidad Electromagnética. Norma genérica de inmunidad.

espiras del primario del transformador, el cual amplifica el impulso al valor adecuado. La tensión del impulso depende exclusivamente del propio arrancador. Es compatible con cualquier reactancia de choque y ésta no soporta los impulsos de encendido, cuyo valor en muchos casos es elevado. Balasto

Transformador

F

Encendido con equipos electrónicos de alta frecuencia

Circuito de disparo

Condensador

Se considera tiempo de encendido para un balasto electrónico, al tiempo necesario para iniciar el encendido de la lámpara. En

Lámpara

función de este periodo de tiempo distinguiremos los equipos de encendido instantáneo (o en frío) y los equipos de encendidos con precalentamiento de cátodos (o en caliente).

Red

Condensador

Balastos electrónicos de encendido instantáneo: Producen el encendido de la lámpara en un tiempo

Resistencia

prácticamente instantáneo. Este encendido se produce con los cátodos de la lámpara fríos, sin un precalientamiento previo.

Arrancador

Se recomienda el uso de estos balastos en instalaciones donde se requieran un limitado número de encendidos

N

diarios, como oficinas, locales comerciales, bancos, etc.

Figura 6

Balastos electrónicos de encendido rápido: Estos balastos, a diferencia de los de encendido instantáneo, tienen un corto precalentamiento, de aproximadamente 0 4 segundos. Balastos electrónicos de encendido con precalentamiento: Estos balastos producen el encendido de la lámpara

Arrancador de transformador de impulsos (Arrancador semiparalelo)

en un tiempo aproximado de dos segundos.

Utiliza la reactancia como amplificador de los productos por el arrancador y funciona según el esquema de la Fig. 7. El

Previamente al encendido, los cátodos de la lámpara son precalentados por el paso de una corriente inicial por ellos,

condensador del arrancador se descarga mediante el dispositivo de disparo entre los puntos 2 y 3 de la reactancia, que con

lo que origina un encendido más suave, pero no instantáneo. Aún con ello, en este tipo de instalaciones, la vida de

una adecuada proporción de espiras respecto al total de la bobina, amplifica el impulso al valor necesario.

la lámpara sometida a frecuentes encendidos es mucho menor que la de la lámpara que soporte pocos encendidos

El valor de los impulsos depende tanto del propio arrancador como de la reactancia utilizada y, por esto, no siempre es

y largos periodos de funcionamiento continuado.

compatible cualquier combinación de ambos. La reactancia debe llevar toma intermedia y estará sometida a las elevadas

Generador HF para lámparas de inducción: El generador HF proporciona la señal de alta frecuencia (2 65 Mhz) a

tensiones de pico producidas para el encendido.

la antena de la lámpara para iniciar y mantener la descarga del gas. El sistema de circuitos electrónicos del generador se encuentra encerrado en una caja de metal pequeña, la cual además de dar protección contra la interferencia de radio frecuencia, también sirve para conducir el calor generado en el circuito.

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Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

Normas de referencia

Balasto

1

Las normas aplicables a los arrancadores son las siguientes:

3

EN 60926:

F

2

Aparatos arrancadores y cebadores (excepto los de efluvios). Prescripciones generales y de seguridad.

Condensador Lámpara Red

EN 60927:

Aparatos arrancadores y cebadores (excepto los de efluvios). Prescripciones de funcionamieto.

EN 60662:

Lámparas de vapor de sodio a alta presión.

EN 61167:

Lámparas de halogenuros metálicos.

Arrancador Condensador

Circuito de disparo

Recomendaciones para el uso de arrancadores En primer lugar debemos elegir el arrancador adecuado para lámparas que deseamos instalar, de forma que nos proporcione

Resistencia

el voltaje de pico necesario, el número de impulsos exigidos para encender la lámpara y admita la capacidad de carga que suponen los cables hasta la lámpara. Debe cuidarse la ubicación de manera que haya siempre la mínima distancia desde el arrancador a la lámpara, para que la

N

capacidad de los cables sea mínima y así asegurar el encendido. Dicha capacidad depende de la separación entre sí de los

Figura 7

cables y de su longitud. En conductor portador del impulso de la alta tensión, el cual se indica en todos los arrancadores, debe de ser de un aislamiento

Arrancador independiente de dos hilos (Arrancador paralelo)

para tensión de servicio no menor de 1 KV., y estar conectado al contacto central del portalámparas para favorecer el encendido

Funciona según el esquema de la Fig. 8. La energía almacenada en el condensador C es devuelta hacia la lámpara por la

de la misma.

intervención del circuito de disparo D, en el preciso instante en el que la tensión de aquélla pasa por su valor máximo,

Hay que respetar siempre la forma de conexionado que se indica en el esquema del arrancador.

obteniéndose un impulso de un valor pico entre 2 y 4 veces el del instantáneo de la red, alcanzando entre 600 V y 1.200 V,

Evitar que en alojamiento del arrancador pueda haber humedad, entrada de agua o condensaciones, ya que ello puede

pero de mayor duración y por lo tanto de más energía que los obtenidos con los otros sistemas de arrancadores.

provocar derivaciones entre terminales o a tierra que nos anularían el impulso de alta tensión, no produciéndose el encendido. También hay que evitar una excesiva temperatura ambiente que pueda provocar un sobrecalentamiento en el arrancador y

Balasto

ponga en peligro su duración. La temperatura en el punto que se indica en la superficie del arrancador, no debe sobrepasar el F

valor indicado para tC ºC, cuando la lámpara está funcionando y estabilizada térmicamente. El arrancador produce tensiones de hasta 5 KV., por ello deben cuidarse especialmente los aislamientos de los cables que los soportan y no trabajar nunca en la luminaria sin estar seguros de que la tensión de alimentación está cortada.

Resistencia

Tener conectado el condensador de corrección del factor de potencia para evitar pérdidas de impulso hacia la red.

Lámpara Arrancador

Red

Cebadores

Condensador

Reciben este nombre los arrancadores destinados al encendido de las lámparas fluorescentes.

Condensador

El tipo de cebador más normal es el llamado de destellos, compuesto por una ampolla de vidrio llena de gas neón a baja presión, en

Circuito de disparo

cuyo interior se encuentran dos electrodos, uno de los cuales o ambos son laminillas bimetálicas que se doblan ligeramente por la acción del calor. Paralelamente con los electrodos se halla conectado un condensador para eliminar interferencias. Todo el conjunto se aloja en un recipiente cilíndrico de aluminio o material aislante, en el que se incluye una placa con dos patillas para su contacto y fijación.

N

El cebador se intercala en serie con los electrodos de la lámpara y el balasto, funcionando automáticamente de la forma siguiente:

Figura 8

Al establecerse la conexión se produce una pequeña descarga eléctrica entre las laminillas a través del gas, calentándolas lo suficiente para que se doblen hasta unirse. Esta unión cierra el circuito y facilita durante un breve periodo de tiempo el paso de corriente por los

stos son utilizables sólo para algunas lámparas de halogenuros metálicos y para las de sodio a baja presión de 35 W., que

electrodos de la lámpara que, al ponerse incandescentes, emiten electrones a su alrededor en forma de nube. Instantes después, al

requieren impulsos de tensión relativamente bajos pero de cierta duración.

enfriarse las laminillas, se separan abriendo el circuito y dando lugar con ello a que el balasto lance un impulso de tensión con el que se consigue la descarga del arco y el funcionamiento de la lámpara. Una vez encendida la lámpara, el cebador queda fuera de servicio

Arrancadores temporizadores

al llegarle una tensión insuficiente. Si falla el encendido, el cebador vuelve a actuar de la misma forma.

Son arrancadores con un dispositivo interno que tras un tiempo prefijado de producción de impulsos, desactiva el

Sin embargo, los cebadores electrónicos realizan un sólo intento de arranque (muy determinado) para que cualquier parpadeo durante

funcionamiento del mismo. Si la lámpara no enciende por agotamiento o avería, deja de someter a los impulsos de alta tensión

la fase de encendido sea eliminada. Las ventajas adicionales del arrancador electrónico son la alta fiabilidad de arranque a bajas

a todo el circuito.

temperaturas ambientales y la prolongación de la vida de la lámpara.

El arrancador vuelve a estar activo tras la interrupción de la tensión de alimentación del circuito aunque sólo sea por un corto espacio de tiempo (milisegundos).

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Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

Reactancia inductiva

9.4. Condensadores

La inductancia de un circuito sirve para retardar el aumento o disminución de la corriente, pero en ningún caso previene o limita el cambio. Ahora bien, la frecuencia limita la amplitud de la corriente en un valor igual a . L = 2 . . f . L ohmios. A este valor

9.4.1. Introducción El condensador eléctrico es un sistema formado por dos conductores separados por un aislante. Si no se coloca ningún

le llamamos reactancia inductiva XL, que crece al aumentar la frecuencia y disminuye si también lo hace la frecuencia. De ahí

elemento entre los dos conductores, es el aire el que hace de aislante; ahora bien, generalmente, el aire se sustituye por otro

que en corriente continua, como f = 0 Hz., el valor de la reactancia inductiva sea cero.

aislante de mayor poder dieléctrico, lo que permite aproximar mucho los conductores (armaduras) sin que las cargas eléctricas salten de uno a otro.

Resistencia

Si las armaduras de un condensador se conectan a los polos de un generador eléctrico, adquieren cargas iguales y de distinto

La resistencia que ofrece un conductor en corriente alterna se puede decir que es la misma que la que ofrece en corriente

signo, por lo que, una vez desconectado, el condensador hace de almacén de cargas eléctricas.

continua (resistencia óhmica), siempre y cuando sean despreciables los efectos Kelvin y corona, y la resistencia debida a

La cantidad de carga almacenada por un condensador es directamente proporcional a la diferencia de potencial que se haya

corrientes parásitas, histéresis, etc.

establecido entre sus placas, pero puede ocurrir que dos condensadores de distinta forma o tamaño adquieran distinta carga

Ley de Ohm generalizada

cuando se someten a una misma diferencia de potencial.

En los circuitos, la corriente eléctrica queda limitada por el valor de la resistencia (R), la reactancia inductiva (XL) y la reactancia

Capacidad de un condensador es el cociente entre la carga de una de sus placas y la diferencia de potencial entre ambas.

capacitiva (XC) de los elementos que forman el circuito. A todos estos elementos se les puede someter a una tensión alterna C=

q U

senoidal que, en régimen permanente, les hace circular una intensidad de corriente alterna de la misma forma y frecuencia de onda. Igualmente, en ellos se verifica la ley de Ohm generalizada para corriente alterna, cuya expresión es:

r Ur Z = r I

donde: C = capacidad del condensador. q = carga del condensador (coulomb).

()

r Z = Z . (cos + j . sen ) = R + j . X

U = diferencia de potencial entre las placas o las patillas del condensador (V).

Circuito capacitivo puro

()

La parte real del número complejo es la magnitud que conocemos con el nombre de resistencia, R, se representa en el eje

La capacidad (capacitancia) de un circuito eléctrico o de un elemento de circuito sirve para retardar una variación en la tensión

real. Su módulo vale:

que se aplica entre sus bornes. Ese retardo es causado por la absorción o cesión de energía y está asociado con la variación

R = Z . cos = ZZ2 - R2

en la carga de electricidad. Un circuito capacitivo puro es aquel cuya resistencia óhmica es cero (capacitancia pura). Por las leyes del campo eléctrico

()

sabemos que la tensión entre las placas de un condensador es proporcional a la carga almacenada y que la relación q/U es la

r La parte imaginaria del número complejo, Z , es la reactancia X, que se representa en el eje imaginario de tal forma que si es

capacidad.

de naturaleza inductiva es positiva, +j . XL, y si es de naturaleza capacitiva resulta negativa, -j . XC. Su módulo vale:

Si en vez de una tensión continua, se le aplica al condensador una tensión alterna senoidal, será preciso una variación de la

X = Z . sen = ZZ2 - R2

misma du para producir una variación de la carga dq = i dt en un tiempo infinitesimal dt. Es decir:

()

El ángulo es el ángulo de desfase entre la tensión y la intensidad, de tal forma que si es positivo, corresponde a un circuito

dq = i dt = C du

inductivo. Si es negativo, corresponde a un circuito capacitivo. Como sabemos, este ángulo es de gran importancia en corriente alterna, pues le llamamos factor de potencia y nos da información acerca de la energía reactiva y nos la cuantifica.

Si al circuito le aplicamos una tensión alterna senoidal u = Umax sen ( t), y la sustituimos en la ecuación anterior, derivamos y operamos:

XL

i = Umax C sen( t + ) 2

-Xc Z

Esta ecuación nos indica el adelanto que sufre la intensidad con respecto a la tensión debido al efecto del condensador.

 

X (inductiva)

Efecto de la frecuencia 0

Reactancia de capacidad La capacidad de un circuito sirve para retardar el aumento o disminución de la tensión, pero en ningún caso previene ni limita el cambio. Ahora bien, la frecuencia limita la amplitud de la corriente en un valor igual a 1. = . 1. . ohmios. A este C 2 f C valor le llamamos reactancia capacitiva XC, que crece al disminuir la frecuencia y

Figura 9

disminuye si aumenta la frecuencia. De ahí que en corriente continua como f = 0 Hz, el valor de la reactancia capacitiva sea

Si el triángulo de impedancias de la Fig. 9 se multiplica por I2, lo que obtenemos es su correspondiente triángulo de potencias,

infinito y el de la corriente cero amperios.

en el que:

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R

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Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

P = R . I2 = U . I . cos Q = X . I2 = U . I . sen

(W)

Al seleccionar el método de compensación necesario se debería considerar la ubicación de los condensadores y los aspectos

Potencia reactiva

(V Ar)

económicos (tarifas, parámetros de la red, coste inicial de la adquisición y los gastos de mantenimiento del equipo). Aparte de

Potencia aparente

S = Z . I2 = U . I

(V A)

esto, existen factores tales como armónicos del sistema y las condiciones del ambiente que puede limitar la utilización efectiva

Potencia activa

de los condensadores. No existe un método de compensación que pueda recomendarse universalmente; no obstante, pueden aplicarse varios métodos en cada caso. S

Compensación en paralelo

Q

La compensación en paralelo se hace según el esquema de la Fig. 12 en la que se ha representado una lámpara fluorescente

 

de arranque por cebador, como ejemplo típico, pero que es aplicable a cualquier otro tipo de lámpara.

0

Iγ

P

Balasto

IL

F

Figura 10

Ic Condensador

Red

Cebador

El factor de potencia (cos ) puede definirse como la eficiencia relativa en el uso de la energía eléctrica. Técnicamente es la relación entre la potencia activa P (en W.) entregada a un receptor y la potencia aparente S (en V.A.) suministrada por la línea

Lámpara

9.4.2. Factor de potencia

de alimentación.

IL N

2 2

= UI S=

P

QL

+

Figura 12

ϕ

QL=UI senϕ

El condensador conectado en paralelo a la red, ha de ser del valor adecuado para que la intensidad reactiva en adelanto de fase absorvida por él, IC, compuesta con la que circule por la lámpara, IL, dé una intensidad absorbida de red, IT, cuyo factor de

0

P=UI cosϕ

potencia sea próximo a la unidad (Fig. 13).

Figura 11

Ic

Siempre será menor que la unidad, pero cuanto más próximo sea a ella, mayor aprovechamiento estamos haciendo de la energía tomada de la red. En las normas para reactancias se especifica que un equipo (conjunto reactancia–lámpara) es de alto factor de potencia cuando

Vred

su valor es igual o mayor que 0 85.

ϕ’

El uso de reactancias de alto factor de potencia presenta las siguientes ventajas:

It

1- Cumplir con los requisitos de las compañías suministradoras de energía eléctrica de tener compensado el factor ϕ

de potencia como mínimo a 0 85. IL

2- Evitar recargos en los recibos por concepto de energía reactiva. 3- Reducir sección en los conductores de las líneas de alimentación en las instalaciones. 4- Utilizando equipos de alto factor de potencia se pueden instalar mayor número de luminarias por circuito con lo

Figura 13

que se reducen y simplifican los equipos de protección (magnetotérmicos, diferenciales, etc.). Compensación del factor de potencia

La tensión a soportar por el condensador es la de la red, y la tolerancia admitida en capacidad suele ser de ±10% de su valor

Como normalmente, las reactancias de uso industrial son de tipo inductivo y su factor de potencia está en torno a 0 5, se han

nominal.

de asociar a ellas, reactancias de tipo capacitivo para que el factor de potencia del conjunto se aproxime a la unidad. Esta

Siendo:

reactancia capacitiva consiste en uno o varios condensadores, cuya instalación es conveniente hacerla próxima a la reactancia

VRED =

inductiva con el fin de poder dimensionar los conductores para una intensidad lo más pequeña posible, lo que no lograríamos

IL =

Corriente absorbida por el equipo sin compensar.

si colocáramos los condensadores al principio de la instalación, junto al cuadro de distribución, por ejemplo.

IC =

Corriente absorbida por el condensador.

It =

Corriente en red tras la compensación.

y =

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Tensión de alimentación.

ngulos de desfase antes y después de la compensación.

Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

Cálculo del condensador necesario

Relé

El cálculo de la capacidad (C) del condensador necesario en un equipo, se puede resolver con ayuda de la siguiente expresión:

C=

P . (tag - tag ´) (F) . V2

donde: cos =

factor de potencia inicial ( = arc cos ).

cos =

factor de potencia que queremos alcanzar ( = arc cos ).

V=

tensión de la línea.

=

frecuencia en radianes ( = 2. . F ; F es la frecuencia en Hz.).

Balasto principal

Balasto auxiliar

Lámpara

F

Compensación en serie Como anteriormente se ha establecido, la compensación en paralelo reduce la componente de potencia reactiva de la corriente

N

de la red, y por consiguiente, las pérdidas de tensión. Con la compensación en serie la potencia reactiva se transmite en algún

Figura 15. El relé inserta en serie con el circuito en choque auxiliar.

grado y la recataría de la línea queda influenciada al conectar los condensadores en serie con la red. La expresión para la pérdida de tensión de la línea viene dada por:

Relé

U = Ia . R + Ir . (XL - XC) Esta fórmula muestra que, cuando XC = XL, la reactancia de la red es cero y la pérdida de tensión originada por la transmisión

Balasto auxiliar

de potencia reactiva es también, por consecuencia, cero. Al incluir un condensador adecuado en serie, XC puede ser mayor que Lámpara

XL, en cuyo caso, la reactancia de la red llega a hacerse negativa. Así pues, la compensación en serie también puede reducir la caída de tensión causada por la transmisión de la potencia activa.

Balasto principal

F

9.5. Equipos de ahorro de energ a N

En los alumbrados públicos con lámparas de descarga puede reducirse el consumo energético en las horas de madrugada o en

Figura 16. El relé abre el circuito de un choque en derivación con el principal.

circunstancias de menor exigencia visual mediante la reducción de la iluminancia en cada punto o en la mayoría de los puntos luminosos correspondientes. En las antiguas instalaciones, se solían montar dos lámparas sobre cada luminaria destinada a alumbrado viario, con objeto entre otros

En cualquier caso, se reduce el consumo de la lámpara al actuar el relé, conectado con una línea de mando existente en la

de disponer de dos niveles de iluminación según las conveniencias. Actualmente se utiliza una luminaria con una sola lámpara de

instalación. También puede disponerse de un temporizador en equipo de cada luminaria, que programado según se precise

descarga incorporada y con equipo de doble nivel. Este balasto, permite la reducción de la potencia gastada mediante la introducción

haga el paso del nivel normal al reducido.

en el circuito de la lámpara de una inductancia adicional incorporada en el mismo núcleo de hierro de la inductancia principal en el

El sistema de doble nivel que estamos describiendo puede aplicarse en lámparas de mercurio a alta presión y en lámparas de

núcleo separado. En las Fig. 14, 15 y 16 se esquematizan tres formas conocidas del sistema de doble nivel referido a una lámpara de

vapor de sodio de alta presión (teniendo especial cuidado en el circuito de arranque). Este sistema no es adecuado con las

vapor de mercurio.

lámparas de halogenuros metálicos porque el color de la luz resulta muy afectado por la potencia emitida. En los sistemas de ahorro energético con varios niveles de iluminación, hay que vigilar el factor de potencia de la instalación, Relé

siendo a veces necesario en el nivel mínimo reducir la capacidad instalada necesaria para el nivel máximo. Una ventaja añadida en los equipos de doble nivel, es la mayor duración de equipos y lámparas, ya que generalmente, las sobretensiones Balasto de doble nivel

perjudiciales se producen en las líneas en las horas en que se ha conectado el alumbrado a nivel reducido. Lámpara

9.6. Equipos el ctricos de las diferentes lámparas de descarga. Circuitos

F

Tubos fluorescentes Los tubos fluorescentes se clasifican en dos grandes grupos, en función de que los cátodos estén o no caldeados para su

N

arranque. Figura 14. El relé conmuta la toma del devanado en núcleo único.

Los más normales son los de c todo caliente que pueden arrancarse mediante cebador térmico (Fig. 17), caldeo de filamentos en los sistemas de arranque rápido “rapid start” (Fig. 18), arranque “trigger” (se reduce la tensión del filamento una vez que el tubo ha arrancado), arranque semi-resonante (Fig. 19) y arranque por medios electrónicos.

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Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

Otro tipo de tubos es el de cátodo frío, que arrancan casi exclusivamente por la tensión aplicada entre sus extremos.

Balasto F

Balasto

Red

F

Condensador

Condensador

Red

Lámpara

Cebador

Lámpara

N

Figura 20. Esquema de conexión para lámparas de mercurio a alta presión.

Lámparas de vapor de sodio a baja presión N

Los equipos utilizados para este tipo de lámpara en el pasado reciente han sido casi exclusivamente los constituidos por un autotransformador de alta impedancia en el secundario y condensador en paralelo con la línea para mejorar el factor de

Figura 17. Arranque por cebador. Balasto inductivo. Compensación del factor de potencia en paralelo con la línea.

potencia (Fig. 21). Recientemente se utilizan con nuevas lámparas, inductancias en serie o circuitos semirresonantes (pequeñas potencias, Fig. 22) y circuitos híbridos constituidos por autotransformadores de mayor complejidad asociados a arrancadores

Lámpara

Lámpara

Balasto

electrónicos (Fig. 23), al objeto de mejorar el comportamiento de las lámparas y reducir fuertemente el consumo de potencia.

F

F Red

Red

Condensador

Condensador

N

N

Figura 18. Arranque rápido. Circuito con autotransformador a dispersión (con calentamiento de electrodos en paralelo).

Figura 21. Autotransformador de dispersión.

Balasto

Reactancia

F

Red

Condensador

Lámpara

F

Red

Condensador

N

N

Figura 19. Encendido rápido. Circuito “semirresonante” con calentamiento de electrodos en serie.

Figura 22. Arranque semirresonante.

Lámparas de vapor de mercurio a alta presión Los equipos eléctricos más usados son los de una inductancia en serie con la lámpara que limita las intensidades de arranque y de régimen normal. El bajo factor de potencia que el uso de la inductancia produce, se corrige mediante el empleo de condensadores en paralelo con la línea (Fig. 20). Cuando la tensión de la línea es insuficiente o excesivamente grande para la que precisa las lámparas, se acopla un transformador entre la línea y la inductancia de estabilización (la inductancia puede incorporarse al secundario del transformador y es lo que se denomina transformador a fugas o de dispersión).

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Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

Capítulo 9. EQUIPOS AUXILIARES DE REGULACI N Y CONTROL

Figura 25. Esquema con arrancador semiparalelo.

Balasto

Lámparas de halogenuros metálicos

F

En general, no ha sido necesario desarrollar balastos especiales para estas lámparas. Las lámparas de halogenuros de tres bandas emplean balastos destinados a lámparas de mercurio a alta presión, mientras que las lámparas de tierras raras y Condensador

Red

lámparas de estaño funcionan bien con balastos para lámparas de sodio a alta presión.

Arrancador

Como la tensión del balasto no es suficiente para arrancar esta lámpara, necesita de arrancador externo (Fig. 26., 27. y 28.).

N

Balasto

Lámpara

F

Figura 23. Circuito híbrido. Impedancia y arrancador electrónico. Red

Condensador

Lámparas de vapor de sodio a alta presión

Arrancador

Para el arranque de este tipo de lámparas se han desarrollado arrancadores electrónicos que en combinación con el balasto o de forma independiente, generan impulsos que las lámparas necesitan para inicio del arco. Estos arrancadores deben cesar en

N

la emisión de impulsos, una vez que la lámpara ha encendido, para no perjudicarla.

Figura 26. Esquema con arrancador independiente.

Hay dos tipos de arrancadores desde el punto de vista de su asociación con el balasto: los que incorporan un transformador para la generación de los impulsos de alta tensión (Fig. 24) y los que utilizan la inductancia como transformador (Fig. 25). Los primeros deben montarse muy próximos a la lámpara asociada, pudiendo colocarse el balasto alejado de la lámpara. Los que

Balasto

utilizan la impedancia como transformador son más económicos y debe armonizarse la pareja reactancia-arrancador, pudiendo F

alejarse la lámpara del equipo de acuerdo con la capacidad de los cables que permita el arrancador. Por lo demás, la estabilización en estas lámparas está fuertemente determinada por la característica del arco de vapor de sodio, cuya tensión no permanece constante a lo largo de su vida. El mejor sistema de estabilización de este tipo de lámpara es el de una inductancia en serie con tensión de alimentación constante.

Condensador

Arrancador Lámpara

Red

Balasto

Lámpara

F

N

Figura 27. Esquema con arrancador semiparalelo.

Condensador

Red

Arrancador

N Balasto

Figura 24. Esquema con arrancador independiente. F

Balasto

Red

Condensador

Arrancador

Arrancador

N

Lámpara

Red

Condensador

Figura 28. Esquema con arrancador paralelo.

N

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Lámpara

F

Capítulo 10.

ILUMINACIÓN INTERIOR E INDUSTRIAL

10.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 10.2. Nivel de iluminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 10.3. Deslumbramiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 10.4. Sombras y modelado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 10.5. Calidad de la luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 10.6. Diseño de la iluminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 10.7. Cálculos de iluminación interior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 10.8. Algunos niveles de iluminación recomendados . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

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139

140

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 10. ILUMINACIÓN INTERIOR E INDUSTRIAL

Capítulo 10. ILUMINACIÓN INTERIOR E INDUSTRIAL

embargo, cuando el tamaño angular del tamaño crítico está muy por encima del umbral de la agudeza visual, la contribución

10.1. Generalidades

al incremento de la misma es insignificante. El hombre necesita estar informado del entorno que le rodea para poder llevar a cabo fácilmente y sin peligro sus actividades.

Lo mismo pasa con los otros factores anteriormente mencionados. Pueden, también, estar afectados positivamente por un

La mayoría de la información acerca del entorno llega al hombre a través de los ojos y, por lo tanto, es de naturaleza visual. El término

incremento de la luminancia, la cual, sin embargo, dará como resultado una visibilidad mejorada en el trabajo, en tanto en

visibilidad (de un objeto) se usa como medida de la facilidad, la rapidez y la precisión con que un objeto puede ser detectado y

cuanto estos factores sean críticos con respecto a la visibilidad de la tarea considerada.

reconocido visualmente. En consecuencia, una buena visibilidad del entorno y de todo lo que contiene es esencial. Para una buena visibilidad se requiere una buena iluminación. Aunque una buena visibilidad de los objetos relevantes es una condición

Objetos difusores y su entorno

necesaria, no siempre es una condición suficiente para llevar a cabo actividades fácilmente y con comodidad. En interiores donde se

La luminancia de una superficie mate es proporcional al producto de la iluminancia en la superficie y su reflectancia. La

realiza un trabajo, la función principal de la iluminación es facilitar el confort de las tareas visuales allí realizadas, sin embargo, en áreas

luminancia como factor que influye en la visibilidad puede ser, en consecuencia, sustituido por la iluminancia y las

de circulación o salas de estar y lugares de descanso, el criterio de la capacidad visual no es tan importante; lo importante es el criterio

reflectancias para superficies difusoras y su entorno. Las reflectancias son parte de las propiedades intrínsecas de la tarea y

de agrado y confort visual.

el interior. stas no están afectadas por la iluminación, por lo que para estas tareas sólo la iluminancia permanece como un

Por tanto, los criterios más importantes relacionados con el diseño de la iluminación, para una aplicación particular, son la

factor del sistema de iluminación que afecta a la visibilidad. Debería tenerse en cuenta que para estas tareas, el contraste

visibilidad y la satisfacción visual. Además, estos factores deben estar equilibrados con relación a los costes de la instalación y

de luminancia no se ve afectado por la iluminancia, pero está determinado por las reflectancias de los detalles y el fondo.

funcionamiento.

Por lo tanto, la visibilidad de la tarea se incrementará con el aumento de la iluminancia hasta un máximo nivel determinado. El efecto del incremento de la iluminancia sobre la visibilidad será mayor cuanto más pequeño sea el tamaño, o el contraste

10.1.1. Visibilidad / Rendimiento visual

del detalle o la cantidad de exigencias de las funciones motoras de ojo. Para los detalles de tamaño angular grande, que

Para el trabajo en espacios interiores, la influencia de la iluminación en la realización del trabajo es muy importante.

tengan un alto contraste con el fondo y sean estáticos en una posición conocida, el efecto del crecimiento de la iluminancia

El rendimiento de una persona concreta, para un trabajo concreto, es esencialmente una función de la habilidad de la

en visibilidad sobre un nivel moderado será despreciable.

persona para realizar la tarea (potencial de ejecución) por una parte, y por otra de su actitud hacia la ejecución de la tarea (actitud de ejecución).

Objetos brillantes y sus alrededores

La actitud en la ejecución determina hasta qué punto el potencial de ejecución es utilizado eficazmente. Incluye factores

Considerando que la luminancia de un objeto perfectamente mate es proporcional al producto de la iluminancia y la

tales como motivación, dedicación y concentración que son de naturaleza social o psicológica y que están fuera de nuestro

reflectancia (difusa), la luminancia de una superficie reflectante regular es proporcional al producto de su reflectancia

estudio.

(regular) y la luminancia ambiental en la dirección de la reflexión.

La iluminación, así como otros factores del entorno físico, pueden influir en el potencial de ejecución pero la influencia sobre

En la práctica, la mayor parte de las superficies, sin embargo, no son ni de reflexión perfectamente difusa ni perfectamente

la ejecución real también depende de la actitud de ejecución.

regular, sino que tienen mezcladas las propiedades de reflexión de tal forma que su luminancia depende, tanto de la

El rendimiento visual es el término que se utiliza para describir la velocidad de funcionamiento del ojo y la exactitud con la

iluminancia en la superficie como de las luminancias del ambiente. Para relacionar la luminancia de las superficies de

que se lleva a cabo una tarea.

reflexión mixta con la iluminancia de una manera similar a como la luminancia de una superficie mate está relacionada con

La visibilidad de una tarea está generalmente determinada por la visibilidad del elemento de mayor dificultad que debe ser

la iluminancia por su reflectancia, se ha introducido el factor de luminancia.

detectado o reconocido para que el trabajo pueda realizarse. Este detalle se denomina detalle crítico. La visibilidad del detalle

El factor de luminancia de una superficie en una dirección dada bajo unas condiciones de iluminación dadas, es la razón

crítico es una función de la dificultad experimentada para discriminarlo visualmente del fondo sobre el cual es visto y de

de la luminancia de la superficie en esa dirección a la luminancia de una superficie blanca difusora perfecta cuando se

otros detalles de sus alrededores más inmediatos.

iluminan idénticamente. De esta definición deducimos que el factor de luminancia de una superficie difusora perfecta es constante e igual a su

Luminancia

reflectancia en todas direcciones y bajo todas las condiciones de iluminación.

Para el logro de una buena visibilidad en el trabajo, el factor más importante está relacionado con la luminancia de la tarea

En un ambiente de luminancia uniforme L, la luminancia de una superficie reflectante perfectamente regular es L en todas

y su entorno.

las direcciones y la luminancia de una superficie blanca difusora perfecta es también igual a L; los factores de luminancia de

El efecto general de la luminancia sobre la visibilidad es debido a la adaptación resultante, proceso por el cual las

esa superficie reflectante regular bajo esas condiciones de iluminación, son iguales a 1 en todas direcciones.

propiedades del sistema visual se modifican de acuerdo con las luminancias del campo visual. Para una distribución de

En un ambiente de luminancia igual a 0 excepto para un área de luminancia L limitada (fuente), la luminancia de una

luminancias dada en el campo visual, el proceso de adaptación alcanza un estado final expresado como luminancia de

superficie blanca difusora perfecta es menor que L porque la iluminancia es menor que la iluminancia en un ambiente de

adaptación.

luminancia uniforme L; la luminancia de una superficie reflectante perfectamente regular es igual a 0 excepto en las

Las propiedades del sistema visual afectadas por adaptación a la luminancia son:

direcciones de reflexión de la fuente en las cuales la luminancia es igual a L; el factor de luminancia de esa superficie regular,

- Agudeza visual, que es la capacidad del sistema para discriminar entre detalles u objetos que están muy juntos.

de este modo, es mayor que 1 en las direcciones de la reflexión de la fuente y 0 en todas las demás direcciones.

- Sensibilidad al contraste, que es la capacidad del sistema para distinguir las pequeñas diferencias de luminancia

Ya que las superficies brillantes tienen propiedades de reflexión en parte regular y en parte difusa, deducimos de lo anterior

relativa.

que para estas superficies de reflexión mixta, el factor de luminancia será constante e igual a su reflectancia (mixta) en todas

- Eficiencia de las funciones motoras oculares para la acomodación, convergencia, contracción pupilar, movimientos

direcciones sólo en un ambiente de luminancia uniforme; en otros ambientes puede alcanzar valores entre 0 y mayores que

del ojo, etc.

1 dependiendo ambos de las propiedades de reflexión y de los sistemas de iluminación.

La agudeza visual, la sensibilidad al contraste y la eficiencia de las funciones motoras oculares crecen con el aumento de la

Esto significa también que los contrastes en objetos que no son perfectamente mates son afectados por la iluminación,

luminancia de adaptación hasta un cierto máximo nivel.

porque están determinadas por los factores de luminancia de los detalles y del fondo, los cuales pueden alcanzar valores

Para trabajos donde el tamaño angular del detalle es crítico con respecto a la visibilidad del trabajo, un incremento de

diferentes en direcciones de visión diferentes, especialmente en las direcciones de reflexión de luminancias altas.

agudeza visual debido a un incremento de luminancia es de gran importancia para mejorar en la visibilidad de la tarea. Sin

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141

142

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Capítulo 10. ILUMINACIÓN INTERIOR E INDUSTRIAL

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

La conclusión de todo lo anterior es que para tareas y contornos brillantes no sólo es importante la iluminancia para una

cambios físicos en los ojos envejecidos son una reducción de la transmisión de la luz a través de los medios ópticos y un

buena visibilidad sino también la direccionabilidad de la iluminación, que es un término general que describe la distribución

incremento de la dispersión en los medios. Esto significa que las personas mayores pueden ser menos sensibles a la luz

especial de la luz incidente en la tarea. Está determinada por la distribución de la luminancia del entorno y depende de

central, lo cual puede reducir la visibilidad, y más sensibles a la luz periférica, la cual puede causar deslumbramientos. Proveer

factores tales como la geometría de la instalación, las luminancias de las luminarias y las reflectancias del interior.

de una adecuada iluminación, libre de deslumbramientos, es incluso más importante para los trabajadores mayores que para las personas jóvenes.

10.1.2. Satisfacción visual 10.1.4. Parámetros de iluminación

La satisfacción visual es un término utilizado para describir la aceptabilidad de las condiciones visuales. Para trabajos en interiores, la satisfacción visual es esencialmente una función de la facilidad para el trabajo bajo las

El nivel y la calidad de la iluminación proporcionada por una instalación dada se pueden describir mediante los parámetros

condiciones reales y de lo agradable o placentero que sea el ambiente visual, cuando ambos se concentran en la tarea y

siguientes:

cuando mejoran o buscan la relajación.

-Nivel de iluminación.

La satisfacción visual está afectada por el ambiente luminoso y por las preferencias individuales.

-Deslumbramientos.

Para interiores con superficies y tareas mates, los factores influyentes del ambiente luminoso son las iluminancias en las

-Sombras y modelado.

distintas superficies y en la tarea, o dar origen a brillo por reflexión, son un factor importante que afecta a la satisfacción

-Calidad de la luz.

visual.

-Diseño de la iluminación.

Para interiores con tareas o alrededores brillantes, las luminancias del ambiente que se ven reflejadas en las superficies y que pueden velar el contraste de la tarea, o dar origen a brillo por reflexión, son un factor importante que afecta a la

10.2. Nivel de iluminación

satisfacción visual. Se han realizado muchas investigaciones para determinar un rango preferido de iluminancias horizontales en torno a los

El nivel de iluminación requerido en una situación determinada se expresa en términos de iluminancia. Al final de este capítulo se

trabajos interiores teniendo cuidadosamente controlados los valores de la reflectancia de las superficies de la habitación. De

muestran unas tablas donde consultar dicho nivel para la mayoría de las actividades.

los resultados obtenidos en Europa Occidental, en condiciones de iluminación fluorescente libre de brillos, se ha determinado una curva media indicando el porcentaje de observadores que consideran una iluminancia particular como

Superficie de referencia

“satisfactoria”. Esta curva se muestra en la Fig. 1 junto con la valoración de “demasiado oscuro” y “demasiado claro”.

La superficie de referencia de un interior es la superficie donde se va a suministrar la iluminancia apropiada recomendada, seleccionada de las tablas que se muestran al final de este capítulo. La superficie de referencia no necesita estar reducida a

% 100

un área de superficie única, sino que puede comprender un número de áreas separadas. Las especificaciones de iluminación interior siempre deben incluir una definición clara de la superficie de referencia.

80

Demasiado oscuro

60

En interiores de trabajo, la superficie de referencia normalmente será el plano de trabajo. Para interiores donde las tareas no

Satisfactorio

están restringidas a lugares fijos, se considera que el plano de trabajo es el plano horizontal limitado por las paredes del

Demasiado claro

interior a una altura de 0 85 m. sobre el suelo. Para interiores donde las localizaciones de las tareas son conocidas y claramente especificadas, la superficie de referencia puede consistir en áreas específicas de zonas de trabajo o áreas de tareas. Cuando la tarea no se realiza en un plano horizontal o está a una altura diferente, la superficie de referencia deberá tener

40

el ángulo del plano de la tarea y estar a la altura de la misma. En interiores donde no se trabaja, la superficie de referencia puede ser el piso, la pared, o cualquier plano importante en el mismo.

20

Uniformidad de iluminancia

0

La iluminancia proporcionada en la superficie de referencia por una instalación de iluminación nunca será totalmente 2

10

2

5

3

10

2

5

4

10

(Lx)

uniforme, ni en espacio ni en el tiempo.

Figura 1. Combinaciones de respuesta.

Uniformidad en el espacio La medida de la uniformidad de iluminancia sobre la superficie de referencia es la relación entre la iluminancia mínima y la

10.1.3. Capacidad visual

iluminancia media.

Las capacidades visuales varían de un individuo a otro como ocurre con otros factores individuales característicos de las

En el caso de iluminación general, la uniformidad de iluminancia en la superficie de referencia no debe ser menor de 0 8

personas. La capacidad visual depende de factores tales como la forma y la transparencia de los elementos del sistema

para proporcionar posibles ubicaciones de tareas equivalentes en todo el interior.

óptico de los ojos, la capacidad de acomodación, la convergencia y alineamiento de los ojos y la sensibilidad espectral de la

En el caso de iluminación general localizada o iluminación de áreas generales, la iluminancia media en las áreas que rodean

retina. La capacidad visual reducida debida a errores de refracción puede ser corregida usando gafas graduadas.

las tareas no debe ser menor que un tercio del nivel para las áreas de tareas.

Las capacidades visuales se ven disminuidas por el proceso de envejecimiento. El cambio más importante al envejecer el

La relación entre las iluminancias medias para dos interiores adyacentes (por ejemplo, oficina y corredor) no debe exceder

ojo es que el rango sobre el que es posible ajustar exactamente la acomodación a una distancia dada se ve reducido. Otros

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5:1.

143

144

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Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

Uniformidad en el tiempo

direcciones de los ojos. Por eso, una de las funciones de las luminarias es limitar la luminancia en las direcciones críticas a

La iluminancia media proporcionada por una instalación disminuirá gradualmente a lo largo del tiempo debido a la

un nivel aceptable.

depreciación del flujo luminoso de la lámpara y la acumulación de suciedad en las lámparas, luminarias y superficies de la Clase de

ndice

limpias. La iluminancia inicial debe ser elegida de acuerdo con los requisitos impuestos por el programa de

Calidad A, calidad muy alta

deslumbramiento (G) 1,15

mantenimiento. Su valor no se debería utilizar para recomendaciones de iluminancia.

B, calidad alta

habitación. Iluminación inicial: Es la iluminancia media cuando la instalación es nueva y las superficies de la habitación están

Tipo de actividad o tarea Tareas visuales muy exactas.

1,50

Tareas con grandes demandas visuales. Tareas con demandas visuales moderadas pero con alta

Iluminancia en servicio: Es la iluminancia media en todo el ciclo de mantenimiento sobre la superficie de referencia.

concentración.

En algunos países se usa para recomendaciones de iluminancia. C, calidad media

Iluminancia de mantenimiento: Es la iluminancia media en la superficie de referencia durante el periodo entre dos

1,85

Tareas con demandas visuales moderadas y demandas moderadas de concentración y con cierto grado de

operaciones de mantenimiento, sustituyendo las lámparas y/o limpiando las luminarias y las superficies de la

movilidad del trabajador.

habitación. En algunos países se usa para recomendaciones de iluminancia. En países donde la iluminancia D, calidad baja

recomendada está en términos de iluminancia de servicio, la iluminancia de mantenimiento no debería llegar a caer

2,20

Tareas con niveles de demanda de concentración y visual bajas con trabajadores en movimiento dentro del área

por debajo del 0 8 del valor recomendado.

establecida E, calidad muy baja

2,55

Interiores donde los trabajadores no sólo se mueven dentro de la estación de trabajo sino de un lugar a otro y

10.3. Deslumbramiento

realizan tareas de baja demanda visual. Interiores El deslumbramiento es la sensación producida por una luminancia exagerada dentro de un campo visual que altera la sensibilidad del

generalmente no utilizados por las mismas personas.

ojo, causando molestia, reduciendo la visibilidad o ambas cosas. El deslumbramiento se puede producir en dos formas, que a veces ocurren en forma separada, pero que generalmente se

Tabla 1. Clase de calidad C.I.E. de limitación de deslumbramiento.

experimentan en forma simultánea. La primera se denomina deslumbramiento fisiológico (o perturbador), que reduce la capacidad visual y la visibilidad pero no causa necesariamente molestias. La segunda se denomina deslumbramiento psicológico (o molesto),

10.3.2. M todos prácticos para el control del deslumbramiento

que resulta molesto a la vista, pero que no necesariamente dificulta la observación de los objetos.

Fundamentalmente, control del deslumbramiento significa control de la luminancia de foco en el intervalo de 45º a 90º

En la práctica de iluminación interior, el deslumbramiento psicológico (molesto) es probable que sea un problema mayor que el

(Fig. 6). Existen varios métodos para realizar este control. Entre ellos vamos a ver dos, desarrollando con más extensión el

deslumbramiento fisiológico (perturbador), y las medidas tomadas para controlar el deslumbramiento molesto tendrán en cuenta

último en el punto 10.3.3.:

también el deslumbramiento perturbador. La sensación de molestia experimentada por el deslumbramiento molesto tiende a

- Control con materiales translúcidos.

incrementarse con el paso del tiempo, y contribuye a la tensión nerviosa y a la fatiga.

- Sistema de diseño C.I.E.

El deslumbramiento, cualquiera que sea el tipo, puede ser directo o por reflexión. El deslumbramiento directo es el deslumbramiento causado directamente por las luminancias de las fuentes de luz, tales como las lámparas, las luminarias y las

Control con materiales transl cidos

ventanas, que aparecen en el campo de visión del observador. El deslumbramiento por reflexión es el deslumbramiento

Este método controla la luminancia visible rodeando las lámparas con un material difusor o prismático; y, generalmente, los

causado por las luminancias reflejadas desde las superficies con alta reflectancia, especialmente superficies especulares tales

límites más estrictos vienen impuestos en la parte superior del intervalo “”.

como metales brillantes, salvo que éstas formen parte de la luminaria. El deslumbramiento por reflexión debería distinguirse de

La altura de montaje de las luminarias, las dimensiones de la habitación, el grado de control de deslumbramiento que se

otros tipos de reflexión que producen reducción del contraste de la tarea, y que se describen más correctamente como

desea y en algunos casos la orientación de las luminarias, influyen notablemente en la selección de los límites apropiados

reflexiones de velo (la luminancia alta es reflejada por la tarea hacia los ojos, velándola y reduciendo los contrastes de la

para cada intervalo “”.

misma).

Estos factores han sido tenidos en cuenta en los diferentes sistemas que se han desarrollado para determinar el límite de luminancia apropiado y/o el grado de deslumbramiento que se espera tendrá una instalación determinada.

10.3.1. Control del deslumbramiento El control del deslumbramiento directo de lámparas y luminarias consiste en controlar la luminancia de las mismas en la

Sistema de dise o C.I.E.

dirección de los ojos del observador.

Uno de los mayores objetivos de la C.I.E. sobre el deslumbramiento molesto ha sido desarrollar una fórmula matemática

Sin embargo el grado de deslumbramiento experimentado no sólamente es una función de las luminarias en el campo visual

que pudiera generar valores de deslumbramiento para fuentes simples y para un grupo de fuentes. La fórmula propuesta

del trabajador, también depende del tipo de actividad que se realiza. Cuanta más luz demande la tarea visual y cuanta mayor

es el término medio matemático más corrientemente aplicable entre los diferentes sistemas nacionales, y se sugiere que

sea la necesidad de concentración, mayor será la molestia. Sin embargo, en aquellas situaciones donde el trabajador debe

esta fórmula sea rigurosamente comprobada con vistas a su adopción como fórmula recomendada por la C.I.E.

moverse para realizar la tarea, la molestia experimentada será menor.

E

Por lo tanto, el grado de control de la luminancia diferirá según el tipo de tarea o actividad. La C.I.E. ha clasificado las tareas

G= 8 . log 2

y las actividades en cinco grupos según el grado de control de luminancia requerido. En la Tabla 1 se enumeran los cinco grupos que se refieren a las Clases de Calidad.

donde:

En términos generales, las luminancias más altas en un interior producidas por la instalación de iluminación son las de las

G: índice deslumbramiento C.I.E.

lámparas. Generalmente estas luminancias son demasiado altas para utilizar las lámparas sin controlar su brillo en las

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Ed y Ei: iluminancias verticales en el ojo.

145

146

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1+ Ed / 500 Ei + Ed



L2 . w p2

R

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

Ed: directamente de las fuentes de deslumbramiento.

Orientación de la luminaria

Ei: indirectamente del fondo.

Al utilizar los diagramas de la Fig. 2 se debe considerar la distribución de la luminancia de la luminaria en dos planos

L: luminancia de la fuente de deslumbramiento.

verticales: el plano C0-C180 y el plano C90-C270.

w: tamaño de la fuente de deslumbramiento p: índice de posición Guth (índice de posición de cada luminaria, que se relaciona con el desplazamiento de la zona de visión).

10.3.3. Sistema de protección del deslumbramiento C.I.E. Es el sistema de curva de la luminancia utilizado en combinación con un sistema de ángulo protector como un verificador adicional para luminarias que poseen lámparas, o partes de la misma, visibles dentro de la zona de visión crítica. Se considera

85°

85°

75°

75°

Las curvas de limitación de la luminancia (Fig. 2) abarcan una escala de índices de deslumbramientos, representando las

45°

clases de calidad desde A a E, y diferentes valores de iluminancia de servicio standard. Se deben utilizar dos diagramas que

G

Calidad A B C D E

Valores de Iluminancias en Servicio E (lx) 2000

a

85 GM

a

b

1000 2000

500 1000 2000

b

c

=<300 500 1000 2000

c

d

d

e

=<300 500 1000 2000

=<300 500 1000

e

f

f

=<300 500

g

85 GM =<300

h

g

h

ab c d

e

f

g

Cuando las luminarias se montan con el plano C0-C180 paralelo al eje del local, la distribución de la luminaria en dicho plano

h

se utiliza para controlar la limitación del deslumbramiento en la dirección longitudinal de la habitación, y la distribución de

75

la luminancia en el plano C90-C270 se utiliza para verificar la limitación del deslumbramiento en la dirección transversal a la habitación.

65

Cuando las luminarias se montan con el plano C90-C270 paralelo al eje longitudinal del local, dicho plano se debe utilizar para

55

verificar la limitación del deslumbramiento en la dirección longitudinal de la habitación, y la distribución de la luminancia en

65 45

45

9 103

Diagrama 2 9 103

2

3

4 5 6 7 8 9 10 Cd/m2 2

Diagrama 1

C0 - C180

Figura 3. Planos C- en los que se debe verificar la luminancia de la luminaria.

75

55

45°

C90 - C270

dependen del tipo de luminaria y de su orientación según la dirección de la visión.

1.15 1.50 1.85 2.20 2.55

γ

γ

que es el método más simple y más práctico, y es el que vamos a describir a continuación.

2

3

4 5 6 7 8 9 10 Cd/m2 2

3

el plano C0-C180 para verificar la limitación del deslumbramiento en el sentido transversal de la habitación.

L

Para luminarias elongadas el plano C90-C270 se elige coincidente con (o paralelo a) el eje longitudinal de la/s lámpara/s.

3

Cuando dicho plano es paralelo a la dirección de la visión percibida se dice que la misma es longitudinal, en cambio cuando

L

el plano C90-C270 está en ángulos rectos a la dirección de la visión, se considera que la visión es transversal.

Figura 2. Diagramas de las curvas de luminancia para la evaluación del deslumbramiento directo.

ngulo de apantallamiento Para aquellas luminarias en las cuales, al observarlas desde ángulos de 45º o más con respecto a la vertical, se pueden ver

Los diagramas de la Fig. 2 son diagramas de las curvas de luminancia para la evaluación del deslumbramiento directo. El

las lámparas o partes de las mismas, se debe limitar no sólo la luminancia media de la luminaria según las curvas de la Fig.

diagrama 1 es para aquellas direcciones de la visión paralelas al eje longitudinal de cualquier luminaria elongada y para

4, sino también las lámparas deben estar bien apantalladas dependiendo de la luminancia de la lámpara y de la clase de

luminarias que no poseen paneles luminosos laterales observadas desde cualquier dirección. El diagrama 2 es para aquellas

calidad elegida.

direcciones de visión en ángulos rectos al eje longitudinal de cualquier luminaria con paneles luminosos laterales.

Los ángulos de apantallamiento requerido (Fig. 4 y 5) se muestran en la Tabla 2. Si el ángulo de apantallamiento es igual o

La limitación de luminancia requerida depende del tipo y orientación de la luminaria, del ángulo de apantallamiento, del

mayor que el tabulado, el deslumbramiento será de la clase especificada o mejor.

grado de aceptación o clase de calidad, y del valor de la iluminancia de servicio. Tipo de luminaria Los términos “laterales luminosos” y “elongada” utilizados para describir los tipos de luminaria se definen de la siguiente manera:

α

- Laterales luminosos: Se considera que una luminaria posee laterales luminosos si tiene un panel lateral luminoso

α

con una altura de más de 30 mm. - Elongada: Se considera que una luminaria es elongada cuando la relación entre la longitud y el ancho del área luminosa es superior a 2:1.

α

α

Figura 4. ngulos de apantallamiento para varias luminarias.

LUMINOTECNIA 2002

147

148

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

Iluminancia en servicio estándar El valor de la iluminancia de servicio estándar, de 300 lux en adelante, se utiliza junto a la clase de calidad, como parámetro

Angulo de apantallamiento

90° - γ < S

90° - γ = S

al seleccionar la curva del límite de la luminancia adecuada. Relación a/h

90° - γ > S

En lugar del rango adecuado de los rangos críticos, se puede utilizar un rango de relaciones a/h críticas, donde “a” representa la distancia horizontal y “h” la distancia vertical entre el ojo del observador y la luminaria más lejana (Fig. 6). Estos valores están representados al lado derecho de los diagramas de deslumbramiento. a

Figura 5. Control del deslumbramiento por apantallamiento.

γ

Zona de la visión cr tica

Tipos de fuentes Se sabe por experiencia estadística que el umbral mínimo de luminancia es de 10-5 cd/m2, que el deslumbramiento aparece

45°

hs

a partir de 5.000 cd/m2 y que en ningún caso se debe pasar de 20.000 cd/m2. Para fines de control de deslumbramiento, Zona radiante cr tica

conviene dividir las fuentes en dos grandes grupos, es decir, las que tienen una luminancia por debajo de 20.000 cd/m2 y las que tienen una luminancia por encima de este valor. luminarias para este grupo de fuentes emplean, para el control del deslumbramiento, materiales translúcidos y el apantallamiento. En algunas circunstancias la luminancia de la lámpara es lo suficientemente baja para permitir emplearla

tan γ =

desnuda.

a hs

1,20 m.

Las fuentes que están por debajo de los 20.000 cd/m2, incluyen todos los tipos normales de lámparas fluorescentes. Las

El grupo de fuentes por encima de 20.000 cd/m2 incluye la mayor parte de las lámparas de tipo compacto, con filamento incandescente y las variedades de descarga gaseosa. Aunque los dos métodos de control de deslumbramiento mencionados

Figura 6. Zonas críticas de visión y radiante.

antes se emplean en lámparas de baja potencia, el método de apantallamiento se emplea casi exclusivamente para controlar el deslumbramiento en los tipos más potentes, en casos de alumbrado industrial; y en tales casos, debe de tenerse en

Valores de luminancia

cuenta tanto la iluminancia en el ojo del espectador como la luminancia. Por esta razón, se debería contar con el flujo que

La distribución de la luminancia de las luminarias en los planos C0-C180 y C90-C270 son los valores iniciales. La luminancia

sale y la altura del montaje al calcular ángulos de apantallamiento convenientes para fuentes de esta clase. Rango de luminancia

Clase de calidad de la limitación 2

media de la lámpara (cd/m )

del deslumbramiento ABC DE 20º 10º *

Menos de 20.000 De 20.000 a 50.000

30º

Más de 50.000

30º

20º 30º

media de la luminaria en una dirección dada se puede calcular como el cociente entre la intensidad luminosa en dicha dirección y el área luminosa aparente.

Tipo de lámpara

Las curvas de limitación son válidas para: - Iluminación general. - Líneas de visión predominantemente horizontales o hacia abajo.

Fluorescente tubular.

- Reflectancias de al menos 0 5 para cielos rasos y paredes, y de por lo menos 0 25 para el mobiliario.

A descarga de alta presión con bulbos difusores o fluorescentes.

Para un techo luminoso, la limitación del deslumbramiento será suficiente siempre y cuando la luminancia en los ángulos

A descarga de alta presión con

mayores de 45º no exceda de 500 cd/m2.

bulbos tubulares de vidrio claro. Procedimiento para el uso del sistema de protección al deslumbramiento

Incandescentes de vidrio claro.

1. Determinar la luminancia media entre 45º y 85º y del tipo de luminaria elegida para la instalación. Tabla 2. ngulos de apantallamiento mínimos requeridos adicionalmente.

2. Determinar la clase de calidad y el nivel de iluminancia requeridos para la instalación (supuesta nueva). 3. Seleccionar la curva adecuada (clase y nivel) del diagrama correspondiente.

Grado del deslumbramiento o clase de calidad

4. Determinar el ángulo máximo, para la longitud y altura de la habitación, entre el nivel del ojo y el plano de las luminarias.

Las curvas comprenden una escala de cinco grados de deslumbramiento que corresponden a las cinco clases de calidad

5. Tomar la línea horizontal del diagrama de limitación de deslumbramiento para el valor a/h encontrado en el paso anterior.

(Tabla 1).

La parte de la curva sobre esta línea se puede ignorar.

Los grados de deslumbramiento surgen de la evaluación subjetiva del deslumbramiento llevada a cabo en el laboratorio por

6. Comparar la luminancia de una luminaria con la parte elegida de la curva de limitación.

un grupo de observadores, utilizando una escala de nueve puntos donde se marcaron los puntos principales.

No existirá deslumbramiento psicológico si el valor de la luminancia de la luminaria no supera la luminancia especificada por la curva de limitación elegida dentro del rango de ángulos de emisión. Si el resultado es diferente, deberá modificarse el

* Para lámparas lineales vista de frente: 0°.

diseño; por ejemplo, seleccionando otro tipo de luminaria.

LUMINOTECNIA 2002

149

150

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

Es aconsejable utilizar este método sólo en interiores de trabajo. En otras situaciones, es decir en lugares públicos, vestíbulos

El rango del índice del deslumbramiento se extiende de 13 a 28 en escalones de 3 unidades, siendo éste el menor aumento

y entradas, se puede requerir iluminancias mayores ya que en esos lugares las fuentes de luz sirven como un elemento de

que proporciona un cambio significativo en la sensación de deslumbramiento psicológico.

animación.

Otra diferencia es que con esas curvas la clasificación de la luminaria es independiente de la iluminancia. Gracias a las curvas se pueden clasificar las luminarias. Sin embargo, no son tan exactas como las tablas, ya que sólo consideran el efecto de la

Nuevo desarrollo

luminaria y no el de toda la instalación.

Un nuevo desarrollo en el área de los sistemas de deslumbramiento es el Sistema de ndice del Deslumbramiento Unificado (UGR, Unified Glare Rating) C.I.E., que es un nuevo sistema de evaluación para el deslumbramiento psicológico en la

Deslumbramiento producido por las ventanas

iluminación interior. Aunque todavía no ha sido aprobado internacionalmente, este sistema se puede adoptar para uso

La luminancia del cielo en el cual se comienza a percibir el deslumbramiento es aproximadamente de 2.000 cd/m2 y

general.

corresponde a la iluminancia horizontal de 10.000 lux. bajo condiciones de nubosidad. Ya que la luminancia del cielo no se puede disminuir, el deslumbramiento producido por las ventanas sólo se puede prevenir utilizando cortinas, persianas o celosías. Alternativamente, las posiciones de trabajo se pueden disponer de manera tal, que

Fórmula UGR

el deslumbramiento de las ventanas no penetre en el campo de la visión de los ocupantes.

La fórmula para calcular el valor de UGR es la siguiente:

UGR= 8 . log

E

0,25 Lb



L2 . w p2

El deslumbramiento psicológico producido por las ventanas se puede reducir utilizando decorados muy claros en las

R

superficies inmediatas a las aperturas de las ventanas y esparciendo decorados sobre las mismas para permitir que la luz que la luz que incide sobre ellas reduzca el contraste de la ventana.

donde:

Reflexiones de velo y deslumbramiento reflejado

Lb = luminancia de fondo (cd/m2).

El brillo de una fuente de luz reflejada por una superficie mate o semi-mate en los ojos de un observador, produce una

2

L = luminancia de las partes luminosas de cada luminaria en la dirección del ojo del observador (cd/m ).

molestia que puede ser leve o considerable. Cuando esta reflexión se produce en una tarea se denomina reflexión de velo;

= ángulo sólido trazado por las partes luminosas de cada luminaria en el ojo del observador

cuando se produce fuera de la tarea se denomina deslumbramiento reflejado.

(estereorradián).

Las reflexiones de velo, además de producir molestias, reducen el contexto de la tarea y como consecuencia pérdida de

p = índice de posición para cada luminaria, que se relaciona con el desplazamiento de la zona de visión

detalles.

(índice de posición Guth para cada luminaria)

Tanto las reflexiones de velo como el deslumbramiento reflejado se puede minimizar de la siguiente manera:

La evaluación más exacta del deslumbramiento se logra mediante la aplicación directa de la fórmula UGR para la

1. Diseñando un sistema de iluminación o ubicando las áreas de trabajo de manera tal que ninguna parte de la tarea

instalación considerada, para la cual se requiere un programa de ordenador.

visual esté dentro o cerca del ángulo de reflexión de cualquier fuente de luz brillante con respecto al ojo.

Tablas UGR

2. Aumentando la cantidad de luz en ambos lados sobre la tarea visual aproximadamente en ángulos rectos a la

Se puede obtener un valor de UGR más simple aunque no tan exacto utilizando las tablas de deslumbramiento UGR

dirección de la visión.

estándar. Estas tablas proporcionan el valor UGR calculado para diferentes situaciones estándar y para distintos tipos

3. Utilizando luminarias que posean una amplia gama de emisión y baja luminancia.

de luminarias.

4. Utilizando superficies de trabajo, papel, materiales de escribir, máquinas de oficina, etc. que tengan superficie mate

Una desventaja de estas tablas es que no es posible clasificar las luminarias. Por esta razón, se han desarrollado las

para reducir los efectos de la reflexión.

curvas de limitación UGR. Curvas de limitación UGR Las curvas de limitación del deslumbramiento calculadas utilizando el método UGR son ligeramente diferentes a las

10.4. Sombras y modelado

curvas de limitación del deslumbramiento C.I.E. descritas anteriormente. Las mismas comprenden cinco líneas en lugar de ocho, y el rango de luminancias abarcado es considerablemente mayor. UGR 85º

a

13

La apariencia de interiores se mejora cuando sus características estructurales y los objetos y las personas están iluminadas de tal forma que las siluetas se ven clara y agradablemente, y las sombras se forman sin confusión. Esto ocurre cuando la luz fluye de forma

C= 0-180 C= 90-270 16

19

22

25

evidente en una dirección más que en cualquier otra. El término modelado se usa para describir la forma en la cual las siluetas de

28

objetos tridimensionales se destacan por la iluminación.

80º

El modelado puede ser fuerte o débil; el grado más efectivo para cualquier interior depende del tipo de construcción y las actividades

75º

implicadas. Cuando la luz viene desde muchas direcciones y es demasiado difusa, el modelado puede ser ligero y el interior puede

70º

ser poco interesante debido a la pérdida de contraste de la luminancia. Por otro lado, si el componente direccional es muy fuerte, el modelado será normalmente severo y las sombras se pueden confundir.

65º

Sin embargo, las sombras pronunciadas, como las obtenidas con fuentes de luz concentradas sobre un área pequeña, se pueden usar 60º

para producir efectos dramáticos intencionados. Las tiendas, las salas de arte y muchos otros lugares requerirán una iluminación con

55º

provisión para sombras modeladas en diversos grados. Una ventana o una luminaria grande puede producir un buen modelado sin sombras fuertes, pero si la fuente es muy grande en

50º 45º 2 8 10

2

3

3 4 5 6 8 10

2

4

3 4 5 6 8 10

2

5

3 4 5 6 8 10

relación con la distancia del objeto iluminado, como puede ser el caso con la iluminación indirecta, el modelado quedará debilitado.

2 L (cd/m2)

Las sombras profundas que producen contrastes de luminancia excesivos pueden ser suavizados mediante aplicación de fuentes de luz adicionales. Acabados con altas reflectancias difusoras en las superficies de la habitación resultan ser fuentes de luz secundarias

Figura 7

LUMINOTECNIA 2002

151

152

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

eficaces y reducen, materialmente, las sombras, reflejando una cantidad significativa de luz difusa dentro de áreas sombreadas. Las

10.6. Dise o de la Iluminación

sombras con bordes suaves se obtienen con fuentes de áreas grandes tales como luminarias de lámparas fluorescentes o sistemas de La iluminación es un arte y una ciencia, por lo tanto no puede haber reglas rígidas ni ligeras que regulen el proceso de diseño. El

iluminación indirecta.

propósito básico de un buen diseño de iluminación es crear una instalación de iluminación que proporcione una buena visibilidad en la tarea y, a la vez, un entorno visual satisfactorio. La función de un espacio influye enormemente en el modo en el cual debe aplicarse la iluminación. Por lo tanto, los requisitos visuales

10.5. Calidad de la luz

del espacio tienen que determinarse en primer lugar. Posteriormente y basándose en los resultados de estos análisis, se tomarán las

En el capítulo 4 dedicado a El Color, vimos que las características más importantes de la calidad de la luz son su Temperatura de Color

decisiones apropiadas para la selección de los sistemas de iluminación, de las lámparas y de las luminarias.

(TC) y su ndice de Rendimiento de Color (IRC ó Ra).

En algunos casos, el diseñador de la iluminación puede elegir el tipo de sistema de iluminación; en otros casos el diseño arquitectónico

La Temperatura de Color (TC) tiene una notable influencia sobre el ambiente creado en cuanto a sus sensaciones de frío o calor, al

y las condiciones estructurales pueden dictar un tipo de instalación en particular.

tiempo que potencia o atenúa la cromacidad de los objetos en ese mismo sentido. Además, el término TC no se puede manejar de

La decoración interior y especialmente las reflectancias de las superficies mayores de la habitación tienen también una influencia

un modo independiente, sino que se debe combinar de forma adecuada con la Iluminancia para que no se produzcan efectos

considerable en la apariencia de la iluminación.

distorsionadores de la percepción visual. Las curvas de Kruithof delimitan las posibles combinaciones entre TC y la Iluminancia de

Lo importante, sin embargo, es tener en cuenta que el proceso de diseño consiste en dos fases bien diferenciadas. La primera fase

cálculo (Fig. 8).

empieza con el cliente, e incluye el estudio de los diferentes factores locales que influirán en el diseño. La segunda fase es el proceso de diseño mismo, y es aquí donde se toma la primera decisión entre muchas con respecto al diseño.

10.6.1. Distribución de luminancias en superficies ILUMINANCIA EN LUX

La distribución de luminancias dentro de un campo de visión es un criterio extremadamente importante en el diseño de la iluminación. Debe ser considerada como complementaria de la distribución de iluminancia en el interior.

5.000

Para un nivel de iluminación dado, las diferencias en luminancia pueden deberse a diferencias en la reflectancia de las superficies. Aunque la iluminancia sea apropiada para la tarea visual, no necesariamente proporcionará un balance de luminancia aceptable en el interior. Dicho balance dependerá de las reflectancias elegidas para las superficies. La iluminación

500

en este aspecto puede contribuir a mejorar la situación más pobre, pero el resultado será siempre visualmente insatisfactorio. Por lo tanto, la distribución de luminancia debe considerarse como suplementaria en el proyecto de iluminación de interiores. Deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:

50

1. Luminancia de la tarea y luminancia de sus alrededores. 2. Valores extremos de la luminancia de techos y paredes. 3. Supresión del deslumbramiento limitando la luminancia de las luminarias y ventanas.

5 2.000

2.500 3.000

4.000

5.000

En la Fig. 9 se puede observar la escala de luminancias para iluminación interior, que es dato de gran importancia para la

10.000

distribución de luminancias.

TEMPERATURA DE COLOR K

cd/m2 10000

Figura 8. Curvas de Kruithof para la relación entre Tc y la Iluminancia.

5000

El índice de reproducción cromática (IRC) tiene transcendental importancia en la calidad de la luz, siendo de primera

2000

magnitud en actividades donde la óptima reproducción cromática es imprescindible (ver capítulo 4).

1000

Luminancia permitida para luminarias de iluminación general

500

Luz y color en interiores Aparte de las propiedades de color de las lámparas, otro aspecto del color que influye en el confort visual de una habitación,

200

Luminancia preferida de tareas

es el esquema de color elegido para las superficies de la habitación. En términos generales, para alcanzar alta eficiencia

100

luminosa, se deben elegir colores claros para las áreas de superficie principal. Una superficie blanca reflejará alrededor del

50

Luminancia preferida de cielorraso y pared

80% de la luz incidente, un color claro el 50%, un color medio del 30% al 50%, y un color oscuro menos de un 10%.

20

Para lograr los mejores resultados se deben elegir materiales y colores bajo igual o similar luz a la planeada para el medio

Satisfactoriamente perceptible

10

diseñado, además de otros factores de tipo subjetivo, climático, de sexo, edad, de superficies de color que influyen en los demás colores, etc.

5

Luminancia permitida para luminarias de puestos de trabajo VDU Caracter sticas de la cara humana

Apenas perceptible

2 1

(Luminancia recomendada en caminos)

Figura 9. Escalas de luminancias para iluminación interior.

LUMINOTECNIA 2002

153

154

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

Distribución de luminancia en el área de trabajo

Suciedad sobre las superficies de la habitación

Las luminancias de los alrededores inmediatos de la tarea deberían, si es posible, ser más bajas que las luminancias de la

La suciedad acumulada en techos (cielorrasos) y paredes reduce el valor de reflectancia de los mismos y por lo tanto la

tarea, pero preferiblemente no menos de 1/3 de este valor. Esto implica que la razón de la reflectancia del fondo inmediato

cantidad de luz reflejada. La relación que ésto tenga con el cálculo de la iluminancia obviamente dependerá del tamaño de

de una tarea al de la tarea misma, debería estar preferiblemente en el rango 0 3 0 5. Este es un requisito práctico o útil

la habitación de que se trate y de la distribución de luz de las luminarias. El efecto será más pronunciado en habitaciones

para oficinas, pero su aplicación es difícil, y algunas veces imposible, en la mayoría de las fábricas donde la tarea es a

pequeñas o cuando haya luminarias con un gran componente indirecto.

menudo oscura y el diseñador de iluminación puede, raramente, especificar la reflectancia del fondo. Depreciación del flujo de la lámpara

10.6.2. Depreciación de la emisión de luz

El rendimiento luminoso de todas las lámparas disminuye con el uso, pero la velocidad de dicha disminución varía

La iluminancia proporcionada inicialmente por una instalación de iluminación disminuirá de manera gradual durante el uso

ampliamente según los tipos de lámparas y fabricantes. Los cálculos para iluminación deben, por lo tanto, tener en cuenta

debido a una reducción en los lúmenes de la lámpara, a lámparas que se quemen, y a la acumulación de suciedad en las

la depreciación específica en el rendimiento luminoso de cada lámpara en particular.

lámparas, luminarias y superficies de la habitación. Sin embargo, es posible mantener la iluminancia en o sobre el mínimo valor

Debe tenerse en cuenta que estos datos mostrados en las figuras, están basados en ciertas suposiciones relacionadas con

permitido (denominado valor mantenido) limpiando el equipo de iluminación y las superficies de la habitación y cambiando las

las condiciones de funcionamiento, y uno o más de los factores siguientes pueden influir en el índice de depreciación:

lámparas quemadas o gastadas a intervalos adecuados de acuerdo con un programa de mantenimiento previamente acordado.

- Temperatura ambiente.

El valor de dicho programa de mantenimiento se indica en la Fig.10. Claramente, en el caso ilustrado, la iluminancia en el

- Posición de funcionamiento de la lámpara.

sistema no mantenido disminuirá hasta el 40% del valor inicial dentro de los tres años y continuará decayendo. Pero con

- Voltaje suministrado.

una limpieza anual y un recambio de lámparas y de pintura cada tres años, la iluminancia llega al 60% del valor inicial. En

- Tipo de equipo de control utilizado, si es relevante.

tres años, el sistema mantenido proporciona una iluminancia 50% mayor que la del sistema sin mantenimiento. Fallo de la lámpara N mero de a os, suponiendo 3.000 horas de encendido al a o 1

2

El promedio de vida de la lámpara depende del tipo de lámpara utilizado y, en el caso de lámparas de descarga, del ciclo

3

de encendido. Los fallos en las lámparas causan no sólo una reducción en los niveles de iluminancia, sino que también

100 Pérdida por det

90

erioro de la lám

pueden ocasionar una reducción inaceptable en el grado de uniformidad de la iluminación.

para

Porcentaje de iluminación

80 70

70

71

62

60 50 40

62

65

Ganancia por limpieza cada 6 meses

Ganancia por limpieza cada 6 meses

Factor de mantenimiento (fm)

Limpieza una vez al a o y renovación de lámpara

El fm se define como la razón de la iluminancia producida por la instalación de iluminación a un tiempo especificado, a la

Limpieza dos veces al a o y lámparas de origen

55 Pérdida por suciedad en la lámpara

Limpieza dos veces al a o y renovación de lámpara

iluminancia producida por la misma instalación cuando es nueva.

Limpieza una vez al a o y lámparas de origen

Ganancia si también se renueva la lámpara

El fm, por lo tanto, combina las pérdidas causadas por la depreciación del flujo de la lámpara, la depreciación de la luminaria y la depreciación de la superficie de la habitación. Si cada una de estas causas de depreciación está cuantificada por un

30 Luminarias limpiadas cada 12 meses

20 10

periodo específico de uso, se obtiene un factor general, producto de los tres factores.

Luminarias limpiadas cada 12 meses

fm = factor p rdida flujo l mpara x factor p rdida luminaria x factor p rdida superficie habitación Calculado el factor de pérdida de luz para diferentes situaciones de mantenimiento, es posible predecir la situación de la

0 1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

iluminancia producida por la instalación en relación con el tiempo transcurrido.

9.000

Horas de trabajo

Figura 10. Curvas combinadas de depreciación mostrando el efecto de limpieza

10.7. Cálculos de iluminación interior

y renovación en una instalación de lámparas fluorescentes. Factores a considerar en la depreciación de la iluminación de interiores

10.7.1. Niveles de iluminación y recomendaciones Antes de comenzar los cálculos de iluminación, hay que obtener los valores requeridos para el tipo de actividad a desarrollar

Suciedad en lámparas y luminarias

en el local que queremos iluminar. Dichos valores los podemos encontrar al final de capítulo y son:

La mayor parte de la pérdida de luz se puede atribuir a la suciedad que se acumula en las lámparas y en las superficies de

-- Iluminancia media en servicio.

control de luz (reflejada, refractada o difusa) de las luminarias.

- Calidad de limitación del deslumbramiento.

La velocidad de depreciación causada por la suciedad que se deposita en las superficies de control de la luz es afectada por

Además de estos requerimientos, también son fundamentales los valores de las dimensiones del local y de la altura del

el ángulo de inclinación, la terminación, y la temperatura de la superficie, por el grado de ventilación o hermetismo de la

plano de trabajo, así como la cota de montaje de las luminarias.

luminaria, y por el grado de contaminación de la atmósfera que rodea la luminaria. La depreciación en la emisión de luz puede ser reducida seleccionando luminarias apropiadas para cada lugar determinado.

10.7.2. ndice del local

Las luminarias de bases abiertas y superficies cerradas acumulan suciedad a mayor velocidad que aquellas que tienen

Los locales a iluminar se clasifican según la relación que existe entre sus dimensiones, la altura de montaje y el tipo de

ventilación. En las luminarias ventiladas, las corrientes de convección sacan el polvo y la suciedad hacia afuera a través de

alumbrado. Es lo que denominamos índice del local y nos sirve después para determinar el factor de utilización.

agujeros o ranuras en el dosel o reflector y los llevan fuera de las superficies de reflexión. En atmósferas altamente

Se calcula de la siguiente forma:

contaminadas es preferible utilizar luminarias herméticas o a prueba de polvo, algunas de las cuales tienen un filtro interior

- Para luminarias directas, semidirectas, directas-indirectas y general difusa:

que permite que se lleve a cabo la “respiración” necesaria.

LUMINOTECNIA 2002

155

156

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

Relación del local =

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

A.L

10.7.5. Proceso de cálculo

h . (A + L)

Actualmente este proceso está informatizado (programa INDALWIN), pero vamos a indicar en este apartado el proceso a seguir para realizar un proyecto de iluminación en un interior, teniendo en cuanta las recomendaciones que establece la

- Para luminarias indirectas y semi-indirectas:

C.I.E. en cuanto a iluminancias de servicio, calidad de limitación de deslumbramiento directo y el grupo de rendimiento de 3.A.L Relación del local = . . 2 h (A + L)

color (IRC o Ra) más recomendado para una instalación concreta (almacenes, oficinas, aulas, etc.). Los pasos a seguir son los siguientes: 1) Características geométricas del local.

En ambas fórmulas: A = Ancho del local (m.).

2) Características de reflexión de las diferentes superficies.

L = Longitud del local (m.).

3) Obtención de los valores requeridos para el tipo de actividad a desarrollar en el local (iluminancia media de servicio, calidad limitación del deslumbramiento, IRC), de las tablas de la C.I.E.

h = Altura de montaje (m.). Se considera la distancia que hay desde la luminaria hasta el plano útil o de

4) Seleccionar el tipo de luminaria a instalar en función de las características del local, el cual nos definirá si la

trabajo.

luminaria es de empotrar en falso techo, de adosar o suspender.

La altura del local, H, es suma de la cota de suspensión de la luminaria, C, más la altura de montaje, h, y más los 0 85* m. a los que está el plano de trabajo del suelo.

5) Comprobar que la luminaria cumple la calidad de limitación de deslumbramiento directo.

Como H y C son datos previos de la instalación, se calcula la altura de montaje mediante la fórmula:

6) Como el nivel medio es el que se mantendrá en la instalación, es preciso aplicar, a los valores iniciales, unos

h=H

C

coeficientes de depreciación de la misma. stos son los vistos anteriormente.

0 85 (m.)

7) Cuando realizamos el cálculo de la iluminación de un local por el método del factor de utilización, es necesario conocer el rendimiento de la luminaria y el factor de utilización (para lo que necesitamos saber el valor de K y las

10.7.3. Factor de mantenimiento (fm)

reflexiones de techo, paredes y suelo).

En términos generales, se pueden establecer los factores de mantenimiento que aparecen en la Tabla 3, que son función

8) Una vez que tenemos todos los datos, aplicamos la fórmula fundamental de la iluminación:

del ambiente de trabajo. Este factor se obtiene por multiplicación de tres factores (la depreciación del flujo de la lámpara, la depreciación de la luminaria y la depreciación de la superficie de la habitación) como ya habíamos comentado

donde:

anteriormente. Ambiente de trabajo

Fm

Acerías, fundiciones

0 65

Industrias de soldadura, mecanizado

0 70

Ems =

 . N .  . fu . fm S

Ems = Iluminación media en servicio.

Oficinas industriales, salas

0 75

Patios de operaciones, locales públicos

0 80

 = Flujo luminoso unitario de la lámpara.

Despachos, oficinas comerciales, informáticas

0 85

N = Número de lámparas (a determinar).  = Rendimiento de la luminaria.

Tabla 3

fu = Factor de utilización. fm = Factor de mantenimiento.

10.7.4. Factor de utilización o utilancia (fu)

S = Superficie a iluminar.

El factor de utilización de un sistema de alumbrado es la relación entre el flujo luminoso que llega al plano de trabajo y el flujo total que emiten las lámparas instaladas. Este es un dato muy importante para el cálculo del alumbrado y depende de la diversidad de factores, como son: el valor

10.8. Algunos niveles de iluminación recomendados

adecuado de nivel de iluminación, el sistema de alumbrado, las luminarias, las dimensiones del local, la reflexión (techos, paredes y suelo) y el factor de mantenimiento.

reas de construcción en general

En general, para su determinación, se utiliza el método de las reflectancias y existen, actualmente, muchas situaciones y valores tabulados según cada fabricante e incluso programas de ordenador para usuarios. A la hora de manejar este factor,

Tipo de área

hay que tener en cuenta si éste está o no multiplicado por el rendimiento de la luminaria (), para su posterior uso en la

reas de circulación corredores

fórmula de cálculo de alumbrado.

157

158

Clase de calidad

100

D-E

Baños, servicios

100

C-D

Negocios, depósitos

100

D-E

Escaleras, escaleras mecánicas

150

C-D

* Distancia a la que está el plano de trabajo del suelo según la NTE (Norma Tecnológica de Edificación).

LUMINOTECNIA 2002

Illuminancia en servicio (lux)

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

Talleres de montaje Tipo de área Trabajo preliminar: montaje

Fundiciones Iluminacia en servicio (lux) 1.300

Clase de calidad C-D

1.500

B-C

Tipo de área reas de fundición

maquinaria pesada

Iluminacia en servicio (lux) 200

Clase de calidad D-E

300

C-D

500

A-B

Iluminacia en servicio (lux) 1.150

Clase de calidad D-E

1.300

C-D

Moldura preliminar, construcción

Trabajo intermedio: montaje de

de núcleos preliminares

motores y cuerpo del vehículo

Moldura fina, construcción de

Trabajo fino: montaje de

1.750

A-B

1.500

A-B

núcleos, inspección

maquinaria de oficina y electrónica Trabajo refinado: montaje de

Fábrica de vidrios y alfarer a

instrumentos

Tipo de área Hornos/salas de hornos

Industrias del caucho, del plástico y qu mica

Salas de mezclado, salas de Tipo de área Procesos automáticos

Iluminacia en servicio (lux) 1.150

Clase de calidad C-D

Acabado, esmaltado y lustre

1.300

B-C

1.300

C-D

Pulido y grabado a máquina

1.500

B-C

Salas de control, laboratorios

1.500

C-D

Pulido y grabado a mano

1.750

A-C

Elaboración farmacéutica

1.500

C-D

Trabajo refinado

1.000

A-B

Fabricación de neumáticos

1.500

C-D

Iluminacia en servicio (lux)

Clase de calidad

50

D-E

200

D-E

300

D-E

500

A-B

rea general de planta interior

Inspección

1.750

A-B

Combinación de colores

1.000

A-B

formación, moldura y horneado

Talleres metal rgicos Tipo de área

Fábricas de indumentaria Tipo de área Planchado

Plantas de producción totalmente Iluminacia en servicio (lux) 1.500

automáticas

Clase de calidad A-B

Costura

1.750

A-B

Inspección

1.000

A-B

Plantas de producción semi-automáticas Estaciones de trabajo con personalpermanente en las plantas de producción Plataformas de control e inspección

Industria el ctrica Tipo de área Fabricación de cables

Iluminacia en servicio (lux) 1.300

Clase de calidad B-C

Devanado de bobina

1.500

A-B

Montaje de teléfonos, radios, Tos

1.000

A-B

Tipo de área reas de trabajo general

Iluminacia en servicio (lux) 1.300

Clase de calidad B-C

1.750

A-B

1.000

A-B

Industria del cuero

Evaluación, ajuste

1.000

A-B

Prensado, corte, costura,

Montaje de partes de ultra-precisión

1.500

A-B

fabricación de zapatos

componentes electrónicos

Clasificación, apilado, control de calidad

Industria alimenticia Tipo de área Proceso automático reas de trabajo general Decoración artesanal

Iluminacia en servicio (lux) 200

Clase de calidad D-E

300

C-D

500

A-B

LUMINOTECNIA 2002

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160

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

Talleres de máquinas y ajustes Tipo de área Fundición de partes pequeñas

Artesan as en madera y fabricación de muebles Iluminacia en servicio (lux) 1.200

Clase de calidad D-E

1.300

C-D

Banco preliminar y trabajo a

Tipo de área Aserraderos

máquina, soldadura Banco intermedio y trabajo

1.500

B-C

a máquina Banco fino y trabajo a máquina,

1.750

A-B

1.500

A-B

inspección y verificación Trabajo refinado, medición e

Iluminacia en servicio (lux) 1.200

Clase de calidad D-E

Banco de trabajo, montaje

1.300

C-D

Máquinas para trabajar la madera

1.500

B-C

Acabado

1.750

A-B

Inspección final, control de calidad

1.000

A-B

Tipo de área Archivos

Iluminacia en servicio (lux) 1.200

Clase de calidad C-D

Salas de conferencia

1.300

A-B

Oficinas generales, mecanografía,

1.500

A-B

Oficinas

inspección de las pequeñas partes complejas

Talleres de pintura y cabinas de rociado

salas con actividades realizadas Tipo de área Lavado, rociado preliminar

Iluminacia en servicio (lux) 1.500

Clase de calidad C-D

Rociado y pintura general

1.750

B-C

Pintura fina, rociado y acabado,

1.000

A-B

en pantallas de ordenadores

retoque y mezcla

1.750

A-B

Oficinas de dibujo

1.000

A-B

Iluminacia en servicio (lux) 300

Clase de calidad A-B

500

A-B

Iluminacia en servicio (lux) 300

Clase de calidad B-C

Autoservicios

500

B-C

Supermercados, almacenes

750

B-C

Escuelas

Fábrica de papel Tipo de área Procesos automáticos

Oficinas abiertas y profundas

Tipo de área Talleres, bibliotecas, salas de lectura Iluminacia en servicio (lux) 200

Clase de calidad D-E

Fabricación de cartón y papel

300

C-D

Inspección, clasificación

500

A-B

Aulas de clase, aulas de conferencias, laboratorios, aulas de arte, gimnasios

Negocios y tiendas Tipo de área Negocios convencionales

Impresiones y encuadernaciones Tipo de área Máquina impresora

Iluminacia en servicio (lux) 1.500

Clase de calidad C-D

Encuadernación

1.500

A-B

Salas de composición, corrección,

1.750

A-B

recortes, realzado Retocado, grabado

1.000

A-B

Reproducción del color e impresión

1.500

A-B

Grabado de cobre y acero

2.000

A-B

Iluminacia en servicio (lux) 1.300

Clase de calidad D-E

Hilado, devanado, teñido

1.500

C-D

Retorcido, tejido

1.750

A-B

Costura, inspección

1.000

A-B

Industrias textiles Tipo de área Cardado, dibujo

LUMINOTECNIA 2002

161

162

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

Capítulo 10. ILUMINACI N INTERIOR E INDUSTRIAL

Edificios p blicos Tipo de área Auditorio cines

Hospitales Iluminacia en servicio (lux) 50

Clase de calidad B-C

Tipo de área Pasillos por la noche

Iluminacia en servicio (lux) 000.050

Clase de calidad A-B A-B

Vestíbulo cines

150

B-C

Pasillos por día/tarde

000.200

Auditorio de teatros y salas

100

B-C

Iluminación general para guardias

000.150

A-B

Iluminación general para salas

000.500

A-B

001.000

A-B

de conciertos Vestíbulos de teatros y salas

de exámenes

200

B-C

150

B-C

300

B-C

Nave de iglesias

100

B-C

Iluminación general de la sala

Coro, Altar y púlpito de iglesias

300

B-C

de operaciones

de conciertos Exposición de objetos sensitivos a

Iluminación general para exámenes locales

la luz en museos y galerías de arte Exposición de objetos no sensitivos a la luz en museos y galerías de arte

Observación en terapia intensiva

000.750

A-B

Enfermerías

000.300

A-B

Sala de pre-operación

000.500

A-B

1.000

A-B

100.000

A-B

000.750

A-B

005.000

A-B

000.750

A-B

001.000

A-B

000.500

A-B

000.750

A-B

Iluminación local de la sala de operaciones

Casas Tipo de área Dormitorio en general

Iluminación general en salas Iluminacia en servicio (lux) 50

Clase de calidad B-C

Cabecera del dormitorio

200

B-C

Baño en general

100

B-C

Lugar para afeitarse y maquillarse

500

B-C

de autopsias Iluminación local en salas de autopsias Iluminación general de laboratorios y farmacias Iluminación local de laboratorios

en el baño Vivienda en general

100

B-C

Lugar para leer y coser

500

B-C

Escaleras

100

B-C

Cocina en general

300

B-C

500

B-C

rea de trabajo en la cocina

y farmacias Iluminación general de salas de consulta Iluminación local de salas de consulta

Escritorio

300

B-C

Cuarto de los niños

100

B-C

Iluminacia en servicio (lux) 200

Clase de calidad B-C

100

B-C

Hoteles y restaurantes Tipo de área Comedores Cuarto de huéspedes y baños en general Cuarto de huéspedes y baños local

300

B-C

Entradas y salas de conferencia

300

B-C

500

B-C

en general Cocinas

LUMINOTECNIA 2002

163

164

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 11.

ILUMINACI N POR PROYECCI N

11.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 11.2 Iluminación utilitaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 11.3 Iluminación decorativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 11.4 Iluminación deportiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

LUMINOTECNIA 2002

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166

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

11.1. Generalidades

11.2. Iluminación utilitaria

El Comité Internacional de Iluminación (C.I.E.) define la iluminación por proyección como: La iluminación de un lugar (escena, rea)

Este sistema de iluminación lo integran aquellos casos en que la iluminación por proyección viene obligada por la necesidad de

o de un objeto, por medio de proyectores, a fin de aumentar fuertemente su iluminación en relación con los alrededores.

seguridad, protección o producción, constituyendo el único sistema lógico de realizar el alumbrado. Muchos espacios grandes, por

Hay un gran número de campos de aplicación totalmente diferentes y de sistemas de iluminación a los cuales se les aplica

ejemplo intersecciones de caminos, puertos, zonas de clasificación en ferrocarriles, zonas de construcción, áreas de almacenamiento,

ordinariamente el término “iluminación por proyección” (también se utilizan los de iluminación dirigida o por inundación). La técnica

complejos de depósitos, etc., se iluminan utilizando alumbrado por proyección con columnas altas. La iluminación con columnas altas

común a todas las instalaciones de iluminación por proyección consiste en el uso de proyectores para obtener un aumento de la

se prefiere, principalmente, debido a la menor cantidad de columnas de iluminación que se utilizan, factor que contribuye a la facilidad

iluminancia de una superficie con respecto a sus alrededores.

de movimiento en el área iluminada.

Esta importante rama de la técnica de la iluminación es la más ligada quizás al desarrollo de los países y está teniendo un general e

El sistema de columnas altas, en general, presenta un ahorro en los costes si se lo compara con un sistema que use columnas bajas.

importantísimo incremento.

El ahorro se da principalmente en el costo total de las columnas, lámparas, luminarias y cables, aunque también hay una reducción

La escala de aplicaciones abiertas a la iluminación dirigida con propósitos decorativos y utilitarios es amplia y variada. Sin embargo,

de los costos de mantenimiento.

las más importantes se enumeran a continuación:

Generalidades

- Iluminación utilitaria (grandes áreas de trabajo). - Iluminación decorativa (edificios, monumentos, puentes, parques y jardines).

Altura de columnas

- Iluminación deportiva. Cada caso, en iluminación por proyección o con proyectores, es un problema a resolver en particular, y a veces precisaremos haces

Para calcular la altura de las columnas (torres o postes) sobre las que se montarán los proyectores de forma que no se

muy estrechos, de gran intensidad en candelas, para poder llegar a zonas u objetos situados a grandes distancias, mientras que otras

produzca un deslumbramiento directo, se utilizará el ábaco de la Fig. 2. Hay que tener en cuenta que con alturas excesivas

veces precisaremos determinados ángulos de apertura para lograr buena uniformidad en la iluminación de la zona o campo,

se eleva considerablemente el costo de las columnas, mientras que a alturas más bajas el número de columnas, lámparas

ajustándonos en lo posible a sus límites geométricos.

y luminarias se vuelve muy alto. Sin embargo, si hay construcciones relativamente altas en distintas posiciones dentro del

Si añadimos la enorme variedad que pueden presentar las tres variables más importantes que intervienen en todos los casos (tipo

área, se deben utilizar alturas de montaje inferiores a aquellas mostradas en el ábaco, para evitar que arrojen sombras

de área, situación geométrica de los equipos de alumbrado y condiciones del entorno o alrededores) deducimos fácilmente que es

fuertes sobre el área. Cuando el énfasis se pone en ahorrar espacio y en la flexibilidad del uso del área, las columnas

prácticamente imposible establecer una normalización. nicamente en la mayoría de los casos de iluminación deportiva (unificación

empleadas deben superar los del ábaco, ya que al aumentar la altura, aumenta también el espacio permisible, y por lo tanto

de dimensiones, reglas de juego, etc.), es factible el establecimiento de normas generales, aún cuando admiten numerosas variantes.

disminuye el número de obstrucciones en forma de columnas.

Por tanto, para ayuda del técnico que ha de realizar el estudio o proyecto de la instalación, sólo podemos proporcionarle las más importantes reglas básicas, recomendaciones, tablas o datos a tener en cuenta, contando siempre con su justo criterio a la hora de suplir deficiencias.

Recopilación de datos Es la base fundamental para tomar decisiones posteriores. Cuanto más datos, planos, observaciones, posibilidad de los D

emplazamientos, horas de encendido, previsión de acumulación de suciedad, alrededores de la zona, calles, cruces, carreteras o vías próximas, centros de alimentación, posibilidades del presupuesto, etc., tomemos, tanto mejor. - En iluminación de seguridad, protección o producción, hemos de tomar nota de las horas de encendido, necesidades en

La altura de montaje será como m nimo H=D/4

horas punta, deslumbramientos, contrastes favorables, condiciones atmosféricas, etc.

DISTANCIA DE LAS COLUMNAS AL BORDE DE LA ZONA A ILUMINMAR

de proyección, reflectancia de la superficie, brillos de los alrededores, etc. - En iluminación deportiva, nos fijaremos preferentemente en las posibles exigencias en iluminación vertical, en evitar sombras y deslumbramientos a los usuarios o al público, contrastes y clase o carácter del juego (competición, club, entrenamiento, recreo, etc.).

Determinación de la iluminancia En el caso de no sernos dada, hemos de fijar el nivel recomendable, teniendo en cuenta todas las particularidades y con ayuda de las tablas que aparecen a lo largo y al final de este capítulo. Pero no sólo ha de tenerse en consideración el nivel luminoso mínimo para una percepción correcta del objeto (facilitada siempre por la extraordinaria capacidad de adaptación del ojo humano), sino también se ha de procurar evitar la más leve fatiga visual de las personas sometidas durante largos periodos de tiempo a la acción de la iluminación artificial. Con ello podemos evitar accidentes o merma de facultades.

. 6m 0 m. 6 m. 12 m. 18 m. 24 m. 30 m. 36 m. 42 m. 48 m. 54 m. 60 m. 0 m.

ALTURA DE MONTAJE . m. 5 m. 8 m. 1 m. 4 m. 7 m. 9 m 12 1 2 1 2 2 m. 30 m. 3 3 m. 36 m. 39 m. 42 m. 5 4 . m 48 m. 51 m. 54 m. 7 5 m. 60

20 m. 40 m. 60 m. 80 m. 100 m. 120 m. 140 m. ANCHO TOTAL DE LA SUPERFICIE A ILUMINAR

Figura 2

LUMINOTECNIA 2002

167

168

LUMINOTECNIA 2002

ALTURA DE MONTAJE

Figura 1

- En iluminación decorativa o arquitectónica, no hemos de olvidar posibles efectos de color, sombras y contrastes, ángulos

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Niveles de iluminación

11.3. Iluminación decorativa

Se debe definir, al menos, el nivel requerido en el plano horizontal (iluminancia horizontal). A veces también se debe

Este sistema de iluminación se utiliza cuando se trata de iluminar, por motivos puramente decorativos, un anuncio, una fachada, un

controlar la iluminancia vertical (por ejemplo, donde se llevan a cabo tareas de lectura donde se deben inspeccionar o

edificio, fuente o monumento artístico, etc., con la idea de atraer sobre él la atracción del público, embellecer un paraje o como

mover mercancías).

expresión de orgullo cívico, no exento de propaganda.

Los niveles y uniformidades de iluminación necesarios dependen de la dificultad de la tarea visual por un lado y del grado

La iluminación, en estos casos, entra a formar parte del vocabulario arquitectónico, pasando a ser más un arte en que se manejan

de eficiencia y seguridad requeridos por el otro. En la Tabla 1 se indican los requerimientos de nivel y uniformidad para

brillos, luces, sombras, colores y contrastes.

diferentes categorías de áreas. Tarea visual y

Ejemplo

su categoría

Iluminancia horizontal

11.3.1. Consideraciones generales de dise o

Factor de uniformidad

Durante las horas diurnas, un edificio está iluminado por la luz directa del Sol, la difusa radiada desde el cielo o por ambas.

recomendada media

El resultado es que las características arquitectónicas del edificio se ponen de manifiesto por un variado juego de luces y

mantenida (lux)

sombras. El diseño de una buena instalación de iluminación por proyección requiere un cuidadoso estudio de las

Seguridad reas de bajo riesgo

reas industriales de

5

1:7

20

1:4

características más atractivas del edificio y de los efectos de la luz sobre ellas. Por lo tanto, las técnicas de iluminar un edificio por proyección no están basadas únicamente en la luminotecnia, ya que el sentimiento y la comprensión de los valores

almacenaje; tránsito

estéticos son de igual importancia.

ocasional solamente reas de mediano riesgo

reas de deposito de vehículos, terminales de

Dirección de observación

containers con tránsito

Normalmente hay varias direcciones desde las cuales puede observarse un edificio, pero en general se puede considerar una en particular como la dirección principal de observación.

frecuente reas de alto riesgo

reas críticas dentro de

50

1:2 5

refinerías de petróleo,

Distancia de observación

plantas químicas, de

La distancia de observación es importante, ya que determinará la cantidad de detalles visibles sobre la estructura que se

electricidad y de gas

ilumine.

Movimiento y tránsito Peatones

Movimiento de gente

5

1:7

10

1:4

20

1:2 5

Alrededores y fondo

solamente Vehículos lentos

Camiones montacargas

Si los alrededores y el fondo de una estructura son oscuros, se necesita una cantidad de luz relativamente pequeña para que la estructura destaque contra el fondo. Si hay otros edificios iluminados por proyección en las cercanías, o edificios con

y/o bicicletas Tránsito normal

Alumbrado público en

ventanas iluminadas, o un fondo con brillo, éstos darán una fuerte impresión de luminancia. Entonces se necesitará más luz para que la iluminación por proyección produzca el impacto deseado. Otra solución puede ser la de crear contrastes de

terminales de contenedores,

colores, en vez de diferencias de luminancias.

lugares de maniobras Trabajo general Muy arduo

Excavaciones, desmontes

20

1:4

Obstáculos

Arduo

Manipulación de madera

50

1:4

Los árboles y las rejas que rodean un edificio pueden formar un elemento decorativo de la instalación. Una forma atractiva

Normal

Albañilería, carpintería

100

1:2 5

de hacerlo es colocar las fuentes de luz delante de ellos. Esto tiene dos ventajas: primero, las fuentes de luz son invisibles

Fino

Pintura, trabajos eléctricos

200

1:2

para el observador y, segundo, los árboles y rejas se ven como siluetas contra el fondo iluminado de la fachada, lo que aumenta la impresión de profundidad.

Tabla 1. Iluminancias y uniformidades recomendadas para áreas exteriores de trabajo. Deslumbramiento

Posición y dirección de los proyectores

El grado del límite de deslumbramiento requerido depende, por supuesto, de la categoría del área en cuestión (C.I.E.:

Una vez que se ha escogido la línea principal de observación, la implantación y enfoque de los proyectores dependerá de

Sistema de evaluación del deslumbramiento para iluminación de áreas y deportes exteriores).

la forma del edificio o, mejor, de la de su planta o corte horizontal. La experiencia indica que la mejor disposición de los

En general, el deslumbramiento molesto se reducirá con el aumento de la altura de montaje. Elegir bien los proyectores y

proyectores para un edificio con planta rectangular es el indicado de la Fig. 3. La línea principal de observación está indicada

tener especial cuidado al apuntarlos también puede ayudar a mantener el deslumbramiento al mínimo. A veces, cuando el

por la flecha A y la posición de los proyectores, por los puntos marcados B. Al colocar los proyectores en los dos extremos

deslumbramiento es crítico, se deben colocar celosías especiales a las luminarias.

de la diagonal se obtiene un buen contraste de luminancia entre los dos lados contiguos del edificio, con lo que se logra una buena perspectiva. Los haces oblicuos de los proyectores hacen resaltar la textura de los materiales que forman la

Lámparas

fachada. Como se observa en la Fig. 3, esta disposición para edificios rectangulares es también aplicable a los de planta

Las lámparas de descarga de alta intensidad se recomiendan como apropiadas para la iluminación por proyección de áreas.

cuadrada.

Las lámparas usadas con mayor frecuencia son las de descarga de Sodio a Alta Presión, y las de Halogenuros Metálicos, a pesar de que cuando la discriminación de color no es necesaria y los niveles de iluminación no excesivamente elevados, la lámpara de descarga de Sodio a Baja Presión ofrece una buena solución.

LUMINOTECNIA 2002

169

170

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

considerar tres puntos:

A

1) Cuanto más oscuro sea el material, mayor será la iluminancia necesaria sobre el mismo para proporcionar una impresión de brillo satisfactoria. B

B A

2) Para una instalación normal, en la cual la luz está dirigida hacia arriba en una superficie vertical, la cantidad de luz reflejada que llega a un observador, y por lo tanto el brillo de la superficie iluminada, disminuirá con un aumento de la uniformidad

A

de la superficie. 3) La iluminancia necesaria será influenciada en cierta medida por el grado de combinación entre el espectro de la fuente de luz empleada y el color del material de construcción. Se obtienen soluciones favorables cuando el color de la luz es cercano a aquel de la superficie iluminada. En la Tabla 2 mostramos las iluminancias recomendadas para la iluminación por proyección, la cual ha sido elaborada teniendo en cuanta estos tres puntos.

B

Material de la fachada

B A

Piedra clara Mármol blanco Piedra mediana Cemento Mármol de color claro Piedra oscura Granito gris Mármol oscuro Ladrillo amarillo claro Ladrillo marrón claro Ladrillo marrón oscuro Granito rosa Ladrillo rojo Ladrillo oscuro Detalle arquitectónico Revestimiento de aluminio: Terminación natural Terminación térmica de laca saturada (10%) rojo, marrón, amarillo Terminación térmica de laca saturada (10%) azul, verde Terminación térmica de laca mediana (30-40%) rojo, marrón, amarillo Terminación térmica de laca mediana (30-40%) azul, verde Terminación térmica de laca pastel (60-70%), rojo, marrón, amarillo Terminación térmica de laca pastel (60-70%) azul, verde

Figura 3 También debemos tener en cuenta que elementos salientes o voladizos (como balcones), muros o balaustradas pueden enriquecer la apariencia de una fachada, si se les incluye en el esquema de iluminación. En este caso, los proyectores deben colocarse a cierta distancia de la fachada, para evitar que resulten sombras excesivamente duras. Si no hubiese espacio para esto se podrían utilizar pequeños proyectores, como iluminación complementaria, colocados en el mismo voladizo (Fig. 4). Elementos entrantes o cóncavos, como galerías o balcones, quedarán en sombra al colocar proyectores a poca distancia de la fachada. En estos casos se puede utilizar iluminación complementaria, colocada en las mismas partes entrantes. La luz de otro color puede ser apropiada para este fin. Una iluminación por proyección, colocada a una mayor distancia, produce menos sombras y elimina la necesidad de la iluminación adicional.

d

d Cambio en la altura de la sombra producida por la variación de la distancia "d"

Iluminación local suplementaria para reducir la intensidad de las sombras

Figura 4 Algunas de las muchas alternativas para colocar las fuentes luminosas son: en los postes de alumbrado público o en postes expresamente colocados para este fin; en el tejado de un edificio vecino; en soportes fijados en la misma fachada o en el suelo, detrás de muros bajos, setos o arbustos. Niveles de iluminación recomendados Para determinar el nivel de iluminancia necesario para proporcionar a una estructura el impacto visual requerido, se deben

20

30

60

1,0

0,9

3,0

5,0

40

60

120

1,1

1,0

2,5

5,0

100

150

300

1,0

1,1

2,0

3,0

35 40 55

50 60 80

100 120 160

1,2 1,2 1,3

0,9 0,9 1,0

2,5 2,0 2,0

5,0 4,0 4,0

100 120 60 200

150 180 100 300

300 360 200 600

1,3 1,3 1,3 1,2

1,0 1,2 1,2 1,1

2,0 1,5 1,5 1,5

3,0 2,0 2,0 2,0

120

180

360

1,3

1,1

1,5

2,0

120

180

360

1,0

1,3

1,5

2,0

40

60

120

1,2

1,0

2,0

4,0

40

60

120

1,0

1,2

2,0

4,0

20

30

60

1,1

1,0

3,0

5,0

20

30

60

1,0

1,1

3,0

5,0

Tabla 2

tomar en cuenta factores como el brillo de los alrededores y fondo, material empleado en la construcción, etc. Se deben

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NIVELES DE ILUMINACI N RECOMENDADOS Iluminancia en Lux Coeficientes de corrección Alrededores Lámpara Superficie Pobre Bien Muy B M S Limpia Sucia

171

172

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Los niveles de iluminación recomendados son aquellos necesarios para crear una luminancia de 4, 6 ó 12 cd/m2 sobre la fachada cuando los alrededores están pobremente iluminados, bien iluminados o con mucho brillo respectivamente. Los valores son válidos para lámparas de filamento de wolframio de 2.800 K y para superficies de edificios limpias. Los coeficientes de corrección que se muestran son multiplicadores.

11.3.2. Iluminación de edificios La conveniencia de que un edificio sea iluminado por proyección está determinada por varios factores, incluyendo la forma y superficies del edificio, su carácter (el cual puede ser difícil de definir), su mérito arquitectónico, su significado histórico o social y sus alrededores. La apariencia de una superficie iluminada por proyección depende, entre otros factores, de su textura. Superficies ásperas reflejan algo de luz en todas las direcciones y así, cuando es iluminada, aparece más o menos brillante independientemente del ángulo desde el cual la estamos observando. Por otra parte, los cristales y otras superficies muy pulidas, reflejan toda la luz incidente en ellas como un espejo, y por esta razón aparecen oscuros y sin vida cuando son iluminados y vistos desde posiciones normales (Fig. 5, 6, 7 y 8).

Figura 6. Reflexión compuesta (superficies irregulares, rugosas, etc.).

Figura 5. Reflexión especular (superficies brillantes, pulidas, etc.).

Figura 7. Reflexión mixta (superficies no pulidas, barnizadas, etc.).

LUMINOTECNIA 2002

173

174

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

y menor es la cantidad de luz necesaria para realzar el edificio. e) La forma de un edificio iluminado por proyección es mejor destacada cuando sus contornos son visibles, su solidez es enfatizada, y las esquinas son acentuadas iluminando las paredes contiguas con una luminancia diferente. La forma de un edificio con tejado a un agua es evidentemente completa cuando ambos, tejado y pared, están iluminados por proyección. f) La “solidez” de torres, cúpulas y capiteles es enfatizada si están iluminados por proyección desde no más de tres direcciones en azimut. g) Un buen modelado pronunciado es deseable en todo, pero en fachadas planas no tiene sentido destacar pequeños detalles cuando el edificio es visto desde una cierta distancia. h) La impresión de altura es acentuada si la iluminación del edificio se reduce progresivamente desde la base hacia arriba. Si las partes más bajas de un edificio están ocultas de la observación a distancia por las estructuras de los alrededores, quizás sea deseable reducir el brillo en la dirección opuesta, por ejemplo, hacia el suelo. Iluminación de edificios de dise o contemporáneo Los nuevos materiales y métodos de construcción han jugado un papel importante en el desarrollo del carácter distintivo de los edificios contemporáneos. Por ejemplo, las paredes externas e interiores de los modernos edificios de estructura de acero no son muros de carga y por lo tanto pueden hacerse de material ligero y prefabricarse antes de la entrega; las estructuras de hormigón armado, algunas con tejados de alturas de 40 metros o más, son otro típico elemento del paisaje contemporáneo. A condición de que la estructura sea adecuada, la iluminación por proyección puede ser usada para enfatizar el significado social y arquitectónico de muchos edificios cívicos, comerciales y educativos recientemente construidos. Quizás también Figura 8. Reflexión difusa (superficies mates, etc.).

sirva de propaganda de los productos de la compañía propietaria o inquilina del edificio. Por ejemplo, en la Fig. 9 se puede ver un edificio de oficinas con una fachada de hormigón armado prefabricado que fue construido para una compañía que

Es obvio que estas diferencias de las propiedades de reflexión de la superficie del material hace, en cada caso, necesaria una

fabrica hormigón; la iluminación por proyección revela las formas del material de forma marcada.

iluminación diferente para cada fachada para obtener la luminosidad deseada. Incluso, la cantidad de suciedad en la fachada es importante; el factor de reflexión de una fachada limpia puede ser más del doble que el de la misma fachada sucia. Los alrededores tienen una poderosa influencia en el efecto producido por los edificios iluminados por proyección. Por ejemplo, si cerca del conjunto tenemos un lago, río, canales, etc., éste queda muy realzado cuando se producen reflexiones de sus edificios en el agua. Las catedrales, iglesias, castillos, edificios públicos, puentes y monumentos antiguos son ejemplos de edificios que generalmente responden bien a la iluminación por proyección; algunos edificios industriales y comerciales pueden ser iluminados por proyección como una ventaja para ellos mismos y los alrededores. Condiciones básicas de dise o Aparte de los puntos ya vistos anteriormente en las “condiciones generales de diseño”, los siguientes comentarios se aplican generalmente al diseño de la iluminación por proyección. Lo pertinente de cada comentario varía con el tipo de edificio y los requerimientos de iluminación. a) Los contrastes en la iluminación son generalmente más importantes que su homogeneidad, y las sombras son tan importantes como los reflejos de luz. b) La iluminación por proyección coloreada permite destacar diferentes planos y producir sombras de colores. Como regla general, el color debería ser usado escasamente y con discreción. c) El aspecto de un edificio iluminado por proyección, y especialmente aquel modelado con sombras, difiere bastante de su apariencia a la luz del día, principalmente porque la dirección y distribución de luz son diferentes. Esto también cambia con la dirección de observación, y especialmente con el cambio de ángulo entre la dirección de observación y la dirección del principal flujo de luz. d) Como ya se comentó, el impacto visual hecho por el edificio iluminado por proyección depende Figura 9

considerablemente del brillo de los alrededores; cuanto más oscuro sea el fondo, más dramático es el efecto

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Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

11.3.3. Monumentos

11.3.4. Puentes y viaductos

Los monumentos deberían ser iluminados por proyección de una manera que indique su carácter, edad y, donde sea

Los puentes son, en general, elementos atractivos, y cuando son convenientemente iluminados, contribuyen a mejorar el

factible, su significado histórico.

paisaje nocturno (Fig.12). Hay demasiados tipos de puentes para que la iluminación de cada uno sea discutida

Los proyectos de iluminación por proyectores para monumentos son similares, en general, que aquellos para edificios

individualmente, pero los siguientes criterios son aplicables de forma general:

históricos. Deberían tomarse informes sobre los efectos de la erosión y, si los techos y muros han sido destruidos, o parcialmente destruidos, la iluminación debería diseñarse para conseguir un efecto sin una causa aparente (Fig. 10).

Figura 10 Figura 12

Los proyectores para iluminación por proyección de castillos en ruinas y monumentos similares deberían diseñarse para enfatizar el carácter macizo de las estructuras y revelar la forma de las torres y otros elementos prominentes (Fig. 11).

- La forma y los principales elementos del puente deben ser visibles desde una distancia considerable. A menudo es deseable, para puentes de carreteras, incluir los accesos en el proyecto de iluminación para que sea visto como una parte de la carretera y no como un elemento aislado del conjunto; las luminarias decorativas para iluminar calzadas deberían ser tratadas como parte del diseño de iluminación. - La conveniencia de que un puente sea iluminado por proyección depende de los alrededores, las principales direcciones y las distancias de observación, la importancia de la estructura y arquitectura del puente, su importancia en el decorado nocturno, y los materiales con los que ha sido construido. - Los puentes de piedra y hormigón armado, generalmente responden bien a la iluminación por proyección, pero puede ser difícil mostrar la forma y los detalles de los puentes de hierro y acero por este medio, debido a la baja reflectancia y la pequeña área proyectada de los miembros de la estructura. Sin embargo, se pueden usar otros métodos: por ejemplo, la iluminación con guirnaldas, con lámparas sujetas a los cables y cadenas, ha sido usada en algunos puentes colgantes con satisfacción, pero el mantenimiento efectivo puede ser difícil. - La iluminación no debería distraer la atención del tráfico (rodado, vial o marítimo) que pasa sobre o debajo del puente; si se emplea iluminación de colores se debe tener especial cuidado para evitar la confusión con las señales de tráfico. - La iluminancia necesaria para mostrar de forma efectiva el puente dependerá principalmente del tipo de puente, los alrededores (incluyendo la iluminación del distrito) y la reflectancia de los materiales de construcción. Cuando se ha decidido el tipo de sistema de iluminación y la ubicación de los proyectores, su tipo, número y potencia puede ser estimada usando el programa de cálculo INDALWIN. Después de que el sistema de iluminación ha sido instalado, los Figura 11

efectos deberían ser valorados de forma crítica, y los ajustes hacerlos a pie de obra.

La importancia histórica de un monumento puede ser indicada por luz de color; por ejemplo, la luz azul quizá pueda usarse

- Los lados de un puente de piedra, o similar, que cruza un valle, desmonte o río a menudo pueden ser convenientemente

para crear un aire de misterio, y la luz roja para indicar el escenario de una batalla.

iluminados por proyectores rectangulares asimétricos montados en una o ambas orillas. Si la luz es dirigida desde uno de

El esplendor y la magnificencia de un monumento puede ser manifestada al máximo sólo por una estrecha y continua

los lados principalmente, los arcos, estribos, contrafuertes y las balaustradas serán enfatizados por las sombras coherentes

cooperación entre el arquitecto del proyecto, el ingeniero de iluminación y, donde sea apropiado, el arqueólogo, cuyo

que se forman; sin embargo, quizás este sistema no se puede aplicar si el puente es muy largo. Preferiblemente, los

principal interés es la conservación del monumento. El equipo de iluminación no debería fijarse a la estructura del edificio

proyectores deberían ser montados debajo de la plataforma del puente para minimizar el deslumbramiento al tráfico y a

a menos que se tenga un permiso especial.

los peatones que pasan sobre o debajo del puente (Fig. 13). Los proyectores que, por razones prácticas, deben ser

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Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

montados por encima de la altura del puente, deberían estar convenientemente orientados para que el deslumbramiento sea restringido tanto como sea posible. Los puentes de este tipo quizá puedan ser iluminados también con luminarias

Las luminarias pueden iluminar el follaje desde cierta distancia o colocarse próximas al tronco, iluminando sus ramas

montadas en o contiguas al puente y ocultadas de los ángulos de observación normales, o por una línea continua de

desde abajo (Fig. 14). La primera técnica es apropiada para árboles con follaje muy denso, mientras que el otro tipo de

luminarias fluorescentes a prueba de lluvia montadas en el parapeto.

enfoque es apropiado para árboles de poco follaje. Pueden lograse efectos hermosos utilizando luces de diferentes colores (Fig. 15).

Proyector asimétrico

Proyector asimétrico

Figura 13 Este último sistema puede ser aplicado para la iluminación de puentes de peatones, usando luminarias que dirijan parte de la luz a la acera y parte a los lados del puente. A menudo, la apariencia de un puente abovedado es mejorada si la parte inferior de los arcos es iluminada, preferentemente con luz de diferente color a la usada en los lados del puente; se produce un efecto muy dramático dejando los lados sin iluminar (en la oscuridad). Es difícil, excepto para iluminación festiva, delinear los cables y cadenas de los puentes colgantes, pero sus torres de sujeción pueden ser generalmente iluminadas por proyectores con gran ventaja, usando proyectores circulares simétricos con haz estrecho, montados en o contiguos al puente y apuntados hacia arriba.

Figura 15

La iluminación de la zona del puente que soporta tráfico rodado se realiza normalmente con luminarias de alumbrado público.

Si no se desea una iluminación superior frontal o vertical, o no es aplicable, los árboles florecidos o con ramas desnudas se pueden proyectar contra una pared, cerco o enrejado blancos o de colores claros. Otro efecto sutil visualmente más

11.3.5. Iluminación de áreas de ocio y entretenimiento

interesante que la iluminación de frente, se puede obtener iluminando los árboles y arbustos desde atrás.

La iluminación nocturna de parques públicos y jardines es esencial para la seguridad, especialmente de los niños, y aumenta

Pero en la mayoría de los casos, los proyectores deberían colocarse entre el público y los objetos a iluminar. Se puede evitar

el tiempo durante el cual pueden disfrutarse los elementos para el ocio. La iluminación muestra la belleza de jardines

el deslumbramiento colocando pantallas a los proyectores, a pesar de que la mayoría de los jardines cuentan con

floridos, árboles, arbustos y fuentes o lagos, siendo otro de sus objetivos el eliminar zonas oscuras.

abundantes lugares para ocultarlos, tales como arbustos, troncos de árboles o cepas, rocas, cercas, paredes pequeñas, etc.

rboles y arbustos: Durante el día, un árbol se ve generalmente como una silueta perfilada contra un cielo brillante. Si el

Alternativamente, puede ser posible empotrar los proyectores en el piso (en este caso hay que tener en cuenta la posibilidad

árbol está iluminado por la noche, la situación es inversa: el árbol sobresale claramente contra el cielo oscuro. Este efecto

de drenaje).

dramático queda realzado si las fuentes de luz están ocultas.

En general, no es económico ni práctico iluminar más que unos pocos árboles del parque; y por razones estéticas, la iluminación uniforme por proyección de la totalidad de un área es pocas veces satisfactoria. Los árboles que sean elegidos

Iluminación de árboles

deberían ser importantes y especies hermosas, y que estén en posiciones donde den profundidad y delicadeza al paisaje.

11.4. Iluminación deportiva 11.4.1. Generalidades El objetivo de iluminar instalaciones deportivas ya sean interiores o exteriores es ofrecer un ambiente adecuado para la práctica y disfrute de actividades deportivas por parte de jugadores y público. Lógicamente, las exigencias variarán según el tipo de instalación (recreo, entrenamiento o competición) y el nivel de actividad (amateur, profesional o retransmisión por televisión).

11.4.1.1. Requisitos básicos Al diseñar la iluminación de una instalación deportiva se deben tener en cuenta los requisitos y el confort de los siguientes lateralmente

desde abajo

usuarios: deportistas o jugadores, jueces o árbitros, espectadores y medios de comunicación.

Figura 14

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Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

crear una iluminancia vertical adecuada.

Jugadores y árbitros Los jugadores (deportistas) y árbitros (jueces) deben poder observar claramente todo lo que sucede en el área de juego

Uniformidad de iluminancia

para poder realizar la actividad deportiva en las mejores condiciones posibles.

Es importante una buena uniformidad de iluminancia en los planos horizontales y verticales. Evita problemas de adaptación Espectadores

para jugadores y espectadores, y elimina la necesidad de ajustar continuamente las cámaras en las diferentes direcciones

Los espectadores deben poder seguir la actividad de los deportistas y la acción del deporte realizando el menor esfuerzo.

de la visión. Si la uniformidad no es suficientemente buena, existe la posibilidad (especialmente con cámaras de televisión)

El entorno de visión debe ser agradable, lo que significa que no sólo se debe poder ver la pista o área de juego, sino también

de que una pelota o jugador no se vea claramente en ciertas posiciones del campo.

los alrededores inmediatos. La iluminación debe ayudar al espectador a ingresar a la instalación deportiva y salir de ella de

La uniformidad se puede expresar como la relación entre la iluminancia mínima y la iluminancia máxima (U1) o como la

forma segura. Este aspecto de seguridad es muy importante para el público.

relación entre la iluminancia mínima y la iluminancia media (U2). Para que las cámaras puedan obtener las mejores condiciones visuales posibles, la relación entre la iluminancia media en

Retransmisión por T.V.

el plano horizontal y la iluminancia media en el plano vertical debe, en general, mantenerse entre 0 5 y 2.

Para la cobertura televisiva, la iluminación debe proporcionar condiciones que aseguren una buena calidad de imagen de color (Publicación C.I.E. nº 83), tanto para las imágenes generales del juego, como para los primeros planos de espectadores

Deslumbramiento

y deportistas.

El deslumbramiento, que ocurre si un área de brillo molesto se aproxima o penetra en el campo de visión, produce un efecto molesto en la visión de los deportistas y espectadores.

Continuidad de cobertura

El deslumbramiento se puede minimizar prestando cuidadosa atención en la elección de los proyectores o luminarias, y

Para cumplimentar los requisitos de continuidad de cobertura de la T.V. en caso de producirse un fallo en el sistema de

asegurándose que los mismos estén bien enfocados, teniendo en cuenta las principales direcciones de visión.

iluminación normal, generalmente se instala un sistema de alimentación secundario capaz de proporcionar un nivel de “iluminación de T.V. de emergencia”.

Evaluación del deslumbramiento La C.I.E. ha desarrollado una base para evaluar la impresión subjetiva del deslumbramiento en áreas exteriores.

11.4.1.2. Criterios de iluminación

Esencialmente comprende un índice de deslumbramiento en el cual cuanto menor es el alcance, menor será el

Los criterios de iluminación más importantes para la iluminación deportiva son los siguientes.

deslumbramiento. El índice de deslumbramiento GR (Glare Rating) se da por:

Iluminación horizontal El área iluminada donde se desarrolla la actividad deportiva es la parte principal del campo de visión de los deportistas y

GR = 27 + 24 . log

los espectadores, por lo tanto, la iluminancia en este plano horizontal al nivel del suelo sirve principalmente para establecer el estado de adaptación de la visión. Debido a eso, y debido a que el área de juego iluminada sirve como fondo visual, es

EE R R Lvl Lve

0,9

donde:

importante que el mismo tenga una adecuada iluminancia horizontal para conseguir crear el contraste correcto con el fondo.

Lvl = luminancia de velo producida por las luminarias.

También es importante la iluminancia horizontal en las áreas de circulación, como por ejemplo la iluminación anti-pánico que se utiliza en caso de producirse un fallo en el sistema de iluminación normal, para asegurar el movimiento de los

Lvl =

espectadores al ingresar y al salir del campo deportivo.

Ε ojo,i Φi 2

Las iluminancias medias recomendadas en la Tabla 4 son valores mantenidos. Es decir, son los valores que se deben

donde Eojo,i es la iluminancia en el ojo producida por la fuente de luz (lux) i, y i es el ángulo entre la dirección de la visión

alcanzar durante el periodo de operación de una instalación. Para alcanzar los valores iniciales requeridos, los valores

y la dirección de la incidencia de luz desde la fuente de luz i (grados).

mantenidos se deben multiplicar por el inverso del factor de mantenimiento (fm).

Lve = luminancia de velo producida por el medio.

Iluminancia vertical

la fórmula:

Lve se puede aproximar desde la iluminancia media horizontal del área donde se realiza la actividad deportiva, Ehav, utilizando Es importante que exista un contraste suficiente a través del cuerpo del deportista para identificarlo. Esto se obtiene sólo si

p Lve = 0,035 . Ehav .

alcanza luz suficiente a los planos verticales, ya que esta iluminancia es esencial para reconocer objetos. La iluminancia vertical se caracteriza por la magnitud y la dirección. Para los deportistas, es importante una iluminancia

donde p = la reflectancia del área.

vertical desde todas las posiciones, mientras que para los espectadores y las cámaras que ocupan una posición determinada, se debe considerar sólo la iluminancia vertical hacia dichas posiciones. En el caso de las cámaras con distintas

Para Lvl las fuentes de luz son las luminarias, mientras que para Lve el campo y los alrededores luminosos se consideran

posiciones, se debe tener en cuenta la iluminancia vertical sobre los cuatro planos laterales del campo.

como un número infinito de pequeñas fuentes de luz.

En la práctica, la iluminancia vertical requerida para deportistas y espectadores se obtiene automáticamente si se cumplen

Es necesario calcular GR para las posiciones más críticas del observador, definidas en la Fig. 16. para un campo de fútbol.

los requisitos de iluminancia horizontal. Por lo tanto, en la práctica, la iluminancia vertical, que se debe medir a una altura de 1 5 metros sobre el área de juego, es sólo un criterio de diseño cuando se considera la cobertura televisiva, ya que tiene una influencia mayor en la calidad de imagen. La iluminancia vertical no sólo debe asegurar el reconocimiento de un deportista o la calidad de imagen, sino que los espectadores y deportistas puedan seguir fácilmente una pelota, aro, etc., que vuela sobre el campo de juego. Los espectadores y las tribunas forman parte del medio visual de la cámara. Por lo tanto, para las tribunas también se debe

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Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

300 m.

300 m.

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Modelado y sombras

300 m.

El modelado es la capacidad de la iluminación para revelar formas y texturas. La misma es particularmente importante para proporcionar una visión general de los deportistas, jugadores, pelota u otros elementos, y espectadores que se encuentran en el área donde se desarrolla la actividad deportiva o cerca de la misma. La eficacia del modelado depende de las direcciones desde las cuales proviene la luz y el número y tipo de fuentes utilizadas. El modelado puede ser “duro”, producido con sombras profundas, por ejemplo mediante proyectores de haz estrecho y simple; o “chato”, resultado de una iluminación sin sombra desde, por ejemplo, un techo luminoso. Ninguno de estos extremos es aconsejable; sin embargo, para el último caso, es posible adicionar algunos pequeños proyectores para mejorar el modelado. Las imágenes de televisión de buena calidad requieren un buen modelado por el alumbrado. Por lo tanto, para limitar la longitud y dureza de las sombras proyectadas por los deportistas donde se emplea una disposición de proyectores asimétrica, hasta un 60%

10

300 m.

1/4 A

300 m.

2

8

La buena percepción del color es importante en la mayoría de deportes, y aunque se acepta determinada distorsión debida 1/2 A

3

Apariencia del color y reproducción del color

9

a la luz artificial, la misma no debe ser tanta como para producir problemas de discriminación en el color (entre colores parcialmente distorsionados).

1/4 A

4

del flujo total instalado puede provenir desde el lado de la cámara principal y un 40% o más desde el lado opuesto.

1A

1

5

Se deben distinguir dos aspectos importantes de color. - La apariencia de color de la luz: Esta es la impresión de color de todo el medio creada por la lámpara.

7 6

- La reproducción del color de la luz: Esta es la habilidad de la luz para reproducir los colores de los objetos.

11

Tanto la apariencia del color como la reproducción del color de la luz emitida por las lámparas dependen de la distribución

1/4 B

de la energía espectral de la luz que emiten. Una indicación de la apariencia del color de una lámpara se puede obtener

1/2 B 1B

desde su temperatura de color correlativa, medida en Kelvin (K), la cual varía entre 2.000 y 6.000 K. A menor temperatura de color, más cálida es la impresión de color de la luz; a mayor temperatura de color, más fría o más azulada es la impresión

• 1-11 Posiciones de observador para cálculos de GR • Posiciones de referencia poara calcular la luminancia de velo fuera del área de juego

de color de la luz. Las propiedades de la reproducción del color de una fuente luminosa se puede indicar por el índice de reproducción del color (IRC). El valor máximo teórico del índice de reproducción del color es 100, que se puede comparar con una situación

Figura 16

de luz de día. El ambiente visual del medio depende del IRC. Cuanto mayor es el IRC, más agradable resulta el medio.

Actualmente, las asociaciones deportivas internacionales están introduciendo sus propias normas de GR y la luminancia de velo.

11.4.2. Consideraciones de dise o

Deslumbramiento externo Antiguamente el deslumbramiento se consideraba sólo para los deportistas y espectadores que se encontraban en o muy

11.4.2.1. Tipo de luminaria

cerca de área iluminada. Sin embargo, en el caso de un deporte al aire libre, la luz dispersa de la instalación puede resultar molesta para los espectadores que se encuentran fuera del complejo: por ejemplo, para el tráfico en vías adyacentes y para

Proyectores

aquellas personas que viven en las proximidades.

Los proyectores se clasifican de acuerdo a su distribución de luz:

Actualmente la C.I.E. está estudiando un parámetro directo para cuantificar dicha molestia. Esto se relaciona directamente

Proyectores circulares (Fig. 17)

con las cualidades ópticas de los proyectores empleados, lo que significa que para evitar este inconveniente, se deben

Existen dos tipos de proyectores circulares empleados en la iluminación deportiva por proyección:

seleccionar los proyectores basándose en la limitación de luz dispersa fuera del haz principal. Los mismos deben ser

a) Con un haz simétrico en forma cónica. Pueden tener un haz estrecho o un haz ancho.

montados y enfocados de forma adecuada.

b) Con un haz levemente asimétrico en el plano vertical. Pueden tener un haz estrecho, mediano, ancho y muy ancho.

Recomendaciones El índice de deslumbramiento, o GR, aunque no está especificado en las recomendaciones, es de hecho importante para todas las instalaciones de iluminación deportiva. Debe coincidir con los valores GR establecidos en la publicación C.I.E. nº 83. El valor GR calculado depende parcialmente de la reflectancia del área donde se desarrolla la actividad deportiva. Para canchas de césped, se presume generalmente una reflectancia difusa de alrededor de 0 15 a 0 25. El valor GR se debe determinar para las posiciones del observador patrón del deporte en cuestión a una altura de 1 5 metros sobre el área donde se desarrolla la actividad deportiva, con el observador viendo a todos los puntos de malla a nivel del suelo. En el caso de una instalación al aire libre, se debe calcular el efecto de la luz dispersa fuera del precinto a una distancia Figura 17. Proyectores circulares.

de 300 metros desde el centro del área. Esto significa que se debe calcular la luminancia de velo a una altura de 1 5 metros sobre el suelo para las cinco posiciones más extremas.

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Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Proyectores rectangulares (Fig. 18)

Para todos los tipos de proyectores rectangulares simétricos se puede utilizar un dispositivo de apantallamiento especial, o

Existen dos tipos:

louver, siempre que el proyector esté enfocado en una dirección que produzca deslumbramiento. Dichos proyectores están

a) Con distribución de luz simétrica en los planos horizontales y verticales. En el plano horizontal el haz es ancho, mientras

diseñados de manera tal que la intensidad máxima no está en el centro del haz, sino que se desplaza hacia un lado. La

que en el plano vertical puede ser ancho o estrecho.

disminución de la intensidad luminosa en cada lado del eje del haz está dispuesta de manera tal que cuando enfoca en un

b) Con distribución de luz simétrica en el plano horizontal y distribución de luz asimétrica en el plano vertical. El haz

punto determinado sobre la superficie, produce una iluminancia horizontal más o menos uniforme.

horizontal es ancho.

Para limitar el deslumbramiento, las intensidades disminuyen rápidamente desde cierto ángulo de incidencia de luz, haciendo que la distribución de luz sea todavía más asimétrica. Cuando el deslumbramiento pueda producir una molestia importante a las personas que se encuentran fuera del área donde se practica la actividad deportiva, las intensidades luminosas fuera del haz actual deben ser lo más bajas posibles. Para esta aplicación se recomienda un proyector que pueda distribuir la luz totalmente debajo del plano horizontal. 11.4.2.2. Dise o de iluminación Cálculos de iluminación Es muy común en la práctica utilizar programas de ordenador (INDALWIN) para diseñar instalaciones de iluminación

Figura 18. Proyectores rectangulares.

deportiva. Los resultados del programa muestran los valores cuantitativos de la mayoría de los parámetros, tales como iluminancias verticales y horizontales, relaciones de uniformidad e índices de deslumbramiento.

Los proyectores circulares requieren el uso de una fuente de luz más o menos concentrada, tal como un tubo de descarga corto de una lámpara de descarga de alta intensidad. Cuando no se enfoca verticalmente hacia abajo, el haz cónico emite

Orientación y ubicación del proyector

un modelado de luz elíptica o casi elíptica sobre el campo (Fig. 17).

Los cálculos realizados por el ordenador suponen que pequeños grupos de proyectores en una red están ubicados en un

Los proyectores rectangulares se utilizan junto con fuentes lineales tales como lámparas de descarga tubulares y halógenas.

solo punto, es decir, en el centro del grupo. Dichos cálculos son generalmente lo suficientemente exactos para aplicaciones

El haz con forma de abanico produce sobre el área donde se practica la actividad deportiva un modelo de luz muy

generales. Sin embargo, cuando existen grandes grupos de proyectores y el espaciado entre las unidades exteriores es

trapezoidal (Fig. 18).

considerable, tal presunción puede resultar inexacta en el enfoque (Fig. 21). En dichos casos, se determina para cada pequeño grupo de proyectores un punto de referencia.

γ

γA γ

Figura 19. Disposición lateral. Cuando los proyectores rectangulares se montan en forma no muy separada sobre los lados de un área deportiva (disposición A

normal para un área pequeña) ofrecen dos ventajas sobre la unidad circular: la distribución de luz es más uniforme y el desperdicio

ε

de luz es menor (Fig. 19). El proyector circular, sin embargo, es más eficiente que la unidad rectangular cuando se utiliza en las cuatro esquinas, disposición diagonal (Fig. 20), siempre y cuando se utilicen varias unidades por columna.

Error en el enfoque del proyector Σ cuando se utiliza el mismo ángulo de enfoque para proyectores muy espaciados.

Figura 21 Matriz de cálculo Como la distancia entre los puntos de la matriz es relativamente pequeña, el valor que se muestra en cada punto representa el área que rodea dicho punto (Fig. 22.). Los tamaños de matriz comúnmente empleados son: - de 1 a 2 m.:

Para pequeñas áreas de juego.

- de 5 m.:

Para fútbol, hockey o rugby.

Para especificar las iluminancias horizontales, la matriz debe estar a nivel del suelo, mientras que para especificar las iluminancias verticales generalmente está a 1 5 m. sobre dicho nivel.

Figura 20. Disposición diagonal.

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Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

1/2 Sx

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Sx

1/2 Sy Sy

S

=Sx, Sy. espaciamiento de la matriz =Punto sobre el cual se calcula la iluminación. =El valor calculado es válido para éste área (Sx,

Figura 22 Las posiciones del observador patrón y las direcciones de observación o visión empleadas al realizar los cálculos de deslumbramiento se definen en la matriz. Posiciones de la cámara Se deben conocer las posiciones de la cámara para asegurar que la iluminación en dichas direcciones sea adecuada. Las mismas están especificadas como puntos de referencia en el programa de ordenador y generalmente se realizan cálculos separados para un número de puntos. Figura 23

11.4.2.3. Campos de f tbol Los requisitos de iluminación de las diferentes actividades que tienen lugar en diferentes épocas del año en

La iluminancia vertical se caracteriza no sólo por su magnitud, sino incluso por su dirección. La iluminancia vertical se

campos de fútbol al aire libre deben, por razones prácticas, reunirse en el mismo sistema de iluminación por

considera en un plano vertical en ángulo recto con la línea de visión del observador (Fig. 24).

proyección. Por lo tanto, pueden definirse en términos generales. Iluminancia Cuando los eventos son televisados regularmente desde un estadio o campo de fútbol, el proyecto de iluminación por proyección está diseñado por lo general para proporcionar la alta iluminancia necesaria para cumplir los requisitos televisivos. La iluminancia horizontal necesaria para un terreno de juego depende de: a) El nivel de competición que en él tiene lugar. b) La velocidad de la pelota (también debe tenerse en cuenta el movimiento rápido de los jugadores). c) La distancia máxima entre los jugadores y entre cualquiera de ellos y la pelota durante el juego. Si el terreno deportivo tiene un graderío para espectadores y la distancia entre el centro del campo y el espectador más distante es mayor que la máxima existente entre un jugador y el objeto de juego, éste último es el que hay que tomar como criterio de referencia. En la Fig. 23 se representan los niveles de iluminancia horizontal mínimos recomendados para diferentes distancias entre los espectadores y el centro del campo.

Posición del observador 1

Posición del observador 2

Figura 24. Planos de iluminancia vertical para distintas posiciones de observador. Para los jugadores es muy importante una iluminación vertical adecuada desde todas las direcciones, pero si se comprueba ésta en las cuatro direcciones paralelas a las líneas exteriores del campo de juego será la adecuada en todas las demás. Para espectadores y cámaras que ocupen una posición fija sólo habrá que verificar la iluminación vertical vista desde ese lugar. En las tablas al final del capítulo se muestran los niveles de iluminancia vertical mínimos recomendados para retransmisión de T.V.

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Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Relación de uniformidad

l/8

l/4

l/4

l/4

l/8

La uniformidad de iluminancia necesaria sobre el campo y las pistas de los alrededores depende de lo que está Dise o para 4 postes

aconteciendo. Por ejemplo, se requiere mayor uniformidad de luz para transmisiones de televisión que para el desarrollo del juego o el seguimiento con la vista en una competición sin retransmisión. Para entrenamiento puede aceptarse una menor uniformidad que para la competición. Ver Tabla 3. Deslumbramiento El deslumbramiento no debería ser molesto con tal de que: a) Se usen proyectores con preciso control de luz y sean correctamente apuntados.

a

b) Los proyectores se monten lejos de las direcciones de observación importantes. Los ángulos de montaje medidos desde el centro del campo deberían ser mayores de 20º sobre la horizontal. c) Se use el menor número de grupos de proyectores o una disposición en sólo una línea. El número de grupos en cualquiera de los lados del campo no debería ser mayor que 4. d) La iluminancia en el campo de visión (el cual incluye el campo y las áreas opuestas de espectadores) sea tan alta y tan uniforme como sea posible, consecuente con evitar demasiada iluminancia en los ojos de los espectadores. En la práctica esto significa que la media de la iluminancia en los planos verticales a la altura de los ojos de los espectadores de enfrente no debería ser mayor que la mitad del valor medio en la vertical sobre el campo, y preferiblemente no más de 1/3.

Dise o para 3 postes

Si estos requisitos son satisfechos, el tamaño y la luminosidad de las fuentes individuales y el número de proyectores en

l/6

l/3

l/3

l/6

cada grupo no es muy importante con respecto al deslumbramiento; ellos tienen más efecto en la iluminancia sobre el campo. La experiencia ha demostrado que el deslumbramiento desde una instalación correctamente planificada no se l

incrementa cuando se aumenta la iluminancia.

Figura 25 Iluminancia en planos verticales; modelado Si los proyectores se montan a más de 30º sobre la horizontal medidos desde el centro del campo, el costo de las torres

Los pequeños campos de entrenamiento pueden iluminarse desde menos posiciones y algunas veces desde sólo un lado.

es normalmente prohibitivo, la razón de iluminancia en planos verticales o casi verticales a aquella en horizontales es más

Los proyectores rectangulares simétricos o asimétricos (que dan un haz en forma de abanico) se usan para la mayoría de

baja que lo deseable, y el modelado no es satisfactorio.

los proyectos de iluminación lateral. La altura de montaje recomendada se deduce de la Fig. 26, siendo medidos los ángulos

En general, el mejor balance entre el grado de deslumbramiento y la iluminancia en planos verticales se obtiene cuando

característicos desde la línea longitudinal del centro del campo y la línea de banda.

los proyectores están bien apuntados y la iluminancia al nivel de los ojos de los espectadores de enfrente está en los límites dados. El modelado más adecuado se obtiene con proyectores montados en 4 torres en los córners (Fig. 28). El efecto es menor 12 m. m nimo

con 6 torres, menos todavía con grupos de proyectores montados lateralmente, y menor con líneas continuas cercanas de proyectores montados lateralmente. Por otra parte, con iluminación lateral la iluminancia en planos verticales enfrente a la línea de banda es más alta que con el sistema de torres en córners. Las ventajas y desventajas de los varios sistemas de iluminación por proyección son discutidas más adelante.

75° máx. 45° m n.

Sistemas de iluminación por proyección Las siguientes descripciones de sistemas de alumbrado por proyección reflejan en gran medida las condiciones que son

Objetivo 25° Máximo 30° M nimo 20°

Figura 26

necesarias para el fútbol o juegos similares, pero generalmente serán satisfactorias cuando otros acontecimientos tengan lugar en el estadio.

Cuando se usan tres grupos de proyectores, éstos deben ser apuntados para obtener una aceptable uniformidad de

Sistema de iluminación lateral

iluminancia a lo largo de la línea de banda cercana. Eligiendo un número apropiado de proyectores para cada torre, las

Un sistema de iluminación lateral usando 4 grupos de proyectores en cada lado del campo se observa en la mitad superior

iluminancias que pueden ser proporcionadas van desde los valores bajos adecuados para campos de entrenamiento, hasta

de la Fig. 25. La mitad inferior muestra el diseño para 3 grupos de proyectores.

valores altos, necesarios para la retransmisión por T.V. color. La iluminancia en planos verticales sobre el área de juego es aproximadamente igual que la de los planos horizontales. El modelado es relativamente insignificante, y pueden verse claramente múltiples sombras. Es necesario un apuntamiento cuidadoso para evitar un deslumbramiento inadecuado. La Fig. 27 muestra el diseño de un sistema de proyectores laterales donde los proyectores están montados en líneas únicas bajo cada lado del campo y proporcionan la alta iluminancia necesaria para la T.V. color. Las alturas de montaje de los proyectores están definidas por los ángulos dados en la Fig. 26. La línea de proyectores debería extenderse preferentemente más allá de las

LUMINOTECNIA 2002

189

190

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

líneas de gol para mantener una uniformidad de iluminancia razonable, especialmente en las áreas, y proporcionar luz sobre los jugadores para que sean vistos desde detrás de las porterías. Sin embargo, en la práctica esta extensión puede que no sea posible. Entonces, el amortiguamiento en iluminancia hacia las líneas de las porterías debería ser restringido por reducción del espacio de los proyectores hacia el final de las líneas o por el apuntamiento de los proyectores finales hacia fuera. Como con otros sistemas de iluminación lateral, la iluminancia media en los planos verticales sobre la zona de juego es aproximadamente

5°

igual a la de los horizontales y es necesario un apuntamiento cuidadoso para evitar excesivo deslumbramiento. Donde los proyectores son montados en los techos (viseras) de las gradas, la distancia de compensación puede que no sea suficientemente

15°

grande para proporcionar adecuada iluminancia vertical en la línea de banda más cercana. Entonces se necesitarán proyectores extra y deberían ser montados bajo el techo (visera) a la distancia de compensación necesaria.

Figura 28.

5° 15°

Figura 27 Sistema de torres en córners El diseño usado para 4 torres en los córners es el observado en la Fig. 28; las alturas recomendadas para la torre son deducidas de la Fig. 26. Normalmente son usados proyectores tipo circular simétrico que dan un haz simétrico. Los haces individuales pueden unirse para llenar lo que, desde la estructura superior, es visto como un área de juego de forma no rectangular y así permite un diseño de iluminancia adecuado para ser aumentado sobre el campo. Las compensaciones angulares de 5° y 15° respectivamente desde el centro de la línea de banda y la boca de gol proporcionan adecuadas ubicaciones para las torres. En la práctica, la ubicación de la torre es mandada más a menudo por la disposición del lugar que por los requisitos de la iluminación ideal. Los grandes estadios, y especialmente aquellos con pistas fuera del campo de juego, son difíciles de iluminar

Figura 29

suficientemente desde las 4 esquinas. Serían necesarias torres muy altas para cumplir con los requisitos angulares de la Fig. 26, y el deslumbramiento desde los proyectores de largo alcance que serían necesarios, probablemente sería excesivo. Por

Sombras de las gradas

estas razones, se prefiere el sistema de 6 torres visto en Fig. 29. La altura de la torre está definida desde el centro de la

La posición de las sombras proyectadas en el campo por los techos de las gradas y otros obstáculos pueden ser obtenidas

mitad del campo y aproximadamente 2 veces tantos proyectores agrupados en las torres centrales como en la de las

de la construcción vista en la Fig. 30. De ser posible, la altura y colocación de la torre debería elegirse para que no caigan

esquinas. Los ángulos de apuntamiento son agudos y el deslumbramiento puede controlarse con bastante facilidad. La

sombras sobre el terreno de juego. Donde esto no sea posible, deberían montarse proyectores adicionales bajo el techo de

relación de iluminancia entre planos verticales y planos horizontales es aproximadamente 0 7.

las gradas y dirigirlos hacia las áreas sombreadas con el mismo ángulo medio de las proyectores principales.

LUMINOTECNIA 2002

191

192

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

TABLAS NIVELES DE ILUMINANCIA HORIZONTAL Deporte

U1

U2

IRC

Tc

t/r

100

03

04

60

2.000

ca

500

03

04

60

2.000

cp

n.a.

t/r

300*

n.a.

n.a.

60

2.000

ca

500*

n.a.

n.a.

60

2.000

cp

n.a.

Grupo

Tiro al arco cubierto - línea de tiro

D= d h h-H

Torre

h

E (lux)

actividad

a= d H h-H

- blanco

H

Grada

Nivel de

Tiro al arco al aire libre - línea de tiro

a

d D

- blanco

t/r

50

03

04

60

2.000

ca

100

03

04

60

2.000

cp

n.a.

t/r

100*

n.a.

n.a.

60

2.000

ca

200*

n.a.

n.a.

60

2.000

cp

n.a.

t/r

200

03

05

65

2.000 4.000

Atletismo

Torre

- cubierto

Grada

area de sombra

- al aire libre

A ca

300

04

05

65

cp

500

05

07

65

4.000

t/r

100

02

03

20

2.000

ca

200

02

03

20

2.000

cp

400

03

05

65

4.000

t/r

300

04

06

65

4.000

Bádminton

B ca

600

05

07

65

4.000

cp

800

05

07

65

4.000

t/r

150

03

05

65

4.000 4.000

Béisbol - en el campo

Figura 30 P rdidas de absorción atmosf rica

- fuera del campo

B ca

300

04

06

65

cp

750

05

07

65

4.000

t/r

100

02

03

65

4.000

El polvo y la humedad en el aire produce que la luz sea perdida por absorción y dispersión, dependiendo la cantidad perdida

ca

200

03

04

65

4.000

de la localización del estadio, la longitud de proyección de los proyectores y de las condiciones atmosféricas al mismo

cp

500

04

05

65

4.000

t/r

300

04

06

65

4.000 4.000

tiempo. UEFA y CIE recomiendan que debería hacerse en los cálculos un descuento de un 30% de luz perdida.

Baloncesto

La dispersión de luz causada por niebla, bruma o lluvia produce deslumbramiento de velo con la consecuente reducción

- cubierto

de visibilidad. Muy poco se puede hacer sobre esto, pero hay una evidencia y es que el efecto es menor con el sistema de torres en los córners que con el sistema de iluminación lateral.

- al aire libre

B ca

400

05

07

65

cp

600

05

07

65

4.000

t/r

100

02

03

60

2.000

03

04

60

2.000

03

04

65

4.000 4.000

ca

200

cp

n.a.

t/r

200

Carrera de bicicletas - cubierto

- al aire libre

LUMINOTECNIA 2002

193

194

LUMINOTECNIA 2002

B ca

300

04

05

65

cp

500

04

05

65

4.000

t/r

100

02

03

20

4.000

ca

200

04

05

65

4.000

cp

400

04

05

65

4.000

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

TABLAS NIVELES DE ILUMINANCIA HORIZONTAL Deporte

Nivel de

E (lux)

U1

U2

TABLAS NIVELES DE ILUMINANCIA HORIZONTAL IRC

Tc

Grupo

Deporte

actividad A todas

500

05

07

85

3.000

t/r/ca cp

150 300

02 02

03 03

65 65

4.000 4.000

Trineo

t/r

200

03

05

65

3.000

- pins

ca cp t/r ca cp

200 400 300* 300* 500*

03 03 n.a. n.a. n.a.

05 05 n.a. n.a. n.a.

65 65 65 65 65

3.000 3.000 3.000 3.000 3.000

t/r/ca cp t/r/ca cp

750 1.500 500 1.000

05 07 04 05

07 08 05 06

65 65 65 65

4.000 4.000 4.000 4.000

t/r ca cp

100 200 300

02 03 04

03 04 05

65 65 65

4.000 4.000 4.000

t/r ca cp

300* 500* 1.000*

n.a. n.a. n.a.

n.a. n.a. n.a.

85 85 85

3.000 3.000 3.000

t/r/ca cp

200 500

05 05

07 07

20 65

2.000 4.000

t/r Ca cp

300 600 800

04 05 05

06 07 07

65 65 65

4.000 4.000 4.000

t/r ca cp t/r ca cp

300 400 600 100 200 500

04 05 05 04 05 05

06 07 07 06 07 07

65 65 65 65 65 65

4.000 4.000 4.000 4.000 4.000 4.000

Curling - tees/pista

- fairway/calle

Hockey sobre hierba - cubierto

- al aire libre

Hockey sobre hielo - cubierto

- al aire libre A Salto de caballo - cubierto B

Esgrima

Golf driving - tee/green

- al aire libre

A

Carrera de perros

- al aire libre

Balonmano - en sala

C

Dardos

F tbol - cubierto

- al aire libre C

U2

IRC

Tc

t/r ca cp

300 400 600

04 05 05

06 07 07

65 65 65

4.000 4.000 4.000

t/r ca cp t/r ca cp

300 400 600 100 200 500

04 05 05 04 05 05

06 07 07 06 07 07

65 65 65 65 65 65

4.000 4.000 4.000 4.000 4.000 4.000

t/r ca cp t/r ca cp

300 600 800 100 250 500

04 05 05 04 05 05

06 07 07 06 07 07

65 65 65 65 65 65

4.000 4.000 4.000 4.000 4.000 4.000

t/r ca cp t/r ca cp

300 600 800 100 250 n.a.

04 05 05 03 04

06 07 07 05 06

65 65 65 20 65

4.000 4.000 4.000 2.000 4.000

t/r ca cp t/r ca cp

300 400 600 50 150 300

03 04 04 02 03 03

05 06 06 03 05 05

65 65 65 20 65 65

4.000 4.000 4.000 2.000 4.000 4.000

t/r/ca cp

200 500

05 05

07 07

20 65

2.000 4.000

t/r ca cp

300 400 600

04 05 05

06 07 07

65 65 65

4.000 4.000 4.000

t/r ca cp

100 200 500

04 05 05

06 07 07

65 65 65

4.000 4.000 4.000

t/r ca cp

500 1.000 2.000

04 05 05

06 07 07

65 65 65

4.000 4.000 4.000

Grupo

50 50 n.a. 30* 30* n.a.

02 04

03 05

65 65

4.000 4.000

n.a. n.a.

n.a. n.a.

65 65

4.000 4.000

B

B

B

B

A

Carrera de caballos

B

t/r ca cp t/r ca cp

U1

Gimnasia

B

Bolos - aproximaciones, - bandas y calles

- fuera del campo

E (lux)

actividad

Billares

Boxeo Ver Artes marciales Criquet - en el campo

Nivel de

B

Yudo

B

Karate Ver Artes marciales Lacrosse

C

Artes marciales

LUMINOTECNIA 2002

195

196

LUMINOTECNIA 2002

C

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

TABLAS NIVELES DE ILUMINANCIA HORIZONTAL Deporte

Nivel de

E (lux)

U1

U2

TABLAS NIVELES DE ILUMINANCIA HORIZONTAL IRC

Tc

Grupo

Deporte

actividad Carreras de motor - cubierto

- al aire libre

B 300 400 600 50 100 200

03 04 04 02 03 03

04 06 06 03 04 04

65 65 65 20 20 65

4.000 4.000 4.000 2.000 4.000 4.000

t/r ca cp

250 500 750

04 04 04

06 06 06

60 65 65

2.000 4.000 4.000

t/r ca cp

250 500 750

04 04 04

06 06 06

60 65 65

2.000 4.000 4.000

Tenis

- blanco

Patinaje art stico - cubierto

- al aire libre

Patinaje de velocidad - cubierto

- al aire libre

- tobogán

- llegada

Tc

50

02

03

20

2.000

100 200 500

02 04 04

03 05 05

20 65 65

- cubierto

2.000 4.000 4.000

t/r ca cp

100 200 500

04 05 05

06 07 07

65 65 65

4.000 4.000 4.000

t/r ca cp t/r ca cp

200 400 n.a. 500* 1.000* n.a.

03 03

04 04

60 60

2.000 2.000

n.a. n.a.

n.a. n.a.

60 60

2.000 2.000

- al aire libre

Grupo

t/r ca cp t/r ca cp

300 600 800 100 250 n.a.

03 03

04 04

60 60

n.a. n.a.

60 60

- cubierto (PPA)

- cubierto (TPA)

2.000 2.000 2.000 2.000 B

05 06 06 05 06

65 65 65 20 65

4.000 4.000 4.000 2.000 4.000

03 04 04 02 04 04

04 05 05 03 05 05

65 65 65 20 65 65

2.000

20

2.000

t/r

100

04

05

60

2.000

B ca

200

04

05

60

2.000

cp

200

04

05

60

2.000

t/r

200

03

05

65

4.000

ca

400

03

05

65

4.000

cp

400

03

05

65

4.000

t/r

200

03

05

60

3.000 3.000

A ca

300

03

05

60

cp

500

03

05

60

3.000

t/r

100

02

03

65

4.000

ca

200

03

05

65

4.000

cp

400

03

05

65

4.000

t/r

300

04

06

60

4.000

C ca

400

05

07

60

4.000

cp

600

05

07

60

4.000

t/r

500

04

06

65

4.000 4.000

B ca

750

04

06

65

cp

1.000

04

06

65

4.000

t/r

400

03

05

65

4.000

ca

600

03

05

65

4.000

cp

800

03

05

65

4.000

t/r

250

04

06

60

2.000

ca

500

04

06

65

4.000

cp

750

04

06

65

4.000

t/r

200

03

05

60

2.000

ca

400

03

05

65

4.000

cp

600

03

05

65

4.000

t/r

300

04

06

65

4.000

Trampol n

- cubierto

4.000 4.000 4.000 2.000 4.000 4.000

- al aire libre

LUMINOTECNIA 2002

A ca

400

05

07

65

4.000

cp

600

05

07

65

4.000

t/r

300

04

06

65

4.000 4.000

Voleibol

B 200 300 500 100 200 400

20

Tenis

- al aire libre (TPA) 03 04 04 03 04

03 03

Ver Artes marciales

- al aire libre (PPA) n.a. n.a.

02 02

Taekwondo

A 100 200 n.a. 200* 400* n.a.

100 200

Tenis de mesa

A

t/r ca cp t/r ca cp

ca cp

Natación

B

t/r ca cp t/r ca cp

IRC

Salto de esqu

B

Rugby

Tiro al aire libre - línea de tiro

U2

B t/r

C

Patinaje sobre ruedas

- blanco

U1

Esqu

C

Frontón tenis

Tiro en sala - línea de tiro

E (lux)

actividad

t/r ca cp t/r ca cp

t/r ca cp

Nivel de

197

198

LUMINOTECNIA 2002

B ca

400

05

07

65

cp

600

05

07

65

4.000

t/r

100

04

06

65

4.000

ca

200

05

07

65

4.000

cp

500

05

07

65

4.000

Capítulo 11. ILUMINACI N POR PROYECCI N

Leyenda de la tabla 3: t: Entrenamiento (amateur y profesional). r: Recreación general. ca: Competición nacional. cp: Competición nacional e internacional sin requisitos de TV. E: Iluminancia horizontal mínima medias al nivel del suelo o, cuando está marcado con *, iluminancia vertical mínima. n.a.: No aplicable. U1= Uniformidad extrema de iluminancia (Emin/Emax) U2= Uniformidad media de iluminancia (Emin/Emed) IRC: ndice de reproducción cromática. Tc= Temperatura de color (en grados Kelvin) Grupo

Distancia máxima

Iluminancia Cámara Cámara principal secundar.

Uniformidad Vertical U1

U2

Horizontal U1 U2

IRC

Tc

A 25 m

500 lux

500 lux

04

05

03

05

65

4.000

75 m

700 lux

500 lux

04

05

03

05

65

4.000

150 m

1.000 lux

700 lux

05

06

04

06

65

4.000

25 m

700 lux

500 lux

05

06

03

05

65

4.000

75 m

1.000 lux

700 lux

05

06

03

06

65

4.000

150 m

1.400 lux

1.000 lux

06

07

04

06

65

4.000

25 m

1.000 lux

700 lux

05

06

04

06

65

4.000

75 m

1.400 lux

1.000 lux

06

07

04

06

65

4.000

150 m

n.a.

n.a.

IRC

Tc

B

C

Tabla 4. Iluminación recomendada para la TV. nacional.

Grupo

Distancia máxima

Iluminancia Cámara Cámara principal secundar.

Uniformidad Vertical U1

U2

04

05

Horizontal U1 U2

A 25 m

700 lux

700 lux

03

05

65(1)

4.000(2)

(1)

4.000(2)

75 m

1.000 lux

700 lux

05

06

03

05

65

150 m

1.400 lux

1.000 lux

05

06

04

06

65(1)

4.000(2)

25 m

1.000 lux

700 lux

05

06

03

05

65(1)

4.000(2)

(1)

B 75 m

1.400 lux

1.000 lux

06

07

04

06

65

4.000(2)

150 m

1.750 lux

1.250 lux

06

07

04

06

65(1)

4.000(2)

25 m

1.400 lux

1.000 lux

06

07

04

06

65(1)

4.000(2)

75 m

1.750 lux

1.250 lux

07

08

05

07

65(1)

4.000(2)

150 m

n.a.

n.a.

C

Tabla 5. Iluminación recomendada para la TV. internacional (1)

Es admisible un IRC de 65, pero se aconseja 90.

(2)

Es admisible una Tc de 4.000 K, pero se aconseja 5.500 K.

LUMINOTECNIA 2002

199

200

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 12.

ILUMINACI N DE CARRETERAS

12.1 Criterios de decisión sobre la iluminación de carreteras . . . . . . . . . . . 203 12.2 Situaciones de proyecto, clases de alumbrado y niveles de iluminación 205 12.3 Cálculos luminotécnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 12.4 Sistemas de iluminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

LUMINOTECNIA 2002

201

202

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

Como criterios de instalación de alumbrado en tramos de carreteras se recomienda tener en cuenta los factores que influyen

12.1. Criterios de decisión sobre la iluminación de carreteras

en la necesidad de su iluminación, así como considerar los supuestos en los que, debido a la intensidad de tráfico, únicamente pueden utilizarse las luces cortas o de cruce del vehículo en un elevado porcentaje de tiempo.

12.1.1. Objetivos El objetivo fundamental de la iluminación de carreteras es permitir una visión segura y confortable durante la noche. Estas

En carretera convencional, el cambio de luz larga a luz de cruce para evitar deslumbramientos debe realizarse a una distancia

cualidades de la visión pueden salvaguardar, facilitar y mejorar el tráfico de vehículos. El uso adecuado de la iluminación viaria

aproximada de 500 m. entre vehículos enfrentados que circulan en sentidos contrarios. Por tanto, el número máximo de

como instrumento operativo proporciona beneficios económicos y sociales, como son:

vehículos a la hora que podrá circular con luz de carretera (luz larga), a una media de 75 Km/h., es de 150, lo que supone un total de 300 vehículos a la hora en periodo de oscuridad, en un tramo recto.

a) La reducción de accidentes nocturnos, incluyendo los daños humanos y las pérdidas económicas.

Como criterios orientativos, en la Tabla 1 se indican los valores de las intensidades medias diarias (IMD) de tráfico que podrían

b) La ayuda a la protección policial y seguridad ciudadana.

adoptarse para tomar en consideración la posibilidad de iluminar la carretera.

c) La facilidad del tráfico.

Asimismo y al objeto de evitar el denominado efecto “agujero negro”, sería conveniente considerar el iluminar los tramos entre

d) La promoción del transporte y el desplazamiento durante las horas nocturnas.

enlaces cuya distancia sea inferior a 6 Km. en carreteras de calzadas separadas y de 2 Km. en carreteras de calzada única. Además, resultaría recomendable tener en cuenta aquellos tramos de carretera donde exista un porcentaje considerable de accidentes nocturnos respecto a los diurnos.

La finalidad del alumbrado público es proporcionar al conductor la visibilidad necesaria para distinguir los obstáculos y el trazado de la carretera con el tiempo preciso para efectuar las maniobras que garanticen su seguridad, además de dotarle de confort visual mientras conduce.

Tipo de vía

12.1.2. Conducción nocturna y capacidad visual de los usuarios El entorno visual de un automovilista que conduce por la noche está formado principalmente por la calzada. La visibilidad de un obstáculo situado sobre la calzada, depende de la diferencia de luminancias entre el obstáculo y el fondo, constituido por la calzada sobre el que destaca. En el caso de un objeto claro sobre fondo oscuro, su contraste es positivo, en cambio un

12.000

Autovías y autopistas

22.000

Intersecciones

4.000

Enlaces

7.000

Tabla 1. Valores límites de IMD recomendados para iluminación.

objeto más oscuro que su fondo se ve en silueta y su contraste es negativo. La iluminación de carreteras produce generalmente contrastes negativos para los objetos u obstáculos oscuros o de bajas reflectancias. En la conducción nocturna actúa la denominada visión mesópica o crepuscular que comprende el intervalo entre 10-3 y 3 ó 4 cd/m2, y se caracteriza por la reducción de la agudeza visual y la disminución en la sensibilidad diferencial al contraste, precisándose un elevado contraste umbral de luminancias para la visibilidad de obstáculos. Asimismo esta visión en la conducción nocturna implica una alteración importante en la apreciación de distancias (visión binocular deficiente), percepción limitada de obstáculos laterales y, por último, visión cromática rara e insólita. Hay que considerar que los faros de los vehículos iluminan únicamente un área limitada delante de éstos, mientras que el alumbrado público suministra luz a la carretera y sus alrededores, abriendo el campo de visión al conductor, aproximándose a las condiciones de luz diurna, lo cual puede ser importante en determinadas circunstancias del tráfico o del entorno. Por otra parte, la sensibilidad diferencial al contraste para un mismo conductor es más de tres veces superior en una carretera dotada de alumbrado (2 cd/m2), que solamente con la iluminación proporcionada por la luz de cruce del vehículo (0 2 a 0 3 cd/m2). La agudeza visual en la conducción nocturna evoluciona de forma que un conductor que circula por una carretera provista de alumbrado, es dos veces y media superior a la agudeza visual de dicho conductor cuando circula únicamente con la luz de cruce del vehículo. En la conducción nocturna con las luces de cruce de un vehículo (0 2-0 3 cd/m2), la eficacia de la visión binocular queda reducida a un tercio (1/3) de la que se alcanza durante el día y, en consecuencia, la percepción y evaluación de distancias disminuye considerablemente, lo que implica un mayor riesgo de accidentes.

12.1.3. Criterios de decisión en la necesidad de iluminación de una carretera Debe realizarse una selección entre los posibles tramos de carreteras a fin de determinar cuáles de ellos deben ser provistos de alumbrado público, lo que exige el establecimiento de factores y criterios que determinen la implantación de dichas instalaciones. Factores que influyen a la hora de iluminar Los factores a considerar para la implantación de alumbrado público son los siguientes: 1. El tipo de vía (autopista, autovía, vía rápida o carretera convencional), su situación y trazado. 2. Los puntos singulares, tales como intersecciones, enlaces complicados y tramos especiales. 3. La intensidad y composición del tráfico.

LUMINOTECNIA 2002

IMD mínima para iluminar (Veh/hora)

Carreteras convencionales

203

204

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

12.2. Situaciones de proyecto, clases de alumbrado y niveles de iluminación

CLASES DE ALUMBRADO PARA V AS DE TR FICO RODADO SITUACIONES DE PROYECTO

12.2.1. Clasificación de las situaciones del proyecto A efectos de las presentes recomendaciones se consideran las siguientes situaciones de la Tabla 2.

• Intensidad de tráfico y complejidad del trazado de la carretera:

Tipos de usuarios M

S

C

P

Alta (IMD) > 25.000 Media (IMD) – Entre 15.000 y 25.000 Baja (IMD) < 15.000

Situaciones de proyecto A1

Carreteras de calzadas separadas con cruces a distinto nivel y accesos controlados (autopistas y autovías) M

y accesos limitados (vías rápidas)

• Intensidad de tráfico y complejidad del trazado de la carretera:

Carreteras interurbanas sin separación de aceras o carril bici

0

A2

con accesos no restrigidos

0

0

0

A3

– Carreteras interurbanas sin separación de aceras o carriles bici.

TIPOS DE USUARIOS 0

M

Tráfico motorizado

Otros usuarios permitidos

S

Vehículos de movimiento lento

Usuarios excluidos

C

Ciclistas

P

Peatones.

ME 1 ME 2

Alta (IMD) > 15.000 Media y baja (IMD) < 15.000

Vías colectoras y rondas de circunvalación. Carreteras interurbanas en

Usuario principal

ME 1 ME 2 ME 3a

– Carreteras de calzada única de doble sentido de circulación y accesos limitados (vías rápidas):

A1

Carreteras de calzada úinica de doble sentido de circulación

CLASE DE ALUMBRADO*

– Carreteras de calzadas separadas con cruces a distinto nivel y accesos controlados (autopistas y autovías):

CLASIFICACI N DE LAS SITUACIONES DE PROYECTO Tipos de vías

TIPOS DE V AS

• Intensidad de tráfico y complejidad del trazado de la carretera. • Control del tráfico y separación de los distintos tipos de usuario. • Parámetros específicos.

A2

– Vías, colectoras y rondas de circunvalación. – Carreteras interurbanas con accesos no restringidos. A3

Tabla 2

12.2.2. Selección de la clase de alumbrado

• Intensidad de tráfico y complejidad del trazado de la carretera. • Control del tráfico y separación de los distintos tipos de usuario. • Parámetros específicos.

ME 1 ME 2 ME 3a ME 4a ME 1 ME 2 ME 3b ME 4a ME 4b

* Para todas las situaciones de proyecto (A1-A2 y A3), cuando las zonas próximas sean claras (fondos claros), todas las vías de tráfico verán incrementadas sus exigencias a las de la clase de alumbrado inmediata superior.

Una vez establecida la situación de proyecto de acuerdo con lo dispuesto en la Tabla 2, se procede a seleccionar la clase de

Tabla 3

alumbrado que satisface las exigencias de iluminación que se necesitan para la citada situación del proyecto. Se definen para las calzadas secas las siguientes clases de alumbrado de la serie ME: ME1, ME2, ME3 (a, b) y ME4 (a, b), establecidas en orden de mayor a menor exigencia en los niveles luminosos.

La luminancia se expresa en cd/m2 mientras que las uniformidades, como relación entre luminancias, carecen de unidades.

Cada clase de alumbrado serie ME comprende los siguientes niveles de iluminación:

El deslumbramiento perturbador se detalla en tanto por ciento y, asimismo, tampoco la relación entorno tiene unidades por ser también un cociente entre luminancias.

- Nivel de luminancia medio de la superficie de la calzada.

Desde el punto de vista luminotécnico, las situaciones de proyecto más interesantes son las del grupo A-1, siendo las

- Uniformidad global de luminancia.

situaciones recogidas en las clases de alumbrado A-2 y A-3 tratadas más genéricamente.

- Uniformidad longitudinal de luminancia.

En la situación de proyecto A1 la Tabla 3. concreta la clase de alumbrado a adoptar en función únicamente de la intensidad

- Deslumbramiento perturbador (incremento umbral de contraste).

de tráfico y complejidad del trazado de la carretera. Para el resto de situaciones de proyecto A2 y A3 existen diversas opciones de elección de la clase de alumbrado,

- Relación entorno (iluminación de zonas adyacentes a la calzada).

seleccionándose en cada caso, de acuerdo con la intensidad de tráfico y complejidad del trazado de la carretera, control del En la Tabla 3 se incluyen las clases de alumbrado que corresponden a las situaciones del proyecto A.

tráfico y separación de los distintos tipos de usuarios, así como en función de los parámetros específicos dominantes, que se

La Tabla 4 comprende un total de 4 clases de alumbrado ordenadas de mayor a menor grado de exigencia luminotécnica,

especifican a continuación:

con expresión de los niveles como valores mínimos en servicio, es decir, con mantenimiento de la instalación, a excepción

Situación de Proyecto A2. Parámetros dominantes:

del incremento de umbral TI que son valores máximos iniciales. Las clases de alumbrado ME3 y ME4 se dividen en los

- Tipo de cruces (enlaces, intersecciones). - Densidad de nudos

apartados a y b cuya diferencia estriba en la uniformidad longitudinal.

Situación de proyecto A3. Parámetros dominantes: - Separación de calzadas. - Tipo de cruces (enlaces, intersecciones). - Densidad de nudos. 12.2.2.1. Requerimientos luminot cnicos para las situaciones de proyecto En la Tabla 4 se detallan los niveles de iluminación que corresponden a cada clase de alumbrado de la serie ME.

LUMINOTECNIA 2002

205

206

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

12.2.2.3. Tramos singulares

CLASES DE ALUMBRADO SERIE ME LUMINANCIA DE LA SUPERFICIE DE LA CALZADA EN CONDICIONES SECAS

CLASE DE ALUMBRADO*

Se define un tramo como singular por la complejidad de los problemas de visión y maniobras que tienen que realizar

DESLUMBRA- ILUMINACI N DE MIENTO PERTURBADOR ALREDEDORES

los vehículos que circulan por él. Tal es el caso de: - Nudos (enlaces e intersecciones), y glorietas.

Luminancia media Lm (cd/m2)

Uniformidad global U0

Uniformidad longitudinal U1

Incremento umbral TI (%)**

Relación entorno SR***

ME1

2,00

0,40

0,70

10

0,50

- Pasos subterráneos.

ME2

1,50

0,40

0,70

10

0,50

- Pasos elevados.

1,00

0,40

15

0,50

0,75

0,40

15

0,50

a

ME3

b a

ME4 *

b

0,70 0,60 0,60 0,50

- Zonas de reducción del número de carriles o disminución del ancho de la calzada. - Zonas de incorporación de nuevos carriles.

Asimismo, se consideran tramos singulares aquellos sectores de gran dificultad frecuentados por peatones, ciclistas u otros usuarios de la vía de tráfico. La instalación de alumbrado debe revelar o poner de manifiesto el propio tramo singular, así como todas las

Los niveles de la tabla son valores mínimos en servicio con mantenimiento de la instalación de alumbrado, a excepción de TI, que son

características del mismo, tales como la posición de los bordillos, marcas viales, diferentes señalizaciones, direcciones

valores máximos iniciales. A fin de mantener dichos niveles de servicio, debe considerarse un factor de depreciación no mayor de 0,8 dependiendo

de tráfico, etc. Del mismo modo, debe evidenciar la presencia de peatones, ciclistas, obstáculos, otros vehículos y el

del tipo de luminaria y grado de contaminación del aire. **

movimiento de los mismos en el entorno del tramo singular.

Cuando se utilicen fuentes de luz de baja luminancia (lámparas fluorescentes y de vapor de sodio a baja presión), puede permitirse un

incremento de 5% del incremento del umbral (TI). ***

La relación entorno SR debe aplicarse en aquellas vías de tráfico rodado donde no existan otras áreas adyacentes a la calzada con sus

a)

propios requerimiento.

Criterio de luminancia

Siempre que resulte posible, en los tramos singulares se aplicarán los criterios de luminancias, uniformidades global Tabla 4

y longitudinal, deslumbramiento perturbador y relación entorno, que han sido definidas para las distintas clases de alumbrado. En todos casos se tendrá en cuenta que la clase de alumbrado que se defina para el tramo singular será de un grado superior al de la vía de tráfico a la que corresponde dicho tramo singular. Por ejemplo: si a una carretera

12.2.2.2. Casos de calzadas mojadas

le atañe una clase de alumbrado ME4, a un tramo singular incluido en su recorrido le corresponde una clase de

En el caso de calzadas mojadas, la superficie refleja la luz de forma mucho más especular o dirigida que difusa

alumbrado ME3a. Si confluyen varias vías en un tramo singular, tal y como puede suceder en los cruces, la clase de

(misma luminancia en todas las direcciones del espacio), y la uniformidad de las luminancias de la calzada queda

alumbrado será un grado superior al de la vía que tenga la clase de alumbrado más elevada.

degradada afectando negativamente a la visibilidad de los obstáculos en la carretera. En aquellas zonas geográficas en las que la intensidad y persistencia de la lluvia provoque que durante una parte

b)

significativa de las horas nocturnas, a lo largo del año, la superficie de la calzada permanezca mojada, se tendrán en cuenta los criterios que se muestran en la Tabla 5. Para estas recomendaciones, a título orientativo se consideran en

situación puede ocurrir cuando la distancia de visión sea inferior a los 60 m. (valor mínimo que se utiliza para el

esta situación aquellas zonas con una media superior a 100 días de lluvia al año. En estos casos, el cálculo de la

cálculo de luminancia), y cuando no se pueda situar adecuadamente el observador debido a la sinuosidad y

uniformidad global de luminancias se realizará de acuerdo al método que aparece descrito en la publicación CIE nº

complejidad del trazado de la carretera.

47 (1979), teniendo en cuenta las características fotométricas de los pavimentos normalizados al respecto.

En estos casos se aplicarán los criterios de iluminación mediante la iluminancia media y su uniformidad, que corresponden a las clases de alumbrado de la serie CE (Tabla 6). Se cumplirá también con las limitaciones de deslumbramiento o de control

CLASES DE ALUMBRADO SERIE MEW LUMINANCIA DE LA SUPERFICIE DE LA CALZADA EN CONDICIONES SECAS Y H MEDAS CLASE DE ALUMBRADO

MEW1

CALZADA H MEDA

CALZADA SECA

Criterio de iluminancia

Sólo cuando resulte impracticable aplicar los criterios de luminancia, se utilizarán los criterios de iluminancia. Esta

de la contaminación luminosa, representadas por las clases de intensidad serie G (Tabla 7). DESLUMBRA- ILUMINACI N DE MIENTO PERTURBADOR ALREDEDORES

Luminancia media Lm (cd/m2)

Uniformidad global U0

Uniformidad longitudinal U1 *

Uniformidad global U0

Incremento umbral TI (%)

Relación entorno SR

2,00

0,40

0,60

0,15

10

0,50

MEW2

1,50

0,40

0,60

0,15

10

0,50

MEW3

1,00

0,40

0,60

0,15

15

0,50

MEW4

0,75

0,40

0,15

15

0,50

CLASES DE ALUMBRADO SERIE CE CLASE DE ALUMBRADO*

* Este criterio no es restrictivo pero puede aplicarse, por ejemplo, en autopistas, autovías y carreteras de calzada única de doble sentido de circulación

ILUMINANCIA HORIZONTAL

CEO

Iluminancia media Em (lux) 50

Uniformidad media Um 0,40

CE1

30

0,40

CE2

20

0,40

CE3

15

0,40

CE4

10

0,40

CE5

7,5

0,40

* Los niveles de la tabla son valores mínimos en servicio con mantenimiento de la instalación de alumbrado. A

y accesos limitados.

fin de mantener dichos niveles de servicio, debe considerarse un factor de depreciación no mayor de 0,8

Tabla 5

dependiendo del tipo de luminaria y grado de contaminación del aire.

Tabla 6

LUMINOTECNIA 2002

207

208

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

Considerando, de conformidad con la Tabla 8, que las clases de alumbrado ME y CE de idéntica numeración (por

- El cambio de tipo de fuente de luz de diferente color a la del resto de la vía de tráfico en enlaces,

ejemplo CE3 y ME3) son de similar nivel de iluminación, cuando se utilice el criterio de iluminancia, la clase de

intersecciones, glorietas, circunvalaciones y puntos singulares donde la relación entre accidentes nocturnos y

alumbrado que se defina para el tramo singular será un grado superior al de la vía de tráfico al que corresponde

diurnos sea elevada, ayuda al guiado visual.

dicho tramo singular. Por ejemplo, si a una carretera se le atribuye una clase de alumbrado ME2, a un tramo singular

Por lo que respecta a la visión de la señalización horizontal y, en concreto, de las marcas viales, la cuestión esencial

incluido en su recorrido le correspondería una clase de alumbrado CE1.

es asegurar una buena visibilidad por la noche, así como en condiciones de pavimento mojado. En este último caso

En el supuesto de un tramo singular en el que incide una vía con clase de alumbrado ME1, el tramo singular

los captafaros, los hitos retrorreflectantes y las marcas viales con resaltes, al estar por encima de la película de agua

continuará también como clase de alumbrado ME1 o su equivalente CE1. Cuando este tramo singular ofrezca una

de la calzada producida por la lluvia, mantienen la visibilidad proporcionada por el alumbrado viario y los propios

especial complejidad y una elevada potencialidad de riesgo de accidentes, en la más desfavorable de las situaciones

faros del vehículo, conservándose el guiado visual y la seguridad viaria.

y circunstancias, a dicho tramo le corresponderá una clase de alumbrado CE0 (50 lux) o su similar nivel de

12.2.3.

luminancia 3 3 cd/m2. En situaciones intermedias podrán adoptarse clases de alumbrado comprendidas en el

rea de referencia

intervalo entre las clases de alumbrado CE1 y CE0, correspondiente a niveles de iluminancia de 35, 40 y 45 lux o

Definida como parte del área pública de trabajo, bajo consideración o estudio, deben distinguirse varios supuestos en función

sus valores similares 2 3, 2 7 y 3 cd/m2 respectivamente.

de los grupos de situaciones de proyecto que a continuación se especifican.

En los tramos singulares cuyas aceras o arcenes no estén dotadas de una específica iluminación, se considerará el

Grupos de situaciones de proyecto A

alumbrado de las mismas con un nivel luminoso como mínimo del 50% del previsto sobre la calzada.

El área de referencia será constituida por la totalidad de la anchura de la calzada de la vía de tráfico rodado, entre los bordes extremos de la misma. En el caso de vías de tráfico de doble calzada, el área de referencia estará formada por la anchura total

CLASES DE INTENSIDAD SERIE G CLASE DE INTENSIDAD G1 G2 G3 G4 G5 G6

de ambas calzadas incluida la mediana, a menos que la anchura de la misma sea tal que cada calzada pueda ser considerada

INTENSIDAD M XIMA (cd/Klm)**

OTROS REQUERIMIENTOS

A 80° * 200 150 100 100 100 100

Ninguno. Ninguno. Ninguno. Intensidades por encima de 95° deben ser cero. Intensidades por encima de 95° deben ser cero. Intensidades por encima de 90° deben ser cero.

A 70° *

500 350 350

A 90° * 50 30 20 10 10 0

separadamente. La anchura de las bandas adyacentes para la relación entorno SR, será igual como mínimo a la anchura de un carril de tráfico, recomendándose a ser posible 5 m. de anchura. Se exigirá como requerimiento específico la aplicación de dicha relación en torno a las bandas adyacentes a la calzada, de acuerdo con las clases de alumbrado serie ME (Tabla 4), serie MEW (Tabla 5) o serie CE (Tabla 6). Si hay junto a la vía de tráfico rodado, vías paralelas, existen dos alternativas: 1) Considerar el área total El área de referencia estará constituida por la anchura de la calzada de la vía de tráfico rodado, incluyendo las vías paralelas, entre los bordes externos de las mismas.

** Cualquier dirección que forme el ángulo especificado a partir de la vertical hacia abajo, con la luminaria instalada para su funcionamiento. ** Todas las intensidades son proporcionales al flujo de la lámpara para 1.000 lm.

2) Considerar separadamente la calzada y las vías paralelas

NOTA: Las clases de intensidad G1, G2 y G3 corresponden a distribuciones fotométricas semi cut-off y cut-off , conceptos utilizados tradicionalmente

El área de referencia de la vía de tráfico rodado será únicamente la anchura de la calzada.

en los requerimientos luminosos que se definen en el epígrafe 7.5.2. Las clases de intensidad G4, G5 y G6 se asignan a luminarias con distribución

El área de referencia de la vía paralela será solamente la anchura de la misma. Para los carriles bici y, en su caso vías

cut-off muy fuerte, como por ejemplo luminarias con cierre de vidrio plano, en cualquier posición cercana a la horizontal de la apertura o estrictamente

peatonales, el área de referencia, aparte de la anchura de dichas vías o carriles, deberá incluir 2 m. de banda a cada lado.

en la posición horizontal.

Tabla 7

12.2.3.1. Clases de alumbrado de similar nivel de iluminación Para todas las situaciones de proyecto o tipos de vías de tráfico A, los niveles luminotécnicos deben especificarse

Cuando no se precise un requerimiento exhaustivo en la limitación del deslumbramiento o en el control de la

para cada área de referencia, y no debería existir entre dos áreas adyacentes una diferencia superior a dos clases de

contaminación luminosa, podrán adoptarse las clases de intensidad G1, G2 y G3. En el supuesto de que la tipología

alumbrado comparables o de similar nivel de iluminación, tal y como se establece en la Tabla 8.

del tramo singular, debido a su configuración, complejidad y potencial peligrosidad, obligue a una mayor limitación

Detallados los niveles de iluminación de las clases de alumbrado series ME, MEW y CE, en la Tabla 8 se establecen

del deslumbramiento o del control de la contaminación luminosa, se deberán elegir las clases de intensidad G4 y

las clases de alumbrado de similar nivel de iluminación para dichas series.

G5 y, únicamente en casos extremos, se exigirá la clase de intensidad G6. 12.2.2.4. P rdidas de trazado

CLASES DE ALUMBRADO DE SIMILAR NIVEL DE ILUMINACI N

En la actualidad no hay métodos para la cuantificación del guiado visual proporcionado por la instalación de

COMPARABLE POR COLUMNAS

alumbrado en las vías de tráfico rodado, pero en cambio, existen ciertas consideraciones prácticas que pueden servir de ayuda en los casos de pérdidas de trazado. Es evidente que para una circulación segura deben ser perfectamente visibles el trazado de la carretera, los límites

CE 0

de la misma, los posibles cruces y cualquier otro punto singular. El alumbrado debe contribuir a lograr esto y para

ME 2 MEW 2 CE 2

ME 3 MEW 3 CE 3

ME 4 MEW 4 CE 4

ME 5 MEW 5 CE 5

Para las clases ME/MEW r-tabla C 2 reflectancia superficie calzada (Publicación CIE nº 66)

ello: - Ha de incrementar la visibilidad de la calzada respecto a las zonas colindantes y la visibilidad de la señalización

Tabla 8

vertical, horizontal y balizamiento. - La disposición de los puntos de luz (luminarias) ha de permitir detectar a suficiente distancia el trazado de la carretera, los cruces y otros puntos singulares, jalonando su recorrido.

LUMINOTECNIA 2002

ME 1 MEW 1 CE 1

209

210

LUMINOTECNIA 2002

ME 6

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

12.2.4. Variaciones temporales de la clase de alumbrado

12.3. Cálculos luminot cnicos

En todas las situaciones de proyecto, al objeto de ahorrar energía, podrá variarse temporalmente la clase de alumbrado a otra de inferior nivel luminotécnico a ciertas horas de la noche en las que disminuya sustancialmente la intensidad de tráfico,

12.3.1. Cálculo de luminancias en la instalación de alumbrado

llevándolo a cabo mediante el correspondiente sistema de regulación de nivel luminoso. En tramos singulares no se deberán realizar variaciones temporales de la clase de alumbrado. Cuando se reduzca el nivel de iluminación, es decir, se varíe la clase

12.3.1.1. M todo

de alumbrado a un ahora determinada (apagado de media noche), los cambios serán tales que, si la luminancia media se

La luminancia en un punto de la calzada se calcula mediante la fórmula:

reduce a una clase inferior (por ejemplo pasar de M2 a M3), deberán cumplirse los criterios de uniformidad de luminancia y deslumbramiento establecidos en la Tabla 4. L=

12.2.5. Alumbrados con soportes de gran altura

E Ι (c, γ)

R

r (β, tgγ) (cm/m2) h2

Recibe tal denominación el alumbrado ejecutado con puntos de luz cuya altura de montaje es superior a 16 m., y cuyo mantenimiento no puede ser realizado mediante vehículo dotado de cesta hidráulica.

donde el sumatorio () comprende, en principio, todas las luminarias de la instalación. Los valores de intensidad

Este sistema se utiliza cada vez que el empleo de soluciones convencionales de alumbrado no resulta satisfactorio, debido a

luminosa (I(c,)) y del coeficiente de luminancia reducida (r(, tg)) se obtienen por interpolación cuadrática en la

la manipulación de soportes y a la dificultad de su implantación en los correspondientes emplazamientos.

matriz de intensidades de la luminaria y en la tabla de reflexión del pavimento. Por último, la variable h es la altura

El alumbrado mediante soportes de gran altura se relaciona con la iluminación de grandes superficies, y encuentra su

máxima de la luminaria (Fig. 1).

aplicación, entre otros, en los casos siguientes: - Nudos complejos de autopistas, autovías y carreteras.

Q

- Glorietas. - Peajes de autopistas.

h γ

La realización de la instalación de alumbrado mediante soportes de gran altura es una solución cuando la implantación de los báculos o columnas clásicos origina problemas en el entorno, tales como:

T

- Pérdida de perspectiva y separaciones de nivelación entre soportes (cruces de vías de tráfico rodado a distintos niveles). - Problemas de dimensionamiento (grandes espacios), de estética y de confusión del guiado visual (multiplicidad de Observador

soportes).

α

En este tipo de alumbrado las alturas más frecuentes de implantación son los soportes de 30 y 35 m., aún cuando en

β

situaciones concretas de cruces complejos puedan superarse los 40 m. El número de fuentes luminosas se reducirá en lo

δ

posible, mediante la utilización de lámparas de descarga de potencia y eficacia luminosa elevada. Pueden instalarse luminarias

P

s

con óptica convencional, orientable o específica, así como proyectores, adaptándose en cada caso las soluciones que se

Figura 1. Luminancia en un punto.

estimen convenientes para lograr los fines previstos. Para efectuar las operaciones de mantenimiento, la accesibilidad de los aparatos, equipos y lámparas, podrá efectuarse mediante escalas fijas instaladas en los soportes, hasta una altura de 20 m. Para columnas de alturas mayores, será adecuada

Los valores de luminancia calculados estarán influidos por el factor de mantenimiento como minoración, que tiene

la instalación del sistema de corona móvil.

en cuenta la depreciación luminosa de la lámpara y la causada por la suciedad. Se adoptará, en todos los cálculos,

Al objeto de paliar el deslumbramiento, el ángulo de inclinación de la intensidad máxima de los proyectores será [ 65%,

un valor menor o igual a 0 8, dependiendo del tipo de luminaria y del grado local de polución atmosférica.

limitando e todo lo posible los valores de intensidad por encima de este ángulo. Todo ello sin perjuicio de la instalación, en 12.3.1.2. Hipótesis

su caso, de rejillas u otros dispositivos antideslumbrantes.

Los siguientes apartados son aplicables a tramos de calzada rectos o curvas de radio grande (radio ≥ 300 m.). En

ALUMBRADO CON SOPORTES DE GRAN ALTURA. CLASES DE ALUMBRADO DESCRIPCI N DE LA V A DE TR FICO Cruces muy complejos con intensidad de tráfico elevado y alta complejidad del trazado y del campo visual Cruces complejos, glorietas Zonas de peaje

otro tipo de configuración se estudiará cada caso individualmente, aplicando los criterios para las situaciones

CLASE DE ALUMBRADO

especiales. Además, como ya se ha indicado, los cálculos se establecen para pavimentos en estado seco.

CE 0 12.3.1.3. Selección de la ret cula de cálculo

CE 0 CE 1 CE 2

La retícula de cálculo es el conjunto de puntos en que se calcularán los valores de luminancia. En sentido longitudinal, la retícula cubrirá el tramo de calzada comprendido entre dos luminarias consecutivas del mismo lado.

NOTA: En situaciones de alumbrado correspondientes a cruces muy complejos con intensidad de tráfico elevado

En sentido transversal, deberá abarcar el ancho definido para el área de referencia.

y alta complejidad del trazado y del campo visual, en algunos casos especiales la uniformidad media de luminancia

Los puntos de cálculo se dispondrán como muestra la Fig. 2 y el número de ellos será:

será 0,5.

Tabla 9

LUMINOTECNIA 2002

211

212

LUMINOTECNIA 2002

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

- Longitudinalmente: 10 puntos para separaciones entre luminarias inferiores a 50 m., o el menor número de

12.3.2. Cálculo de iluminancias horizontales

puntos que proporcione distancias entre ellos iguales o inferiores a 5 m., para separaciones entre luminarias mayores de 50 m.

12.3.2.1. M todo

- Transversalmente: 5 puntos por carril, con uno de ellos situado en el centro del mismo. Los dos puntos más

La iluminancia horizontal en un punto de la calzada se expresa mediante:

exteriores quedarán dentro de la calzada, con respecto al borde de la misma, a 1/6 del ancho del carril.

Luminaria

E=

Luminaria

E Ι (c, γ)

cos3 γ h2

R

(lux)

Siendo γ el ángulo formado por la dirección de incidencia en el punto con la vertical (Fig. 3). El sumatorio (∑) comprende, en principio, a todas las luminarias de la instalación.

E=

a

dφ dS

a/2 a

I

h

γ P

a/6 : Punto de ret cula

C

Figura 2. Retícula de cálculo. 12.3.1.4. Posición del observador a)

Altura: 1 5 m. sobre la superficie de la calzada.

b)

Situación longitudinal: A 60 m. de la primera línea transversal de puntos de cálculo.

c)

Situación transversal:

Los cálculos de iluminancias, al igual que los de luminancias, se afectarán por un factor de mantenimiento menor o

- Para el cálculo de la luminancia media y de la uniformidad global, a 1/4 del ancho total de la calzada, medido

igual a 0 8, dependiendo del tipo de luminaria y del grado local de polución atmosférica.

Figura 3. Iluminancia en un punto.

desde el borde derecho de la misma. - Para el cálculo de la uniformidad longitudinal, para cada sentido de circulación, en el centro de cada uno de

12.3.2.2. Selección de la ret cula de cálculo

los carriles del sentido considerado.

Se adoptará la misma que se ha descrito en el apartado 12.3.1.3.

12.3.1.5. N mero de luminarias

12.3.2.3. N mero de luminarias

El número de luminarias que contribuyen a la luminancia en un punto de cálculo se debe restringir, en el sentido

Se irán acumulando, en los puntos de la retícula, las iluminancias producidas por las luminarias, evolucionando desde

de circulación, a aquellas situadas previamente a cinco veces la altura de montaje, y a doce veces la altura de

las más cercanas hacia las más lejanas, hasta el momento en que una luminaria no produzca en ninguno de los

montaje. Asimismo, en lo referente a luminarias ubicadas transversalmente al sentido de la circulación, sólo se

puntos de la retícula un nivel superior al 1% del acumulado.

tomarán en consideración las que se encuentren a menos de cinco veces la altura de montaje. 12.3.2.4. Cálculos 12.3.1.6. Cálculos

- Iluminancia media: valor medio de las iluminancias calculadas en los puntos de la retícula.

- Luminancia media: valor medio de las luminancias calculadas en los puntos de la retícula.

- Uniformidad media: cociente entre la iluminancia mínima calculada en un punto de la retícula y la iluminancia

- Uniformidad global: cociente entre la luminancia mínima calculada en un punto de la retícula y la luminancia media.

media.

- Uniformidad longitudinal: para cada uno de los carriles, se obtiene dividiendo las luminancias puntuales mínima y

- Uniformidad extrema: cociente entre las iluminancias mínima y máxima calculadas en los puntos de la retícula.

máxima calculadas en el eje del carril.

12.3.3. Cálculo del deslumbramiento perturbador 12.3.3.1. M todo Se basa en el cálculo de la luminancia de velo:

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Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

Lv = 3 10-3

Eg

Σ (θ ) 2

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

12.3.3.4. N mero de luminarias (cd/m2)

Se considera que contribuyen al deslumbramiento perturbador todas las luminarias que se encuentren a menos de 500 m. de distancia del observador.

donde Eg (lux) es la iluminancia producida en el ojo en un plano perpendicular a la línea de visión, y θ (rad) es el

12.3.3.5. Cálculos

ángulo entre la dirección de incidencia de la luz en el ojo y la dirección de observación. El sumatorio () está

- Luminancia de velo: para cada hilera de luminarias, se comienza por la más cercana, alejándose progresivamente

extendido, en principio, a todas las luminarias de la instalación (ver 12.3.3.4.).

y acumulando las luminancias de velo producidas por cada una de ellas, hasta que su contribución individual sea

El incremento del umbral de percepción se calcula según la expresión:

inferior al 2% de la acumulada, y como máximo hasta las luminarias situadas a 500 m. del observador. Finalmente, se sumarán las luminancias de velo de todas las hileras de luminarias.

TI = 65

Lv

- Incremento del umbral de percepción: se calculará con los valores de luminancia de velo obtenida según 12.3.3.1.

... (en %) (Lm)0 8

y de la luminancia media según 12.3.1.6.

que es una fórmula válida para luminancias medias de calzada (Lm) entre 0 05 y 5 cd/m2.

12.4. Sistemas de iluminación 12.3.3.2.

ngulo de apantallamiento

12.4.1. Distribución de puntos de luz en cruces, glorietas y curvas

A efectos de cálculo del deslumbramiento perturbador, no se considerarán las luminarias cuya dirección de observación forme un ángulo mayor de 20° con la línea de visión, ya que se suponen apantalladas por el techo del

En los cruces e intersecciones los niveles de iluminación serán los establecidos para tramos singulares y, como mínimo, de

vehículo.

un 10 a 20% superiores a los correspondientes a la clase de vía cuyo nivel luminoso sea mayor entre las que confluyen en el mismo. Consecuentemente, la situación de los puntos de luz será la idónea al objeto de lograr los mencionados niveles, indicándose

12.3.3.3. Posición del observador

a título de ejemplo las disposiciones en planta de las Fig. 5 y 6.

a)

Altura: 1 5 m. sobre la superficie de la calzada.

b)

Situación longitudinal: De forma tal que la luminaria más cercana a considerar en el cálculo se encuentre formando exactamente 20° con la línea de visión. En el caso de disposiciones al tresbolillo, se efectuarán dos Acera

cálculos diferentes (con la primera luminaria de cada lado en 20°) y se proporcionará como resultado el mayor Situación transversal: A 1/4 del ancho total de la calzada medido desde el borde derecho de la misma. Punto de observación: El observador siempre mira hacia un punto en la calzada situado a 90 m. frente a él, en la misma situación transversal en que se encuentra. Acera

Acera Calzada Acera

an tal lam ien to

Figura 5

Acera

no

de

ap

Ig

20º

Pl a

P Acera

θ

α=1º

Calzada Acera

Acera

d)

Acera

valor de los dos. c)

O W

Figura 6

1/4W

La altura H de montaje de los puntos de luz (Fig. 7 y 8) deberá ser igual a la de los puntos de la vía principal que confluya en la glorieta a iluminar. En el caso de que en la zona central de la glorieta no se obtenga una iluminación mayor o igual a

Figura 4. Posición del observador.

1 5 veces la iluminación media de dicha calzada principal, se requerirá una iluminación suplementaria.

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216

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Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

Ca da

e ra

lz a

Ac

Ac era

a er Ac

Calzada

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

a er Ac

Ca

l za

Ca

da

Acera

lz a

da

Figura 10

Figura 7

12.4.2. Implantación de puntos de luz en tramos rectos

12.4.2.1. Unilateral Cuando los puntos de luz se sitúan en un mismo lado de la vía de tráfico (Fig. 11). Se utilizará generalmente cuando

Ac

Ac era

Calzada

Para vías de tráfico en tramos rectos se considerarán cinco tipos básicos de distribución de los puntos de luz.

era

da lza Ca

Acera

la anchura A de la calzada sea igual o inferior a la altura H de montaje de las luminarias. Ca

Acera lza

da

H Calzada

Figura 8

Acera

A

Si la parte central de la glorieta tiene un diámetro menor de 18 m. se instalará en su centro un punto de luz especial en columna o báculo de brazo múltiple (Fig. 7). Si su diámetro es mayor de 18 m. o tiene arbolado en el centro, se dispondrán

A

S

puntos de luz en las prolongaciones de los ejes de circulación (Fig. 8). Figura 11. Implantación unilateral.

Respecto a la implantación de puntos de luz en curvas y en relación al alumbrado se consideran tramos curvos aquellos cuyo radio sea menor de 300 m. Cuando el radio sea superior a dicha cifra se considerarán como tramos rectos. 12.4.2.2. Bilateral tresbolillo

Si la anchura A de la vía de tráfico es menor de 1 5 veces la altura H de montaje, los puntos de luz deberán implantarse en la parte exterior de la curva, situando un punto de luz en la prolongación de los ejes de circulación (Fig. 9 y 10). La separación

Cuando los puntos de luz se sitúan en ambos lados de la vía de tráfico a tresbolillo o en zigzag (Fig. 12). Se utilizará

entre puntos de luz deberá ser tanto menor cuanto mayor sea el radio de curvatura, variando entre 3/4 y 1/2 de la separación

principalmente cuando la anchura de la calzada A sea de 1 a 1 5 veces la altura H de montaje de las luminarias,

media calculada en el tramo recto de dicha vía de tráfico.

considerándose más idóneo el intervalo de 1 a 1 3 H.

Para vías de tráfico cuya anchura sea mayor de 1 5 veces la altura H de montaje, la implantación de puntos de luz deberá ser

Acera

bilateral pareada. En cualquier caso deberá evitarse la distribución a tresbolillo. H

Acera

Calzada

A

Calzada

Acera

A S Calzada

Figura 12. Implantación bilateral tresbolillo. 12.4.2.3. Bilateral pareada Cuando los puntos de luz se sitúan en ambos lados de la vía de tráfico, uno opuesto al otro (Fig. 13). Se utilizará normalmente cuando la anchura de la calzada A sea mayor de 1 5 veces la altura H de montaje de las luminarias,

Figura 9

considerándose más adecuado utilizarlo cuando la anchura supere 1 3 veces la altura H.

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Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

Acera

Acera H

Calzada

Sentido de la circulación

Calzada

A

Acera

A

Mediana Sentido de la circulación

S

b

Calzada

Figura 13. Implantación bilateral pareada.

Acera 12.4.2.4. Central o axial

Figura 16. Implantación para valores de b > 3m.

En las vías de tráfico con mediana de separación entre los dos sentidos de circulación, los puntos de luz se implantarán en columnas o báculos de doble brazo, situados en la mediana central, cuando la anchura de ésta esté

12.4.2.5. Catenaria

comprendida entre 1 y 3 m. (Fig. 14).

Los puntos de luz se fijan axialmente a los cables longitudinales de la catenaria, tendida entre dos sólidos soportes implantados en la mediana central y situados a una gran distancia uno del otro, del orden de 50 a 100 m. (Fig. 17).

Acera Sentido de la circulación

Calzada Mediana

b

Sentido de la circulación

Calzada

Acera Figura 14. Implantación para valores 1 < b < 3 m. Figura 17. Implantación en catenaria. Para anchuras de medianas superiores a 3 m. no se utilizarán báculos dobles. En cualquier caso, la disposición se estudiará como si se tratara de dos calzadas independientes, dando lugar a las implantaciones de las figuras

Este tipo de distribución, tiene el grave inconveniente que los puntos de luz, son fácilmente movidos por la acción

siguientes, recomendándose la de la Fig. 15 sobre la Fig. 16, ya que en este caso se puede incitar a los conductores

del viento, perdiendo parte de su efectividad.

de los vehículos para que circulen permanentemente por el carril de tráfico más próximo a la mediana (carril de la izquierda).

Acera Sentido de la circulación

Calzada Mediana Sentido de la circulación

b

Calzada

Acera Figura 15. Implantación para valores de b cualesquiera.

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Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

12.4.2.6. Agrupaciones combinadas

12.4.3. Disposición de puntos de luz en alzado

También pueden utilizarse diferentes combinaciones de las cinco disposiciones básicas (unilateral, tresbolillo,

Para la disposición en alzado de los puntos de luz, la altura adoptada será la altura H de montaje elegida en los cálculos

pareada, central y catenaria). Por ejemplo, en vías de dos calzadas con mediana, suele resultar habitual combinar la

luminotécnicos. No obstante, existen casos especiales en los que la altura de montaje ha de fijarse en función de otros

implantación central y la bilateral en oposición (Fig.18 y 19).

conceptos, como es el caso de vías de tráfico con arbolado próximo a los márgenes. Si los árboles son de gran porte y se pueden despejar hasta una altura de 8 ó 10 metros, se colocarán las luminarias a dicha altura (Fig. 20).

Acera Calzada de circulación lenta (2 carriles) Sentido de la circulación

Mediana Sentido de la circulación

Calzada de circulación rápida (3 carriles)

Mediana

Calzada de circulación rápida (3 carriles)

Calzada

Sentido de la circulación

8 - 10 mts.

Mediana

Calzada de circulación lenta (2 carriles) Sentido de la circulación

Acera Figura 18. Agrupación combinada. Figura 20. Alzado árboles gran porte.

Acera Calzada de circulación lenta

Si los árboles son de pequeño porte, se dispondrán las luminarias a una altura de 12 a 15 metros (Fig. 21). En cualquier caso

Sentido de la circulación

se considera conveniente efectuar periódicamente una poda adecuada de los árboles.

Mediana Sentido de la circulación

Calzada de circulación rápida Sentido de la circulación

Mediana Calzada de circulación lenta Sentido de la circulación

12 - 15 mts.

Acera Figura 19. Agrupación combinada.

Figura 21. Alzado árboles pequeños.

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Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

12.4.4. Disposición de puntos de luz en intersecciones

e1

12.4.4.1. Intersecciones en ángulo recto con las dos calzadas iluminadas En este tipo de intersecciones deben diferenciarse dos casos: cuando el tráfico de vehículos en las calzadas no está

e

e' < e

e

canalizado (Fig. 22 a 25), y cuando el tráfico de vehículos en una de las calzadas está canalizado mediante isletas direccionales de pequeñas dimensiones y en la otra no (Fig. 26). e1' < e1

Cuando el tráfico de vehículos en las calzadas no está canalizado, la solución debe abordarse mediante la combinación de las implantaciones recomendadas para cada tipo de alumbrado (unilateral, al tresbolillo, axial, bilateral, etc.), tal y como se representa en las Fig. 22 a 25. Los puntos de luz dibujados en la intersección en blanco sirven de base para la implantación del resto.

e

e1' < e1

e1

e1

e = separación normal e' = separación reducida

Intersección en ángulo recto: Implantación recomendada sobre dos calzadas iluminadas unilateral y bilateralmente

e' < e

e

Figura 24

e

e' < e

e1

e1

e = separación normal e' = separación reducida

e

Intersección en ángulo recto: Implantación recomendada sobre dos calzadas iluminadas unilateralmente

e1

e1' < e1

Figura 22

e1

e' < e

e

e1' < e1

e

e = separación normal e' = separación reducida

Intersección en ángulo recto: Implantación recomendada sobre dos calzadas iluminadas al tresbolillo y bilateralmente

Figura 25

e = separación normal e' = separación reducida

e1

En el segundo caso, cuando el tráfico de vehículos en una de las calzadas está canalizado mediante isletas direccionales de pequeñas dimensiones y en la otra no (Fig. 26), la implantación de los puntos de luz debe comenzar por la calzada dotada de isletas, que se estudiará separadamente. Se iniciará el emplazamiento de los puntos de luz por la intersección, reduciendo la separación entre los mismos y continuando por la calzada con tráfico canalizado, adoptando cada uno de los sistemas de implantación que proceda (unilateral, al tresbolillo, axial, bilateral,

Intersección en ángulo recto: Implantación recomendada sobre dos calzadas iluminadas al tresbolillo

etc.).

Figura 23

El origen de la ubicación de los puntos de luz del alumbrado de la calzada donde no está canalizado el tráfico mediante isletas se iniciará también en la intersección, ajustando los puntos de luz de acuerdo con los establecidos en la otra calzada, prosiguiendo con la colocación de los puntos de luz que proceda, de conformidad con las

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Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

características de la calzada (unilateral, al tresbolillo, axial, bilateral, etc.). Eventualmente, el alumbrado del centro de la intersección podrá reforzarse instalando puntos de luz de mayor potencia, bien adoptando lámparas de mayor potencia o instalando dos luminarias por punto de luz o soporte.

60 m.

Intersección en "T": Ejemplo de implantación con puntos de luz de mayor potencia y altura de soportes que los de la figura 13.27. Punto de luz de 18 m. con 4 luminarias. Punto de luz de 18 m. con 2 luminarias. Punto de luz de 12 m. con 1 luminaria. Punto de luz de 12 m. con 2 luminarias

Figura 28 12.4.4.3. Intersecciones en Y o T de dos calzadas totalmente canalizadas Intersección en "X": Puede ser til dotar de mayor potencia a los puntos de luz rodeados con un c rculo

En la proximidad de tales intersecciones, generalmente los dos sentidos de circulación de vehículos están separados por isletas direccionales de grandes dimensiones, a lo largo de las cuales la implantación de los puntos de luz es

Figura 26

unilateral (Fig. 29). Asimismo, se pueden emplazar puntos de luz más potentes y de mayor altura (Fig. 30).

12.4.4.2. Intersecciones en T de dos calzadas iluminadas parcialmente canalizadas Para este tipo de intersecciones (Fig. 27) establece una implantación de puntos de luz recomendada para que los usuarios que llegan de la calzada que se enlaza, vean delante de ellos un fondo iluminado. Esta solución no es la única; también se puede, en función de las condiciones locales, reducir el número de puntos de luz, utilizando otros de mayor potencia y altura de implantación (Fig. 28).

Intersección en "Y" o "T": Ejemplo de implantación unilateral sobre dos calzadas importantes totalmente canalizadas mediante isletas Intersección en "T": Ejemplo de implantación. Las zonas con doble rayado representan el efecto de guiado visual que debe procurar el alumbrado. Puede ser til dotar de mayor potencia a los puntos de luz rodeados con un c rculo

Figura 29.

Figura 27.

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Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

La selección del tipo de arbusto o árbol ha de basarse en aquellos que dejan libre el espacio suficiente para la iluminación con la mínima interferencia entre ambos. Estas selecciones pueden incluir árboles de formas estilizadas, esféricas o normales. En la mayoría de los casos, un buen servicio de poda puede solucionar cualquier problema entre el arbolado y el alumbrado viario. Hay que destacar que incluso en instalaciones con gran altura de montaje no es necesario podar todos los árboles hasta la altura de la luminaria. Sólo es necesario podar aquellas ramas que caen por debajo del haz luminoso útil (Fig. 31). La frondosidad del arbolado situado entre la luminaria y los objetos, puede servir para recortar y distinguir siluetas de forma intencionada, a la vez que ayuda a reducir el deslumbramiento directo de las luminarias sobre posibles observadores o conductores. Esta ventaja es particularmente importante en carreteras con tráfico local y áreas residenciales, donde se requieren interdistancias relativamente altas, junto con elevadas potencias y ángulos cercanos a la horizontal.

. 50 m

. 50 m

. 50 m

. 50 m

12.4.5.1. Criterios y compromisos de dise o Para minimizar las interferencias de la iluminación con el arbolado, existen cierto tipo de compromisos que pueden aplicarse en los sistemas de alumbrado. A este respecto, se deberán tener en cuenta las posibles variaciones que puedan realizarse en la interdistancia, altura de montaje y situación transversal de los puntos de luz. Tales variaciones generalmente producen a su vez cambios en la distribución luminosa de la instalación de alumbrado.

Intersección en "Y" o "T": Ejemplo de implantación unilateral con puntos de luz de mayor potencia y altura que los de la figura 13.29

12.4.5.2. Modificaciones de dise o Sirva como ejemplo de modificación el que todas las luminarias puedan ser montadas sobre brazos largos. Esto

Figura 30

generalmente incrementa el coste de instalación, pero mejora la efectividad de la iluminación, evitando o paliando la interferencia con la vegetación.

12.4.5. Vegetación Se requiere entendimiento y cooperación entre la vegetación y la iluminación para que ninguno interfiera en la labor o función

14

o ric

4 6 8 10 12 altura de montaje de la luminaria mts.

ira mi da la cho nc ho

Tip op

estre idal

iram Tipo p

Tipo e sf é ri c o Tipo oval

Tipo c

il n d

que desempeña el otro.

2

luminaria

0

Calzada

L nea de poda

0

D

2

4

6

Vuelo de la luminaria mts.

M

altura de montaje

Acera

A

Figura 32 Otra posible modificación de diseño puede ser la suspensión de las luminarias mediante sistemas de catenaria sobre

Angulo de linea de poda "A"

el centro de la calzada. El problema, en este caso, viene dado por el sobrecoste que conlleva la utilización de dos

Altura de poda del árbol

70° 75° 80°

soportes por luminaria. Una desventaja añadida a este sistema consiste en la pérdida de la eficacia que se produce

M = 0,36 D M = 0,26 D M = 0,17 D

en el alumbrado cuando las luminarias son sometidas a la acción del viento, dado que éste modifica su orientación y, por tanto, su distribución fotométrica. Otra factible variación de diseño consiste en rebajar la altura de instalación de las luminarias por debajo de la

Figura 31

vegetación, de forma que también se reduzca la potencia de las lámparas. El problema que plantea es también de

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Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

Capítulo 12. ILUMINACI N DE CARRETERAS

sobrecoste, puesto que se tiene que disminuir la interdistancia entre luminarias y, por tanto, aumentar su número,

que la propia iluminación de la calzada en ciertas zonas residenciales o peatonales.

con lo que las ventajas desaparecen.

Para resolver este problema se pueden variar tres factores, que son:

También se podrá llevar a cabo una última alteración de diseño, que consiste en el aumento de potencia de las

- La ubicación y altura de implantación de la luminaria.

lámparas para así compensar la luz que se ve obstaculizada en su camino hacia la calzada y aceras. Sin embargo,

- Una poda correcta y regular.

esto supone un claro inconveniente ya que aumenta el deslumbramiento directo de la luminaria y, sobre todo,

- La adición de un punto de luz exclusivamente para el alumbrado de estas zonas, a una altura más baja que

incrementa el coste energético sin una mejora clara de la uniformidad luminosa.

el alumbrado convencional viario

12.4.5.3. Fundamentos de dise o Cuando se ejecutan variaciones de la interdistancia longitudinal de los puntos de luz, para que no interfieran en el arbolado, se pueden asumir desviaciones de ±10% de la separación calculada con anterioridad, sin tener grandes diferencias en lo que a resultados se refiere. Se podrán admitir diferencias máximas de un 20% de la interdistancia, siempre que no suceda en dos puntos de luz consecutivos. De todas formas, esta variación puede ser comprobada mediante cálculos que indiquen si se verifican todas las exigencias prefijadas anteriormente para las zonas en las que incide la modificación. Cuando se altera la separación de dos o más luminarias consecutivas, se deberá confirmar mediante la variación de otros parámetros, como pueden ser el emplazamiento transversal de los puntos de luz o la altura de implantación de los mismos. La alineación de las luminarias sobre la calzada es un factor básico con respecto a la visibilidad y el aspecto o apariencia de la instalación. nicamente cuando no sea posible de ninguna otra manera, se instalará una luminaria fuera de la alineación de las restantes. La altura de las columnas o báculos que sustentan las luminarias será seleccionada de forma que se adecue a cada instalación en concreto. Cuanto más altos sean estos soportes, menos problemas se plantearán con la frondosidad de la vegetación, pero también es cierto que probablemente los costes puedan elevarse considerablemente. 12.4.5.4. Datos de dise o Las Fig. 32 y 33 intentan ser una guía práctica cuando se plantean este tipo de dificultades entre la iluminación y la frondosidad del arbolado. Por ejemplo, para la situación transversal de la luminaria para diferentes alturas y tipos de

Tip Tip o o

cho ico al an fér mid es pira ico r d n c il o al est mid ira Tip

ic o sfér idal anch o e piram o Tip ipo T n d ri c o o cil Tip midal e pira st po

Vuelo de la luminaria mts.

Tipo

p

Ti

Lado calzada

Lado acera

vegetación.

1 2 3 4 5

Dist. de la luminaria al follaje

Figura 33 Aunque la iluminación de la calzada suele presentar interferencias con la vegetación, no se debe pasar por alto la iluminación de las aceras u otras zonas laterales de la calzada. Esto a veces puede resultar casi aún más importante

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Capítulo 13.

ILUMINACI N DE T NELES

13.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 13.2 Iluminación de túneles largos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 13.3 Iluminación de túneles cortos y pasos inferiores . . . . . . . . . . . . . . . . 251 13.4 Alumbrado de emergencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 13.5 Mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 13.6 Control de encendidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 13.7 Alumbrado noche (zona exterior túnel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 13.8 Diseño del alumbrado de túneles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 13.9 Guiado visual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

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Capítulo 13. ILUMINACI N DE T NELES

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13.1.1.2. Efecto de adaptación

13.1. Generalidades

Es el que permite el ajuste de la sensibilidad del ojo humano a un cambio en la distribución de luminancias en el La conducción de vehículos a través de los túneles durante las horas diurnas plantea una problemática totalmente diferente a la

campo de visión. El tiempo que tarda en producirse la adaptación de la sensibilidad del ojo humano al cambio en

conducción al aire libre por la noche, que se concreta fundamentalmente en las diferentes existentes entre los elevados niveles de

la distribución de luminancias, se denomina tiempo de adaptación.

luminancia exteriores y los bajos niveles de luminancia en el interior de los túneles.

La adaptación de la sensibilidad del ojo a los cambios rápidos de la distribución de luminancias en el campo visión

El problema visual fundamental en un túnel es el de la adaptación del ojo humano desde las elevadas luminancias exteriores durante

no es instantánea, por lo que durante un determinado tiempo la capacidad de visión disminuye, llegando a

el día, a las bajas luminancias (prácticamente nulas) que existen en el interior de un túnel, teniendo en cuenta además que, en una

producirse una ceguera momentánea en el caso de un cambio brusco de la distribución de luminancias. Es decir,

determinada distribución de luminancias, no puede verse un obstáculo si su luminancia es muy inferior a la de dicha distribución. Todo

en algunos supuestos como en el caso de la entrada de túneles, el problema puede ser grave y dar origen a que

lo cual da lugar al denominado “efecto agujero negro” que impide, durante el día, que los conductores vean el interior del túnel cuando

no pueda realizarse la función visual.

se encuentran a una cierta distancia de la boca del mismo. Todo ello considerando que en la mayoría de los túneles, la luz natural diurna solamente penetra, en función de la orientación de los

13.1.1.3. Influencia de las luminancias de velo

mismos, una distancia del orden de una a tres veces su mayor dimensión transversal. Más allá de dicha distancia las condiciones

La luz parásita presente sobre el ojo de los conductores (luminancia de velo foveal o de Fry), el estado de la

luminosas existentes son insuficientes para asegurar la visibilidad de eventuales obstáculos, o para el adecuado guiado de los

atmósfera (luminancia atmosférica) y los reflejos del parabrisas del vehículo (luminancia del parabrisas), se

conductores.

combinan para formar un velo luminoso que reduce la visibilidad de los obstáculos a la entrada de los túneles.

Desde el punto de vista luminotécnico en los túneles se diferencian las siguientes zonas: de acceso, de entrada constituida por las

La razón principal de la iluminación de un túnel es asegurar en todo momento la visibilidad de los obstáculos, lo que exige

zonas de umbral y de transición, del interior y, finalmente, de salida (véase Fig. 4). Por razones económicas, no es posible restablecer

percibir una diferencia entre la luminancia del obstáculo y la luminancia de fondo o de la calzada y paredes del túnel.

en la zona de entrada de los túneles condiciones de iluminación idénticas a las existentes durante el día en el exterior (zona de

Por definición, el contraste se expresa de la forma siguiente:

acceso), que puedan alcanzar valores de hasta 100.000 lux. En la zona de umbral situada justo a la entrada del túnel, con una longitud aproximadamente igual a la distancia de seguridad, el alumbrado durante el día debe dimensionarse de forma que asegure una visión suficiente de eventuales obstáculos sobre la calzada,

C=

aunque se produzca una primera reducción brusca de los niveles de iluminación existentes en el exterior (zona de acceso), pero que

L0 – Lf Lf

resulta aceptable. En la segunda parte de la zona de umbral se disminuyen progresivamente los niveles de iluminación. donde:

En la zona inmediata siguiente o zona de transición, de longitud variable en función de la velocidad de circulación, la instalación de alumbrado debe concebirse para paliar el efecto de adaptación (paso súbito de un nivel de iluminación muy elevado a un nivel

L0 = Luminancia del obstáculo.

bastante bajo) continuando con la disminución paulatina de los niveles de iluminación hasta haber completado el progreso de

Lf = Luminancia de fondo. El contraste C puede ser positivo o negativo:

adaptación del ojo al llegar a la zona del interior, donde se instala un alumbrado con un nivel constante de iluminación. En la zona de salida, con una longitud aproximadamente igual a la distancia de seguridad, debe reforzarse de forma asimismo

Si L0 > Lf C > 0

Contraste positivo (obstáculo más claro que el fondo)

progresiva el alumbrado elevando los niveles de iluminación, de manera que se facilite a los conductores la adaptación a las

Si L0 < Lf C < 0

Contraste negativo (obstáculo más oscuro que el fondo)

condiciones luminosas exteriores. En los túneles bidireccionales el alumbrado en la zona de salida será idéntico al de la zona de

En el caso de túneles se deben diferenciar dos tipos de contraste: el denominado intrínseco o físico Cint medido

entrada.

junto al obstáculo y el contraste de retina CR medido desde el ojo del conductor del vehículo. En la Fig. 1 puede comprobarse que el contraste intrínseco Cint se mide junto al obstáculo en (1), mientras que el contraste de retina CR se evalúa desde el ojo del observador en (4), interponiéndose entre ambos contrastes un

13.1.1. Problemática visual en los t neles La problemática visual en los túneles comprende los efectos de inducción y adaptación, así como la influencia de las luminancias

conjunto de luminancias de velo denominadas atmosférica Latm, de parabrisas Lpb y foveal o de Fry Lv, que dan origen

de velo. Todo lo cual exige tener en cuenta la distancia de seguridad en función de la velocidad del tráfico del túnel.

en el ojo del conductor a un deslumbramiento de velo que perturba la visión. Las capas de aire de la atmósfera conteniendo partículas iluminadas por la luz solar dan lugar a la luminancia atmosférica Latm debido a la refracción de la luz en dichas capas de aire de la atmósfera. Depende de las condiciones

13.1.1.1. Efecto de inducción

atmosféricas y de la posición del sol.

La sensibilidad del ojo humano es función de la distribución de luminancias en el campo de visión, y sobre la misma influyen dos fenómenos denominados de inducción y de adaptación.

La luminancia del parabrisas Lpb se produce como consecuencia de la existencia en los vehículos del parabrisas, que

Respecto a la inducción es el efecto producido por la influencia de las partes contiguas de la retina a aquella en la

provoca efectos de difracción o reflexión según la posición del Sol en el campo visual y el estado, curvatura e

que se forma la imagen del objeto que se está visualizando. Si los ojos del conductor se encuentran en un estado

inclinación del propio parabrisas.

de adaptación a una determinada distribución de luminancias, únicamente puede ver aquellos objetos cuya

La luminancia de velo foveal o de Fry Lv está causada por la perturbación en la visión que induce una luminancia

luminancia sea próxima a la citada distribución.

ajena a la tarea visual a realizar, y que dificulta la percepción de las imágenes de dicha tarea visual, debido al velo

Debido a la adaptación de los ojos del conductor que se aproxima a un túnel a las altas luminancias exteriores

luminoso producido en el ojo del conductor a causa de la difracción de la luz en el humor acuoso del globo ocular.

diurnas, cuando éste observa la boca o entrada del mismo, la parte de la retina que recibe la imagen del exterior

Las luminancias de velo atmosférica, de parabrisas y foveal o de Fry que, tal como se representa en la Fig. 1, se

ejerce sobre la otra parte que recibe la imagen de la boca del túnel un efecto de inducción, de forma que la entrada

interponen entre el obstáculo y el conductor, reducen el contraste intrínseco Cin del obstáculo (CR < Cint) sin cambiar

del túnel aparece como un “agujero negro” en el que no se ve ni un solo detalle. El efecto de inducción de lugar a

el signo del contraste, disminuyendo la visibilidad de los obstáculos a la entrada de los túneles.

que, en una determinada distribución de luminancias (iluminación natural diurna de la carretera), no pueda verse

Dicha reducción del contraste intrínseco podría ocasionar que no se llegara a asegurar la visibilidad de los obstáculos

un objeto si su luminancia es muy inferior a la de dicha distribución (iluminación prácticamente nula de la entrada

a la entrada de los túneles, sobre todo en el caso de luminancias de velo fuertes, que podrían obligar a duplicar los

del túnel), por mucho tiempo que se contemple dicho objeto.

valores de luminancia a alcanzar en la zona de umbral del túnel mediante el alumbrado artificial, con la finalidad de

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Capítulo 13. ILUMINACI N DE T NELES

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paliar la reducción del citado contraste y, consecuentemente, la disminución de la visibilidad de los obstáculos por parte del conductor. Por todo ello, el efecto producido por las luminancias de velo se tiene en cuenta a la hora de

Cuando se aproxima un vehículo a un túnel los efectos de inducción, adaptación y la influencia de las luminancias

establecer los niveles de iluminación de la entrada de los túneles.

de velo están íntimamente relacionadas con la distancia a la que el conductor del vehículo se encuentra de la boca

Las luminancias o velos parásitos que caracterizan los efectos del entorno del túnel, del parabrisas y de la atmósfera

de dicho túnel, en la denominada zona de acceso con una longitud aproximadamente igual a la distancia de

y que perturban la visión del conductor, son variables según la región y zona donde se encuentra el túnel, así como

seguridad (DS, Fig. 4).

su orientación, la estación del año, climatología, la hora de la jornada, etc.

Cuanto mayor es la velocidad de un vehículo, mayor resulta la distancia de seguridad (DS) y por ello deben tenerse en cuenta algunas consideraciones: - La percepción de un obstáculo es proporcional a la inversa del cuadrado de la distancia de seguridad (DS-2),

4 2

suponiendo que el contraste es constante.

Velo foveal o de Fry

- La luminacia de velo atmosférico Latm es proporcional a la distancia de seguridad (DS). La transmisión

Atmósfera

atmosférica es Tatm = 10-k DS.

3 Parabrisas

- La velocidad de adaptación visual está relacionada con la velocidad de aproximación del vehículo.

1

Para un conductor en la zona de acceso, cuanto mayor es la velocidad de su vehículo más larga es la distancia desde la boca del túnel hacia el interior en la que el conductor tiene que ver dentro del túnel, lo que supone mayor longitud de la zona umbral a iluminar. Cint. = LO - Lf Lf

CR = LOR - LfR LfR

Asimismo, a mayores distancias un obstáculo situado en el interior del túnel subtiende un ángulo más pequeño en el ojo del conductor y, por tanto, es menos visible. Además, la capa de aire entre el conductor situado en la zona de

Velos parásitos atmosféricos Latm de parabrisas Lpb y de velo foveal o de Fry Lv

acceso y la entrada del túnel es mayor, lo que significa mayor luminancia atmosférica Latm, reducción del contraste

Figura 1

intrínseco Cint y, consecuentemente, disminución de la visibilidad de los obstáculos. Todo ello exige mayores niveles de iluminación en la zona de umbral del túnel. En resumen, a mayores velocidades corresponden distancias de seguridad (DS) más largas, lo que entraña mayor

13.1.1.4. Distancia de seguridad

longitud de la zona umbral del túnel a dotar de alumbrado, así como más elevados niveles de iluminación en dicha

Se define distancia de seguridad (DS) como la distancia necesaria para que el conductor de un vehículo que circula

zona y, por tanto, por ambas causas superiores costes económicos.

a determinada velocidad, pueda detenerse antes de alcanzar a un obstáculo situado en la calzada. Dicha distancia consta de dos sumandos: el recorrido del vehículo desde el instante en que el conductor divisa el obstáculo hasta

13.1.2. Sistemas de alumbrado

que aplica los frenos, y la distancia de frenado propiamente dicha.

Los sistemas de alumbrado de túneles pueden dividirse en dos familias: simétrico y asimétrico que a su vez comprende el

La distancia de seguridad puede ser calculada de acuerdo con la fórmula siguiente:

DS = RT

V0 36

+

1 36

2

g

!

v f1 (v) + h

sistema de alumbrado de flujo contrario al sentido de circulación de vehículos, también denominado a “contraflujo” y el sistema de alumbrado a favor de flujo que carece de utilidad práctica y, por tanto, no se considera. El alumbrado de los túneles se caracteriza por el parámetro de calidad de contraste P, también conocido como coeficiente de

dv

revelado de contraste qc cuya expresión es la siguiente:

donde: DS = V0

=

P = qc =

Distancia de seguridad (m.).

L Ev....

Velocidad de diseño (Km/h.).

RT =

Tiempo de percepción-reacción (s).

f1(v) =

Coeficiente de fricción (longitudinal) dependiente de v.

g

=

Aceleración de la gravedad (9 81 m/s2).

h

=

Inclinación o gradiente de la carretera (%).

donde: L

=

Ev =

Luminancia de la calzada en cd/m2. Iluminancia vertical del obstáculo en lux a nivel de la calzada en la dirección de la circulación de vehículos, es decir, iluminancia media sobre una superficie vertical perpendicular al eje del túnel y, orientada hacia la entrada.

Aplicando la formula obtenemos los siguientes ejemplos de distancia de parada “SD” en carreteras planas para retardos de 3,5 a 5 m/s2:

13.1.2.1. Sistema de alumbrado sim trico El sistema de alumbrado simétrico es un sistema en el que las luminarias tienen una distribución de la intensidad

Velocidad de diseño (Km/h)

Ret

120

100

80

DS (carretera húmeda) m.

3,5

230

160

105

90

70

50

5

150

110

75

65

55

40

DS (carretera seca) m.

70

60

luminosa que es simétrica en relación al plano C 90°/270°, es decir, a un plano perpendicular al eje del túnel, tal y

50

como se representa en la Fig. 2. Los contrastes de los obstáculos pueden ser negativos o positivos, dependiendo de las propiedades de reflexión de la superficie de los mismos. No obstante, con este sistema se pretende asegurar una visión en contraste positivo, es

Tabla 1

decir, que los obstáculos se destaquen claros sobre el fondo oscuro de la calzada y paredes del túnel.

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Capítulo 13. ILUMINACI N DE T NELES

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El sistema de alumbrado simétrico se utiliza en todos los casos en la zona del interior de los túneles con luminarias dotadas de lámparas fluorescentes convencionales y compactas, de vapor de sodio a alta y baja presión o de descarga por inducción, pudiéndose utilizar la implantación de dicho sistema en la zona de entrada de aquellos túneles que tengan establecida una limitación de la velocidad de aproximación de los vehículos baja. Este sistema permite una buena visibilidad de los obstáculos y ausencia de deslumbramiento, siendo aconsejable fotométricamente que el pavimento de la calzada y las paredes del túnel sean superficies difusoras (factor especular S1 pequeño) y claras (coeficiente de luminancia medio Q0 alto). Por tanto, el pavimento conviene que sea de la Clase R1, R2 ó C1, según recomendaciones de la C.I.E., con alto grado de claridad o luminosidad (Q0 lo más elevado posible).

Figura 3 El sistema de alumbrado a contraflujo únicamente se utiliza en la zona de entrada de los túneles. Se recomienda en esta zona cuya limitación de la velocidad de los vehículos es elevada, es decir, a partir aproximadamente de 90 Km/h, dadas las ventajas económicas que en dichos casos representa. Las luminarias se instalan necesariamente encima de los carriles de tráfico y están equipadas normalmente con lámparas de vapor de sodio a alta presión. Debe destacarse que el alumbrado a contraflujo no se implanta en la zona interior de los túneles. Por la propia concepción de este sistema, debe evitarse su utilización en túneles de doble sentido de circulación (bidireccionales), dado que en dicho caso, lo que sería contraflujo para un sentido de circulación determinado, resultaría a favor de flujo para el sentido contrario, con lo que se modificarían las condiciones de visión de los conductores. El sistema de alumbrado a contraflujo crea habitualmente mayor contraste entre el obstáculo y el fondo, pero puede producir un cierto aumento del efecto “agujero negro” reduciendo el confort visual del conductor. Asimismo, este

Figura 2

sistema a contraflujo puede no ser apropiado en la entrada de túneles con penetración muy alta de luz diurna, y El dimensionamiento del alumbrado de los túneles, mediante sistema simétrico en la zona de entrada, conduce a

resulta menos efectivo cuando las intensidades de tráfico sean muy elevadas o se prevea en el tráfico un elevado

niveles de iluminación difíciles de conseguir para velocidades de aproximación de los vehículos superiores a 90

porcentaje de vehículos pesados.

Km/h con luminancias de velo débiles o medias en la zona de acceso, o mayores de 70 Km/h con luminancias de

En este sistema de alumbrado, que proporciona una buena visibilidad de los obstáculos, debe limitarse el

velo fuertes. Cuando se pretenda alcanzar niveles superiores a 200 cd/m2, muy complicados de lograr en la práctica

deslumbramiento controlando la intensidad luminosa emitida por las luminarias, siendo aconsejable

con el sistema simétrico, resulta necesario en dichos casos buscar otras alternativas, bien de limitación en la

fotométricamente la utilización de pavimento especular (factor especular S1 elevado) y claro, es decir, con coeficiente

velocidad de los vehículos o de implantación del sistema de alumbrado a contraflujo en la zona de entrada.

de luminancia medio Q0 alto, pavimentos clase R3, R4 ó C2, según recomendaciones de la C.I.E., con alto grado de claridad o luminosidad (Q0 lo más elevado posible). Además debe limitarse en las paredes del túnel, al menos hasta el nivel de 1 m., una elevada luminancia, con el fin de reducir la iluminancia vertical de los obstáculos (Ev).

13.1.2.2. Sistema de alumbrado a contraflujo El sistema de alumbrado a contraflujo es un sistema en el que las luminarias tienen una distribución de la intensidad

13.1.2.3. Coeficiente de revelado de contraste

luminosa asimétrica, que está dirigida contra el sentido de la circulación del tráfico de vehículos, tal y como se representa en la Fig. 3.

El sistema de alumbrado adoptado bien simétrico o a contraflujo se caracteriza por unos determinados coeficientes

Este sistema de alumbrado favorece la visión de obstáculos por contraste negativo, es decir, que los obstáculos se

de revelado de contraste qc, cuyos valores se incluyen en la Tabla 2.

destaquen oscuros sobre el fondo claro de la calzada y paredes del túnel, debido a que la iluminancia vertical en los planos en que están mirando a los conductores que se aproximan es baja. Esta visión en contraste negativo se logra reduciendo la luminancia del obstáculo (L0), limitando sensiblemente la iluminancia vertical del mismo (Ev), y aumentando la luminancia de la calzada.

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COEFICIENTE DE REVELADO DE CONTRASTE Coeficiente de revelado de contraste qc = LIEv

Sistemas de alumbrado Simétrico co

≤ 0,2

Contraflujo

≥ 0,6

Nota: Los sistemas de alumbrado cuyos valores del coeficiente del revleado del contraste está comprendido entre 0,2 y 0,6 no han sido considerados Tabla 2 El valor del coeficiente de revelado de contraste qc = L/Ev está estrechamente ligado a las características intrínsecas del sistema de alumbrado del túnel, a la implantación de las luminarias y a las características reflexivas del pavimento, así como a la contribución fotométrica de las paredes del túnel. Estos valores de la Tabla 2 caracterizan el sistema de alumbrado de los túneles únicamente en mediciones nocturnas, esto es, sin influencia de la luz diurna, que altera los valores del coeficiente de revelado de contraste qc. En mediciones durante el día en la zona de entrada de los túneles y para el sistema de alumbrado simétrico, qc alcanza cifras superiores a 0 2, mientras que en el sistema a contraflujo los valores de qc son inferiores a 0 6. Debido precisamente a esta variación del coeficiente de revelado de contraste qc = L/Ev en medición diurna respecto a medición nocturna, el contraste cambia de signo pasando de contrastes negativos a positivos y viceversa, dando lugar a situaciones de no visibilidad de obstáculos. 13.1.2.4. Sistema de iluminación natural con luz diurna Además de los sistemas de alumbrado artificial y a contraflujo, existe otra alternativa para la iluminación de la entrada de los túneles mediante la adecuada utilización de la luz diurna apantallada proporcionada por paralúmenes o pantallas. Este tipo de iluminación natural debe satisfacer los mismos niveles luminosos que los del alumbrado artificial, siendo los valores del factor k (coeficiente por el que se debe multiplicar la luminancia de la zona de acceso del túnel L20, para obtener la luminancia de la zona de umbral de túnel Lth, es decir, Lth = k L20), idénticas a las del sistema de alumbrado simétrico. Asimismo, el coeficiente de revelado de contraste qc se determinará en la iluminación natural del mismo modo que para el alumbrado artificial, incluyéndose también en el cálculo la contribución de la luz interreflejada.

13.1.3. Clasificación de t neles El parámetro que permite una clasificación de los túneles es el de sus condiciones geométricas y, en particular, su longitud. Las exigencias de alumbrado para túneles largos y cortos difieren de acuerdo con el grado en el que el conductor de un vehículo que se aproxima puede ver a través del túnel. La capacidad de ver a través del túnel depende fundamentalmente de la longitud del mismo, pero también de otros parámetros de diseño (anchura, altura, curvaturas horizontal y vertical, etc.). 13.1.3.1. Clasificación de t neles largos En lo referente al alumbrado, los túneles largos se clasifican en función de la intensidad, la velocidad y composición del tráfico, el guiado visual y la comodidad en la conducción. 13.1.3.1.1. Factores de ponderación en función de la intensidad de tráfico Existe cierta relación, pero no lineal, entre la intensidad del tráfico y el riesgo de accidentes que puede ser contrarrestado, al menos en parte, aumentando el nivel de iluminación del túnel. El segundo factor a tener en cuenta es que las velocidades elevadas requieren mejor visibilidad y, por ello fundamentalmente, se precisa un nivel de luminancia mayor en la calzada. Tan pronto como se haya decidido dotar de alumbrado un túnel, la velocidad tiene una importancia considerable, debido a su influencia en los requerimientos de la visibilidad. Cuanto mayor es la velocidad, más larga será la distancia de seguridad (DS), lo que obliga a mayores luminancias en la

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