diseño eficiente de la iluminación tutorial

Diseño eficiente de la iluminacióninterior en los edificios

Índice de contenidos:

1- Datos de entrada

1.1- Geometría del local

1.2- Niveles de iluminación recomendadas

2- Lámparas y luminarias

2.1- Selección del tipo

2.2- Eficiencia

2.3- Color

2.4- Grados de protección mecánica (IP)

2.5- Grados de protección eléctrica

3- Sistema de alumbrado

3.1- Altura de suspensión

3.2- Índice del local

3.3- Coeficientes de reflexión del local

3.4- Factor de utilización

3.5- Factor de mantenimiento

4- Cálculos

4.1- Determinación del flujo luminoso

4.2- Número y distribución de luminarias

4.3- Comprobación de resultados

5- Valor de la eficiencia energética de la instalación (VEEI)

5.1- Cálculo del VEEI

5.2- Valores límites de eficiencia energética


ANEXOS

A.1- Catálogos de lámparas y luminarias

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DESARROLLO DEL CONTENIDO

1- Datos de entrada1.1- Geometría del local

El primer dato de entrada que es necesario conocer son las dimensiones geométricas del local, tanto en superficie (largo x ancho) como en altura, h.

Figura 1. Geometría del local

Por otro lado, también habrá que decidir cuál va a ser la altura del plano de trabajo, según la actividad principal que se vaya a realizar en el local. Aunque, una buena aproximación es tomar el valor de 0,85 metros como altura del plano de trabajo medida desde el piso, se adjuntan otros valores más precisos de la altura del plano de trabajo según la actividad principal a realizar en el local:

Figura 2. Alturas del plano de trabajo. Actividad sentada

Figura 3. Alturas del plano de trabajo. Actividad de pie

1.2- Niveles de iluminación recomendadas

En la siguiente tabla se indican los valores de iluminancia recomendadas según la actividad a realizar y el tipo de local que se trate:

Actividad y Tipo de local

Iluminancia media (lux)

Mínimo Recomendado Óptimo

Zonas generales de edificios

Zonas de circulación, pasillos 50 100 150

Escaleras, roperos, lavabos, almacenes, archivos 100 150 200

Centros docentes

Aulas, laboratorios 300 400 500

Bibliotecas, salas de estudio 300 500 750

Oficinas

Oficinas generales, mecanografiado, proceso de 450 500 750

datos, puestos de datos informatizados, salas de conferencias

Grandes oficinas, salas de delineación, CAD/CAM/CAE 500 750 1000

Comercios

Comercio tradicional 300 500 750

Grandes superficies, supermercados, salones de muestras 500 750 1000

Industrias (en general)

Trabajos con requisitos visuales escasos 200 300 500

Trabajos con requisitos visuales normales 500 750 1000

Trabajos con requisitos visuales especiales 1000 1500 2000

Viviendas

Dormitorios 100 150 200

Aseos y baños 100 150 200

Salas de estar, comedor 200 300 500

Cocinas 100 150 200

Cuartos de trabajo, de estudio 300 500 750

Tabla 1. Valores de la iluminancia recomendados según la actividad y el tipo de local

En caso de no encontrarse la actividad buscada entre las indicadas en la tabla anterior, también se adjunta la siguiente figura que incluye de manera genérica los niveles de iluminancia recomendada según el grado de precisión requerido en la tarea a realizar:

Figura 4. Niveles de iluminación en función del tipo de actividad

2- Lámparas y luminarias2.1- Selección del tipo

El propósito principal de una lámpara es la de convertir la energía eléctrica en radiación electromagnética visible. En función del método utilizado para la conversión de la energía eléctrica en luz, se distinguen los siguientes tipos de lámparas:

• Lámparas de incandescencia:

Se basan en el calentamiento de un fino hilo de material de tungsteno, que al hacerle pasar una corriente eléctrica eleva su temperatura hasta alcanzar un rango de entre 2.500 y 3.200 K, emitiendo radiación visible a estas temperaturas.

Color / Forma CódigoTransparente /C

Esmerilado /F

Blanco /W

Rojo /R

Azul /B

Verde /G

Amarillo /Y

Forma de pera (GLS) IA

Forma cilíndrica IB

Forma cónica IC

Forma de globo IG

Forma de seta IM

Tabla 2. Colores y formas comunes de lámparas incandescentes, con sus códigos del Sistema Internacional de Codificación de Lámparas

En el apartado de Anexos se adjunta un acceso a los catálogos de lámparas de incandescencia de una conocida casa comercial.

Como una variante de las lámparas de incandescencia están las lámparas halógenas, donde el filamento de tungsteno queda dentro de un gas inerte con gas halógeno (generalmente, yodo o bromo) lo que permite alargar la vida útil del filamento.

Además, dentro del tipo de las lámparas halógenas existe una variedad de halógenos que funcionan a baja tensión (12 ó 24 Voltios). Este tipo requiere del uso de un transformador. Además dispone de un filamento más corto y grueso, que permite una temperatura de trabajo más alta, aumentando así su rendimiento lumínico. De hecho, las lámparas halógenas tienen un mejor rendimiento que las incandescentes normales, en torno a los 20 lm/W.

Figura 6. Lámpara halógena de tungsteno de baja tensión

Debido a que las lámparas halógenas de baja tensión emplean intensidades de corriente más elevadas, su temperatura de trabajo también es mayor por lo que el vidrio de la lámpara se sustituye por un compuesto de cuarzo más resistente al calor. Además estas lámparas proporcionan una más elevada temperatura de color.

En el apartado de Anexos se adjunta un acceso a los catálogos de lámparas halógenas de una conocida casa comercial.

• Lámparas de descarga:

En este tipo de lámparas la producción de luz es mucho más eficaz. Estas lámparas contienen un gas en su interior que se excita al hacerles pasar una corriente eléctrica, emitiendo radiaciones. Normalmente se utilizan dos metales, sodio y mercurio, porque dan radiaciones útiles en el espectro visible, aunque no tienen un espectro continuo de emisión. Por ello, la reproducción del color con este tipo de lámparas no será igual a la obtenida con aquellas que emiten en espectros continuos.

A continuación, se adjunta los distintos tipos de lámparas de descarga:

- Lámparas de sodio de baja presión: la radiación característica de este tipo de lámparas es de color amarillo monocromático. Son del tipo de lámparas más eficaces que existen, con un ratio de casi 200 lúmenes/watio de consumo y de una larga vida útil. No obstante, en cuanto a la reproducción de color es la peor valorada, por lo que su aplicación viene condicionada a aquellos casos donde la discriminación de color no tenga importancia visual, como el caso de la iluminación de carreteras, pasos subterráneos y calles residenciales.

Figura 7. Lámpara de sodio de baja presión

En el apartado de Anexos se adjunta un acceso a los catálogos de lámparas de sodio de baja presión de una conocida casa comercial.

- Lámparas de sodio de alta presión: Son lámparas que ofrecen también una excelente eficiencia (superior a los 100 lúmenes/watio de consumo) y una buena constancia del flujo luminoso. Actualmente existen tres tipos de lámparas de sodio de alta presión como se indica en la tabla siguiente:

Tipo de lámpara Color (K)

Eficiencia (lúmenes/watio)

Vida útil (horas)

Normal 2000 110 24000

Lujo 2200 80 14000

Blanca (SON) 2500 50 -

Tabla 3. Tipos de lámparas de sodio de alta presión

Generalmente, las lámparas de sodio de alta presión de tipo normal se emplean para el alumbrado exterior, las de tipo "lujo" para interiores industriales y las "blancas" para aplicaciones comerciales y de exposición.

Figura 8. Lámpara de sodio de alta presión

En el apartado de Anexos se adjunta un acceso a los catálogos de lámparas de sodio de alta presión de una conocida casa comercial.

- Lámparas de mercurio de baja presión: en este tipo de lámparas el interior se rellena de una pequeña cantidad de vapor de mercurio, además de un gas de cebado (argón o criptón). También son conocidas como lámparas fluorescentes, debido a que el responsable de emisión de la luz la tiene un fino revestimiento de polvos fluorescentes (fosfórico) que se incorpora adheridos al interior de la pared del tubo de la lámpara. Estos polvos fluorescentes irradian luz visible al recibir los rayos ultravioletas que se originan en el interior de la lámpara durante la descarga de corriente a través del gas interior.

Tienen mejor eficiencia que las lámparas incandescentes normales y por tanto un bajo consumo, y se caracterizan por emitir una tonalidad fría en el color de la luz.

Las lámparas fluorescentes necesitan de un equipo de control electrónico externo para efectuar el cebado y para regular la corriente de la lámpara. Además también sirve para aumentar la frecuencia de la corriente de alimentación. En efecto, si la frecuencia normal de alimentación es de 50 ó de 60 Hz, el equipo electrónico de control la eleva hasta 30 kHz con lo que se consigue aumentar en un 10% la eficiencia de los tubos fluorescentes. Por otro lado, el uso del equipo electrónico de

alta frecuencia elimina el problema normal de parpadeo de la luz, característicos de este tipo de lámparas.

En el apartado de Anexos se adjunta un acceso a los catálogos de lámparas fluorescentes de una conocida casa comercial.

- Lámparas de mercurio de alta presión: son más compactas y el tubo donde se produce la descarga del arco contiene una pequeña cantidad de mercurio y un aporte de gas inerte para asistir el encendido inicial. El tubo de descarga está hecho de cuarzo para resistir las mayores presiones y temperatura a la que trabajan este tipo de lámparas. El tubo de descarga va a su vez dentro de una envoltura de vidrio en una atmósfera de nitrógeno y argón para reducir la oxidación y el chisporroteo. Para mejorar el aspecto del color de luz que proporciona se le somete al interior de la envoltura de vidrio de un revestimiento fosfórico.

Figura 10. Lámpara de mercurio de alta presión

En el apartado de Anexos se adjunta un acceso a los catálogos de lámparas de mercurio de alta presión de una conocida casa comercial.

- Lámpara de mezcla: se trata de una lámpara que deriva de la de mercurio de alta presión, pero que presenta como novedad que incorpora un balasto de tungsteno interno conectado en serie con el tubo de descarga para estabilizar la corriente, en vez de usar uno externo como las convencionales de mercurio de alta presión.

Figura 11. Lámpara de luz mezcla

En el apartado de Anexos se adjunta un acceso a los catálogos de lámparas de mezcla de una conocida casa comercial.

- Lámparas de haluros metálicos: este tipo de lámparas mejoran el color y rendimiento lumínico de las lámparas de descarga de mercurio, y se consigue añadiendo una cantidad de haluros metálicos además del mercurio.

Para conseguir emitir diversos colores específicos se utilizan distintos metales, entre ellos:

Litio: se consigue un color rojo de banda estrecha;

Escandio: color verde-azulado de banda ancha;

Sodio: amarillo de banda estrecha;

Talio: verde de banda estrecha;

Estaño: rojo anaranjado de banda ancha,

Etc.

Las lámparas de haluro metálico necesitan de un equipo de control para conseguir el cebado y un funcionamiento correcto de la lámpara.

En el apartado de Anexos se adjunta un acceso a los catálogos de lámparas de haluro metálico de una conocida casa comercial.

- Lámparas de inducción electromagnética: son lámparas de mercurio a baja presión con un revestimiento fosfórico por el interior de la envoltura de vidrio. En este caso la ionización del gas interior se realiza por inducción a partir de un campo magnético originado por un generador externo de alta frecuencia. La principal ventaja de este tipo de lámparas es el aumento en su vida útil.

Figura 13. Lámpara de inducción electromagnética

En el apartado de Anexos se adjunta un acceso a los catálogos de lámparas de inducción electromagnética de una casa comercial.

• Lámparas LED:

El término LED significa literalmente diodo emisor de luz (light-emitting diode). Utiliza la llamada tecnología de iluminación de estado sólido (SSL), consistente en emitir luz a partir de un trozo de materia sólida, que en el caso de un LED tradicional es un semiconductor. Esto se consigue a partir de la radiación que emiten los electrones en movimiento dentro de la estructura del semiconductor.

Las ventajas del empleo de lámparas LED son numerosas, entre las que destacan las siguientes:

- Mayor durabilidad. Las lámparas LED duran 50 veces más que una incandescente, 10 veces más que un tubo fluorescente y 6 veces más que una lámpara de bajo consumo. El LED tiene una vida útil superior a 50.000 horas, lo que significa un gran ahorro en coste por reposición y servicio de mantenimiento;

- Mayor eficiencia, de hasta 4 veces superior a la de una lámpara convencional, posibilitando una iluminación de muy bajo consumo;

- Los LEDs no contienen materiales tóxicos, como mercurio, gases tóxicos o plomo, que afecten de forma negativa al medioambiente;

- Permite un mejor control del color y tonalidad de la luz ofrecida;

- Dado que la estructura del propio LED es electrónica, esto permite unas posibilidades de control digital de la intensidad de la luz que emite, desde la posición de apagado al 100% de su flujo, confiriendo un mayor dinamismo y adaptación de la regulación de la luz;

- El hecho de ser dispositivos electrónicos sólidos, le proporcionan gran robustez, resistentes a vibraciones y permite su uso en condiciones extremas de temperatura (desde -40ºC hasta +120ºC);

- Una lámpara LED sólo emite luz visible, y no emite radiación ultravioletas ni infrarrojas, como sí lo hacen las lámparas de tipo incandescentes, fluorescentes o de descarga. Por lo tanto, una iluminación a base de lámparas LED no produce calentamiento ni deterioro de las piezas que ilumina, por lo que lo hace idónea para iluminar obras de arte, productos sensibles o comestibles, tejidos, etc.

- Alimentación a bajo voltaje que permite su uso en aplicaciones acuáticas, automoción y aeronáutica. También permite su uso en instalaciones generadoras de fuentes renovables (solar, eólica), que generan a baja tensión con lo que se evita tener que emplear transformadores intermedios con las pérdidas de energía que ello supone.

En el apartado de Anexos se adjunta un acceso a los catálogos de lámparas de LED de una conocida casa comercial.

Tipo (código)Potencia normal (vatios)

Reproducción del color

Temperatura colorimétrica

(K)Vida útil (horas)

Lámparas fluorescentes de tamaño reducido (FS) 5 - 55 buena 2700 - 5000 5000 - 10000

Lámparas de mercurio de alta presión (QE) 80 - 750 correcta 3300 - 3800 20000

Lámpara de sodio de alta presión (S-) 50 - 1000 de incorrecta a buena 2000 - 2500 6000 - 24000

Lámparas incandescentes (I) 5 - 500 buena 2700 1000 - 3000

Lámparas de inducción (XF) 23 - 85 buena 3000 - 4000 10000 - 60000

Lámparas de sodio de baja presión 26 - 180 color amarillo 1800 16000

(LS) monocromáticoLámparas halógenas de tungsteno de baja presión (HS) 12 - 100 buena 3000 2000 - 5000

Lámparas de haluro metálico (M) 35 - 2000 de buena a excelente 3000 - 5000 6000 - 20000

Lámparas fluorescentes tubulares (FD) 4 - 100 de correcta a

buena 2700 - 6500 10000 - 15000

Lámparas halógenas de tungsteno (HS) 100 - 2000 buena 3000 2000 - 4000

Tabla 4. Características de algunos tipos de lámparas

Una vez visto el amplio abanico de posibilidades existentes en el mercado, se incluye una tabla resumen que ayudará a la elección del tipo de lámpara y luminaria más idónea y que mejor se adapte a las características del tipo instalación.

Tipo de uso Tipos de lámparas recomendados

Doméstico

Incandescente

Fluorescente

Halógenas de baja potencia

OficinasFluorescente (para alumbrado general)

Incandescente y halógenas de baja tensión (para alumbrado localizado)

Comercial

Incandescente

Halógenas

Fluorescentes

Lámparas de mercurio de alta presión y lámparas de haluros metálicos (para grandes superficies de techos altos)

Industrial

Fluorescentes (para alturas bajas, < 6 metros)

Proyectores de descarga a alta presión (para grandes alturas, > 6 metros)

Incandescentes (para iluminación localizada)

Deportivo

Fluorescentes (para luminarias situadas a baja altura)

Proyectores de vapor de mercurio de alta presión, de vapor de sodio de alta presión y de haluros metálicos (para luminarias situadas a gran altura)

Tabla 5. Tipos de lámparas recomendados para cada uso

2.2- Eficiencia

La eficiencia aplicada en iluminación sirve para medir qué parte de la potencia total consumida por una lámpara se usa para iluminar. Es decir, es la relación entre el flujo luminoso emitido (en lúmenes) y la potencia consumida (en vatios). La eficiencia representa la parte de potencia útil del total de la potencia consumida por la lámpara.

La elección de lámparas eficientes no debe hacerse nunca a expensas de obtener un menor confort visual, sino que una vez elegido el tipo de lámpara más idóneo para la clase de actividad y local, entonces sí se debe elegir aquellas de entre el mismo tipo que ofrezcan menores pérdidas y presenten una mejor eficiencia.

En la siguiente tabla se muestra la serie de rendimientos típicos de algunos tipos de lámparas. El rendimiento o eficiencia representa la parte útil de la potencia total consumida por la lámpara que se convierte en potencia radiante sensible al ojo humano.

Eficiencia de tipos de lámparas

Lámpara incandescencia de filamento de 100 W 14 lúmenes/watio

Lámpara halógena de tungsteno de baja tensión 20 lúmenes/watio

Lámpara LED de 42 W 88 lúmenes/watio

Tubo fluorescente de 58 W 89 lúmenes/watio

Lámpara de sodio de alta presión de 400 W 125 lúmenes/watio

Lámpara de sodio de baja presión de 131 W 198 lúmenes/watio

Tabla 6. Eficiencia de tipos de lámparas

En todo caso, realizar un mantenimiento periódico de la instalación de alumbrado es muy importante. Una limpieza periódica que elimine la acumulación de polvo de las luminarias ayudará a mantener unos niveles de iluminación que no se deteriore durante la vida útil de la lámpara.

En otros casos, conviene no apurar del todo la vida de trabajo de la lámpara. Así, mientras que una bombilla incandescente mantiene su eficiencia hasta prácticamente los momentos previos al fallo, no ocurre lo mismo con las lámparas o tubos fluorescentes, cuyo rendimiento puede sufrir una reducción de hasta 75% después de las primeras mil horas de uso.

2.3- Color

La elección del tipo de color de luz que proporciona una lámpara, también llamada apariencia en color, incide de manera decisiva en la reproducción de los colores de los objetos que ilumina.

La apariencia en color de las lámparas viene determinada por su temperatura de color, que permiten su división en tres grandes grupos:

Temperatura de color, Tc Apariencia en color

Tc > 5000 K Fría o diurna

3300 ≤ Tc ≤ 5000 K Neutra o intermedia

Tc < 3300 K Cálida

Tabla 7. Temperaturas y apariencias en color de la luz

Por otro lado, la apariencia en color no sólo basta para determinar la coloración de la iluminación, y por ende, la sensación final. La iluminancia junto con la apariencia en color de la lámpara determinará el aspecto final que observemos:

Iluminancia, E (lux)

Apariencia en color de la luz

Cálida Neutra Fría

E ≤ 500 agradable neutra fría

500 < E < 1000 ↕ ↕ ↕

1000 < E < 2000 estimulante agradable neutra

2000 < E < 3000 ↕ ↕ ↕

E ≥ 3000 no neutral estimulante agradable

Tabla 8. Aspecto final de la iluminación

En la siguiente figura se muestra cómo resulta la sensación de confort visual en función del nivel de iluminación y de la temperatura colorimétrica de la lámpara que se use:

Figura 14. Diagrama de confort visual

Por último, se introduce el llamado índice de rendimiento del color de las lámparas (IRC ó Ra), que mide la calidad de reproducción de los colores. El Comité Español de Iluminación propone el siguiente sistema de clasificación de la lámparas en función del rendimiento del color que ofrezcan:

Grupo Ra Apariencia Aplicaciones

1 Ra ≥ 85

Fría Industria textil, fábricas de pinturas, talleres de imprenta

Neutra Escaparates, tiendas, hospitales

Cálida Hogares, hoteles, restaurantes

2 70 ≤ Ra < 85Fría

Oficinas, escuelas, grandes almacenes, industrias de precisión (climas cálidos)

NeutraOficinas, escuelas, grandes almacenes, industrias de precisión (climas templados)

Cálida Oficinas, escuelas, grandes almacenes, industrias de precisión

(climas fríos)

3 Ra < 70Interiores donde la discriminación cromática no es de gran importancia

S (especial)

Lámparas con rendimiento en color fuera de lo

normal

Para aplicaciones especiales

Tabla 9. Apariencia y rendimientos en color

2.4- Grados de protección mecánica (IP)

El grado de protección que presenta una luminaria contra la entrada de polvo, líquidos o resistencia a golpes se designa, según normas internacionales, por las letras IP seguidas de tres dígitos que marcan el grado de protección. A mayor valor del dígito, mayor protección.

El esquema es el siguiente:

IP xyz

donde,

x, indica el nivel o grado de protección contra la entrada de polvo y cuerpos sólidos. Toma valores de 0 (sin protección) hasta 6 (máxima protección);

y, indica el grado de protección contra la penetración de líquidos. Toma valores de 0 (sin protección) hasta 8(máxima protección);

z, indica el grado de protección contra los golpes y choques. Puede tomar los valores 0, 1, 2, 3, 5, 7, 9.

Se invita al lector a consultar el Tutorial Nº. 231 "Conceptos y Formulaciones Generales de Electricidad" en su apartado 4. Grado de protección (IP), para obtener más información.

>> Tutorial Nº. 231: Conceptos y Formulaciones Generales de Electricidad

2.5- Grados de protección eléctrica

Según el grado de protección eléctrica que ofrezcan las luminarias, éstas se clasifican en la clase que se indica en la siguiente tabla:

Clase Protección eléctrica

0 Aislamiento normal sin toma de tierra

I Aislamiento normal y toma de tierra

II Doble aislamiento sin toma de tierra

III Luminarias para conectar sólo a circuitos de muy baja tensión

Tabla 10. Clase de protección eléctrica

3- Sistema de alumbrado3.1- Altura de suspensión

Generalmente, para locales como viviendas, oficinas, aulas... con alturas normales (en torno a los 3 metros de altura libre entre el piso y el techo) se tratará de colocar las luminarias lo más alta posible.

Figura 15. Geometría del local

Para otras situaciones, con alturas mayores, la altura de suspensión donde colocar las luminarias eficientemente dependerá del sistema de iluminación elegido.

A continuación se proporcionan algunos valores recomendados para la altura de suspensión (h1) de las luminarias de acuerdo a la figura anterior:

- Locales con iluminación de tipo directa, semidirecta y difusa:

2• Altura mínima: h1 = —— · ( h - h0 )

3

4• Altura óptima: h1 = —— · ( h - h0 )

5

- Locales con iluminación de tipo indirecta:

1• Altura mínima: h2 = —— · ( h - h0 )

4

3• Altura óptima: h1 = —— · ( h - h0 )

4

3.2- Índice del local

El índice del local (K) se determina a partir de las dimensiones del local a iluminar.

En efecto, si a, b son los valores para el ancho y largo del local respectivamente, mientras que h1 es la altura de suspensión de las luminarias medida desde el plano de trabajo, entonces la expresión que determina el índice del local (K) es la siguiente, dependiendo del sistema de iluminación elegido:

- Locales con iluminación de tipo directa, semi-directa y difusa:

a · bK = ——————

h1 · ( a + b )

- Locales con iluminación de tipo indirecta y semi-indirecta:

3 · a · bK = ——————————

2 · ( h1 + h0 )· ( a + b )

Siendo h0 la altura del plano de trabajo, según la anterior Figura 15.

El valor del índice del local (K) deberá estar comprendido entre 1 y 10. En caso de resultar un valor >10, entonces se tomará como valor de K=10.

3.3- Coeficientes de reflexión del local

La elección del color de las paredes o techos afecta a la eficacia de los sistemas de iluminación, debido a la influencia que tienen en la fracción de luz que se refleja al incidir sobre estos elementos.

Para tener en cuenta este aspecto, habrá que determinar el coeficiente de reflexión (ρ) de cada uno de los elementos que conforman la envolvente del local (paredes, suelo y techo). Según el color, material o grado de acabado de su superficie el coeficiente de reflexión tomará un valor determinado.

A falta de datos más precisos se podrá tomar los valores indicados en la siguiente tabla:

Color Factor de reflexión, ρ

Techo

Blanco o muy claro 0,7

Claro 0,5

Medio 0,3

Paredes

Claro 0,5

Medio 0,3

Oscuro 0,1

Suelos Claro 0,3

Oscuro 0,1

Tabla 11. Valores del coeficiente de reflexión, ρ

3.4- Factor de utilización

El factor o coeficiente de utilización (η, CU) representa la relación entre el flujo luminoso que cae en el plano de trabajo y el flujo luminoso suministrado por la luminaria.

Este coeficiente representa la cantidad de flujo luminoso efectivamente aprovechado en el plano de trabajo después de interactuar con las luminarias y las superficies dentro de un local.

El CU se determina por una interpolación de datos a partir de tablas suministradas por el fabricante de las luminarias, distinta para cada tipo de luminaria en función de los coeficientes de reflexión y el índice del local.

Aunque se recomienda consultar este dato en los catálogos de los propios fabricantes, se adjunta un ejemplo de tabla para obtener el valor del coeficiente de utilización.

Índice del

local, K

Factor de utilización, ηFactor de reflexión del techo

0,7 0,5 0,3Factor de reflexión de las paredes

0,5 0,3 0,1 0,5 0,3 0,1 0,5 0,3 0,11 0,28 0,22 0,16 0,25 0,22 0,16 0,26 0,22 0,16

1,2 0,31 0,27 0,20 0,30 0,27 0,20 0,30 0,27 0,20

1,5 0,39 0,33 0,26 0,36 0,33 0,26 0,36 0,33 0,26

2 0,45 0,40 0,35 0,44 0,40 0,35 0,44 0,40 0,35

2,5 0,52 0,46 0,41 0,49 0,46 0,41 0,49 0,46 0,41

3 0,54 0,50 0,45 0,53 0,50 0,45 0,53 0,50 0,45

4 0,61 0,56 0,52 0,59 0,56 0,52 0,58 0,56 0,52

5 0,63 0,60 0,56 0,63 0,60 0,56 0,62 0,60 0,56

6 0,68 0,63 0,60 0,66 0,63 0,60 0,65 0,63 0,60

8 0,71 0,67 0,64 0,69 0,67 0,64 0,68 0,67 0,64

10 0,72 0,70 0,67 0,71 0,70 0,67 0,71 0,70 0,67

Tabla 12. Valores del factor de utilización, η

3.5- Factor de mantenimiento

Si se quiere proyectar una instalación de iluminación para que al final de la vida útil de las lámparas se siga cumpliendo con los requisitos de proyecto se deberá seleccionar un factor de mantenimiento acorde a las características de la instalación.

Este factor de mantenimiento (fm) tendrá en cuenta la reducción del flujo luminoso de las luminarias como consecuencia del ensuciamiento y envejecimiento de las lámparas y luminarias, así como otros factores como la depreciación de la instalación con el paso del tiempo, su reducción de rendimiento y eficiencia, la reducción de la vida útil de los balastos, la influencia de la temperatura, o incluso el propio mantenimiento de la instalación durante su vida útil (frecuencia de limpieza de las luminarias, etc.).

En la siguiente tabla se incluyen los valores del factor de mantenimiento (fm) según las características de la instalación:

PROYECTOS DE ALUMBRADO INTERIORCaracterísticas de las

luminariasGrado de polución

del ambienteFactor de

mantenimiento, (fm)

Cerrada

Reducida 0,9

Moderada 0,8

Importante 0,7

Abierta

Reducida 0,8

Moderada 0,7

Importante 0,6

PROYECTOS DE ALUMBRADO EXTERIORCaracterísticas de las

luminariasGrado de polución

de la atmósferaFactor de

mantenimiento, (fm)

Hermética

Reducida 0,8

Moderada 0,7

Importante 0,6

No herméticaReducida 0,7

Moderada 0,6

Importante 0,5

Tabla 13. Valores del factor de mantenimiento, fm

4- Cálculos4.1- Determinación del flujo luminoso

El proceso de cálculo comienza determinando el valor del flujo luminoso total (ΦT) requerido a nivel del plano de trabajo, con objeto de poder producir la iluminancia media exigible según la actividad a realizar en el local.

Por tanto, en primer lugar habrá que definir cuál va a ser la actividad principal a desarrollar en el local, para así establecer las necesidades de su iluminación. Según la Tabla 1 del apartado 1.2 de este turorial, se puede extraer el valor de la iluminancia media recomendada (Em) requerida en el local.

Una vez que se tiene la iluminancia media (Em), el valor del flujo luminoso total (ΦT) requerido se obtiene de la siguiente expresión:

Em · SΦT = ————

η · fm

donde,

ΦT, es el valor del flujo luminoso total requerido a nivel del plano de trabajo, en lumen (lm);

Em, es la iluminancia media requerida según la actividad, en lux (lx);

S, es la superficie del plano de trabajo o área del local, en m2;

η, es el factor de utilización (ver Tabla 12 del apartado 3.4);

fm, es el factor de mantenimiento (ver Tabla 13 del apartado 3.5).

4.2- Número y distribución de luminarias

Una vez determinado el flujo luminoso total requerido para producir la iluminancia media requerida en el plano de trabajo, según de ha visto en el apartado anterior, ahora es el momento de seleccionar el tipo de lámpara para iluminar el local.

En el apartado 2.1 de este tutorial se exponen las características de los distintos tipos de lámparas existentes, y además incluye también la siguiente tabla que ayuda a elegir el tipo de lámpara y luminaria más idónea y que mejor se adapte a las características y tipo de local.

Tipo de uso Tipos de lámparas recomendados

Doméstico

Incandescente

Fluorescente

Halógenas de baja potencia

OficinasFluorescente (para alumbrado general)

Incandescente y halógenas de baja tensión (para alumbrado localizado)

Comercial

Incandescente

Halógenas

Fluorescentes

Lámparas de mercurio de alta presión y lámparas de haluros metálicos (para grandes superficies de techos altos)

Industrial

Fluorescentes (para alturas bajas, < 6 metros)

Proyectores de descarga a alta presión (para grandes alturas, > 6 metros)

Incandescentes (para iluminación localizada)

Deportivo

Fluorescentes (para luminarias situadas a baja altura)

Proyectores de vapor de mercurio de alta presión, de vapor de sodio de alta presión y de haluros metálicos (para luminarias situadas a gran altura)

Tabla 5. Tipos de lámparas recomendados para cada uso

Una vez elegido el tipo de lámpara se accede a sus características técnicas que estarán descritas en su correspondiente catálogo que suministra el fabricante. En la

sección Anexo de este tutorial se adjuntan los catálogos para cada uno de los tipos de lámparas descritos.

De la información de los catálogos se extrae el valor de flujo luminoso que proporciona la lámpara seleccionada (ΦL), y mediante la siguiente expresión se calculará el número de luminarias necesarias:

ΦT

N = ————n · ΦL

donde,

N, es el número de luminarias requeridas en el local;

ΦT, es el flujo luminoso total requerido en el local, en lumen (lm);

ΦL, es el flujo luminoso que proporciona cada lámpara, en lumen (lm);

n, es el número de lámparas por luminaria.

La expresión anterior proporcionará un número que, en general, no será un número entero, por lo que habrá que redondear por encima para obtener un número entero que se corresponderá con el número de luminarias (N) necesarias.

Una vez calculado el número total de luminarias (N), hay que distribuirlas a lo largo y ancho del local.

Para un local con forma rectangular, las luminarias se repartirán de forma uniforme siguiendo filas paralelas a los ejes de simetría del local.

Si a, b representan las medidas del ancho y largo del local, se puede emplear las siguientes expresiones para determinar el número de luminarias, según las direcciones perpendiculares de largo y ancho del local:

aNancho = √ N · (——)

b

bNlargo = Nancho · (——)

a

Siendo Nancho, Nlargo el número de luminarias distribuidas según cada dirección perpendicular del local.

Por último, y una vez distribuidas sobre la superficie del local el total de las luminarias, habrá que comprobar que la separación (e) entre luminarias no supere unos límites máximos.

En efecto, la distancia máxima de separación entre luminarias dependerá de aspectos como el ángulo de apertura del haz de luz que proporcione la luminaria y de la altura de la luminaria sobre el plano de trabajo.

En la siguiente tabla se proporcionan los valores de separación máxima que se recomienda no se sobrepasen cuando se realice la distribución final de luminarias:

Tipo de luminaria Altura del local Distancia máxima entre luminarias

Intensiva > 10 metros e ≤ 1,2·h1

Extensiva 6 - 10 metros e ≤ 1,5·h1

Semi-extensiva 4 - 6 metros e ≤ 1,5·h1

Extensiva ≤ 4 metros e ≤ 1,6·h1

Distancia pared-luminaria: e/2

Tabla 14. Distancia máxima entre luminarias

Siendo h1 la altura a la que está la luminaria respecto al plano de trabajo.

Como se ve en la tabla anterior, las luminarias próximas a la pared se separarán de la misma un valor igual a la mitad de la distancia establecida entre luminarias.


Una vez seleccionado el número y tipo de lámpara queda por comprobar que la iluminancia real promedio obtenida por éstas es al menos igual o superior al valor de iluminancia recomendado (Erecomendado), según lo indicado en la Tabla 1, apartado 1.2 de este tutorial.

La iluminancia real promedio (Ereal) que proporciona las lámparas seleccionadas se obtiene a partir de la expresión siguiente:

N · n · ΦL · η · fm

Ereal = ————————S

donde,

Ereal, es la iluminancia real promedio obtenida, en lux (lx);

N, es el número de luminarias instaladas en el local;

n, es el número de lámparas que tiene cada luminaria instalada;

ΦL, es el flujo luminoso que proporciona cada lámpara, en lumen (lm);

η, es el factor de utilización (ver Tabla 12 del apartado 3.4);

fm, es el factor de mantenimiento (ver Tabla 13 del apartado 3.5);


De la Tabla 1. "Valores de la iluminancia recomendados según la actividad y el tipo de local" apartado 1.2 de este tutorial, se extrae el valor de la iluminancia recomendada (Erecomendado) para su comparación.

El diseño se considera válido si se cumple que:

Ereal ≥ Erecomendado

5- Valor de la eficiencia energética de la instalación (VEEI)

5.1- Cálculo del VEEI

La eficiencia energética de la instalación proyectada se evaluará mediante un indicador, llamado valor de eficiencia energética de la instalación (VEEI), que se expresa en W/m2 por cada 100 lux, mediante la siguiente expresión:

P · 100 (lux)VEEI = ——————

S · Ereal

donde,

P, es la potencia activa consumida del total de luminarias empleadas, en W;


Ereal, es la iluminancia real promedio obtenida, en lux (lx);

5.2- Valores límites de eficiencia energética

Con objeto de establecer los correspondientes valores límites del valor de eficiencia energética de la instalación (VEEIlímite), las instalaciones de iluminación quedarán clasificadas en dos grandes grupos, según el uso principal del local que iluminen:

• Grupo 1: Incluye aquellas zonas de no representación o espacios en los que el criterio de diseño, la imagen o el estado anímico que se quiere transmitir al usuario con la iluminación, queda relegado a un segundo plano frente a otros criterios como el nivel de iluminación, el confort visual, la seguridad y la eficiencia energética;

• Grupo 2: Incluye zonas de representación o espacios donde el criterio de diseño, imagen o el estado anímico que se quiere transmitir al usuario con la iluminación, son preponderantes frente a los criterios de eficiencia energética.

En el siguiente enlace se puede acceder al extracto de la tabla 2.1 incluida en el documento CTE-DB HE Ahorro de energía, donde se incluyen los valores límites de eficiencia energética de cualquier instalación (VEEIlímite).

>> Acceso a los valores límite de eficiencia energética de las instalaciones de iluminación

Por otro lado, igualmente toda lámpara utilizada en instalaciones de iluminación deberá tener limitadas las pérdidas de sus equipos auxiliares, por lo que la potencia del conjunto, lámpara más equipo auxiliar, no deberá superar los valores indicados en las siguientes tablas:

Lámparas de descarga

Potencia nominal de la lámpara (W)

Potencia total del conjunto (W)

Vapor de mercurio Vapor de sodio de alta presión

Vapor halogenuros metálicos

50 60 62 --

70 -- 84 84

80 92 -- --

100 -- 116 116

125 139 -- --

150 -- 171 171

250 270 277 270 (2,15A) 277 (3A)

400 425 435 425 (3,5A) 435 (4,6A)

Tabla 15. Potencias máximas de consumo para lámparas de descarga

Lámparas halógenas de baja tensiónPotencia nominal de la lámpara (W) Potencia total del conjunto (W)

35 43

50 60

2x35 85

3x25 125

2x50 120

Tabla 16. Potencias máximas de consumo para lámparas halógenas de baja tensión


La condición de eficiencia energética de la instalación se cumplirá si el valor del VEEI calculado según el apartado 5.1, no supera el límite máximo indicado en las tablas del apartado 5.2 para el tipo de local considerado. Es decir,

VEEI < VEEIlímite

diseño eficiente de la iluminación tutorial

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