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Page 1: Universidad Fidelitas Escuela de IngenierÍa ElÉctrica Curso:

UNIVERSIDAD FIDELITAS

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

CURSO: ILUMINACIÓN (EM-890)

Investigación sobre Iluminación, teoría de la Luz y Sistemas de Iluminación: su diseño y cálculo.

Realizado por: Ing. Juan Carlos Méndez H.

Prof: Ing. Guillermo Muñóz

Agosto 2000.

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Glosario de términos y conceptos.

Acomodación. Facultad del ojo para enfocar sobre la retina imágenes situadas a diferentes distancias. Esta función la ejecuta el cristalino alterando su forma mediante la acción del músculo ciliar.

Adaptación a la oscuridad. Propiedad de la retina y la pupila de ajustarse a la luz débil o a la oscuridad.

Ancho (de calle) efectivo. La distancia horizontal entre la vertical dada por la luminaria y la vertical más lejana de la luminaria.

Ángulo de inclinación (tilt). Inclinación ascendente de una luminaria desde la horizontal.

Ángulo visual. Ángulo formado por sus dos rayos visuales con la retina por vértice.

Arreglo catenario. Arreglo de las luminarias de una carretera suspendidas de manera que su eje de bulbo hagan ángulos rectos con el eje de la calle.

Arreglo central-gemelo. Arreglo en el cual las luminarias son ubicadas a lo largo de rutas en los que los portes tienen forma de T.

Arreglo escalonado. Tipo de iluminación para calles en el cual las luminarias son colocadas alternadamente a ambos lados del camino.

Arreglo de un solo lado. Arreglo de iluminación para calles en el que las luminarias son colocadas en un solo lado del camino.

Arreglo opuesto. Arreglo de iluminación para calles en el cual las luminarias están ubicadas a los lados de la calle en un lado opuesto, la una de la otra.

Arreglo Spanwire. Iluminación para calles en el que las luminarias se suspenden alrededor del camino en cables transversos.

Campo visual. Área que se puede observar sin desviar la mirada.

Candela. Intensidad luminosa producida por 1/600 000 de metro cuadrado de un cuerpo negro radiante a la temperatura de solidificación del platino.

Coeficiente de luminancia promedio (Qo): medidor de la iluminación de una superficie de un camino definido en función del coeficiente de iluminancia (q) prorrateado sobre un ángulo sólido de incidencia de la luz.

Coeficiente de luminancia reducida (r). El producto del coeficiente de luminancia y cos3 ζ, donde : ζ ángulo de incidencia de la luz.

r = q cos3 ζ.

Confort visual. Grado de satisfacción visual producido por el ambiente visual.

Conos. Células receptoras retinianas. Tienen relación con la agudeza visual y la discriminación de colores.

Contraste. Relación de las luminancias de dos partes de un campo visual, que se expresa por la fórmula (L2-L1)/Lb, donde: Lb es la luminancia del fondo, también usada para indicar la base subjetiva de una diferencia de luminancia (C).

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Contraste de luminancia (C). Entre dos partes de un campo visual. La diferencia relativa de luminancia entre esas partes se da por:

C = (L1-L2)/L2. donde: L1: luminancia de la parte más pequeña (objeto),

L2: luminancia de la parte más grande (el fondo ó background).

Control. Es una característica de las luminarias. Está determinada por el valor del índice de luminaria específica (SLI), que indica el grado de control del deslumbramiento presente. Las luminarias se clasifican según el control en: rígido, moderado y limitado.

Cromaticidad. Cantidad de color de un estímulo definida en términos de las coordenadas en un diagrama planar, o por la combinación de la longitud de onda dominante y la pureza de la excitación.

Diagrama de escala de cromaticidad uniforme (UCS - Uniform Cromaticy Scale-). Es un diagrama bidimensional en el que las coordenadas son definidas con la intención de que las distancias iguales representen en lo posible iguales intervalos de discriminación de color para estímulos de color de la misma luminancia, a lo largo de todo el diagrama.

Diagrama de flujo luminoso zonal. Representación gráfica de la distribución de flujo luminoso de una lámpara o luminaria en la cual el flujo luminoso emitido en un cono es graficando contra el ángulo apex medio de ese cono.

Dimmer. Dispositivo que forma parte del circuito eléctrico y que permite variar el flujo luminoso de las lámparas de una instalación de iluminación.

Distancia de frenado del conductor. La distancia total recorrida mientras que el vehículo es detenido hasta el reposo, medido desde la posición del vehículo en el momento en que el conductor tiene la oportunidad de percibir que tiene que detener su vehículo.

Distribución de la intensidad luminosa simétrica rotacional de una fuente. Es la distribución de la intensidad luminosa que debiera ser representada rotando en torno a un eje, la curva polar de intensidad luminosa en un plano conteniendo dicho eje.

Divergencia de un bulbo. La extensión angular de un plano específico que contiene todos los vectores radiales de la curva polar de intensidad luminosa teniendo longitudes superiores a la fracción específica del máximo. Comúnmente, los valores usados en la fracción son 1/10 y 1/2. ( divergencias pico de 1/10 ó divergencias pico de 1/2).

Eje de bulbo. Es la dirección que pasa por el centro del ángulo sólido formado por direcciones que encierran intensidades luminosas del 90% de la intensidad luminosa máxima de una luminaria.

Espacio de color. Representación geométrica de los colores en el espacio, usualmente en 3 dimensiones.

Esparcimiento (spread). Es una cantidad característica de una luminancia, que indica la extensión en la que la luz es "esparcida" a través de la calle. Las luminarias se clasifican según el esparcimiento en: aguda, promedio, y amplio (broad).

Esterradian. [¨Sr]: medida de ángulos sólidos. Es el ángulo sólido que tiene un vértice en el centro de una esfera y que corta en la superficie de ésta un cuadrado de lado igual al radio de la misma.

Factor de aspecto. Aquella parte de la ecuación de iluminancia para una fuente lineal que se refiere al ángulo formado entre la fuente en un punto considerado y la distribución de intensidad de la fuente.

Factor de cruce (Cross factor). Característica de las luminarias. Indica las facilidades que ofrece una luminaria para ser utilizada bajo condiciones húmedas y de neblina.

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Factor de depreciación (DF). El recíproco del factor de mantenimiento.

Factor de luminancia ( β ) es un punto de un cuerpo que no genera su propia radiación, en una dirección dada, bajo condiciones de iluminación especificadas. Es la relación de la luminancia del cuerpo y un difusor transmisor o reflector perfecto, idénticamente iluminado.

Factor de mantenimiento. Relación entre la iluminancia promedio en el plano de trabajo después de un período especificado de uso de la instalación de iluminación y la iluminancia promedio obtenida bajo las mismas condiciones para una nueva instalación de edad preescrita.

Factor de pérdida de luz (LLF ó FPL). Es una característica de las luminarias. Es la relación del flujo total de una luminaria, medida bajo condiciones prácticas especificadas, y la suma de los flujos luminosos individuales de las lámparas operando fuera de la luminaria bajo condiciones especificadas.

Factor de producción de luminancia. Relación de la luminancia promedio, en candelas por unidad de área, y la luminancia promedio, en lux, de la instalación de iluminación de la calle.

Factor de utilización. Relación del flujo luminoso utilizado y el flujo luminoso emitido por las lámparas en las luminarias.

Factor especular (S1 y S2). Un factor que representa el grado de reflexión especular de una superficie de calle.

Factor especular corregido (S1´). Factor que representa el grado de reflexión especular de una superficie de calle húmeda.

Factor Luz-día. Relación de la iluminancia total en un punto del edificio, usualmente en un plano horizontal, recibida directa o indirectamente desde el cielo, y la iluminancia de un plano horizontal expuesto a un hemisferio sin obstruir del mismo cielo. La luz solar directa se excluye de ambas mediciones.

Factor zonal. Factor por medio del cual la intensidad luminosa principal sobre una zona de anchura angular dada es multiplicada para determinar el flujo luminoso zonal en esa zona, e igual al ángulo sólido contenido en la zona.

Iluminación de emergencia. La parte de la iluminación prevista para mostrar la ruta de escape que puede efectivamente usarse para casos de falla del sistema.

Iluminación de cornisa. Sistema de iluminación utilizando fuentes de luz acorazadas por un panel paralelo a la pared y fijado al cielo, y distribuyendo luz sobre la pared.

Iluminación de cueva. Sistema de iluminación basado en fuentes de luz acorazadas por medio de una lámina o pantalla, distribuyendo luz sobre el cielo y la parte superior de la pared.

Iluminancia mantenida. Iluminancia promedio sobre la superficie referencia en el final del ciclo de mantenimiento completo. Es el mínimo valor en el que la iluminancia puede caer.

Iluminación Valance o Pelmet. Sistema de iluminación basado en fuentes de luz encorazadas por un panel paralelo a la pared en la parte superior de una ventana.

Incremento del Umbral (TI- Threshold Increment). Número que indica el grado en el que se controla el deslumbramiento deshabilitante.

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Índice de aposento. (K -room index). Número codificado que representa la geometría del aposento, usado en el cálculo del factor de utilización o de la utilancia. Salvo que se indique lo contrario, el índice del aposento está dado por:

K = (lxb)/(hx(l+b)), donde: l: longitud del aposentob: ancho del aposentoh: distancia entre las luminarias y el plano de trabajo.

Índice de cavidad del cielo. Está dado por la fórmula:

K = (lxb)/(hx(l+b)), donde: l: longitud del aposentob: ancho del aposentoh: distancia entre el cielo y las luminarias.

Índice de luminaria específica (SLI - Specific Luminarie Index). Una cantidad que indica la factibilidad de control de deslumbramiento de una luminaria.

Índice de salón. Usualmente LW/Hm (L+W) para un salón de longitud L, ancho W y altura de montaje Hm de luminarias sobre el plano de trabajo.

Intensidad luminosa. Intensidad energética o flujo emitido en watts/seg por un foco luminoso dentro de un ángulo sólido de un esterradian.

Intensidad pico. Intensidad luminosa de una luminaria en la dirección del eje del bulbo.

Lámpara spot. Un proyector pequeño que ofrece luz concentrada con una divergencia comúnmente no mayor a 20°.

Lente. Medio de refracción que tiene una o ambas superficies curvas.a. Cóncava. Lente que tiene el poder de hacer divergir los rayos de luz, que se conoce como

lente divergente o negativo (-).b. Convexo. Lente que tiene el poder de hacer converger los rayos de luz y llevarlos a un foco,

conocido como lente convergente, o de aumento (+).c. Cilíndrica. Segmento de cilindro cuyo poder de refracción varía en diferentes mediterráneos.

Lovre. Pantalla hecha de componentes opacos o traslúcidos, y dispuestas geométricamente para prevenir que las lámparas puedan ser vistas directamente desde un ángulo conocido.

Lovre lamallae. Es una lovre o pantalla cuyos elementos acorazados están ubicados en forma de rectas franjas de material opaco o traslúcido.

Lumen. Unidad de flujo luminoso [¨lm], equivalente al flujo emitido en un esterradián por una fuente de luz uniforme y puntual de intensidad de una candela, situado en el vértice del ángulo sólido.

Luminancia o brillo. Intensidad luminosa de una superficie por unidad de área aparente que tiene la misma por el observador alejado de ella. Se mide en unidades: stilb, nit, blondel.1 stilb = 1x104 cd/m2.1 nit = 1 cd/m2.

Luminancia velada equivalente. Es la luminancia que debe agruparse por superposición, a la luminancia de ambos (fondo adaptado y objeto) para hacer la diferencia de luminancia en la ausencia de deslumbramiento deshabilitante, así como el deslumbramiento experimentado bajo la presencia de deslumbramiento deshabilitante.

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Luminaria pendiente o colgante. Luminaria provista con una cuerda, cadena, o tubo que permite que sea suspendida del cielo u otro soporte.

Luminaria de seguridad aumentada. Luminaria sellada que satisface las regulaciones para usarlas en situaciones donde hay riesgo de explosión.

Lux. Unidad de cantidad de iluminación [¨lx], equivalente a la iluminación uniforme de una superficie que recibe un flujo luminoso de 1 lm/ m2. 1 lx = 1 lm/ m2 = 0.0929 bujía-pie.

Luz. Radiación emitida por efecto de incandescencia o por luminiscencia que ilumina las cosas y las hace visibles.

Marca de control del deslumbramiento. Es un número que denota el grado en el que el deslumbramiento de disconformidad es controlado.

Orientación visual. La totalidad de las mediciones tomadas para ofrecer al usuario de la vía, una figura o imagen no ambigua y reconocible inmediatamente del curso de la ruta adelante.

Pantalla. Esa parte de la luminaria que fue diseñada para prevenir que la lámpara pueda ser vista directamente desde un cierto rango de ángulos.

Proyección (Overhang). Distancia horizontal entre la línea vertical que pasa por el centro de la luminancia, y el Kerb más cercano de la calle.

Radiación. Emisión de ondas electromagnéticas de partículas atómicas o de rayos de cualquier índole. Puede ser de naturaleza electromagnética (ondulatorias) o de emisión y propagación rectilínea (corpusculares). En general se considera que todo tipo de radiación se debe a la propagación simultánea de un campo magnético y un campo eléctrico perpendiculares entre sí que viajan a la velocidad de la luz (3x108 m/s), y sólo difieren en la frecuencia y la longitud de onda, cuyo valor determina sus características.

Radiación coherente. Tipo de radiación que consiste en ondas ordenadas regularmente, monofásicas o superpuestas sistemáticamente ordenadas. Es del tipo de radiación que se aplica para rayos Laser.

Rayo visual. Línea recta que va del ojo del observador al objeto observado.

Razón Kerb. Relación entre la iluminancia promedio de la ruta de campo de un ancho especificado y la iluminancia promedio del mismo ancho de una ruta adyacente.

Relación de uniformidad de iluminancia para un plano dado. Es una medida de la variación de iluminancia sobre el plano expresado como:-relación de las iluminancias mínima y máxima-relación entre las iluminancias mínima y promedio.

Relación directa. Se refiere a la instalación de iluminación de un interior. Es la relación entre el flujo directo sobre el plano de trabajo y el flujo justo debajo de las luminarias.

Relación espaciamiento / altura de montaje. Relación de espaciamiento entre centros de luminarias adyacentes y su altura de montaje sobre el plano de trabajo.

Tasa de mortalidad. La cantidad de horas de operación transcurridas antes de que cierto porcentaje de las lámparas fallen. Es un dato proporcionado por el fabricante.

Temperatura de color. Temperatura para un radiador completo que emite radiación de la misma cromaticidad que el radiador considerado.

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Temperatura de color correlacionado. La temperatura (en Kelvin) del radiador plankiano que percibe el color más cercano que un elemento dado al mismo brillo y bajo condiciones de observación especificadas.

Tiro (throw). Es una característica de las luminarias que indica la extensión en la cual la luz es lanzada en toda la dirección longitudinal de la calle. Las luminarias se clasifican según el tiro en: corto, intermedio y largo.

Tonalidad. Es un atributo de la sensación visual en función de la cual aparece un área similar a alguno de los colores percibidos: rojo, amarillo, verde y azul, o una combinación de dos de ellos.

Troffer. Es una luminaria grande y fija, usualmente instalada con su salida abriendo con el cielo.

Umbral de luminancia. La luminancia más baja de un estímulo que permita que sea percibido.

Uniformidad longitudinal (Ui). Relación entre las luminanacias mínima y máxima, a lo largo de una línea paralela al eje de la calle a través de la posición del observador.

Uniformidad general (Uo). La relación entre la luminancia mínima y la promedio sobre el área de calle considerada.

Visión. Habilidad del ojo para formar una imagen de un objeto y enviarla a los centros de visión del cerebro (cortex visual).

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La Visión Humana.

El ojo humano.

El ojo, también llamado globo ocular es uno de los órganos más importantes del cuerpo humano, ya que por medio de éste se puede observar nuestro alrededor. Con la ayuda de éste excepcionalmente sensitivo medio para capturar imágenes, se puede detectar la forma, color, tamaño, distancia, y movimiento de los objetos que están a nuestro alrededor.

Anatómicamente, podemos hablar que el cuerpo humano consta de varios aparatos u órganos, entre los cuales, está el aparato visual, que está formado por:a. los ojos,b. una serie de órganos anexos (con misiones secundarias de protección, movimientos y otros), y que

se encargan en forma conjunta de recoger a través de los ojos la información visual del exterior y transmitirla al cerebro para su elaboración.

El globo ocular es una cápsula esférica de unos 23 mm de diámetro aproximadamente, constituida por varias capas que se disponen como una envoltura externa y un contenido.

Las partes del ojo.

Fig. N°1: El ojo humano y sus componentes.

Esclerótica.La Esclerótica o blanco del ojo, es la membrana dura más externa que mantiene la forma del ojo y contribuye a la protección de las delicadas estructuras ópticas. En su porción anterior está, como incrustada, una ventana convexa y transparente, llamada córnea, a través de la cual la luz penetra en el interior del ojo.

Coroides. Debajo de la Esclerótica está la coroides, de color negro, en forma de tupida malla de vasos sanguíneos, cuya misión es alimentar las estructuras oculares internas: adelante, la coroides sufre una transformación y se convierte en una cortina en forma de diafragma con un orificio en el centro (llamado iris) y de la intensidad de su pigmentación depende el color de los ojos. Su orificio central es la pupila, cuyo diámetro

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puede modificarse gracias a la capacidad del iris para dilatarse y contraerse, a fin de regular la cantidad de luz que entra en el ojo.

Retina.Es la capa más interna del globo ocular. Es una membrana transparente compuesta de numerosas células fotosensibles encargadas de recibir los estímulos luminosos y transmitirlos a través de sus terminaciones nerviosas al cerebro. Estas células fotoreceptoras son de dos tipos: conos y bastones.Los conos funcionan mejor con luz diurna y están especializados en la visión de los colores. Los bastones, más numerosos, funcionan con luz crepuscular o de noche. La distribución de estas células es irregular, ya que los conos son más abundantes en la porción central de la retina o mácula lútea, y los bastones abundan en la periferia. Cuando conos y bastones son estimulados por la luz, los impulsos que en ellos se generan son transmitidos al cerebro a través de las fibras nerviosas de unos y otros que confluyen para formar el nervio óptico. Los estímulos de los conos y bastones hacen que proceda un proceso electroquímico que produce los pulsos eléctricos que son transmitidos al cerebro.

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Fig N° 2: Partes del ojo humano y mácula lútea

El nervio óptico sale del ojo por su parte posterior y su arranque es apreciable en el fondo de éste como una pequeña depresión llamada papila óptica. Los científicos que han estudiado la efectividad del estímulo de luz externa cuando es vista por la pupila, miden la iluminancia retinal, para lo cual usan la unidad de medida troland.En general, para campos uniformes, la iluminancia retinal en trolands, es igual al producto de la luminancia de la superficie externa en cd/m2 y el área de la pupila en mm2.

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Cristalino.Es una lente convexa que está detrás del iris, transparente, mantenida en su posición por medio de unas fibras que actúan como tirantes y cuyo conjunto se llama zónula de Zinn. Estas pequeñas fibras se insertan, por un lado, en el ecuador del cristalino, y por el otro lado, en el cuerpo ciliar, que es un engrosamiento de la porción anterior de la coroides por detrás del iris.

Fig. N°3: Apariencia exterior del ojo.

Humor acuoso.Es el líquido transparente que está contenido en el volumen que queda entre la cámara anterior(espacio que queda entre la córnea y el iris) y la cámara posterior (espacio que queda entre el cristalino y el iris).De él depende la tensión ocular.

Vítreo.Es el líquido transparente de aspecto gelatinoso que está contenido en el volumen que queda en el otro espacio detrás del cristalino., se le llama también humor vítreo.

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Estructuras adyacentes al globo ocular y que son el complemento del aparato visual.

Fig. N° 4: Corte del ojo mostrando el aparato lacrimal y otros.

Órbitas.Los ojos se alojan en las órbitas, que son cavidades óseas situadas a ambos lados del cráneo,. Las órbitas tienen forma de embudo y su misión es la protección de los ojos, que cuentan además, con una capa de grasa a su alrededor que sirve de colchón protector entre ellos y las duras paredes óseas de la órbita.

Párpados.La parte anterior del ojo está protegida por pliegues músculo - cutáneos, llamados párpados, superior e inferior, rematados por varias filas de pelos, llamadas pestañas, cuya misión es proteger el ojo contra la luz, el polvo, y los cuerpos extraños. En su continuo movimiento, el parpadeo, actúan como limpiaparabrisas barriendo el polvo de la superficie de la córnea, y la lubrican y humedecen extendiendo sobre ella una película lagrimal. El espacio entre ambos párpados se llama hendidura palpebral.

Conjuntiva.Los párpados en su parte interna y la porción anterior del ojo, con excepción de la córnea, están recubiertos por una membrana transparente surcada por algunos vasos sanguíneos llamada conjuntiva, cuya función es igualmente, proteger las superficies del ojo expuestas a la intemperie.Los párpados, la porción anterior del ojo, y la córnea, forman una especie de recipiente, llamado la cuenca lagrimal, bañado continuamente por las lágrimas.

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Aparato lacrimal.Las lágrimas son un líquido acuoso, que se forman en la glándula lacrimal situada por debajo del párpado superior, cuya función es mantener la humedad de la superficie anterior del ojo.La lágrima contiene, además, ciertas enzimas defensivas contra las infecciones como la lisozima. Las lágrimas desaguan por los puntos lagrimales, situados en el ángulo interno de ambos párpados. Por medio de éstos orificios pasan a los canalículos y luego al saco lagrimal, y finalmente a través de otro conducto se vierten en la fosa nasal, donde se mezclan con la secreción nasal. Existen otras secreciones que se mezclan con las lágrimas para formar la película lacrimal, como lo son la secreción sebácea de las glándulas de Meibomio, y la secreción mucosa producida por la propia conjuntiva.

Músculos.Son los músculos que proporcionan al ojo su movimiento en odas las direcciones de la mirada.En cada ojo, los músculos se insertan por un extremo, en la esclerótica, y por el otro, en el vértice de la órbita. En cada ojo suman cuatro músculos llamados rectos (superior, inferior, interno y externo) y dos llamados oblicuos (superior e inferior). La combinación de sus acciones permite el movimiento de los ojos en cualquier dirección, con la peculiaridad de que los movimientos de ambos ojos son sinérgicos, o sea, se mueven en forma simultánea y en la misma dirección, permaneciendo siempre sus ejes paralelos.

Vías ópticas.Vías por medio de las cuales los ojos transmiten su información al cerebro. De la parte posterior del globo ocular arranca el nervio +óptico, constituido por las fibras nerviosas de las células fotosensibles de la retina. Los dos nervios ópticos se introducen en el cráneo a través de los agujeros ópticos, situados en el fondo de cada órbita. Ya en el interior del cráneo, la mitad de las fibras de cada nervio óptico pasan al otro lado, formando una especie de puente nervioso llamado quiasma.Las fibras no cruzadas, junto con las procedentes del otro lado, forman un nuevo cordón nervioso llamado cintilla óptica, que continúa su camino ramificándose hasta llegar al área visual del lóbulo occipital del cerebro, donde los impulsos visuales se transforman en imagen.

¿Cómo funciona el ojo?

El proceso visual consiste en que los estímulos luminosos recogidos por el ojo son conducidos al cerebro, donde se transforman en sensaciones visuales.

La primera etapa del proceso, una vez que la luz entra al ojo hasta llegar a la retina, el ojo se comportan como un sensor óptico, como lo es una cámara fotográfica, aunque es obvio que el ojo humano es muy superior a cualquier sistema óptico creado por el hombre.

Fig N° 5: Respuesta del ojo

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En ésta figura se muestra la respuesta real del ojo humano a los estímulos de la luz exterior.

Los rayos de luz entran al ojo y para llegar al a retina pasan por varios componentes todos ellos transparentes, y así, la imagen fijada por el ojo alcanza la mácula lútea. La imagen aquí llega reducida de tamaño e invertida gracias al sistema óptico que forman los medios trasparentes o de refracción.La imagen invertida es conducida por las terminales nerviosas hasta el cerebro. El cerebro interpreta estas imágenes invertidas para que se puedan ver los objetos en posición normal.

Pero, para que éste proceso pueda cumplirse, es necesario la intervención de varias funciones visuales, a saber:

Acomodación. Consiste de un sistema de enfoque por medio del cual podemos ver con la misma nitidez los objetos situados a distancia y los objetos próximos.Cuando el ojo se acomoda para ver objetos lejanos, la pupila se dilata para que entre en el ojo una mayor cantidad de rayos de luz. La dilatación pupilar se llama midriasis. Cuando las fibras musculares del iris se contraen (proceso llamado miosis), la pupila se estrecha, como cuando el ojo se acomoda para ver objetos próximos. Sin embargo, el órgano del que depende principalmente la acomodación es el cristalino. El músculo ciliar al contraerse o relajarse permite aflojar y aumentar, respectivamente, la tensión de las fibras de la zónula que sujetan al cristalino, modificando así el grosor y la forma de la lente. Al contraerse el músculo ciliar relaja las fibras zonulares y produce aumento de convexidad de la cara anterior del cristalino, así el ojo puede enfocar objetos próximos.La relajación del ciliar produce lo contrario y en consecuencia el ojo puede enfocar objetos lejanos.

Visión cromática. Es la capacidad de discriminación de los colores, y reside en las células fotosensibles de la retina llamadas conos. La relación entre cantidad de conos y bastones (las otras células fotosensibles del ojo) es de 1 cono por cada 20 bastones, y están especialmente capacitadas para funcionar con luz diurna y distinguir colores. La mayor concentración de cono está en la zona central de la retina, donde la agudeza visual y la sensibilidad a los colores es mayor. La capacidad de diferenciar colores se entiende que se explica por la existencia de tres familias de conos sensibles al rojo, al verde y al azul. De la mezcla de los estímulos de estos tres tipos de conos se obtendría el resto de los colores.

Adaptación a la oscuridad. Así como los conos cumplen el papel de hacer posible la visión diurna, el de los bastones es el de hacer posible la visión nocturna, o sea visón en penumbra (poca luz) y la adaptación a la oscuridad.Esta facultad de los bastones es debida a la sustancia que contienen llamada púrpura retiniana, que se descompone con la luz y se regenera mediante un complicado proceso químico y en el cual tiene un papel importante la vitamina A. La idea es que esa descomposición y regeneración de la púrpura retiniana, libera la suficiente energía para producir el estímulo visual.El proceso de regeneración requiere de un corto tiempo, que es el necesario para que el ojo se adapte de un ambiente iluminado a otro oscuro, y viceversa. Para adaptarse a la oscuridad el ojo aumenta la producción de púrpura, y para adaptarse de nuevo l ambiente iluminado, necesita descomponer una gran cantidad de púrpura (debido al deslumbramiento que se ocasiona).

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Fig N° 6: Adaptación a la oscuridad y efectos fisiológicos del estímulo luminoso.

Aquí se muestra como responde el ojo humano ante la oscuridad y ante la luz en general.

Visión binocular. Es la capacidad de ver la misma imagen con los dos ojos, pero que desde distinto ángulo nos da la posibilidad de tener visión estereoscópica. Esto nos permite orientar nuestros movimientos en profundidad y para medir distancias.

Fig N°7: Visión binocular.

Campo visual.Aunque la mácula lútea es la región de la retina en donde tenemos la máxima capacidad de visión, el resto de la retina también tiene la capacidad de ver, aunque con menos agudeza. Por eso, cuando miramos fijamente a un objeto, también estamos viendo, aunque más difuminado, todo su entorno. El conjunto de lo que el ojo puede abarcar con un solo golpe de vista constituye el campo visual y es también sumamente importante para la orientación.

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Teoría de la Luz.

El rayo de Luz, sus características y su comportamiento.

La luz es una forma de radiación que puede pasar de un medio a otro sin necesitar para ello la existencia de una sustancia entre ambos medios.

Este tipo de radiación se caracteriza porque la energía fluye en líneas rectas (salvo cuando es interceptado por otro medio) en todas las direcciones a partir de su fuente.Aunque hace muchos años atrás, se consideraba a la luz como un tipo de radiación que se comportaba como una "lluvia de partículas" energéticas, hoy sabemos que más bien, la luz tiene un comportamiento ondulatorio, y que la luz visible es una angosta franja del espectro electromagnético.

El espectro electromagnético.

Fig. N°8: El espectro electromagnético.

En la anterior figura se muestra el intervalo del espectro electromagnético tal y como se conoce hasta hoy. Se desprende de las ecuaciones de Maxwell que todas estas ondas tienen la misma naturaleza y rapidez, y sólo difieren en su frecuencia (longitud de onda). f = 1/.Los nombres que reciben las diferentes franjas o bandas, responden a las técnicas experimentales para producir y detectar las ondas correspondientes.

Así, la muy angosta banda del rango 4.0x1014 Hz a 7.5x1014 Hz, se conoce como el "espectro visible" porque es la banda del espectro electromagnético que excita nuestro ojo, y éste interpreta con toda la gama de colores existentes (la luz roja es el extremo inferior = 4.0x10-7 m y la luz violeta es el extremo superior = 7.5x10-7 m ). Según Maxwell f = c, con c = 3x108 m/s.Las longitudes de onda de la luz visible se midieron a principios del siglo XIX.

Propagación de la luz. La luz y las ondas electromagnéticas viajan en el vacío a la velocidad c = 3x108 m/2. Si estas pasan por un medio, su velocidad disminuye en un factor denominado índice de refracción del medio.

= f, donde: : velocidad, f: frecuencia, y : longitud de onda.

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Cuando las ondas pasan de un medio a otro, la frecuencia no cambia, pero si la velocidad, debido a un fenómeno llamado refracción.En la frontera entre dos distintos medios, las ondas luminosas se dividen en dos grupos, uno de ellos es reflejado hacia el mismo medio del que proviene, y el otro es refractado hacia el segundo medio.

Ley de reflexión y refracción de la luz. Reflexión. Rechazo del rayo de luz por la superficie que separa el medio en que se propagan de otro medio en el cual la velocidad de propagación es diferente del primero.

Figura N°9: Efecto de la reflexión y refracción de la luz cuando hay un cambio de medio, o de densidad en el mismo medio.

Según la ley de Descartes: = ´: donde: : ángulo de incidencia, ´:ángulo de reflexión, : ángulo de refracción.El efecto de la reflexión sobre el rayo incidente por lo general tiene como consecuencia una polarización alta (concentración) de la luz.

Refracción. Cambio de dirección que sufre un rayo de luz al pasar de un medio a otro, o en el mismo medio, de una zona a otra de densidad diferente.

, donde: : ángulo de incidencia, : ángulo de reflexión,y entonces:

sen = , donde : índice de refracción.

sen

En el caso de la reflexión, el rayo incidente y el rayo reflejado se rigen por las siguientes reglas:1. El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal (perpendicular al plano donde el rayo incidente

choca con la frontera entre los medios) pertenecen al mismo plano.2. Los rayos incidente y reflejado hacen ángulos iguales con respecto a la normal y no forman lados

opuestos a ellos.3. La porción de energía del rayo incidente que se traslada al rayo reflejado depende, entre otras

cosas, de la relación entre los índices de refracción de ambos medios y del ángulo de incidencia.En el caso de la refracción, el rayo incidente, el rayo refractado y la normal, se rigen por las siguientes reglas:

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1. El rayo incidente, el rayo refractado y la normal pertenecen al mismo plano.2. Si el rayo incidente está en un medio de índice de refracción 1, y hace un ángulo respecto a

la normal, y el rayo refractado está en un medio de índice de refracción 2 y hace un ángulo respecto a la normal, entonces su relación es:

1, sen = 2 sen (ley de Snell)

Concepto de reflexión total.Cuando el 1 de un medio >> 2 de otro medio, por ejemplo, paso de vidrio al aire; de la ley de Snell:

Si 1 >> 2 se aproxima 2 = 0, es decir, no hay rayo refractado, y se dice entonces que la reflexión es total.

Este concepto es muy útil para la fabricación de binoculares, señales reflectivas, alarmas luminarias y fibra óptica, en donde la luz es canalizada por fibras que hacen curvas en ciertos tramos, y si existiera la refracción, las pérdidas de energía e información harían imposible una transmisión satisfactoria.

Dispersión.Es el efecto que produce la descomposición de un rayo en diferentes longitudes de onda, lo cual ocurre porque los índices de refracción dependen de la longitud de onda del material.Este efecto es importante en el estudio de colores y en el diseño de instrumentos ópticos.

Absorción y Esparcimiento.

Si el rayo de luz viaja por el vacío perfecto, este no sufre pérdidas de energía. Sin embargo, en la realidad esto no es así, por lo que el rayo de luz sufre pérdidas principalmente, debidas a efectos conocidos como absorción y esparcimiento.

La absorción es la conversión de luz en otra forma de energía, usualmente calor, pero que puede reconvertirse en radiación de variadas longitudes de onda (fluorescencia), o en energía eléctrica (celdas fotoeléctricas), o energía química (fotosíntesis).Si el medio por el que viaja la luz es homogéneo (densidad constante), las pérdidas de intensidad de un bulbo de luz paralelo de una longitud de onda en particular, experimenta un decaimiento que se describe por la expresión:

i = io e (-ax) donde: io: intensidad inicial del bulbo.x: distancia de travesíaa: coeficiente de absorción lineal (es función de "x" del medio).

Si el medio es transparente, "a" tiende a ser muy bajo, y entonces io >>i, por lo que "x" tiende a ser muy grande.En cambio, si el medio es opaco (metales), "a" es muy grande, lo que significa que i 0 para "x" muy pequeños.Sin embargo, en ciertos materiales, "a" es considerablemente diferente para diferentes "x" del espectro visible, y por eso para esos materiales se utilizan como "filtros de color".Bajo ciertas condiciones específicas, "a" < 0, lo cual quiere decir que la intensidad de la luz se incrementa. Este es el principio del rayo laser.

El esparcimiento ocurre en medios no homogéneos y es ocasionada por las innumerables superficies colocadas en forma aleatoria en las fronteras del medio, ocasionando múltiples reflexiones y refracciones. Por ejemplo, en medios como neblina y nubes ocurren múltiples reflexiones y refracciones debido a la compleja composición del aire del ambiente.

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Transmisión y reflexión difusas: la ley de los cosenos.

Cuando un rayo de luz incide en un medio distinto que tiene irregularidades comparables o mayores a su longitud de la luz, habrá un rayo reflejado o refractado a lo sumo. No obstante, la energía del rayo de luz se esparcirá en todas las direcciones a partir del punto de incidencia, tal como en el caso del esparcimientoLa luz que retorna al medio del que proviene el rayo incidente, se llama reflexión difusa, y aquella luz que pasa a través del segundo medio, se llama transmisión difusa.En general, la distribución angular precisa de la luz transmitida y reflejada depende del ángulo de incidencia del rayo en la superficie e incluso en la naturaleza de la textura de la superficie. En superficies de granulado muy fino, la reflexión puede darse incluso en ángulos de 90°.Para hacer posibles los cálculos, se modela un difusor uniforme, que es aquel difusor en el que la distribución de la luz reflejada es independiente del ángulo de incidencia del rayo de luz, y la intensidad de la luz reflejada en una dirección haciendo un ángulo con la normal a la superficie es proporcional a cos .Aunque éste modelo no corresponde con la realidad, es una buena aproximación, que incluso puede aplicarse a la transmisión difusa.

Polarización.Para entender éste fenómeno es necesario imaginarse un caso en el que una onda generada por una carga eléctrica vibrante. Recuérdese que una carga estática es rodeada por un campo eléctrico y que se expresa como líneas de fuerza saliendo en línea recta en todas direcciones. Si la carga eléctrica vibrante (que se comporta físicamente como una carga estática) se mueve repentinamente una corta distancia, las líneas de fuerza , al mantenerse atadas a la carga, su desplazamiento será en el sentido del movimiento de la carga a la velocidad de la luz. Así, una carga vibrante produce ondas que viajan a lo largo de las líneas de fuerza eléctrica como ondas en una cuerda delgada. Como en el caso de las ondas electromagnéticas, la componente de la onda está en el plano definido por la dirección de la propagación y la dirección de vibración de la carga, así también, un rayo de luz, se dice que está polarizado linealmente cuando todas las componentes eléctricas de las ondas están en el mismo plano, es decir, en el plano de vibración.El ángulo que se forma entre el plano de vibración y cualquier dirección arbitraria, por ejemplo, la vertical, se llama ángulo de polarización.

Aunque la mayoría de las fuentes de luz generan luz sin polarizar, éstas pueden polarizarse al hacer pasar la luz por filtros polarizadores, por ejemplo, un cristal o arreglo de cristales.

Algo interesante de la luz polarizada es que la intensidad del rayo reflejado de una superficie dieléctrica especular, tal como un vidrio, depende del ángulo formado entre el plano de vibración de la luz y la normal a la superficie. Cuando ambos planos son coincidentes y el ángulo de incidencia de la luz es tal que el rayo refractado existe en ángulos derechos hacia el rayo reflejado, la intensidad del rayo reflejado es cero, o sea no hay reflexión. En este caso, el ángulo de incidencia se llama ángulo brewster : arctan (2 /1). Por ejemplo, para un rayo que pasa del aire a vidrio, el ángulo brewster es 56°19´.Si el rayo de luz no polarizada incide en la superficie con un ángulo igual al brewster, la luz reflejada se polariza linealmente en un plano a ángulos derechos al plano de incidencia. Así, calcular la intensidad de la luz luego de dos o más reflexiones se vuelve muy complicado.

La polarización en conjunto con la reflexión se usan para reducir el resplandor o deslumbramiento (glare del inglés) y preparar el contraste en escenas iluminadas.

En superficies horizontales (mesas y tableros pulidos, o papel satinado) dará menos reflexión especular si la luz incidente es polarizada en el plano vertical. Es por eso que las luminarias deben diseñarse para aprovechar éste factor. Una buena idea para lograr esto es, usar un número de superficies paralelas planas debajo de la fuente de luz de modo que la luz transmitida al ángulo brewster o a un ángulo cercano a éste, serán desviadas de la componente horizontal polarizada.

Interferencia y Difracción.

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Aunque la naturaleza ondulatoria de la luz no genera casi ningún efecto utilizable para aplicaciones de iluminación, sí existen dos efectos que tienen usos tecnológicos: interferencia y la difracción.

La interferencia es aquel fenómeno que resulta del paso de dos o más ondas por un mismo punto, en el cual se combinan o sobreponen sus efectos. En el caso de los rayos de luz, la interferencia constituye una prueba de la naturaleza ondulatoria de la luz,. La prueba consiste en utilizar dos haces de luz coherente provenientes de la misma fuente de luz, para lo cual se utilizan dos espejos que formen un ángulo muy obtuso y proyectan un una misma pantalla la luz monocromática que sale por una rejilla finísima y paralela a la intersección de los espejos. Así, se observan en la pantalla franjas de interferencia alternativamente luminosas y obscuras.

Una aplicación actual de la interferencia es en los filtros dicroicos que se usan para reflejan o transmiten ciertas partes seleccionadas del espectro.

Fig. N° 10: Fenómeno de Interferencia

Difracción. Fenómeno que hace que las ondas luminosas, acústicas o electromagnéticas, contornean los cuerpos como si no se propagaran en línea recta. Cuando se ilumina un cuerpo opaco con un manantial o fuente de luz muy fino, la sombra de dicho cuerpo presenta en su contorno una serie de franjas alternativamente claras y oscuras. Esto se debe al hecho de que la parte OP de la onda luminosa OO´, que no ha sido interceptada por el obstáculo, experimenta vibraciones que la convierten en cierto modo en un nuevo foco de luz. Así un punto K situado detrás del cuerpo opaco podrá ser iluminado. En cuanto a la formación de franjas, resulta de fenómenos de interferencia.La difracción limita los instrumentos de óptica. Por ejemplo, un punto luminoso visto con un microscopio nunca es un verdadero punto sino una manchita, con lo cual en cuanto sea mayor el aumento, más borrosas se ven las imágenes.

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Fig. N° 11: Fenómeno de Difracción de un rayo de luz.

Flujo radiante (e): Es igual a la potencia total (Watts) de radiación electromagnética emitida o recibida (incluyendo los componentes luminosos y los no visibles).

Eficiencia radiante (e): Relación entre flujo radiante emitido y potencia consumida (Watts)

Flujo luminoso (v ): se dá en unidades Lumens - lm.

K = (e)/ (v ) donde K: eficiencia luminosa de la radiación.

Fig N° 12: Sensitividad del ojo

De la fig N° 12, la máxima K posible (Km) es = 555 nm.Experimentalmente se determinó que Km = 680 lm/W.

Eficiencia luminosa ( ) :

= K / Km = ( (0 -) e , () d) / ( (0 -) e , () d), con: e , : intervalo de longitud de onda del flujo radiante por unidad.

Sin embargo, en la práctica es más común, la medición directa del flujo luminoso total, usando foto celdas, y en caso necesario, el flujo radiante puede medirse con la ayuda de sensores como la termopila. Estas mediciones son de competencia de la fotometría y la radiometría.

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Iluminancia (E): la iluminancia en un punto se define como igual al flujo luminoso () incidente en un elemento de la superficie que contiene el punto dividido por el área (A) del elemento.

E = / A Lux = lm/m2.

Intensidad luminosa del punto fuente (I)

Fig N° 13: Cálculo de intensidad luminosa.

Sean: S: fuente de luzP: superficie plana: flujo luminosoA: área del elemento iluminado: ángulo sólido.

I = / = cd = lm/Sr. con : flujo luminoso, y : ángulo sólido. Sr: esterradianes.

Por lo general, I varía en función de la dirección de la luz emitida. Si la intensidad luminosa es uniforme en todas las direcciones, la fuente es uniforme, y su flujo emitido total es 4lm.

Las leyes de iluminación: Ley de los cosenos y ley de los inversos cuadrados.

E = I / A.

De la figura N° 13 se tiene que:

= A´/d2 donde: d: distancia entre la superficie (P) y la fuente (S).A´: proyección del área (A) en el plano perpendicular a la dirección de la fuente.

A´ = Acos : ángulo formado por la dirección de la fuente y la línea perpendicular a la superficie.

Así, E = I cos / d2 (ley de los inversos cuadrados de los cosenos)

Para el caso de fuentes multipunto : E = Ik cosk / dk2 , donde K: cada fuente puntual.

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Para el caso de fuentes de luz extendidas: E = I cos / d2, entonces integrando se tiene:

E = (cos / d2) dI, donde E: iluminancia de cada fuente principal,I: intensidad luminosa de cada fuente.

Luminancia.

Fig N° 14: Cálculo de iluminación con fuente extendida

Si A es un elemento de área de una fuente extendida, entonces su intensidad luminosa I vista en una dirección que forma un ángulo con la normal a la superficie es:

I = LAcos donde: L: luminancia del elemento fuente cd/m2, su radiación equivalente es la radiancia (Le).

La proyección de A sobre el plano perpendicular a la dirección vista es:A´ = A cos , de donde L = I/A´, y entonces: E = Lcos A´/ d2

y como A´/ d2 = , entonces: E = L cos

E = L cosd.

Luminancia standard o patrón.Esta se entiende como un cuerpo negro a la temperatura de solidificación del platino (2045 K) tiene una luminancia de 6x105 cd/m2 (60 cd /cm2), cuando se observa perpendicularmente a la superficie.

Fuentes difusas uniformes. Se definen como aquellas que tienen una luminancia constante para todas las direcciones visibles.En la realidad, esta dista mucho del comportamiento de las fuentes de luz reales, pero se asume así para facilitar su cálculo, así L= cte, y entonces:E = L cosd.

Los límites de ésta integral dependen de las fronteras de la fuente de luz como si fuera vista desde el punto desde donde será calculada la luminancia.

Excitancia luminosa (MV) : lm/m2, y la excitancia radiante (ME) : W/m2.La excitancia en un punto de la superficie es igual al flujo luminoso emitido total por unidad de área.

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MV = /A, donde :flujo total en toda direcciónA: elemento de área emisor del flujo.

Relación entre luminancia y excitancia luminosa.

Fig N° 15: Cálculo de iluminación con fuente difusa

Considérese la iluminancia E producida en la superficie superior de un hemisferio de radio "d" por una pequeña fuente uniforme de luminancia L y área S en su centro. Como la luz es incidente perpendicularmente a la superficie, entonces = 90°, y así cos =1, y :

E = I/ d2 y como la fuente es muy pequeña: I = LAcos , y así: E = LScos / d2.

Sea: = ESA = LS cos / d2 = d = LS (cosdA)/ d2. , y como dA =2 d2 sen d

= 2LS(0 a /2) sen cos d = LS.

Además, como el hemisferio intercepta todo el flujo emitido, = MV S MV = L.

Superficies iluminadas.Las superficies iluminadas absorben una porción de la energía de la luz incidente sobre ella y usualmente la convierten en calor. El restante de energía, que no es absorbida, es reflejada o transmitida.La superficie que refleja o transmite luz puede considerarse como una fuente secundaria siempre que la luz que emita contribuya a iluminar las superficies de los alrededores.El cálculo de iluminancia de un interior iluminado es muy complejo, debido a que todas las superficies de paredes, pisos y cielos contribuyen con múltiples refracciones y reflexiones, de manera que la emisión de flujo luminoso producido es mecho mayor que el flujo luminoso inicial. Luego de muchas reflexiones, la luz de la fuente primaria, al final, o es absorbida por las superficies o escapa por una abertura (ventanas, por ejemplo). Si no hubiese ventanas, eventualmente toda será absorbida.

Reflectancia (). Es la relación entre el flujo total de luz reflejado de una pequeña área de superficie entre el flujo total de luz incidente.

= MV / E.

La reflectancia está definida en el intervalo: = 0,....1. = 0 cuerpo negro (ideal); = ! reflector perfecto. Sin embargo, en la realidad nunca se dan estos extremos, ya que los valores reales más extremos son: = 0.01 (velvet negro), y = 0.98 (óxido de magnesio).

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Luminancia para superficies reflectoras.

L = E/ cd/m2.

Transmitancia (). Es la relación entre el flujo total transmitido y el flujo total de luz incidente alrededor de éste. + + = 1 donde: : transmitancia

: reflectancia: absorptancia.

Absorptancia. Relación entre la radiación absorbida por la superficie entre la energía total emitida sobre la superficie, expresado en porcentaje.

Vector de iluminación.

Fig N° 16: Vector de iluminación.

Iluminancia esférica principal o escalar. Es la iluminancia principal sobre la superficie de una pequeña esfera puesta en el punto en estudio.

ES = 1/4 L donde: : ángulo sólido de toda la fuente (no indica dirección de la iluminación).

Iluminancia cilíndrica principal. Es la iluminancia principal sobre el lado de un pequeño cilindro vertical ubicado en el interior.

EC = (I sen ) / ( d2)

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Fig N° 17: iluminación cilíndrica.

Se sabe que un observador humano está más consiente de la luz recibida desde una dirección horizontal que desde una dirección vertical. Hay pruebas que demuestran que eso significa que el brillo en general del interior de un edificio se correlaciona mejor con la iluminancia cilíndrica que con la iluminancia esférica.

Color.

Es la sensación o impresión que produce en el ojo que al percibir luz y que varía según su naturaleza propia y el modo en ques reflejada por los cuerpos.

Este efecto, viene siendo observado desde hace muchos siglos atrás. Por ejemplo, el arco iris ya cautivó a los científicos y filósofos desde hace miles de años.Newton, por ejemplo, demostró con sus estudios que, haciendo pasar un rayo de luz blanca por un prisma, permite descomponer la luz en todo su espectro de franjas de color.Newton también descubrió que la reflexión y refracción no alteran la frecuencia y longitud de onda de la luz, y que los colores producidos mediante la mezcla de longitudes de onda separadas, dan el mismo efecto visual de una longitud de onda intermedia, pero enfatizó que su composición espectral es diferente.

El tricromismo.Las pruebas prácticas del tricomismo se basan en dos principios de la colorimetría:

1. cualquier color de la luz puede ser imitado, o enfocado para observación visual, exactamente mediante la combinación de un máximo de tres longitudes de onda de luz espectral puras.

2. las relaciones aditivas en la mezcla de colores fueron encontradas para fijar una ancha gama de condiciones.

Los tres colores básicos son: rojo (R), verde (G) y azul (B). Cualquier mezcla de colores puede describirse mediante la relación:

C1(C1) R1R + G1G + B1B , donde: C1: estímulo luminoso a enfocar. Los términos R1, G1 y B1 son las componentes del estímulo.

Un color similar a C1(C1) puede ser C2(C2), cuya expresión es:

C2(C2) R2R + G2G + B2B, y si se mezclan ambos colores para obtener un tercer color, entonces:

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C1(C1) + C2(C2) R3R + G3G + B3B.

Es importante resaltar que la selección del color se fijará si el nivel de luminancia del campo de visión se altera. La evidencia experimental a la fecha, muestra que esas leyes aditivas fijan razonablemente bien para un campo visual de un ángulo de 2° de apertura al ojo, para cualquier relación para la mayoría de los propósitos generales. Esto significa que es posible construir colorímetros en los cuales probablemente una selección de color mediante la mezcla aditiva de tres estímulos seleccionados, idealmente bandas espectrales angostas de luz roja, verde y azul. El blanco puede obtenerse mezclando cantidades apropiadas de los tres estímulos seleccionados y ajustes de estas cantidades de colores intermedios entre blanco y el estímulo seleccionado. Los colores de prueba luego pueden especificarse en términos de las cantidades de estímulos seleccionados necesarios para la selección.

Sin embargo, la colorimetría, para poder simplificar su cálculo, y así de esa manera llevarlo a la práctica, se basa en un modelo cuyos postulados son:

a. La mayoría de los ojos tienen casi la misma respuesta al color.b. La selección se fija sobre la base de una amplia gama de condiciones de adaptación.c. Las condiciones de visión sobre las cuales el color de prueba es comparado con la

mezcla de estímulos seleccionados no afectan la selección.

Hay que reconocer que algunas personas sufren de diferentes degradaciones de su habilidad para percibir el color, aún entre los observadores "normales" no se puede asegurar uniformidad en la percepción. Sin embargo, para minimizar las consecuencias prácticas de éstas variaciones, se creó el dato del Observador Standard de CIE. (CIE - Comisión Internationale De L'Éclarirage- Comisión Internacional de Iluminación ).

El sistema RGB.Es obvio que el fundamento de la práctica de la medición del color está en el uso de un estímulo referencia similar a aquellos por medio de los cuales experimentos anteriores en la selección de colores se han usado.La ecuación de color se representa así:C(C) RR + GG + BB, que involucra la calidad del color (C). Así para un color seleccionado, las cantidades de luz en la ecuación anterior deben ser iguales y entonces:

C = R + G+ B.Dividiendo ambas ecuaciones, se tiene que : (C) rR + gG + bB, de donde:

r = R/(R+G+B), g = G/(R+G+B), y b = B/(R+G+B), y entonces:

r + g + b = 1.

Las ecuaciones de c y C(C) se llaman ecuaciones tricromáticas, R, G, y B son los valores triestimulantes y r, g y b son las coordenadas de cromaticidad de (C), las cuales se pueden graficar en un plano bidimensional llamado Diagrama de cromaticidad o triángulo de color.

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Fig N° 18: Triángulo del color

Con ésta figura, se puede aplicar el método de combinar tres estímulos con diferentes valores de estímulos de referencia en las esquinas del triángulo.Es un hecho experimental que, las longitudes de onda espectrales simples no pueden seleccionarse por cantidades aditivas de ningún estímulo real. Sin embargo, usando la técnica de desaturación, sus colores podrán ser seleccionados y recaen sobre la línea curva (P1) B(Q) GR(P2), que recibe el nombre de Locus del Espectro. Todos los colores reales están contenidos en el área encerrada por el locus del espectro y la cuerda (P1)(P2).Una considerable cantidad de colores reales quedan fuera del triángulo RGB real, porque resulta que su formulación está en términos de cantidades negativas de otros colores reales. Esto último no es muy satisfactorio en colorimetría, y como las mediciones dependen del colorímetro utilizado, fue necesario, entonces, que la CIE tomara convenciones respecto al Observador Standard y el Sistema de cromaticidad.

Así, el primer paso se dio en 1924, cuando se adoptó la función de eficiencia luminosa espectral (()), y se determinó que la máxima eficiencia luminosa del ojo es KM = 680 lm/W.

Luego, en 1931 la CIE adoptó valores de coordenadas de longitudes de onda (colores) en intervalos de 5 nm a lo largo de todo el espectro visible en términos de un selecto grupo de estímulos referencia.Se hicieron varios experimentos, y ello permitió determinar valores experimentales para r(), g(), y b(), cuya graficación se muestra en la siguiente figura:

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Fig N° 19: Coordenadas de color

Sin embargo, con esas coordenadas no basta para poder calcular las coordenadas del color de prueba de la fuente, sino que también se requieren las componentes de energía que cada longitud de onda tiene en R, G y B, cuyo cálculo es complicado y no se entrará a analizarlo.

Existen otros métodos, que van aportando modificaciones que fueron permitiendo una mejor aproximación al color calculado, tales como el método XYZ del CIE en 1931, el Observador Colorimétrico Standard de la CIE en 1964, escala de cromaticidad uniforme de CIE en 1960 y otros más.

Sin embargo, hay algunos aspectos que son necesarios retomar del desarrollo del CIE.

Fuentes e Iluminantes Standard.Con el objeto de establecer un patrón de calibración para los colorímetros, se seleccionaron 3 diferentes lámparas o filtros de lámparas, las cuales recibieron los nombres:

Iluminante Standard A. Para lámparas incandescentes, que corresponde a una lámpara llena de gas tungsteno, cuyo color de temperatura es 2856K (teórico) y 2790K (real).

Iluminante Standard B y C. Para lámparas a temperaturas superiores a 2856K. Si la temperatura de color llega hasta 4874K (tipo B) y hasta 6774K (tipo C).

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Fig N° 20: Comparación de distribución espectral de los tipos de iluminantes standard.

Iluminantes Standard Luz Día D. Es la más conocida y más ampliamente usada fuente de luz. La luz natural es la verdadera referencia para la selección de colores.

En 1967 la CIE recomendó una distribución de luz día a 6500K como un iluminante standard (D65) junto con un método para obtener distribuciones de potencia espectral para luz día a otras temperaturas de color en el rango 4000K a 25000K, cuyos valores son el resultado experimental de la medición de luz natural del cielo polar del norte.

Rendimiento de Color (Colour rendering). La gran variedad de luminarias para diferentes rendimientos luminosos y aplicaciones han permitido el estudio de las posibles variaciones de apariencia de superficies coloreadas en función de las diferentes fuentes de luz.

Para medir el rendimiento de color de las diferentes luminarias, la CIE estableció en 1967, una referencia de color (>5000K para lámparas fluorescentes).El rendimiento de color se mide según uno de los siguientes métodos:

a. Método NPL-Crawford. Consiste en la comparación de la distribución de potencia espectral de la fuente referencia con la fuente en estudio. El espectro se divide en 6 bandas. La iluminancia se integra en cada banda y se expresa como un porcentaje de la luminancia total. Ese porcentaje expresa una relación de referencia apropiada y su desviación respecto a la unidad. Toda desviación que supere el 10% se trata estadísticamente.

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Fig N° 21: Sistema NPL-Crawford

Aquí, en el ejemplo real, el número demérito es 114, lo cual significa que la lámpara experimentada (lámpara fluorescente) funciona excelente si está lejos de un objeto negro.

b. Método CIE. Se llama Índice de rendimiento de Color espectral Ri, que es una revisión que aumenta la precisión del método anterior.

Instrumentos y Standares de Medición. En la práctica de la fotometría y colorimetría, son de constante aplicación principios como: lámparas standard, temperaturas de color de los radiadores, y la utilización de instrumentos de laboratorio como: detectores de radiación, medidores de iluminancia y luminancia, fotómetros, medidores de flujo luminoso, y medidores de distribución de intensidad.

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Luminarias

Datos de Iluminación.El propósito de las luminarias es distribuir la luz en el ambiente. (los ambientes producen reflexiones y refracciones que hacen muy complicados los cálculos).Con el objeto de hacer el cálculo posible, es necesario hacer uso del computador, considerando así, todos los aspectos característicos del espacio a iluminar y, las luminarias a utilizar.La forma en como los fabricantes de luminarias presentan sus datos técnicos de los productos que ofrecen, varían según el uso o aplicación de éstos.Por ejemplo, se indican como números absolutos :

flujo luminoso total emitido, relación de salida de luz de la lámpara, o en información más compleja como tablas y gráficos:

distribución del flujo radiante en función de su longitud de onda, distribución de la intensidad (tabla donde se indica la intensidad según el ángulo azimuth y

elevación en intervalos de 10°).

Curvas Polares. Es una de las formas de información más populares. Este tipo de gráfico muestra la distribución de intensidad luminosa para una luminaria en particular. La distribución que se muestra es aquella que emite la luminaria hacia los alrededores de su eje de simetría en su plano vertical, en función de ángulos de apertura. Esta curva se dá en términos de candela por 1000 lumenes de flujo de la lámpara.

Fig N° 22: Curva polar del plano vertical de intensidad.

En esta figura se tienen dos diferentes lámparas A y B. De la observación de esa figura pareciera que A emite un mayor flujo luminoso que B. Resulta que aunque A tiene una mayor intensidad, su ángulo sólido es mucho menor que el ángulo sólido de B. Esta impresión errónea es una de las desventajas de estos diagramas. Otra desventaja es la pobre precisión cuando hay cambios de intensidad muy rápidos en función del ángulo, como en el caso de la luminaria A, por ejemplo.Aún así, este método de expresar la distribución de la intensidad luminosa, es el más usado para la mayoría de las luminarias existentes en el mercado. Para luminarias con altos puntos de concentración (spots) que emiten todo su flujo en un ángulo sólido pequeño, se prefiere usar el cálculo a base de coordenadas cartesianas y trigonometría, debido a la mayor precisión requerida.

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Las lámparas fluorescentes para interiores, no tienen simetría axial. Sin embargo, no hay diferencias dramáticas en la forma de los diagramas polares de estos con los de luminarias para exteriores (calles, autopistas y jardines). Por eso, en la práctica es común producir diagramas polares para lámparas fluorescentes en el plano vertical con el eje de la luminaria y el plano vertical con ángulos derechos para ésta. Éstas curvas se conocen como curvas axiales y transversales, respectivamente.

Clasificación de luminarias.La clasificaciones pretenden ayudar a diferenciar y seleccionar las luminarias en función de la cantidad de luz que finalmente llega al plano horizontal o área de trabajo que se desea iluminar dentro del interior del aposento iluminado.

Una de las primeras clasificaciones, establecía las siguientes categorías: Directas Semidirectas Semiindirectas Indirectas

Como es obvio, ésta clasificación se hacía en función de la forma como la luz alcanza el plano horizontal de trabajo de un arreglo de luminarias o una luminaria sola, instaladas en el aposento iluminado. Las luminarias indirectas hacen llegar la luz a su objeto a través de reflexiones en el cielo raso y paredes.

Otra forma es establecer un factor de utilización de la luminaria, que especifica la fracción del flujo total emitido, que efectivamente alcanza el plano horizontal de trabajo.

Distribución de energía de las luminarias.

Conversión de energía en radiación luminosa.

Fig N° 23: Producción de radiación expontánea

Todas las fuentes artificiales de luz están relacionadas con la conversión de algún tipo de energía en radiación electromagnética.El proceso para producir radiación electromagnética puede ser mediante:

a. Aceleración o deceleración de una partícula cargada (electrón).b. Excitación y la subsiguiente des excitación de átomos y moléculas.

Los medios por los cuales se producen radiaciones electromagnéticas visibles, o sea radiaciones visibles, conocidas como Luminiscencias, pueden ser provocadas por:

Incandescencia (radiación termal ó radiación de cuerpos negros). Calidad y estado del cuerpo que, por hallarse muy caliente (alta temperatura), emite luz propia. Es un medio para convertir la energía calórica en luz.A los cuerpos negros perfectos se le conocen como "radiadores completos". La capacidad de emitir luz varía según el material y la longitud de onda.

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En la práctica, los materiales que resultan ser utilizables para emitir luz son: tungsteno, halógenos metálicos (metal halides), tantalio, y óxido de magnesio, entre otros.

Luminiscencia. Emisión de luz por una sustancia, que no se halla en estado de incandescencia, que puede ser provocada por medio de: radiaciones invisibles (fotoluminiscencia: fosforescencia y fluorescencia), fuerzas mecánicas (triboluminiscencia), efecto térmico (termoluminiscencia o crioluminiscencia), ondas electromagnéticas de alta frecuencia (radioluminiscencia), químicos (quimioluminiscencia), tejidos biológicos (bioluminiscencia), y vibraciones sonoras (sonoluminiscencia).

Uno de los tipos de luminiscencia más explorados y utilizados en la fabricación de luminarias es aquella que se basa en descargas de gas (un tipo de quimioluminiscencia).

Fig N° 24: Construcción de una lámpara de gas

En general, consiste en aplicar descargas eléctricas dentro de un recipiente sellado, que contiene un gas, que al recibir cargas eléctricas, ioniza el gas, y este en consecuencia emite fotones.Ahora bien, las descargas se pueden aplicar a un gas a baja presión o a un gas a alta presión.Sin embargo, para los efectos prácticos de generar luz, es preferible el gas de alta presión debido a que:

a. A alta presión, la temperatura del gas es mayor, lo cual favorece la transferencia de energía al incrementarse la cantidad de colisiones entre electrones energéticos, mientras que la temperatura electrónica decrece a un nivel casi igual al del caso del gas a baja presión.

b. La alta temperatura se concentra en el centro del recipiente que contiene el gas y las paredes del mismo se mantienen frías, lo cual disminuye las pérdidas de energía en forma de calor.

En las lámparas de gas de alta presión, se utilizan electrodos más robustos que en los de baja presión, lo cual favorece las condiciones de mejor construcción.Los gases más comúnmente usados son: mercurio, xenon, sodio y halógenos metálicos.El proceso de ionización del gas, tiene tres fases, a saber:a. Calentamiento inicial del gas, al aplicar energía en el cátodo (dura unos pocos segundos).b. Transición del arco. Una vez que está suficientemente ionizado, en el cátodo repentinamente se

incrementa la corriente (demora unos pocos segundos).c. Encendido. El calor generado vaporiza el gas y la presión sube a su nivel de operación. La

tensión se incrementa gradualmente y se inicia la emisión de luz (dura de 5 a 15 minutos).

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Tipos de luminarias.

Lámparas incandescentes:

Fig N° 25: Construcción de una lámpara incandescente

Son aquellas que generan luz mediante el fenómeno de incandescencia, de un filamento (que por lo general es de tungsteno). La longitud del filamento está en función de la tensión de operación y el calibre del mismo está en función de la corriente de operación de la lámpara.

Las formas y tamaños de los bulbos está en función de las aplicaciones y la estética, principalmente, y no tanto a su operación en sí.Para su instalación, se crearon terminales de enchufar o roscar (receptáculos), que fueron estandarizados para así normar la industria.

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Fig N° 26: Tipos standard de receptáculos

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Lámparas de halógeno-tungsteno.

Fig N° 27: Partes de una lámpara halógena

Es una combinación de lámpara incandescente y una lámpara de gas a alta presión.Las formas y tamaños de los bulbos, así como su receptáculo, son similares a las incandescentes.

Lámparas fotoflash.

Fig N° 28: Partes de una fotoflash

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Es una lámpara que emite altas cantidades de luz en muy cortos períodos de tiempo en forma repetitiva. Es una lámpara en la que se combinan la incandescencia de un fino filamento de tungsteno y las características de poderosos oxidantes metálicos y metales combustibles.

Tipos de bulbos flash

Tabla N° 1: Clasificación de bulbos flash.1

Clase Tiempo al pico(ms)

Tiempo a la mitad del pico(ms)

Duración efectiva(ms)

MFM

FP+FPS

13 +/-320+/-5

30+/-3

8+/-315+/-510+/-415+/-620+/-3

Aproxim 12Aproxim 15Aproxim 25Aproxim 25Aproxim 20

Lámparas fluorescentes.

Fig N° 29: Partes de una lámpara fluorescente

Debido a que su fácil construcción permitió su fabricación en masa y a su buen nivel de emisión de luz, se convirtió en uno de las lámparas mas usadas en todo el mundo.

Un tubo o bulbo fluorescente consiste de un tubo de vidrio cuyas paredes internas están cubiertas por polvo fluorescente, lleno de argón a 3 Torr ( 1 Torr = 133 N/m2) y una gota de mercurio, y electrodos de tungsteno cubiertos con emisor termoiónico sellados en cada extremo del tubo.

La luz es producida por medio de la conversión de radiación de longitudes de onda cortas a radiación visible a través del recubrimiento fosforescente del tubo.La mayoría de la radiación emitida desde el arco del vapor de mercurio a una presión cercana a 0.01 Torr está entre la región ultravioleta y la región visible. Las líneas en el espectro visible tienen un efecto considerable en la luz emitida por la lámpara

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Fig N° 30: Diagrama transicional del mercurio

El argón (gas inerte) sirve como coadyuvante en la iniciación, debido a que el vapor de mercurio es de muy baja presión. Eso sí, la presión del gas debe controlarse cuidadosamente en el valor correcto para evitar dificultades en el arranque a presiones altas, reduciendo así la vida útil de la lámpara y perjudicando la capacidad lumínica de la misma.Este tipo de lámpara, entonces debe operarse en conjunto con un dispositivo de control (balastro) que es indispensable para calentar los cátodos, proporcionando la tensión suficiente para iniciar la descarga entre ellos, y limitar la corriente a través de la lámpara.En el mercado se encuentran lámparas en longitudes que varían entre 150mm a 2400mm, y diámetros de 16mm, 26mm y 38mm, con potencias de salida entre 4W y 125W.

Tabla N° 2: Clasificación de las lámparas fluorescentes.1

ReferenciaTipo británica

Otra referencia

Descripción de la lámpara aplicación

MCFE U TL standard Lámpara fluorescente standard con barniz repelente de agua de silicon transparente en

la parte exterior del tubo. Cátodos HR.

Para circuitos de Encendido con interruptor, encendido resonante

y Quick start.MCFA U Tipo Metal Strip Lámpara fluorescente con filamento metálico

de encendido colocado hacia fuera del tubo y conectado a ambas tapas metálicas de la

lámpara. Cátodos HR.

Circuitos de arranque rápido y quick start cuando se aterriza el

filamento metálico

MCFB U TL-X o TL-S Lámpara fluorescente con filamento interno metálico de encendido, provisto de tapas de

contacto sencillo. Cátodos IS.

Luminarias tipo División 2 en Circuitos de arranque

instantáneoMCFR U Reflector TL-F Lámpara fluorescente con reflector interno.

Cátodos HRComo MCFE/U

Amalgama TL-H Amalgama fluorescente. Cátodos HR Temperaturas ambientales altas en circuitos de arranque por

interruptor, arranque resonante y quick start.

Arranque rápido RS Lámpara fluorescente. Cátodos LR Circuitos de arranque rápidoSlimline Lámpara tipo americano de arranque

instantáneo con tapa de contacto sencillo. Cátodos IS

Circuitos de arranque instantáneo

Cicular Circline o TL-E Tubo circular. Usualmente con cátodos LR Circuitos de arranque por interruptor o arranque rápido

Baja Temperatura TL-B

TL-M

Lámpara MCFE/U especial para arranque en baja temperatura.

Filamento metálico externo conectado a un electrodo vía resistencia de 2MΩ. Cátodos LR

Circuitos de arranque por interruptor

Circuitos de arranque por resonancia principal

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Fig N° 31: Rendimiento de distintos tipos de lámparas fluorescentes

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Fig N° 32: Vida útil de lámparas fluorescentes

Fig N° 33: Rendimiento lumínico de lámparas fluorescentes

Fig N° 34: Características de color de las lámparas más comunes (entre mayor sea la temperatura de color, más blanca y brillante es la luz emitida).

Efectos de la temperatura y tensión de suministro. La máxima emisión de luz de una lámpara fluorescente ocurre a una temperatura de 40°C en la parte más fría de la lámpara. Por ejemplo, esa temperatura se mantiene para una lámpara standard en un ambiente con corrientes de aire normales y temperatura ambiente de 25°C. Esas condiciones de temperatura es ideal para el mejor rendimiento de la lámpara, pero si la temperatura ambiente sube, se incrementa la presión del vapor de mercurio, lo cual afecta la potencia de salida, tensión y corriente consumida por la lámpara.

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Fig N° 35: Respuestas de las lámparas fluorescentes.

Existen otros tipos de lámpara fluorescente, para aplicaciones especiales, algunas de ellas son:Lámparas reflectoras, lámparas de apertura, lámparas para altas temperaturas de ambiente, lámparas para bajas temperaturas de ambiente, lámparas circulares, lámparas en forma de U, lámparas germicidas, lámparas erytérmicas, lámparas ultravioleta, lámparas para propósitos hortícolas, lámparas de impresión, lámparas de color, y lámparas de cátodo frío.

Lámparas de sodio.

Estas lámparas operan en forma muy similar a las fluorescentes, con la diferencia de que las de sodio tienen una presión de vapor mucho más baja, lo mismo que potenciales de ionización y excitación menores, con el problema que la alta presión del vapor del sodio exige que el bulbo esté construido con materiales que hasta hace poco fue factible fabricar.Hay lámparas de baja presión y alta presión.

Las lámparas de sodio de baja presión, se caracterizan por sus radiaciones monocromáticas, su gran tamaño y su alta eficiencia. Es una fuente de luz muy económica y útil para calles y exteriores, en donde no es tan importante el control cromático de la luz.

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Las lámparas de sodio de alta presión, tienen una altísima eficiencia, (para potencias arriba de 250W), su tamaño es similar a las de alta presión de mercurio, y también es muy utilizada para calles y exteriores.

Fig N° 36: Lámparas de sodio, sus partes y sus características.

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Lámparas de mercurio.

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Fig N° 37: Lámparas de mercurio, sus partes y características

Consisten de tubos de descarga de sílice fundida, que contienen vapor de mercurio a presión (usualmente varias atmósferas de presión).La eficiencia luminosa y el color de estas lámparas dependen de la densidad del vapor, la cual se puede variar con el uso de fósforos, con el agregado de elementos adicionales a la descarga, ó agregando luz de un filamento incandescente.Existen muchos tipos de lámparas de mercurio, las cuales se clasifican según la siguiente nomenclatura:

MB. Tubo de arco cuarzo mercurio de alta presión en bulbo difusor o expulsador.MBF. MB con bulbo provisto de recubrimiento fluorescente.MBFR. MBF que el bulbo tiene como adicional superficies reflectivas.MBT. MB con arco en serie son filamento de tungsteno.MBTF. MBT cuyo bulbo tiene recubrimiento fluorescente.MBI. Tubo de arco cuarzo mercuirio de alta presión con aditivos halógenos de metal en bulbo expulsorMBIF. MBI con recubrimiento fluorescente en el bulbo.MBIL. MBI en forma lineal y sin bulbo expulsor.

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MBW. MB con bulbo de vidrio lechoso.MCF. Tubo de vidrio en arco lineal de baja presión en bulbo con recubrimiento fluorescente.MCFA. MCF con extremo metálico para arranque instantáneo conectado a ambos terminales.MCFB. MCF con su extremo metálico conectado a un electrodo.MCFC. MCF con extremo metálico no conectado a ningún terminal.MCFD. MCF con doble extremo metálico conectados a los electrodos opuestos.MCFE. MCF con recubrimiento repelente acuoso (silicona) de arranque instantáneo.MD. Tubo con arco de cuarzo mercurio de alta presión con enfriamiento por líquido forzado.ME. Tubo compacto de arco cuarzo mercurio de alta presión con vidrio claro ó caja metálica.CSI. ME pero con aditivos metálicos.

Fig N° 38: Comportamiento eléctrico de lámparas de mercurio.

Estas lámparas son útiles en aplicaciones en donde deben permanecer encendidas por varias horas en forma continua y en donde el mantenimiento es difícil y costoso.

Un tipo especial de lámparas de mercurio, llamada autobalastrada, que tiene incorporado el balastro, lo cual la hace muy útil para sustituir lámparas incandescentes en donde el plafón es de porcelana y el cableado es el adecuado.

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Lámparas de neón, Xenón y Halógeno Metálico.

Fig N° 39: Lámparas Halógenas, partes y características.

Las lámparas de halógeno metálico, casi duplican la capacidad lumínica de las lámparas de mercurio y las supera además, en apariencia y rendimiento de color.Existen al menos 7 halógenos metálicos conocidos, que solos o mezclados, aún siguen siendo objeto de estudio.Este tipo de lámpara hoy es muy usada en lugares interiores, donde se requieren mejores respuestas de color tales como supermercados y grandes almacenes.

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Las lámparas de Xenon, se caracterizan por su alta potencia específica, alta densidad de corriente, alta presión de vapor o gas.Estas lámparas son pequeñas, de luz muy brillante y de uso en donde se requieren fuentes altamente cargadas. Su operación requiere altas temperaturas, y por eso se usa en lugares aislados, como en proyectores de cine, proyectores de transparencias y otros.

Tabla N° 3:Distribución espectral de potencia de las lámparas de xenon.1

Potencia de la lámpara

Eficacia

250 WXE/D

18:6

500 WXE/D

22

2000 WXE/D

35

1000 WXB

200lm/WBanda spectral (nm) Potencia Radiada por banda de 30nm (W)250 a 280280 a 310310 a 340340 a 370370 a 400400 a 430430 a 460460 a 490490 a 520520 a 550550 a 580580 a 610610 a 640640 a 670670 a 700700 a 730730 a 760760 a 790790 a 820820 a 850850 a 880880 a 910910 a 940940 a 970970 a 1000

0:480:741:021:281:541:631:822:151:851:851:901:931:971:932:122:072.252:082:704:552:805:603:753:173:45

1.401.872.532.973.744.074.295.284.554.404.504.504.404.184.604.554.954.735.8510.36.6012.08.907.058.36

8.49.312.517.822.526.028.133.928.527.429.229.028.726.327.627.930.827.935.068.335.577.056.947.052.5

2.202.203.084.507.007.708.5511.08.758.758.979.109.309.1010.09.8010.69.8312.721.513.226.417.614.916.3

1 Tomado del libro "Lamps and Lighting" Henderson.1979.

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Fig N° 40: lámparas de Xenon, partes y características

Se diseñan para potencias típicas entre 2kW y 25kW.

Las lámparas de Neón, se basan en el fenómeno que aparece al aplicar energía al electrodo positivo, éste descarga su energía al gas, y alrededor del cátodo entonces, se aglomeran cargas que emanan luz.Este tipo de luz de alta emisión de luz se utiliza mucho para rótulos luminosos, luces indicadoras y señalización vial.

Dispositivos electroluminiscentes.Hay varios dispositivos que emiten luz como consecuencia de ser excitados por un campo eléctrico, tales como:Lámparas cerámicas, que emiten luz gracias a la presencia de materiales tales como: fluoruro de potasio, óxidos de potasio, bario y aluminio, que funcionan como reflectores, y fósforos que emiten su luz.

Fig N° 41: lámparas cerámicas, detalles constructivos.

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Lámparas orgánicas. Utilizan materiales dieléctricos orgánicos, como el fósforo y polvos reflectores de luz adheridos con resinas orgánicas a una película de vidrio que tiene una delgada capa de óxido conductor transparente en su superficie.

Fig N° 42: Lámparas orgánicas, detalles constructivos.

Lámparas semiconductoras.Los led (diodos emisores de luz) y otros dispositivos se fabrican aprovechando las facilidades que tienen algunos materiales semiconductores para emitir luz al aplicarles corriente directa.

Tabla N° 4:Características de los semiconductores usados en electroluminiscencia visible1.Banda de Energía de umbral a 25°C

(eV)

Tipo de conductividad

Tipo de Transición Punto de Fusión (°C)

II-VI compuestosTelurido de ZincSelenido de ZincSulfito de CadmioSelenido de Cadmio

2.22.62.41.7

PNNN

DirectaDirectaDirectaDirecta

1240160014751240

III-V compuestosNitrido de IndioFosfito de GalioNitrido de GalioFosfito Arsenido de GalioFosfito de Indio GalioArsenido de Aluminio GalioFosfito de AluminioArsenido de GalioFosfito de Indio Aluminio

2.52.263.31.952.21.903.02.162.1

N/PN/PN/PN/PN/PN/PN/PN/P

IndirectaDirectaDirectaDirectaDirectaIndirectaIndirectaDirecta

14652000

15001600

IV-IV compuestoCarbonato de Silicio 3.1 N/P Indirecta

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Vída útil de las lámparas.

Tabla N° 5: Rendimiento de las lámparas: sin pantallas 2

Tipo de lámpara Consumo (Watts)

Vida (horas)*

Lúmenes iniciales

Sodio de alta presión

Mercurio

Halógeno metálico

50701001502002503104001000

1001752504001000

17525040010001500

240002400024000240002400024000240002400024000

24000 +24000 +24000 +24000 +24000 +

75001000010000100003000

3300580095001600022000275003700050000140000

42008600121002250063000

140002050034000110000155000

Posición de encendido. Debido a cambios de temperatura dentro del tubo, las lámparas de mercurio y las de halógeno metálico disminuyen su capacidad lumínica, si operan en una posición que no sea vertical, cosa que no sucede con las de sodio, que sí pueden operar indistintamente vertical u horizontalmente.Las lámparas incandescentes no son afectadas por la posición de operación.

Rendimiento de color y temperatura del color aparente. Las lámparas halógenas tienen mejores características cromáticas que las de sodio y mercurio. Sin embargo, en aplicaciones específicas en donde se requiere una excelente calidad cromática, es necesario combinar con lámparas fluorescentes complementarias u otras lámparas de alto rendimiento de color.

Reencendido. Cuando ocurre un corte de energía o son apagadas por alguna razón, las lámparas de descarga de gas no pueden reencender de inmediato, requieren de tiempo para volver, debido a que los balastros no tienen la capacidad de suplir un nivel de tensión mayor.En éste caso, las de sodio son más rápidas, requieren 1 minuto, mientras que las de mercurio y halógenas requieren hasta 3 minutos para reencender.

Descripción de las lámparas. Para estandarizar su identificación, la ANSI propuso un código para ello, el cual se describe a continuación

H33GL 400/WDX

H: lámpara de mercurio

2 Tomado del libro "Sistemas de Iluminación Industrial". Frier, 1986.* permaneciendo 10 horas encendidas después de cada arranque si se trata de lámparas de sodio de alta presión o de halógeno metálico, excepto las de 1500 W, para las cuales se calculó a razón de 5 horas por arranque.

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33: números del balastroGL: dos letras arbitrarias que describen las características físicas de la lámpara400: consumo en la lámpara en Watts.WDX: identifica el tipo de fósforo o el coloramiento especial del cristal (opcional para cada fabricante)

Tipo de lámpara:B: lámpara de mercurio autobalastradaH: lámpara de mercurioM: lámparas de halógeno metálicoS: lámparas de sodio de alta presión

Efectos de temperatura ambiente. Por lo general, las lámparas de mercurio no sufran con la temperatura ambiente. Sin embargo, a temperaturas superiores a 201°C disminuye su eficiencia. También, cuando la temperatura desciende a menos de 20°F, hay dificultades de arranque.

Efecto estroboscópico. Este efecto, que es muy notorio en las lámparas de sodio, se debe a que cuando las lámparas se conectan a fuentes de energía alterna, si el objeto iluminado está en movimiento, parece parpadear.Este fenómeno es casi imposible de eliminar. Para minimizar un poco ese problema, se recomienda:

Las halógenas se conectan a una fuente monofásica. Así, se pueden usar para eventos deportivos a usos industriales.

Las de mercurio deben conectarse en pares usando balastros de histéresis. Las de sodio es preferible usarlas en lugares en donde los objetos no estén en movimiento.

Balastros o estabilizadores.Son dispositivos eléctricos que deben usarse en conjunto con las lámparas (incluyendo las fluorescentes, y exceptuando las incandescentes), que permiten asegurar la operación estable y la descarga de luz adecuada de las luminarias.En primer lugar, el balastro limita la corriente de operación de la lámpara a un valor predefinido, y además, el balastro permite un arranque eficiente, simple, sin tener un efecto adverso a la vida útil de la lámpara y operación estable de la misma, aunque la tensión de alimentación varíe hasta +/-10%.

Funciones de los balastros:a. Proporcionar la corriente de arranque adecuada.b. Proporcionar la tensión necesaria para activar el arco.c. Proporcionar la tensión correcta para estabilizar el arco y operar la lámpara.d. Controlar el flujo de corriente a través de la descarga del arco.e. Compensar las características del bajo factor de potencia de la descarga del arco.

Tabla N° 6: Características técnicas de los balastrosTipo de lámpara Sodio Halógenas y

FluorescentesMercurio

Corriente de arranque Igual a la de operación Igual a la de operación Igual a la de operaciónTensión de arranque 2500 V 225 V/ 110 V 225 VTensión de operación Se eleva 2 Voltios x

cada 1000 horas de usoNo varía con el uso No varía con el uso

Flujo de corriente Factor de cresta no mayor a 1.8

Factor de cresta no mayor a 1.8

Factor de cresta no mayor a 2.0

Factor de potencia 86% 86% 91%

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Características de operación de los balastros: Balastros para lámparas de mercurio.

Tabla N° 7: Características de operación de los balastros: lámparas de mercurio.3

Tipo de balastro

Tensión de línea

Variación de la tensión de entrada

Factor de potencia

Corriente de arranque

Caída de tensión de entrada (4 segundos)

Pérdidas de balastro

Factor de cresta de la corriente de la lámpara

Balastro de reactor

240V y 270V para 100W hasta 400W.480V para 700W y 1000W igual que arriba

+/-5%

+/-5%

De histérisis 50% (factor de potencia normal)

90% (factor de potencia elevado)

Más alta que la corriente de operación

Ligeramente más alta que la corriente de operación

15-20%

15-20%

Bajas

Bajas

1.4-1.5

1.4-1.5

Balastro de histérisis (o de reactancia)

120V para 100W hasta 400W

+/-5% De histérisis 50%

Más alta que la corriente de operación

15-20% Más altas que las de los balastros de reactor

1.41-1.5

Balastro regulador

Cualquier tensión

+/-13% 95% Más baja que la corriente de operación

50-60% Las más altas

1.8-2.0

Balastro autorregulado para lámpara de mercurio

Cualquier tensión

+/-10% 90% Más bajas que la corriente de operación

40-50% Ligeramente más bajas que las de los balastros reguladores

1.8-2.0

Balastro autorregulado para lámpara de halógeno metálico

Cualquier tensión

+/-10% 90% Más bajas que la corriente de operación

40-50% Equivalentes a las de los balastros reguladores para lámparas de mercurio

1.6-1.8

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Balastros para lámparas de sodio de alta presión

Tabla N° 8: Características de operación de los balastros: lámparas de sodio de alta presión 3

Tipo de balastro

Tensión de línea Variación de la tensión de entrada

Factor de potencia

Corriente de arranque

Caída de tensión de entrada (4 segundos)

Pérdidas de balastro

Factor de cresta de la corriente de lámpara

Balastro de reactor

Cualquier tensión (si tiene autotransformador)

+/-%5 90% Más alta que la corriente de operación

15-20% Equivalentes al balastro regulador para lámpara de mercurio

1.4-1.5

Balastro regulador magnético

Cualquier tensión +/-%10 95% Más baja que la corriente de operación

40-50% La más altas 1.7

Balastro autorregulador

Cualquier tensión +/-%10 95% Más baja que la corriente de operación

40-50% Equivalentes a los balastros de reactor para lámparas SAP

1.6-1.8

Balastro regulador electrónico

Cualquier tensión +/-%10 85-90% Más alta que la corriente de operación

20-40% Menores que los balastros magnéticos autorregulados

1.6

Balastros para lámparas de halógeno:Se les conoce como conductor de cresta o peak-lead.Son muy similares al balastro autorregulado para mercurio, con las siguientes diferencias:

- la tensión de circuito abierto para iniciar el arco es mucho mayor.- La tensión de reencendido es mayor.

El balastro peak-lead tiene varias ranuras en el núcleo del secundario (producen ondas suficientes para el arranque de las lámparas y regulan la tensión eficaz de circuito abierto).

Tienen factor de cresta entre 1.6 y 1.8, mayor capacidad de regulación, corriente de arranque baja, tolerancia de caída de tensión hasta el 50% y factores de potencia elevados.

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Algunos circuitos de conexión de lámparas:

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Figura N° 43: Algunos circuitos de lámparas

Luminarias.Son dispositivos mecánicos diseñados para proporcionar la conexión eléctrica a las lámparas, adaptan la lámpara y balastro al medio ambiente (que puede ser húmedo, corrosivo y hasta peligroso), y proporcionan una apariencia física y patrón de distribución de la luz adecuadas para cada uso.

En general, hay dos tipos de luminarias:a. Para interiores; que se subdividen en fijas y ajustables.b. Para exteriores; que se subdividen en fijas y ajustables.

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Partes de luminarias.

Figura N° 44: Descripción de las partes de una luminaria

a. Reflector. Su propósito es redirigir los rayos de luz que producen una lámpara hacia el objetivo a iluminar.

Los reflectores tienen superficies lisas y muy pulidas, o bien, dichas superficies pueden ser tratadas o tener una forma tal que proporcionen una ligera difusión, esto porque con pequeños cambios en la posición de la lámpara se pueden producir cambios significativos en la distribución de la luz. Además, puede suceder que el reflector refleje parte de la luz hacia la lámpara, lo cual cambia las características de operación de la lámpara.Por eso los reflectores no conviene que tengan superficies muy pulidas y lisas, y por eso con frecuencia sus superficies son granuladas, esmeriladas o facetadas, o incluso algunas se hacen con muchos pequeños prismas, para provocar un diferente patrón de luz.

Tipos de reflectores.- Circulares. Se diseñan suponiendo que la lámpara es una fuente de luz focal.

Cuanto más largo es el reflector, más difícil es producir un haz luminoso en forma precisa, por eso no se usan estos reflectores en aplicaciones en las que deban iluminarse objetos situados a largas distancias.

- Canal. Se utilizan donde el largo del arco corre perpendicular al haz luminoso mayor, o sea, controlar la luz en una línea perpendicular a lo largo del tubo de arco.Por eso se usan donde es necesario el control sólo en un plano, ya sea vertical u horizontal.La ventaja de éste tipo de reflectores es que el tubo del arco o lámpara pueden colocarse cerca del borde del reflector, lo que permite convertir en zona de destello todo el borde inferior del reflector, logrando alta luminosidad en una distribución amplia.Esa es la razón por la cual las luces de los postes de alumbrado público tienen colocadas las luminarias horizontalmente.

b. Ángulo de pantalla. Es aquel que se forma entre el borde del reflector y el fondo de la fuente de luz.

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Figura N° 45: Definición del ángulo de pantalla de una luminaria

c. Zona de destello del reflector. Aquella parte en la que es visible la luz reflejada de la lámpara. La zona de destello debe estar sobre el ángulo de pantalla, porque así la brillantez en el interior del reflector parecerá ser baja, y así no molestará la vista.

d. Haz luminoso. Un haz luminoso simétrico es el que se produce cuando se emite la misma cantidad de luz desde todos los ángulos verticales alrededor del nadir (0° C) formando un patrón circular. Un haz de luz asimétrico forma un patrón no circular.

e. Cubierta de cristal. Es su parte inferior puede que estén abiertos o protegidas con un vidrio o cristal, cuyo objeto único es proteger la lámpara, mantener limpia la luminaria y mejorar su apariencia.Sin embargo, los cristales y vidrios provocan altas reflexiones de elevados ángulos, lo cual tiende reducir la luminosidad, por eso los cristales por lo general son convexos o corrugados, para minimizar éste problema.

f. Refractores. Se usan para controlar en forma completa la luz producida por la lámpara, lo cual logra su máxima condición cuando se combina con un reflector. Las luminarias que usan estos refractores son las usadas en caminos y carreteras para aumentar su intensidad luminosa.

g. Difusores. Es un material traslúcido que se usa para ocultar una lámpara. Se fabrican de cristal, plástico o policarbonato. Se pueden usar en lugar de un refractor. La idea es que esparza la brillantez sobre un área más grande, de modo que se reduzca al mínimo la brillantez pico.En algunas luminancias para interiores se usan difusores de persianas y viseras, para bloquear la luz que podría resultar deslumbrante o molesta.

h. Sellos y Filtros. Las luminarias para exteriores, o para interiores sucios, deben sellarse para evitar la entrada de polvo y sustancias dañinas.Al encerder la lámpara, se aumenta la temperatura y la presión internas de la luminaria, y al apagarse se invierte el proceso, lo cual hace que salga y luego entre aire al interior de la luminaria. Por eso, se debe poner empaques para sellar y un filtro a la entrada y salida de aire para evitar la entrada de suciedad.

i. Consideraciones para ambientes especiales. Al escoger la luminaria a instalar, hay que tomar en cuenta el tipo de ambiente.

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Algunos ejemplos de reflectores y pantallas para lámpara fluorescentes existentes en el mercado.

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Tabla N° 9: Resistencia a la corrosión de los materiales 3

material Resistencia aÁcidos* Bases+ Sales# Gases húmedos& Solventes Aceites y combustibles

Aluminio D: fórmico Clorhídrico Fluorhídrico SulfúricoM-E: todos los demás

B: Hidróxido de amonioD: hidróxido de potasio o de sodio

D: cloruro de amonioSulfato de cobre

Cloruro férricoCloruro de magnesioCloruro de mercurioCloruro de níquelSulfato de níquelCloruro de potasioHidroclorito de sodioFosfato de sodioCloruro de zincCloruro de calcioM-D: todas las demás

D: cloroM-E: todos los demás

B-E B-E

Alzak &

aluminioB: grasoD: crómicoClorhídricoFluorhídricoNítricoFosfóricoSulfíricoM: todos los demás

M: hidróxido de amonioD: hidróxido de potasio o de sodio

M B: bióxido de carbonoE: disulfuro de carbonoM: todos los demás

E E

Cristal ligado a aluminio

D: fluorhídricoM-B: crómicoB-E: todos los demás

B: hidróxido de amonioM: hidróxido de potasio o de sodio

B: boroB-E: algunas sales de sodioE: todos los demás

E E E

Vidrio M-D: fluorhídricoE: todos los demás

M: hidróxido de sodio o potasioE: hidróxido de amonio

E E E E

Acrílico B: acéricoFórmicoClorhídricoPícricoE: bórico

B E M: cloroB-E: todos los demás

D-M D: fluido hidráulico (éster)B: todos los demás

* todos los ácidos están concentrados con suficiente agua para dar lugar a la ionización.+ todas las sales y bases son materiales no volátiles y deben estar presentes como vapor para causar deterioro, excepto el hidróxido de amonio y la descomposición de algunas sales de amonio.# los gases secos son menos dañinos& aleación patentada por Aluminium Company of America& aleación patentada por Aluminium Company of America

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CítricoGrasoM: todos los demás

Policarbonato B: acéricoFórmicoClorhídricoPícricoE: bóricoCítricoGrasoM: todos los demás

D M: algunas sales de sodioE: todas las demás

D: amoniacoM: cloroB-E: todos los demás

D-M D: fluido hidráulico (éster)B: todos los demás

Pinturas Acrílicas B: bóricoCítricoClorhídricoM: todos los demás

M: hidróxido de amonioE: hidróxido de potasio o de sodio

B B-E D: cloruro de EmetilenoM: metil etilcetonaPercloro etilenoTricloro etilenoB-E: todos los demás

Pinturas epóxicas B: grasoClorhídricoNítricoFosofóricoPícricoSulfúricoE: bóricoCítricoM: todos los demás

B: hidróxido de amonioHidróxido de potasio o de sodio

E E B-E E

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Grado de resistencia a la corrosión:E - excelente- (no los afectan)B - buena- (afecta ligeramente)M -mediana- (afecta moderadamente, con el tiempo puede haber problemas)D -deficiente- (daña mucho, acortará significativamente vida útil de luminaria).

Algunos factores que afectan la vida útil de las luminarias.DLP (Depreciación de luminaria por polvo). No se puede medir con exactitud. Se basa en la experiencia.DLL. (Depreciación de lúmenes x luminaria). Desgaste debido al uso de la lámpara (a veces los fabricantes ofrecen datos al respecto).

j. Temperatura ambiente. Es la temperatura a la que fue diseñada la luminaria, de lo contrario la eficiencia decrece.

k. Vibración. Para luminarias en lugar expuestos a vibraciones excesivas deben construirse con ménsulas especiales para absorber la vibración que podría dañar los balastros.

i. Nivel de ruido. El conjunto lámpara balastro en operación, produce un ligero zumbido.Por lo general, esto no es problema, excepto cuando el área a iluminar es tan silenciosa que

permita percibir este zumbido.En las siguientes tablas, tomadas de la publicación NEMA LE 2-1974, en donde se indican los

niveles de ruído que para cada caso, si tiene que si el ruido medido de la iluminación esta en ese rango, será inaudible.

Tabla N° 10: Factores de Corrección acústica3

Nivel de actividad del local descripción CorreccionesLocal con poca actividad

Local con mediana actividad

Local con actividad medianamente alta

Local con actividad alta

Todas las superficies de local tienen buenas propiedades de absorción acústica:Piso .............................alfombradoTecho ..........................con un coeficiente de reducción de ruído (CRR) de 0.70 o más alto.Paredes ......................con cortinajesMuebles.......................tapizadosAlgunas de las superficies del local absorben el ruído: Piso .........................baldosa o madera Techo ......................con un coeficiente de reducción de ruído (CRR) de 0.60 o más alto. Paredes ...................reflectores del ruído Muebles....................reflectores del ruídoTodas las superficies del local son razonablemente duras: Piso...........................baldosa o madera Techo...................... .tirol o yeso Paredes ...................paneles de madera, yeso, tabique sin pintar, bloques de cemento.Todas las superficies del local son duras: Piso ...........................concreto Techo .......................yeso o concreto Paredes......................tabique pintado o concreto

-3dB

0 dB

+ 6 dB

+ 10 dB

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Figura N° 46: Definición del criterio de ruído audible (CR-SI)

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Iluminación.

Leyes de Iluminación.

Ley del inverso de los cuadrados:

E = I/ D2, de donde: E: iluminación lx,I: intensidad luminosa dirigida al punto de interés cd,D: distancia entre la fuente de luz y el punto de interés m.

Ley del coseno de Lambert.La iluminación de una superficie es proporcional al coseno del ángulo de incidencia del rayo de luz.

E = (I cos )/ D2, de donde: : ángulo de incidencia.

Niveles de luz recomendados.Los niveles de iluminación (cantidad de lux o lumens/m2) mínimos recomendados para los diferentes ambientes de trabajo, ya han sido determinados y estudiados por instituciones como ANSI, y IES ( - Illumination Engineers Standards- Standares de Ingeniería de Iluminación).

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Tabla N° 11: Algunos niveles de iluminación recomendados3

Ambiente a iluminar

Bujías-pie sobre el trabajo que se realiza *

Decalux sobre el trabajo que se realiza + *

EXTERIORES DE EDIFICIOSEntradas Activas InactivasINSPECCIÓN Ordinaria Difícil Sumamente difícil En extremo difícilMANEJO DE MATERIALES Envoltura, empacado y etiquetado Selección y clasificación de piezas Carga y manejo de camionesTALLERES DE PINTURA Inmersión, rociado, horneado Mano fina de pintura, acabadoESTACIONAMIENTOSEstacionamientos de autoservicioEstacionamientos con empleadosALMACENES Y BODEGASInactivasActivas: Para objetos voluminosos Para objetos medianos Para objetos menudosPRUEBAS Y VERIFICACIONES General Instrumentos de superposición, etc.SOLDADURA Iluminación general Soldadura de arco manualCARPINTERÍAS Y ASERRADORAS Aserrado inicial y trabajo de banco Clasificación, lijado inicial, maquinado y trabajo de banco de mediana calidad, encolado, chapeado y hechura de toneles Trabajo fino de banco, lijado fino y acabadoEXTERIORESAvenidas y plazasCalles de circulación principal en grandes ciudadesCalles de circulación principal en ciudades medianasCalles de acceso a autopistas en ciudades pequeñas

51

50100200500#

1000#

503020

50100

12

5

102050

501000#

501000#

3050

100

5.41.1

54110220540#

1080#

543222

54110

1.12.2

5.4

112254

54220#

541080#

3254

110

15 a 30 lux7.5 a 15 lux3 a 7.5 lux1 a 3 lux

Estos datos recomendados son los mínimos, basados en los requerimientos del ojo de adultos jóvenes con visión 20/30. Las personas mayores o personas con agudeza visual deficiente requerirán mayores niveles de luz. Para mantener la eficiencia del personal, es necesario garantizar la constancia de los niveles de luz. El flujo luminoso de la mayoría de las luminarias decrece con el tiempo, debido a que los agentes que emiten luz se van degradando y porque el polvo acumulado en las luminarias contribuye a que una menor cantidad de luz llegue a su objetivo. Por eso, al diseñar el sistema de iluminación se usan valores con una holgura para cubrir dichas pérdidas. Se recomienda un 15% de factor de holgura.

3 Tomado de la publicación RP-7 de la IESNA, 1973.* Mínimo recomendado sobre el área de trabajo para adultos jóvenes con visión normal superior a 20/30.+ El decalux es una unidad del SI equivalente a 0.929 bujías-pie. Un decalux = 10 lux.# obtenida con una combinación de iluminación general más una fuente de luz especializada complementaria.

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Para calcular niveles horizontales promedios de lugares abiertos como estacionamientos, se consideran la uniformidad y los valores mínimos.Para lugares dedicados a tareas visuales (dibujo, oficinas, y otros), el nivel de iluminación se mide sobre el plano de trabajo, sea éste horizontal, vertical o inclinado. Para ello, se pueden usar iluminaciones del tipo general y complementarias.

Algunas fuentes de error en el cálculo de la iluminación son: Redondeos en los cálculos Tolerancia en los valores del fabricante de luminarias Errores en la estimación de pérdidas de luz Errores en la estimación de reflectancias de las superficies.

Tabla N° 12: Niveles máximos de iluminación recomendados para seguridad2

Peligros que requieren detección visual Ligero ElevadoNivel normal de actividad bajo elevado bajo ElevadoNivel de iluminación

Bujías-piedecalux

0.50.54

1.01.1

2.02.2

5.05.4

Tabla N° 13: Razones máximas de luminancia recomendadas (niveles de luz máximas aceptables por el ojo humano) 2

Zona Clasificación Ambiental *

A B C2. entre el área de trabajo y los

alrededores más oscuros3. entre el área de trabajo y los

alrededores más iluminados4. entre el área de trabajo y las áreas

lejanas más oscuras5. entre el área de trabajo y las áreas

lejanas más iluminadas6. entre las luminarias (o ventanas,

tragaluces, etc..) y las superficies adyacentes a ellas.

7. cualquier lugar dentro del campo visual normal.

3:1

1:3

10:1

1:10

20:1

40:1

3:1

1:3

20:1

1:20

+

+

5:1

1:5

+

+

+

+

Son los niveles máximos que el ojo humano acepta sin causar esfuerzo excesivo o sufrir destello.

* A: áreas interiores en donde puede controlar la reflectancia de todo el espacio si se siguen las recomendaciones para obtener condiciones óptimas de visibilidad. B: áreas en donde se puede controlar la reflectancia de las zonas contiguas al área de trabajo, pero en donde es limitado el control de las zonas remotas. C: áreas (interiores y exteriores) en donde es completamente impráctico controlar la reflectancia y resulta difícil alterar las condiciones ambientales.

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Algunos términos utilizados en el diseño y especificación del sistema de iluminación.

Alcance. Distancia entre una línea vertical que pasa por la luminaria de un poste de alumbrado público y el borde de la acera de la calle.

Altura de montaje (AM ó Hm) en calles o caminos. La distancia vertical entre la superficie de la calle o el camino y el centro de luz de la luminaria.

Altura de montaje (AM ó Hm) en interiores. La distancia vertical medida desde el plano de trabajo al centro de la luminaria, o al plano del plafón, si la luminaria está empotrada.

Área de peligro. Área en la que la presecencia de vapores, polvo o fibras inflamables a explosivos puede originar un incendio o una explosión, debido al calor generado por las fuentes de luz, por las chispas eléctricas o por la electricidad estática.

Brazo de lámpara o ménsula. Accesorio que va del poste de alumbrado a la lámpara o luminaria y del cual está suspendida ésta.

Conjunto óptico. La parte de la luminaria consistente en los elementos que controlan la dirección, refracción y reflexión de la luz de la lámpara, tales como el globo, el refractor y el reflector.

Curva de isoluminación. Línea trazada en coordenadas apropiadas para mostrar puntos de igual iluminación, expresada en lux.

Espaciamiento. La distancia en metros entre las fuentes de luz, medida desde la línea central de colocación. En las calles y carreteras, la distancia se mide al centro de éstas.

Fulgor. La cantidad de luz que fluye a través de una superficie en la unidad de tiempo.

Fulgor directo. Fulgor que proviene de la brillantez o de una fuente de luz que no está adecuadamente velada dentro del campo visual.

Fulgor incapacitante. El que reduce la capacidad visual y la visibilidad, a menudo ocasiona dolor.

Fulgor molesto. El que produce molestias visuales. Puede no disminuir la capacidad visual.

Línea de isocandela. Línea trazada en coordenadas apropiadas para mostrar las direcciones en el espacio referentes a una fuente de luz en la cual la potencia en candela es la misma.

Longitud del centro de luz. La distancia desde algún punto de referencia de la base (generalmente el fondo del contacto de las lámparas incandescentes) al centro del filamento. En las lámparas de sodio o mercurio, la longitud del centro de luz es la distancia desde la base del contacto al centro del arco.

Plano de trabajo. Es el área de trabajo horizontal que es el objeto de la iluminación. Por lo general, éste se encuentra entre 0.7 y 0.9 metros de altura del piso.

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Métodos de cálculo lumínico.

a. Coeficiente de utilización (CU).Es la razón de los lúmenes que inciden sobre la superficie de trabajo (generalmente un plano horizontal a 0.9 metros del suelo), y los lúmenes generados por la lámpara. Es decir, es una medida de la cantidad de luz producida por la luminaria que efectivamente se aprovecha en el plano de trabajo.Los fabricantes de luminarias proporcionan tablas de los CU, que son datos fotométricos, que están basados en espaciamientos equivalentes 0.7 veces la altura de montaje.Esto es razonable si las luminarias están a gran altura, y la iluminación es por sectores, pero no es conveniente a alturas de 3 ó 6 metros. Sin embargo, cualquier error no es significativo.

b. Criterio de espaciamiento (CE). Es un procedimiento publicado por la IESNA - Illumination Engineering Society of North America- (publicación IESNA LM-35).

Es una técnica de clasificación para las luminarias de interiores y está relacionada con la distribución fotométrica que proporciona el componente directo de las luminarias (0° a 90°). La altura de montaje (AM) se mide desde el plano de trabajo.El CE se basa en el supuesto de que toda la iluminación principal horizontal sobre el plano de trabajo, bajo la luminaria en particular, es provista por ésta. Así, el punto Q (intermedio entre dos luminarias) recibirá tanta luz como el punto P (directamente debajo de una de las luminarias).

Figura N° 47: Caso hipotético para ilustrar el método de cálculo del CE

Para determinar el CE, se usa la siguiente figura:

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Figura N° 48: Gráfica del IESNA para cálculo del CE3

Procedimiento de cálculo del CE.A. Para luminarias con distribución de iluminación simétrica alrededor del nadir.

A.1. trazar intensidad relativa sobre el gráfico.A.2. localizar el punto de un medio de intensidad a O° sobre la ordenada y trazar una línea a través de ese punto paralelo a las diagonales. Si la intensidad varía significativamente en la vecindad de O°, se usa un promedio de intensidad sobre el ángulo polar entre 0° y 5°.A.3. leer la escala A, sobre la intersección de la línea (paso 2).A.4. repetir el paso usando el punto de un cuarto de la intensidad a 0°.A.5. leer la escala B, sobre la intersección de la línea (paso 4).A.6. el valor más bajo obtenido de los pasos 3 y 5, es el CE. Se redondea a la décima de unidad más cercana.

B. Para luminarias con distribución de iluminación asimétrica.Evaluar en forma independiente las distribuciones de iluminación: paralela, y perpendicular, a 0° y a 90°. Aplicar los pasos A.1 a A.3, para cada una de las curvas de intensidad (paralela y perpendicular) en 0° y 90°.Redondear a la décima de unidad más cercana.

El valor de la escala A, es el criterio del punto Q (punto medio entre luminarias).El valor de la escala B, es el criterio del punto R (punto intermedio entre 4 luminarias).

En el caso de luminarias simétricas, el nivel de intensidad lumínica en los puntos Q, R y P es igual. En el caso de luminarias asimétricas, el cálculo debe hacerse en el punto Q para que en cada orientación sea adecuada.El CE de las luminarias (valor nominal), indica un espaciamiento máximo en el cual la iluminación horizontal será razonablemente uniforme. En algunos casos la razón E/AM proporcionará mejores resultados.

La experiencia práctica recomienda un CE de 1.5 (que es el CE máximo para luminarias), debido a factores como: convergencia entre luminarias, iluminación vertical, sombras, distribución sobre el plano de trabajo,...

Caso cuando se desea que todas las partes del plano de trabajo sean iluminadas por más de una luminaria.

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Para lograr esto, el haz de luz debe ensancharse lo suficiente para que parte de su haz de luz llegue a la zona bajo las otras luminarias. Para ello, se supone que el nivel de iluminación en el aposento permanece constante.

Fig N° 49: Ilustración tridimensional del caso hipotético del cálculo del espaciamiento

En esta figura se analiza el caso en que las luminarias A y B contribuyen a iluminar el área bajo la luminaria C. Aquí, las luminarias A deben emitir parte de su luz a 45° para que llegue a C y las luminarias B deben emitir parte de su luz a 54,7 para que llegue a C (asumiendo relación E/AM 1:1).

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Fig N° 50: Gráfica para el cálculo de intensidad luminosa según el CE

Aquí, se tienen tres gráficas, para CE 1.0, 1.5 y 2.0. se puede utilizar cualquier punto de la coordenada a la izquierda como punto de arranque. Cada punto representa 1000 candelas. Se usan los datos de distribución de cada luminaria para hallar el mínimo de candelas en cada ángulo vertical.

Por ejemplo, si se instalan las luminarias A de la figura N° 49 deben contribuir con la luz a 45° para llegar al área bajo C, de la figura N° 50, se tiene que dichas luminarias A emiten 1200 candelas desde una luminaria situada directamente encima, producirán el mismo nivel de iluminación que 3300 candelas dirigidas desde 45°.Las cuatro luminarias A contribuyen con 1200 candelas cada una al área bajo C. La luminaria contribuirá con 28600 candelas en el nadir (según la figura N°50).Las luminarias B tendrán que emitir luz a 54.7° para alcanzar el área bajo C y su contribución será despreciable. Así, bajo C habrían 4x1200 + 28600 = 33400 cd, y entonces, la contribución de las A sería del (4800/33400)x100 = 14%.En conclusión, esta solución no es viable porque las A contribuyen muy poco al punto C.

Ahora, si se instalan las luminarias usando CE = 1.5 y el mismo E/AM 1:1, según la figura N°50, las luminarias A contribuirían cada una con 3800 cd al punto C, y así, bajo C el nivel de iluminación es 4x3800 + 17500 = 32700 cd, es decir, las A contribuyen con el (4x3800/32700)x100 = 46% del nivel de iluminación en el punto bajo C, lo cual mejora sustancialmente al caso usando CE = 1.0 (la contribución de las B en éste caso también es despreciable).

Pero si ahora, se instalan las luminarias usando CE= 2.0 y E/AM 1.5:1, de la figura N° 50, las A contribuyen ahora con 2500 cd cada una y entonces, en el punto C 4x2500 +13700 = 23 700cd, y porcentualmente las A contribuyen con ((4x1500)/23700)*100 = 42%, lo cual nos lleva a la conclusión de que si se sigue el método del CE, en el punto Q y el punto R, se recibirá una iluminación adecuada. Como el área bajo cada luminaria sería iluminada desde más de una dirección, las áreas entre luminarias también serían iluminadas desde mas de una fuente.

Como recomendación, se usa un CE entre 0.3 y 0.5 menor al CE nominal de las luminarias (para corregir errores de cálculo y pérdidas).Sin embargo, hay que tener cuidado, ya que a una razón E/AM superior a 1.5:1, por ejemplo 1.8:1, se requieren luminarias con CE= 2.0, y esparcir luz a 63° ó 70°, lo que podría ocasionar brillantez elevada de las luminarias y una instalación con riesgo de fulgor.

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Para solucionar la brillantez, se pueden usar difusores, para obstruir la fuente de luz, aunque eso ocasionaría un efecto indeseable, que es que el coeficiente de utilización (CU) baja. Por eso, hay que considerar un adecuado balance entre CU, uniformidad (E/AM) y brillantez.

Método de Cavidad Zonal: para calcular el CU.

Éste método se basa en el concepto de que el área que será iluminada está formada por varios espacios cúbicos o cavidades cuya reflectancia afectará la cantidad total de luz que incidirá sobre el plano de trabajo. La contribución que cada luminaria hace en el plano de trabajo, se combina con la luz reflejada de las paredes, el piso y el cielo.

El CU es una comparación entre la iluminación sobre el plano de trabajo y la producción de luz inicial de la lámpara.Éste método parte del supuesto de que todas las superficies y paredes son uniformes y difusas.

Fig N° 51: Explicación gráfica de las tres cavidades zonales

El CU de las luminarias está dado por el fabricante en forma de tablas. Para seleccionar el CU, el diseñador de la iluminación debe conocer los siguientes datos:

-razón de cavidad zonal-reflectancia de las paredes-reflectancias efectivas de las cavidades del techo y piso-tipo de lámparas y luminarias tentativas.

Para determinar el CU, se divide el espacio a iluminar en tres cavidades:-cavidad del techo-cavidad del local-cavidad del piso.

Si en la cavidad del techo, del piso o del local existen vigas, ductos, maqunaria u otros obstáculos, entonces el área que se va a iluminar se debe dividir en secciones más pequeñas para los propósitos de diseño solamente.

Razones de cavidad.Las tres razones son RCT (Razón de Cavidad del Techo), RCL (Razón de Cavidad del Local), y RCP (Razón de Cavidad del Piso), las cuales se calculan por medio de la relación:

RC = 5h (altura del local + anchura del local)/(longitud del local x anchura del local)

Donde h es: hcc para cuando se calcule RCT,hrc para cuando se calcule RCL,

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hfc para cuando se calcule RCP.

Si las luminarias están al ras del cielo, entonces RCT = 0 (hcc = 0), si el piso es el plano de trabajo, entonces RCP = 0 (hfc = 0).

Para el caso particular en que el local es cuadrado.

RCL = 10 altura/anchura.

Si el área tiene una forma irregular, las razones pueden, entonces, calcularse así:

RC = 25 x (área de la pared de cavidad total/área de la base de la cavidad), donde el área de la pared es el largo x alto de cada pared, y luego sumadas las áreas de las 4 paredes.

Las tres razones de cavidad se relacionan así:

RCT = RCL x hcc/ hrc ; RCP = RCL x hfc/ hrc.

Las razones de cavidad también se pueden obtener consultando el Lighting Handbook del IES o usando la gráfica de la figura N°52:

Fig N° 52: Método gráfico para calcular las cavidades del local.

En el diseño de iluminaciones de interiores de locales, toda la luz producida por las luminarias es absorbida por el cielo, paredes y piso. Por eso es importante determinar la reflectancia de éstos, y para poder obtener niveles constantes de iluminación, se han de utilizar valores constantes de reflectancia.

Aunque las reflectancias pueden estimarse o medirse, dependiendo del local esto puede ser muy difícil. Por lo tanto, para facilitar los cálculos, es práctica común utilizar un valor de 30% a paredes y al techo, y de 20% al piso. Si el edificio es nuevo, estos valores son más altos, pero disminuyen rápidamente en un medio industrial normal, en edificios de oficinas se usan valores un poco más altos.

Por lo general, las tablas de datos de Cu proporcionadas por los fabricantes de luminarias, se asume un 20% de reflectancia del piso. Si la reflectancia fuese mayor o menor al 20%, se deben consultar los datos de la IESNA, en donde se proporcionan factores de corrección para cada caso.

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Para seleccionar las luminarias, se puede tomar como punto de partida la gráfica fotométrica proporcionada por los fabricantes, aunque para ello, deben considerarse aspectos tales como:-medio ambiente: si el lugar es para uso de oficinas, industrial, comercial, habitacional,.....

si el lugar es peligroso, o con vapores explosivossi el lugar es húmedo, seco, o de atmósfera corrosivasi la temperatura ambiente es alta, o bajasi las luminarias estarán expuestas a vibraciones o impactos mecánicossi el ambiente es sucio o contaminante.

(todos estos factores determinan el tipo de balastro, y aspectos constructivos de la luminaria, cada fabricante ofrece diversas alternativas para cada caso.)

-altura de montaje: las luminarias diseñadas para AM bajas (menores a 7.6 metros) deberán usarse en áreas bajas. Las luminarias diseñadas para AM altas (mayores a 8 metros) pueden instalarse en áreas altas divididas por secciones.

-dispersión del rayo de luz: Las variaciones de dispersión de luz dentro de una misma familia de luminarias pueden lograrse mediante cambios en la posición de la lámpara dentro del reflector. Por lo general se usan varios reflectores combinados. Si se coloca la lámpara a una distancia mayor del reflector, se produce un haz de luz más ancho.

Fig N° 53: Relación de luminarias SAI

A mayor dispersión del haz de luz, menor es la potencia luminosa en el nadir. Si la dispersión (ángulo vertical) es constante, la potencia luminosa disminuye conforme aumenta el CE.

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Fig N° 54: Relación gráfica entre el CU y la RCL

Conforme aumenta RCL las luminarias de haz luminoso ancho pierden efectividad.Si dos luminarias tienen el mismo CU, es preferible la que tiene la mayor dispersión del haz luminoso.Para elegir la dispersión adecuada de luz, normalmente hay que balancear la necesidad de mayor dispersión con la mayor uniformidad y el CU. La mejor elección es aquella que ofrezca el mayor CU compatible con el suficiente traslape entre luminarias adyacentes.

-ángulo de pantalla y forma del reflector. La pantalla es necesaria para evitar que la lámpara de una luminaria sea visible a ciertos ángulos normales de visión, sobretodo a AM bajas. Para ello el ángulo de pantalla debe ser al menos 35°.

La zona de destello del reflector (según se recomienda) debe ser visible desde el mismo ángulo en el que empieza a verse la lámpara.La brillantez pico se reduce si la superficie del reflector es grabada o tratada de manera alguna, o por medio de un difusor entre la lámpara y el aposento, del tamaño suficiente como para que la brillantez promedio sea aceptable.

C. Método de Lumen.Es un procedimiento para calcular el nivel promedio esperado de iluminación sobre un plano horizontal de trabajo, esto para espacios cerrados o interiores.

E = (N x LL x CU x FPL) / área =[Lux] = [Lm/m2]

Donde: E: iluminación (nivel esperado) (según datos de IESNA).N: número de luminariasLL: lúmenes de lámpara iniciales (dato proporcionado por el fabricante)CU: coeficiente de utilizaciónFPL: factor de pérdida de luz.Área: tamaño del área, en metros cuadrados, que será iluminada.

FPL = DLL x DLP. DLL y DLP son datos proporcionados por el fabricante. El fabricante ofrece valores de DLP que varían según el ambiente en que será instalada la luminaria.

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D. Método punto a punto.

Para calcular el nivel de iluminación deseado para espacios cerrados, basándose en la ley de los cosenos inversos, que permite el cálculo del nivel de iluminación de un punto en particular del aposento, tanto sobre una superficie vertical como de una horizontal.

E. Programas de computadora.

Existen programas de computadora para cálculo de la iluminación de interiores, que combinan las técnicas de lumen y punto a punto, incluso tomando en cuenta la luz reflejada, los criterios de Espaciamiento (CE) y de utilización (CU), sombras causadas por obstrucciones y otros.

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Ejemplo práctico del diseño de la iluminación interior de un aposento para uso industrial:

A. Análisis del espacio.Para el respectivo análisis, se reunen los datos que se detallan en la siguiente "Hoja de Trabajo":

Hoja de Trabajo.

Nombre del proyecto: Principal trabajo realizado en el lugar:Nivel de iluminación: conservado: inicial: recomendado: .

Dimensiones del local:Longitud (m) Anchura (m) Área (m2)

Dimensiones de las cavidades:

Altura de la cavidad del techo hcc: RCT: .Altura de la cavidad del local hrc: RCL: .Altura de la cavidad del piso hfc: RCP: .

Reflectancias Reflectancias efectivas de las cavidadesTecho TechoParedes PisoPiso

Tipo de lámpara: DLL: Lúmenes iniciales de la lámpara:Tipo de luminaria: CE: DLP: CU:Clasificación CR-SI: factor de balastro:Nivel de contaminación del ambiente: dB.Lugar peligroso:

Descripción del local.Para éste caso, según la IESNA, el nivel recomendado de luz es 1706 Lux.El local tiene las siguientes dimensiones:Longitud: 61m, ancho: 36.6m, por lo que área: 2232,6 m2.El local está dividido en 4 naves, pero como no hay maquinarias altas ni divisiones, se considera un solo local.Sean:

hcc: 0.9 m hrc: 6.1 m hfc: 0.9 m

B. Cálculo de reflectancias:

RCL = 5x hrc (longitud del local + ancho del local)/ área = 5x6.1(61+36.6)/2232.6 = 1.3333

Otra forma de calcular el RCL es con el uso de la figura N°55.

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Fig N° 55: Método gráfico del cálculo de las Razones de Cavidad

Pasos para obtener gráficamente el valor de RCL:

1. se busca la longitud en la parte izquierda del eje horizontal2. se busca el ancho entre las trazas de 32 y 40m (hacia arriba, recuerde el ancho es 36.6m) y

luego se traza una horizontal desde ese punto, hasta intersecar la traza de la altura de la cavidad del local (recuerde es 6.1m).

3. de ese último punto se traza una vertical al eje horizontal (hacia abajo), lo cual lleva a que RCL = 1.3.

Como hcc = hfc, entonces RCP = RCT = 5x0.9(61+36.6)/2232.6 = 0.2

Tabla N° 14: Relación RCT y RCPPorcentaje de reflectancia del techo o del piso (RCT ó RCP)

90 80 70 50 30 10

Porcentaje de reflectancia de la pared

90 70 50 30 80 70 50 30 70 50 30 70 50 30 65 50 30 10 50 30 10

0 90 90 90 90 80 80 80 80 70 70 70 50 50 50 30 30 30 30 10 10 10

0.1 90 89 88 87 79 79 78 78 69 69 68 59 49 48 30 30 29 29 10 10 10

0.2 89 88 86 85 79 78 77 76 68 67 66 49 48 47 30 29 29 28 10 10 9

0.3 89 87 85 83 78 77 75 74 68 66 64 49 47 46 30 29 28 27 10 10 9

0.4 88 86 83 81 78 76 74 72 67 65 63 48 46 45 30 29 27 26 11 10 9

0.5 88 85 81 78 77 75 73 70 66 64 61 48 46 44 29 28 27 25 11 10 9

0.6 88 84 80 76 77 75 71 68 65 62 59 47 45 43 29 28 26 25 11 10 9

0.7 88 83 78 74 76 74 70 66 65 61 58 47 44 42 29 28 26 24 11 10 8

0.8 87 82 77 73 75 73 69 65 64 60 56 47 43 41 29 27 25 23 11 10 8

0.9 87 81 76 71 75 72 68 63 63 59 55 46 43 40 29 27 25 22 11 9 8

1.0 86 80 74 69 74 71 66 61 63 58 53 46 42 39 29 27 24 22 11 9 8

De la anterior tabla, ya que RCT = RCP =0.2, suponiendo una reflectancia de 50%, y RCP = 30%, y RCT = 0.2, entonces la Reflectancia efectiva del techo es 47%.

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C. Selección del tipo de lámparas y su potencia.

Para aplicaciones industriales se prefieren las lámparas de sodio de alta presión. (asumiendo E/AM 1:1 típico para estas aplicaciones industriales).Potencia inicial de lámparas = 2x nivel de iluminación conservado x AM2 = 2x1076x(6.1)2 = 80076 Lm.

Sea AM = hrc = 6.1 m.Se considera que el Nivel de iluminación conservado = 0.6 del nivel de iluminación recomendado.

Con esta potencia, se busca en los catálogos de fabricantes de lámparas de sodio de alta presión y se concluye que la luminaria adecuada es la de 400 Watts (es solo una primera aproximación).

D. Selección de luminarias.

-ambiente: el ambiente es húmedo, entonces deben ser selladas y con filtro. No hay peligro de explosión.-temperatura ambiente: el ambiente no estará a una temperatura mayor a los 38°C, entonces, el balastro debe ser para operar a una temperatura mayor a 40°C.-criterio de ruído: se estima que esta instalación produce entre 45 y 70 dB, esto implica que el CRSI (Criterio de Ruído del Sistema de Iluminación) deben ser 45 o menos dB, esto es, se propone un CRSI = 42 dB.

-altura de montaje (AM).Como AM =6.1m, entonces, está en el rango de AM bajas (usar luminarias de AM baja).

-dispersión de luz.Para la lámpara de sodio seleccionada, en el Catálogo del fabricante se dan diversos datos de distribución para diferentes ángulos verticales y criterios CE.

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Tabla N° 15: Datos de Distribución (datos basados en 1000 lm.) 3

Ángulo vertical (Grados) Candelas promedio0.7 CE 1.0 CE 1.3 CE 1.5 CE

18017516515514513512511510595857565554535251550

00.110.1513

18.38.91.40.90.90.70.60.90.6530.394

208.8454.3820.5773.4790.1

3.13.83.24.124.232.827

18.28.31.71.11.31.51.965.1

296.9412.5577.2562.8559.6

3.24

2.88.126.726.317.86.91.51.31.21.31.43

134346.2416.1460.1443.8450

3.23.31.7

11.224.417.5

71.40.90.80.81.11.5

19.5212.3365.5382.6325.7325

342.4 Lúmenes de la zona

170-180160-170150-160140-150130-140120-130110-120100-11090-10080-9070-8060-7050-6040-5030-4020-3010-200-10

0.020.04

611.56.91.20.90.90.70.70.90.6527.272.8

131.1210.3232.273.5

0.370.91.915.225.424.2188.81.81.21.31.51.750.4

186.4191

163.453.5

0.370.83.816.820.4166.91.61.41.31.31.42.7

103.7217.4192.7130.242.2

0.30.55.2

15.313.66.31.41

0.90.91.11.5

17.5164.3229.6177.292.230.9

Para mejores resultados, cada luminaria debe proporcionar no más del 50% de la iluminación que reciba el área directamente abajo. O sea, la potencia en candelas en el nadir o candela a 0°, debe aproximarse al valor promedio para producir este nivel.

La iluminación máxima a 0° está dada por:

Max cd = E x contribución de cada luminaria x AM2, donde: max cd: máxima de candelas en el nadir (0°), E: iluminación inicial de la luminaria Contribución de cada luminaria: 50% o 0.5 AM: altura de montaje.

Así, en el ejemplo actual:Max cd = 1076 lux X 0.5 X (6.1)2 = 20019 cd.

Como en este ejemplo se eligió una lámpara de 400W y 50 000 lm, y como la tabla se basa en 1000 lm, entonces, los datos se esa tabla deben multiplicarse por 50.Así, para:Una luminaria de 0.7CE, 50 x 790.1 = 69595 cdUna luminaria de 1.0CE, 50 x 559.6 = 29800 cdUna luminaria de 1.3CE, 50 x 450 = 22500 cd

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Una luminaria de 1.5CE, 50 x 342,4 = 17120 cd

Como maxcd = 20019, entonces, la luminaria a 1.3CE es la mejor elección. Aunque la de 1.5CE también es buena opción.

E. ángulo de pantalla y forma del reflector.Según los datos fotométricos para la luminaria con CE =1.3, la luz debe descargar a un máximo de 45° de la horizontal, para este tipo de luminaria, el ángulo de pantalla no debe ser mayor a 35°, entonces esta luminaria es de baja brillantez.El tipo de reflector se escoge según el grado de dispersión que se desea.

F. coeficiente de utilización (CU).Se obtiene de los datos del fabricante. En este caso CU = 0.726.

G. factores de pérdida de luz. Son datos proporcionados por el fabricante. En este caso: DLL = 0.9, DLP = 0.93, y FB = 1.

FPL = DLL X DLP X FB = 0.9 X 0.93 X 1 = 0.837.

H. número de luminaries.

N = E x área/(LL X CU X FPL) = (1076 x 2232,6) / (50000 x 0.726 x 0.837) = 79 (80 lámparas)

I. espaciamiento.

Espaciamiento cuadricular = √(área/N) = √(2232,6/80) = 5.3 metros

Fig N° 56: Ejemplo para el cálculo de la iluminación.

El espaciamiento cuadricular es útil solo en aposentos cuadrados, para este caso, solo es una aproximación, ya que es rectangular, aquí funciona mejor el cálculo algebraico sencillo.

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80 lámparas/4 naves = 20 lámparas por nave.

Las 20 lámparas se distribuyen a lo largo de los 61 metros, entonces cada lámpara va espaciada cada 3.05 metros.

J. nivel de iluminación real.

Fig N° 57: Método gráfico para calcular el Nivel de iluminación real

Utilizando la anterior gráfica se puede obtener la E real, es decir, la contribución relativa de cada luminaria a un punto en particular. De la figura N° 57, se tiene que>:

E = cd X K X cos3 Θ. Donde: E: nivel de iluminación real Cd: valor de candela sacado de la curva fotométrica (dato del fabricante) Θ: ángulo de incidencia K: (FL X FPL)/AM2.

FL = lumens de la lámpara utilizada en el sistema / lúmenes de lámpara utilizados en los datos fotométricos

Para determinar el valor de K.Si la luminaria seleccionada es de 50 000 lumens, con la distribución expresada en base a 1000 lm, se tiene que el Factor =50 000/1000 = 50.Sea FPL =1, AM =6.1metros, K = (50 X 1) / (6.1)2 = 50/37.21 = 1.34

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La curva de la figura N° 57 se obtiene al multiplicar los datos para 1.3CE de la tabla N° 15 por K., por ejemplo para 0° : 450 x 1.34 = 605 lux.Al final se unen todos los puntos con líneas continuas, y se obtiene la curva que representa el nivel de iluminación en cualquier punto del plano de trabajo que no esté debajo directamente de la luminaria.

En el eje horizontal se puede leer la relación E / AM. Las AM reales se obtienen multiplicando el valor de E real por el valor leído de la escala horizontal.Para obtener el valor de iluminación vertical sobre un plano perpendicular a una línea trazada desde la luminaria al punto que está siendo medido, lo que se hace es multiplicar el valor de iluminación vertical por su razón de distancia horizontal a la AM.Ejemplo: la iluminación horizontal a una distancia equivalente 0.5 veces la AM es aproximadamente 420 lux, esto es, la iluminación vertical en línea con la luminaria es 420 X 0.5 = 210 lux.

K. contribución relativa de cada luminaria.Partiendo del caso hipotético de la figura N° 56, se tiene que para áreas industriales, las luminarias C deben contribuir con el 50% aproximadamente de la luz para iluminar el área directamente bajo ella (ver figura N° 57). Las luminarias C contribuyen con 605 lux en el nadir. Las luminarias A1 están a 6.1m ó 1 AM de C. La razón distribución horizontal / AM 1:1.

Ahora partiendo del punto 1.0 del eje horizontal (figura N° 57) y moviéndose hacia arriba hasta intersecar la curva trazada y en ese punto moverse hacia la izquierda hasta el eje vertical. En ese punto se lee que cada luminaria contribuye con 60 lux al área bajo la luminaria C. Como hay dos luminarias A1, la contribución total de las luminarias A1 al área bajo C es de 120 lux.Las luminarias A2 están a 4.6 metros de la luminaria C. Así, la distancia horizontal / AM es 0.75 (4.6/6.1).Usando la misma figura N° 57, partiendo del punto 0.75 en el eje horizontal, moviéndose hacia arriba en vertical, hasta intersecar con la curva trazada, y luego desde ese punto en horizontal hacia la izquierda hasta intersecar con el eje vertical, se lee en ese punto que cada luminaria A2 contribuye con 200 lux al área bajo la luminaria C, como en total son dos luminarias A2, se tiene que éstas contribuyen con 400 lux.Las luminarias B están a 7.6m de la luminaria C. Así, la relación distancia horizontal / AM (7.6/6.1) = 1.25. Usando la figura N° 57, partiendo del eje horizontal en el punto 1.25, intersecando la curva trazada con la vertical y luego en horizontal hasta el eje vertical, se lee que las luminarias B contribuyen con 20 lux al área bajo la luminaria C. Ésta contribución es tan baja, que se considera despreciable.

Entonces, la contribución total al área bajo la luminaria C es 605 + 120 + 400 = 1125 lux.De los 1125 lux en el área bajo C, 605 lux son proporcionados por la misma luminaria C, lo que quiere decir que la C proporciona el 54% de la luz bajo ella (605/1125)x100 = 54%. Eso quiere decir, que las otras luminarias A (A1 y A2) proporcionan el otro 46%.Esta es una buena relación para una instalación industrial.

L. iluminación bajo el nadir.El nivel de iluminación directamente bajo la luminaria C será un poco mayor al calculado de 1125 lux, debido a la contribución de otras luminarias y a la reflexión de las paredes. Así, es muy probable que se aproxime bastante al nivel recomendado por la IESNA de 1285 lux.

M. análisis punto por punto.Usando el mismo ejemplo hipotético de la figura N° 56, se tiene que el local está dividido en 4 naves de 9.1 x 6.1m. (ver figura N° 56) hay dos filas de luminarias en cada nave. Utilizando uno de los programas de computadora para analizar puntos en las diferentes naves, se apagaron las dos filas de la nave 1 y se analizó el nivel de iluminación de la nave 2. Así, se logra un cálculo punto a punto fácil y muy preciso de realizar, aunque si se prefiere o no se cuenta con ésta herramienta tecnológica, deberá usarse el método de la figura N° 57.

N. Efecto Corona.

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Apagando una nave y analizando su efecto en las naves anexas, se obtiene una curva como la de la figura N° 58.

Figura N° 58: Efecto Corona

Como se muestra en la figura N° 58, las luminarias cuyos patrones de luz se superponen originan un efecto de corona de iluminación en el centro del área que está siendo iluminada. Este efecto es más pronunciado en locales pequeños y con RCL altas.

Por lo general, la primera fila de luminarias de un local se instala a una distancia de la pared que es la mitad del espaciamiento de las luminarias. Así, el nivel de luz no llega a su pico hasta la segunda fila de luminarias. Este efecto indeseable se evita, únicamente, usando luminarias con haz de luz más estrecho en las filas junto a las paredes, aunque al final esto es inútil e innecesario, ya que por lo general, la mayoría de las actividades se realiza lejos de las paredes.

Este efecto corona, no puede pasarse por alto, sobretodo en locales en donde se usan diferentes niveles de iluminación, ya que el efecto corona tiende a acentuar el cambio perceptible del nivel de iluminación entre el perímetro y el centro del área en cuestión. La iluminación en todos los puntos del plano de trabajo debe provenir de cuando menos cuatro luminarias, particularmente a AM bajas.

En los casos cuando hay variaciones en la altura de montaje (techo inclinado, por ejemplo), la utilización del sistema no se afecta, excepto en el perímetro. En estos casos, el espaciamiento puede mantenerse constante y la AM se incrementa conforme la inclinación del techo. Al hacer los cálculos, se usa el promedio de la AM (promedio de la altura del techo). Se observará mayor superposición de los haces de luz si el techo es inclinado, pero sólo disminuye el nivel luminoso en el área perimétrica.

O. contribución de las paredes.Como se observa en la figura N° 58, la luz reflejada contribuye muy poco a mejorar la iluminación del perímetro del local (ver zona sombreada). Lo cierto es que las luminarias nunca iluminan las paredes uniformemente.En la práctica, la reflectancia de las paredes y el cielo contribuyen muy poco (aproximadamente del 10%). Sin embargo, se recomienda que tanto las paredes como el cielo se pintan de colores claros, para lograr una reducción del contraste entre las luminarias y el cielo y que la brillantez del techo sea igual a la del piso. Una muestra de lo anterior se da en la siguiente tabla:

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Tabla N° 16: Contribución luminosa de la pared al plano de trabajo (de una pared con 30% de reflectancia) 3

Sección vertical de la pared (metros) 1 metro = 3.3 pies

Iluminación vertical sobre la pared(lux) 1 lux = 0.09 bujía-pie

Plano de trabajo:distancia de la pared en metros

0-1.5 1.5-3 3-4.6 4.6-6.1 6.1-7.60.0 - 1.51.5 - 3.03.0 -4.64.6 - 6.1

Total

28236319913

12.520.93.60.02

37.02

2.413.15.50.15

21.15

1.06.454.5

0.1812.13

0.73.93.1

0.157.85

0.32.62.20.155.25

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Sistemas de iluminación complementaria.

La iluminación general puede que no sea suficiente para realizar actividades que requieren mucho esfuerzo visual. En este caso, se pueden instalar luces complementarias diseñadas para estos propósitos específicos.El diseñador debe conocer entonces, los factores que intervienen en la visión, así como los efectos de la ubicación de las fuentes de luz.Por ejemplo, el diseñador debe considerar aspectos como:

a. tipos de fuentes de luza.1 fuente de luz focal. Produce un haz redondo de alta intensidad, sobre la superficie. Ejemplos: lámparas incandescentes, con reflector o una DAI (lámpara de Descarga de Alta Intensidad).a.2 fuente de luz lineal. Produce una línea de alta luminosidad a lo largo de la superficie. Ejemplo: lámparas fluorescentes.a.3 fuente de luz difusa. Produce luminosidad uniforme sobre una amplia superficie. Ejemplo: lámpara con difusor plástico o de vidrio iluminado desde atrás.Por lo general, los sistemas complementarios son mixtos, es decir, combinan varios tipos de fuentes de luz.

b. efecto del fondo. Usan el contraste de la superficie de trabajo para resaltar un objeto sobre éste.c. Cantidad de luz producida. La cantidad de luz producida es proporcional a su brillantez y a su

área.d. Tamaño de la fuente de luz. Esto es importante en sectores donde se requiere iluminación para

inspección (labores críticas).e. Características reflectivas de las superficies (piso, paredes y techo).f. Nivel de iluminación recomendado.g. Factores que intervienen en la visión (tiempo, brillo, tamaño y contraste).h. Posición de la fuente de luz.

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Diseño de la iluminación de pasillos de bodegas y áreas muy largas y estrechas.

Las áreas o locales muy estrechos y largos, tienen una RCL >10. Estos casos no se incluyen en las tablas de CU proporcionados por el fabricante de luminarias.Por eso, en tales circunstancias, se debe calcular la iluminación considerando únicamente la contribución directa de las luminarias, incluso despreciando las contribuciones de las paredes y el cielo.La estrategia de diseño para estos casos, entonces se basa en el método punto a punto, para verificar los niveles de iluminación en puntos horizontales y verticales específicos, con la idea de asegurar la suficiente cantidad de luz en los puntos clave.

Características de los pasillos:Califican como áreas estrechas y muy largas, aquellas que son cuadradas y con RCL >10, ó áreas largas y muy estrechas con AM >=2 veces su ancho. Si su RCL <0 debe considerarse una iluminación interior general.Para efectos de diseño, se supone que RCP =0 y las reflectancias de las estanterías (en bodegas) = 0.

Aspectos a considerar en el diseño de iluminación de pasillos. Niveles de iluminación. El nivel de iluminación recomendado por la IESNA está en función de la

altura de los estantes y del tipo de mercadería o si esta está clasificada y si su manipuleo es manual.

Selección de las luminarias. Se recomienda el uso de lámparas fluorescentes en donde las estanterías son bajas. Para estos lugares con estanterías altas, se prefieren las lámparas DAI, ya que proporcionan mayor luz y consumen menos energía.

Dispersión del haz luminoso. Al seleccionar las luminarias debe considerarse si se desea iluminar solo el piso o si también interesa iluminar las partes internas de los estantes.

Criterios de espaciamiento CE. Conforme aumenta el CE de la luminaria, mayor es la cantidad de luz que está dirige hacia la parte superior de los estantes, por eso, si se desea iluminar el pasillo y las partes inferiores de los estantes, se deben usar luminarias de CE bajos. Para esos casos, existen lámparas DAI con patrones de haz luminoso asimétricos.

Cálculo del CU y CE para pasillos.Para calcular el CU, se utiliza la tabla siguiente:

Tabla N° 17: Coeficiente de utilización (CU) para la iluminación en un pasillo. 3

Zona Grados del ángulo

vertical

MultiplicadorCos3θ (tan a - tan b)

Primera luminaria Segunda luminaria

Columna 1 Columna 2 Columna 3 Columna 4 Columna 5 Columna 6 Columna 7 Columna 8 Columna 9Zona Grados

del ángulo vertical

MultiplicadorCos3θ (tan a - tan b)

candelas 2A x (LL x AM)para 1000 Lm

de lámpara

CU de Zona candelas 2ª x (LL x AM) CU de Zona

0-1010-2020-3030-4040-5050-6060-7070-80

515253545556575

0.1740.1690.1590.1440.1250.1020.0770.051

1381531741771841609242

0.0010.0010.0010.0010.0010.0010.0010.001

Total CU

0.0240.0260.0280.0250.0230.0160.0070.0020.151

287652.50321084151733326

987564

6.5 x 10-6

6.5 x 10-6

6.5 x 10-6

6.5 x 10-6

6.5 x 10-6

6.5 x 10-6

6.5 x 10-6

6.5 x 10-6

0.0330.0330.0220.0140.003

---

0.105Estos datos se obtuvieron dividiendo el pasillo en zonas a cada lado de la luminaria (ver figura N° 59).

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Figura N° 59: Zona para calcular el CU de un pasillo de bodega.

Para que los datos de la tabla anterior sean válidos es necesario cumplir los siguientes requisitos:

1. el nivel de iluminación al centro de cada zona es el nivel promedio de esta zona, de lado a lado y de extremo a extremo.

2. la intensidad luminosa o la potencia (cd) de la luminaria no cambia significativamente de 0° a 15°.3. la luminaria está montada sobre el pasillo.4. la anchura del pasillo equivale a menos de la mitad de la altura de montaje (AM).

El CU de cada zona es:

CU = cd X cos3θ X (tan b - tan a) X 2A/(LL X AM),

Donde: cd: potencia luminosa de la luminariaΘ: ángulo vertical (columna 2 de la tabla)a: ángulo al borde más cercano de cada zonab: ángulo al borde más lejano de cada zonaA: ancho del pasilloLL: lumenes de la lámparaAM: altura de montaje de las luminarias.

El CU total es la suma de los CU de todas las zonas.Éste método es útil para luminarias fluorescentes y DAI. Entonces, el CE, se puede calcular a partir de los datos de la tabla usada para calcular el CU, y usando la fórmula:

E = (LL X CU X FPL ) / (S X A)

Donde: S: espaciamiento (metros)LL: lumenes de lámpara iniciales (lm)CU: CU en el pasilloFPL: factor de pérdida (dato del fabricante)A: anchura del pasillo (metros)E: nivel de iluminación (lux)

Caso cuando es necesario asegurar un nivel de iluminación promedio en estantes verticales.1. consultando los datos fotométricos del fabricante se obtiene el porcentaje de lúmenes de lámpara

desnuda (sin difusor ni pantalla) que inciden en la zona de 0° a 90°.

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2. de la tabla para calcular el CU, se obtiene que el CU de los estantes = porcentaje de zona 0-90° - CU total del pasillo.

Este CU de los estantes abarca los dos estantes que dan a cada pasillo, y así, el CU del estante de cada lado se divide entre dos.3. el resultado último indica el porcentaje de lúmenes de a lámpara desnuda que alcanzan la pared

del pasillo (lado del estante).4. si las luminarias se montan a la misma AM que la parte superior de los estantes, el nivel

promedio de iluminación vertical (pared del estante) en estos se puede determinar así:

E = (LL X CU X FPL ) / (S X AM)

C. Verificación de un punto en el plano horizontal.

Utilizando las gráficas de las figuras N° 57, 60 y 62, que fueron derivadas de la ley de cosenos y del inverso de los cuadrados, pueden calcularse, punto a punto, la iluminación vertical y horizontal en un punto en particular.

Figura N° 60: Método gráfico para calcular el nivel de iluminación horizontal

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Figura N° 61 Método para calcular la iluminación punto a punto en un plano horizontal

Figura N° 62: Método gráfico para calcular el nivel de iluminación vertical

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Figura N° 63: Hoja técnica del fabricante de la luminaria

Con la ayuda de la gráfica de la figura N° 60, se puede calcular el nivel de iluminación en cualquier punto de un plano horizontal. Aquí, las líneas diagonales son los ángulos de la luminaria al punto en donde se está midiendo el nivel de iluminación.

Primero, debe conocerse el tipo y los datos del fabricante de la luminaria a utilizar, y la altura de montaje sobre el punto que se utilizará, y también debe saberse la distancia horizontal.En la figura N° 61 se muestra un caso hipotético de un pasillo de un almacén. Las luminarias están espaciadas cada 4 metros, a una AM de 6 metros. Se requiere halar el nivel de iluminación en el punto P.

Para hallar el nivel de iluminación en P, se sigue el siguiente procedimiento:1. Para la luminaria A la AM = 6 metros, y la distancia horizontal desde el punto que está siendo

medido (P) es 2 metros.

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2. se localiza este punto en la figura N° 60. Así, se obtiene que el nivel de iluminación para 1000 candelas es 24 lux, y además, que el ángulo vertical entre ese punto (24 lux) y la luminaria a utilizar es de aproximadamente 20°, es decir, entre A y P hay 20°.

3. en los datos del fabricante (distribución en candelas y lumen) de la luminaria a utilizar (ver figura N°63), se busca el ángulo vertical de 20° y se tiene que esa luminaria emite aproximadamente 166 candelas para 1000 lúmenes.

4. en los datos de la luminaria, encontrar los lúmenes de lámpara iniciales para la luminaria. En este caso, son 50000 (dato proporcionado por el fabricante).

5. determinar las candelas reales a 20°, para lo cual: cd a 20° para 1000 lúmenes x LL/1000 = 166x 50000/1000 = 8300 cd a 20°.6. encontrar el valor real, en lux, en ese punto: E de la gráfica (fig N° 61) x cd a 20°/1000 = E inicial a 20°.

Como hay 24 lux para 1000 candelas en el punto P, entonces:24x83/100 = 199,2 lux, que es la contribución de la luminaria A al punto P. Como esa cifra

está muy lejos de los 538 lux recomendados, es necesario hacer ajustes (paso 7).7. sumar la contribución de las otras luminarias al punto P.Como la luminaria B también tiene AM = 6m y distancia horizontal 2m al punto P, su contribución es la misma que la luminaria A, y entonces la contribución de la luminaria B al punto P es 199,2 lux.En el caso de la luminaria C, AM = 6m y la distancia horizontal a P es 6m. Repitiendo los pasos 1 al 6, se tiene que la luminaria C contribuye con 90 lux al punto P, y así, la contribución total de las luminarias A, B y C al punto P es : 199,2 + 199,2 + 90 = 488,4 lux (representa el 91% del nivel recomendado). No obstante, habrá una pequeña cantidad adicional de luz en el punto P l, proveniente de las restantes luminarias instaladas en el pasillo, con lo cual el nivel real de iluminación en el punto P será siempre inferior pero muy cercano al nivel recomendado de 538 lux.8. multiplicar el nivel de iluminación por el FPL apropiado para hallar el nivel de iluminación que se

mantendrá.

D. Verificación de un punto sobre el plano vertical.

Para verificar la luz en un punto de un plano vertical, se usa la gráfica de la figura N° 64 (se puede usar con metros y lux, o con pies y bujías-pie). Los valores de las líneas se dan para 100 cd o bien para 1000 cd.

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Figura N° 64: Método gráfico para el cálculo de la iluminación vertical (es la misma que la N° 62)

En el eje horizontal se tienen razones. La instalación en retroceso supuesta en esa gráfica es 3.16 metros, que es la raíz cuadrada de 10 metros. Los ángulos en las líneas de ensanchamiento son los ángulos de la luminaria al punto que está siendo medido.Suponiendo ahora el caso hipotético del plano de la figura N° 65.

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Figura N° 65: Plano de luminarias complemento del plano de la figura N° 56

Para usar la gráfica de la figura N° 64, se usa el procedimiento:

1. calcular la instalación en retroceso perpendicular desde la luminaria A al plano vertical que está siendo iluminado. Suponiendo que esa distancia es 1.5 metros.

2. sabiendo las distancias verticales y horizontales que existen entre cada luminaria y el punto P en estudio (se obtienen del plano dado). Se divide cada distancia entre la instalación en retroceso (1.5m en este caso). Así, la razón de distancia vertical y la instalación en retroceso es 2.7/1.5 = 1.8, y la razón de distancia horizontal y la instalación en retroceso es 2.25/1.5 = 1.5.

3. usando estas razones, se ubica el punto P en la gráfica de la figura N° 64. se tiene que el nivel de iluminación es 0.6 lux para 100 cd. Basándose en las líneas curvas, se tiene que el ángulo vertical entre ese punto y la luminaria es 45°.

4. de los datos del fabricante de la luminaria utilizada, se buscan las cd a 45° (diagrama polar), y se obtienen que esta luminaria produce 185 cd para 1000 lúmenes a 45°.

5. de los datos de la lámpara (datos del fabricante) se buscan los lúmenes reales a partir de los cuales se obtienen los cd reales en P: (5000/1000)*184 = 9200 cd en el punto P.

6. para calcular la cantidad de lux incidentes en el punto P: cd reales en P x nivel de iluminación en P de la gráfica (paso 3)/100 = 9200 x 0.6/100 = 55,2 lux (dato para instalación en retroceso con 1.5m). pero como la gráfica está basada en una instalación en retroceso de 3.16m, entonces es necesario encontrar un multiplicador: (3.16 /1.5)2 = 4.44, entonces los lux reales en el punto P son: 55.2 x 4.44 = 245 lux iniciales en el punto P.7. se suma la contribución de las otras luminarias.8. multiplicar por el FPL para obtener el nivel de iluminación que se mantendrá.

NOTA: Para Lugares peligrosos, las figuras N° 60 y N° 64 son útiles también. Es decir, con esas gráficas se pueden calcular los niveles de iluminación verticales y horizontales en lugares peligrosos.

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Técnicas de cálculo de iluminación de oficinas y laboratorios.

Es probablemente la aplicación que ha sido de más estudios e interés de los investigadores.Los empleados de oficinas y laboratorios pasan la mayor parte del día frente a su escritorios y bancos de trabajo. Aunque, para esos casos, se usan básicamente las mismas técnicas de diseño de iluminación que para las demás áreas, siempre es importante considerar otros aspectos, tales como la menor altura del techo.Dos sistemas de iluminación con el mismo nivel de iluminación no necesariamente proporcionan la misma visibilidad. La diferencia se debe, por lo general, a la pérdida de contraste en el área de trabajo originada por las reflexiones velantes, las cuales surgen cuando la brillantez de las luminarias se reflejan directamente en la superficie del objeto con el que se está trabajando.

La IESNA a establecido niveles óptimos de iluminación para oficina, basándose en el concepto de la Iluminación de Esfera Equivalente (IEE- ESI- Equivalent Spheric Ilumination-).La IEE es un concepto que relaciona la visibilidad del objeto sobre el plano de trabajo con el nivel de iluminación. Utiliza un hemisferio uniformemente iluminado como fuente de iluminación de referencia.El hemisferio produce la misma brillantez en todas la direcciones. Las mediciones de visibilidad que se hagan dentro de esa esfera se utilizan como referencia y se comparan con la visibilidad producida por el sistema de iluminación real del objeto, visto desde cierta dirección y en un punto específico del local a iluminar.La visibilidad será más alta o baja que la producida dentro de la esfera, en función del efecto de las reflexiones velantes.El nivel de IEE para el objeto, es el nivel de iluminación que tendrá que producir una esfera fotométrica para hacer dicho objeto tan visible dentro de la esfera como lo es en le medio real de iluminación.

Los niveles de IEE varían en los diferentes puntos de una habitación y en los diferentes ángulos de observación.Sin embargo, las técnicas de medición y cálculo para los niveles IEE son muy complejos. No obstante, existen programas de computadora que calculan los niveles de IEE para oficinas típicas.

Algunas recomendaciones para minimizar las reflexiones velantes y maximizar los niveles de iluminación:

a. seleccionar y ubicar las luminarias adecuadamente. Las luminarias deben ubicarse de manera que su luz no se refleje directamente a los ojos de las personas (fuera de la zona de deslumbre).

La zona de deslumbre se define como la zona situada inmediatamente frente y encima de una persona sentada ante su escritorio. (el ángulo de deslumbre varía entre 0° y 40°, siendo 25° el más frecuente).

Para evitar instalar las luminarias dentro de la zona de deslumbre, el diseñador debe conocer donde serán ubicados los escritorios y mesas de trabajo y evitará ponerlos de frente a las personas. Pero, si las luminarias ya están instaladas, entonces se revierte el proceso, para ello se coloca un espejo sobre el escritorio y se mueve el mismo hasta lograr ubicar una posición del escritorio en donde no se refleje la luz directamente sobre el espejo.

Para evitar las sombras, el espaciamiento entre luminarias debe ser aproximadamente igual a la altura de montaje (AM). Por lo general, la altura de la cavidad del techo en oficinas es de 2 ó 3 metros. Esto implica que cada luminaria debe tener menos de 20 000 lúmenes cada una, en cuyo caso, es común usar lámparas fluorescentes de 2 ó 4 tubos de 40W, ó SAP de 100W y 150W.

Las oficinas pequeñas deben ser iluminadas con un mínimo de dos luminarias dispuestas a ambos lados del escritorio.

En las oficinas grandes y abiertas, para evitar un poco el deslumbramiento, se usan luminarias con distribución luminosa asimétrica (de modo que el haz principal esté a 90° de la orientación de los escritorios). Para ello, se usa una luminaria con reflector especial, o una combinación de reflector y refractor.

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b. Superficies de la habitación.Tabla N° 18: Reflectancias de superficie recomendadas por la IESNA para oficinas.4

Superficie Variación equivalente de reflectanciaAcabados del techo* 80-90%Paredes 40-60%Muebles 25-45%Máquinas y equipo 25-45%Pisos 20-40%

El CU es mayor, puesto que las reflectancias de pisos, paredes y techo son mayores. Por lo general, las RCL son altas, puesto que el tamaño del local es pequeño y el color

del techo y paredes es claro. Las paredes se deben pintar con colores que proporcionen los niveles recomendados de

reflectancia. Las áreas brillantez se pueden aprovechar para acentuar ciertos colores (no deben

superar el 20% del área visual total del empleado). La elección de los colores debe hacerse bajo las fuentes de luz que se han especificado. Donde existan ventanas, las cortinas deben tener la misma reflectancia que la

recomendada para las paredes. Los escritorios y máquinas con acabado mate reducen el fulgor. Las superficies verticales de mesas, escritorios y archivos deben tener acabados claros

para hacerlos más visibles. Las razones de luminancia no deben exceder a las que recomienda la IESNA (tabla N°

13). Recuérdese que los cambios bruscos de luminancia producen fatiga y molestias al empleado.

El diseñador debe tratar de crear un ambiente agradable, ya que un empleado que se sienta confortable es más eficiente.

c. Colocación del mobiliario.Como actualmente existe la tendencia de colocar el mobiliario de oficina combinando los espacios de trabajo con las áreas para archivo e instalar divisiones y estaciones de trabajo a media altura. Para esos casos, a menudo se recurre a sistemas de iluminación indirecta, lo cual obliga a usar luminarias de mayor eficiencia para compensar las pérdidas del sistema indirecto.Cuando las luminarias se instalan integradas a techos o cielos falsos suspendidos, se suele combinar el sistema de iluminación con los sistemas de calefacción y ventilación.

4 tomado de la publicación IESNA Lighting Handbook, 1973.* Las reflectancias recomendadas sólo son para acabados. La reflectancia total de los materiales acústicos puede ser ligeramente más baja

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Reflectores

Existen variaciones entre los reflectores, de hasta el 20%, entre los niveles calculados de iluminación y los que realmente produce un sistema una vez instalado, aun cuando se hayan requerido al pie de letra los procedimientos de diseño.En realidad ningún reflector satisface todos los criterios de diseño.

Es común que en un sistema se utilicen más de un solo tipo de reflector en el diseño de un sistema.

Tipos de reflectores.a. de base móvil. Se usan para dirigir la luz en la dirección deseada.b. De base fija. Se usan en postes de alumbrado público y las de poste elevado. Son más eficientes

pero son menos flexibles. Los reflectores de alumbrado público funcionan muy bien en áreas largas y estrechas, tales como caminos, cercas, en donde la anchura del área iluminada es menos de 2 veces la AM.

Datos proporcionados por el fabricante. El formato de presentación en general, es el establecido por la IESNA (de uso generalizado al menos para los fabricantes del mercado de E.U.A.). este formato consiste en mostrar el rendimiento fotométrico de la luminaria sobre la base de un número constante de lúmenes de lámpara, independientemente de la lámpara que en realidad use la luminaria (método relativo). También existe el método directo, que utiliza los lúmenes reales de la lámpara (éste último método ha caído en desuso por las conveniencias que presenta). El método relativo, es el más usado, principalmente por las siguientes ventajas:

a. El diseñador debe usar los datos más recientes publicados por el fabricante, respecto a los lúmenes de las lámparas que va a utilizar.

b. Como todas las curvas están basadas en los mismos lúmenes de la lámpara, resulta más fácil de hacer comparaciones entre los reflectores.

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Figura N° 66: Datos fotométricos de un reflector asimétrico de lámpara SAP de 150, 400 y 1000W (basada en 1000 lúmenes).

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En la anterior figura, en el lado izquierdo se muestra la distribución de lúmenes y candela, en función de ángulos horizontales, del lado izquierdo y el lado derecho a partir de la lámpara hacia el punto a iluminar. En el lado derecho se muestra una gráfica donde se describe la intensidad luminosa emitida en función del ángulo. (trazas de candela).Para los reflectores simétricos, sólo se presenta una sola traza.Para los reflectores asimétricos, se presenta la traza completa (lado izquierdo y lado derecho) y el haz vertical inferior en la izquierda, y el haz horizontal superior a la derecha.

Clasificación de los reflectores.Según la dispersión horizontal y vertical de su haz luminoso. La dispersión es el número total de grados entre el punto correspondiente a una décima de candela máxima de un lado del haz, y el punto correspondiente a una décima de candela máxima del lado opuesto.En los reflectores simétricos, las candelas máximas ocurren en el eje de apuntamiento del reflector. En los asimétricos, pueden ocurrir arriba del eje de apuntamiento o en cualquiera de sus lados.

Tabla N° 19: Clasificación NEMA de reflectores para exteriores*

Dispersión del haz luminoso (grados) Identificación del tipo NEMA10 a 18 118 a 29 229 a 46 346 a 70 470 a 100 5100 a 130 6130 y mayor 7

En el caso de los reflectores asimétricos tienen, por lo general, un haz que es más ancho en dirección horizontal que en dirección vertical, y se le asignan dos números NEMA.A los reflectores simétricos, se les asigna un solo número NEMA debido a que es el mismo número en vertical y horizontal.

Sin embargo, no es buena práctica, seleccionar un reflector basándose solamente en el grado de dispersión. Es indispensable verificar la forma real del haz, para lo cual debe consultarse el diagrama polar.Por ejemplo, de la figura N° 66, en el diagrama polar, la línea punteada indica que la dispersión del haz de luz es de 40°, lo que quiere decir que ese reflector tiene un número NEMA 3. si se hubiese utilizado la línea sólida, el grado de dispersión sería de 55°, es decir, un número NEMA 4, lo cual hubiese inducido al error en el cálculo.

* tomado de la publicación NEMA FA-1-1973.

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Diagrama de isoluminación.

Figura N° 67: Diagrama de isoluminación y curvas de utilización de los reflectores de la figura N° 66

El diagrama de isoluminación consiste en mostrar la distribución de lúmenes para diferentes AM en función del ángulo de apertura.

Datos de utilización.La gráfica de la figura N° 67 es una representación gráfica de los datos de la tabla de la figura N° 66 (tanto la gráfica, como la tabla son proporcionadas por el fabricante), solo que esta vez calculadas para el ángulo de apuntamiento específico. Estas curvas muestran el porcentaje inicial de lúmenes de la lámpara que incide en cada área horizontal, medida desde la base del lugar en donde está instalado el reflector.

Ángulos de apuntamiento vertical.

Figura N° 68: Variación del ángulo de apuntamiento vertical

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A medida que se incrementa la distancia desde el poste que sostiene el reflector, este último "ve" un área cada vez mayor.

Los niveles de iluminación horizontales disminuyen al aumentar los ángulos de apuntamiento.

Figura N° 69: Variación de la relación H/V del ángulo de apuntamiento

E = cd cosΘ/ D2, donde D: es un vector, cuyas coordenadas rectangulares son H en x y V en y.V = AM, y entonces: E = cd/AM2 .

De la tabla de la figura N° 69, se requiere 70.1 (ratio) veces más potencia luminosa para producir 1076 lux a 4AM (H/V) con la misma luminosidad que en la base del poste, mientras que sólo se requiere 31.6 veces más potencia luminosa para alcanzar este nivel de luminosidad a 3 AM.

Selección de luminarias.La selección de un reflector con base en su potencia máxima en candelas no es muy preciso y por lo tanto no se aconseja. El principal objetivo es asegurar que la potencia luminosa máxima no produzca un "manchón" de luz notablemente más brillante dentro del área iluminada.Los reflectores se venden con distintos tipos y tamaños de lámparas, y con distintos patrones de haz de luz y potencias máximas.

Ángulo de potencia máxima en candelas.A menos que el reflector esté dirigido directamente hacia abajo, hacia la superficie iluminada, el nivel máximo de iluminación siempre se encuentra atrás del punto hacia donde está dirigido.Un incremento en la altura del poste o un aumento o disminución del ángulo de apuntamiento reduce el nivel de iluminación en este punto.

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Figura N° 70: ángulo de potencia máxima

En la anterior figura se muestra un reflector dirigido a un ángulo de 54.7°. El triángulo 3 4 5 con AM = 3, H = 4, y D = 5, desde el reflector hasta el punto P.Esto es, AM/H = 3/4. La distancia entre el reflector y el punto de apuntamiento (P), que equivale a 1 1/3 de la AM. En conclusión, si se desea que un punto del área reciba la mayor cantidad de luz posible, debe seleccionarse una AM tal que permita un ángulo de apuntamiento vertical de 54.7°.

Ángulo de apuntamiento horizontal.Es el ángulo en el que está dirigido en relación con una línea trazada desde la base del poste a un ángulo de 90°, hasta el perímetro del área.Para seleccionarlo, se usa el diagrama de isoluminación. Los reflectores deben estar dirigidos en el ángulo que mejor cubra el área.Para que el sistema tenga la mayor uniformidad, la superposición de los haces de luz adyacentes deben ocurrir en un punto no más alto que el punto equivalente a la mitad de candela máximo.Por ejemplo, para el reflector de la figura N° 66, esto ocurre a 550 candelas (la cd máximas son 1100 cd), y ocurre aproximadamente a 11° a cada lado de la línea de apuntamiento (ver eje horizontal). Esto significa que la separación angular horizontal máxima entre las líneas de apuntamiento para este reflector debe ser aproximadamente 22°.

Iluminación vertical.Si se conoce el nivel de iluminación horizontal (EH) en un punto, es posible calcular el nivel de iluminación vertical (EV) sobre ese punto.

EV/EH = H/AM

Esta relación es para el caso en el que la luz proviene de un solo poste. Si hay luz de varios postes, es necesario sumar la contribución individual en ese punto de los demás postes.

Sombras.

Figura N° 71: longitud de las sombras

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AM/H = D1/D2: donde D1: distancia desde la base del poste al límite de la sombraD2: longitud de la sombra.

Mientras más alto es el poste, más corta es la sombra.Esto es un factor importante en un área de trabajo exterior llena de equipo y materiales.

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Técnicas de diseño de iluminación para exteriores.

Para la explicación práctica de éstas técnicas, se supone un ejemplo hipotético en el que se va a iluminar un área de trabajo al aire libre de 55 por 55 metros. Es un área de descarga en un muelle, y requiere un nivel de iluminación recomendado de 54 lux.

1. aspectos preliminares.

El primer paso en el proceso de diseño es visitar el sitio en el que los trabajadores van a realizar sus labores. Lo que el ojo ve es la luminancia o brillantez, no el nivel de iluminación.Los niveles verticales de iluminación son muy importantes en la iluminación con reflectores, ya que con frecuencia el lugar que se va a iluminar es un área de almacenaje, en donde tanto los objetos sobre el suelo como las superficies horizontales tienen que ser visibles. El tamaño de los objetos es importante, pues deben verse en la noche.También, es importante el tiempo del que disponen los trabajadores para adaptarse a la iluminación externa.Recuérdese que el ojo humano requiere de 3 a 5 segundos para adaptarse de un nivel de iluminación de 323 a 430 lux a otro de 0.1 lux. Basado en este hecho, se calcula el tamaño de las letras de la "Tabla de Pruebas Visuales de Snellen". Cuando se trata de personas de mayor edad, el tiempo de adaptación puede duplicarse.

2. nivel de iluminación.La IESNA ha recomendado niveles de iluminación para exteriores, según la aplicación que tendrá el área a iluminar.

3. ubicación del equipo de iluminación.La ubicación del equipo la determinan las áreas de trabajo, el flujo del tránsito y la presencia de obstrucciones. Los reflectores pueden montarse en postes, edificios, estructuras elevadas y otros.Al decidir sobre la ubicación de los reflectores, no debe olvidarse el considerar la apariencia y el fulgor (las personas no deben recibir la luz de frente), tampoco debe pasar por alto la existencia de reglamentos municipales y otros que establezcan limitaciones. Por ejemplo: la altura de los postes o el fulgor.

3.1 iluminación perimétrica.Los reflectores pueden instalarse dentro o en los alrededores del área a iluminar. Si los postes

están localizados dentro del área, se recomienda instalar luminarias tipo estacionamiento o de poste alto, en lugar de reflectores.

Las iluminación perimétrica (alrededores) es el método más común de utilizar reflectores, ya que no existen restricciones respecto a la actividad dentro del área y además, como la luz puede provenir de más de un lugar, ese efecto contribuye a mejorar la uniformidad y disminuye las sombras.

Para el caso particular de un área cuadrada o rectangular, existen tres métodos típicos de iluminar el área:

a. un reflector en cada esquina. Disminuye las sombras y es el más eficiente medio porque permite que casi toda la luz caiga dentro del área (un reflector o dos reflectores por poste).

b. Los reflectores se montan uno frente al otro en un punto medio dentro del área. Es ligeramente menos eficiente que el primero. Es el medio más económico, pues se usan menos postes.

c. Todos los reflectores se montan sobre un mismo poste en un punto medio den un costado del área. Se usan varios reflectores adyacentes para tratar de que la superposición de los haces de luz, pueda cubrir toda el área. Es el menos recomendable de los tres métodos.

3.2 altura y espaciamiento de los postes.Como lo común es que el tamaño y la forma del área es lo que determina la altura y el espaciamiento de los postes, es necesario entonces, partir de un plano del área.

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Figura N° 72: plano del área del ejemplo en estudio.

Para áreas más grandes o de forma irregular, el área puede dividirse en varias secciones para propósito de diseño solamente.Si el área se va a iluminar desde un solo lado, la altura del poste o AM debe ser aproximadamente la mitad de la anchura del área a iluminar.Por ejemplo, si el área del ejemplo hipotético (figura N° 72) se iluminara desde un solo lado, la AM debe ser de 27.5 metros (el ancho del área es 55m).Si el área del ejemplo se fuera a iluminar desde más de un punto, la AM se puede reducir a la cuarta parte de la anchura del área, es decir AM = 13.8 metros.Si se montaran reflectores en cada esquina del área, se recomienda usar una AM de la mitad de la anchura del área, es decir 27.5 m.

4. tipos de lámparas.Para seleccionar la luminaria, deben considerarse aspectos como:

Eficiencia de la lámpara (lúmenes producidos por Watt consumido) Tipo de ambiente en donde será instalada.

Para el caso particular del ejemplo de la figura N° 72, se escoge una lámpara SAP, debido a su mayor eficiencia. Las SAP escogidas tienen haz asimétrico de luz, lo cual es una ventaja( el haz horizontal es más ancho)

4.a Método Lumen.Es el método mas frecuentemente usado para estimar el número de lúmenes de lámpara necesarios para iluminar un área en específico.

Para obtener los lúmenes de lámpara (LL), se usa la fórmula:

LL = (E x área)/(CU x FPL) ó se usa la gráfica de la figura N° 73.

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Figura N° 73: Criterio de selección de reflectores.

Para utilizar la gráfica de la figura N° 73, se usa el procedimiento:a.seleccionar el tipo de lámpara a uytilizar y determinar el nivel de luz promedio que se mantendrá. Primero, se utilizará una SAP de 1000W y se requiere un nivel de 54 lux (según IESNA).b.de los datos del fabricante de la lámpara, se obtienen FPL, DLL y DLP, y factor de inclinación.

Lux = lux constantes/(DLL X DLP x factor de inclinación).En el caso de ésta SAP, DLL = 0.9, DLP = 0.95 y no tiene factor de inclinación (característica de

las SAP).Así: lux = 54/(0.9x0.95) = 63.2 lux. Este valor se busca en el eje horizontal de la gráfica superior derecha de la figura N° 73.

c. de la figura N° 74, se obtiene que el área a iluminar es 3025 m2.Localizando los 63.2 lux en la gráfica superior izquierda en el eje horizontal, se traza una línea vertical hasta intersecar la línea inclinada de 3000 m2 y de ese punto se traza una línea horizontal hacia la izquierda hasta intersecar con la línea inclinada del CU adecuado.El CU adecuado se estima usando la tabla N° 21, la cual está en función de la AM.

Tabla N° 20: CU estimado del reflector.Postes en un lado Postes en ambos lados

ancho utilización ancho Utilización2AM o menos 50% 4AM o menos 50%

2 a 3AM 40% 4 a 6AM 40%Más de 3AM 30% Más de 6AM 30%

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Se advierte que es la tabla N° 21, se asume que los postes están en el perímetro del área. Si los postes están dentro del área a iluminar, entonces, debe usarse un CU mayor.

En el ejemplo que nos ocupa, se sugieren postes a ambos lados del área, y como la anchura es 4AM (13.8m), enonces CU = 40%.Así, la línea horizontal que viene del punto de intersección con la línea que viene del punto de intersección con la línea inclinada de 3000 se trazan hasta intersecar con la línea inclinada de 40% de CU.

d.ya con anterioridad, se había decidido que habría un poste en cada esquina, o sea 4 reflectores. Entonces, partiendo de la gráfica inferior eje vertical de la figura N° 73, de 4 se traza una línea vertical que viene del punto que se encontró con el CU = 40%. El punto de intersección entre esa vertical con la horizontal, se ubica entre las líneas inclinadas de 100 000 lúmenes y 150 000 lúmenes.e. buscando en la tabla N° 5, se tiene que se pueden usar lámparas halógenas de 1000W o de 1500W (que producen respectivamente 110 000 y 155 000 lúmenes) ó SAP de 1000W (140 000 lúmenes). Sin embargo, resultan más rentables las SAP debido a su mayor vida útil.Se hace la observación, que si el nivel de iluminación recomendado de IESNA fuera más alto (por ejemplo 108 lux), se hubiera tenido que instalar un mayor número de reflectores, ya que no existen en el mercado lámparas de mayor potencia que estas (ver tabla N° 5).

5. dispersión del haz de luz.De la figura N° 72 se tiene que cada reflector tiene que iluminar un área horizontal de 45° a cada lado del eje de apuntamiento (90°). Esto es, el reflector debe tener una dispersión horizontal de 90° y una clasificación NEMA de 5 ó 6 (ver tabla N° 19).Además, se tiene que, como el haz vertical tiene que cubrir el área desde el punto de apuntamiento hasta la base del poste, en este caso el reflector estará dirigido aproximadamente a 60°, o sea a poco menos de 2AM. Es decir, el reflector debe tener dispersión vertical de 120° y clasificación NEMA 6.Según los datos del fabricante, se escoge un reflector SAP de 1000W de dispersión de 110° por 83° con clasificación NEMA 6x5.

6. potencia luminosa máxima en el punto de apuntamiento. Hasta ahora, sabemos que los reflectores del ejemplo, serán montados a AM = 13.8m y que serán dirigidos a 2AM (27.5m) de la base del poste. En ese punto, el nivel de iluminación debe ser aproximadamente 63.2 lux.De la tabla de la figura N° 69, se tiene que para una distancia de 2AM (H/V = 2.0) se requieren 11.2 veces más candelas para producir el mismo nivel de iluminación a una distancia de 2AM que en la base del poste.

E = cd x cos3Θ /AM2 = 63.2 = cd/13.82, con Θ= 0°, entonces : cd = 11862 candelas.

Por lo tanto, la potencia luminosa de la lámpara de cada reflector será 11.2 x 11862 cd = 132 854. como la lámpara SAP elegida de 1000W produce 140 000 lúmenes, las candelas máximas que habrá en la dirección a la línea de apuntamiento será: (140 000/1000) x 663 = 92 820 cd. 663 es la potencia luminosa máxima del reflector (dato del fabricante sacado de la traza de candelas).Aunque este valor de candela es menor que el requerido, es aceptable, ya que también deberían considerarse las contribuciones de los restantes reflectores.En la práctica, la potencia luminosa máxima varía entre un 30% hasta el 100% del valor nominal (el valor proporcionado por el fabricante). Aún así, se garantiza una buena uniformidad.

7. utilización.El CU estimado para el caso del ejemplo, es 40%, lo cual debe verificarse en la tabla de distribución de candela y lumen proporcionada por el fabricante del reflector seleccionado (ver figura N° 66).Las cifras de la columna más a la izquierda de la tabla es una suma de la utilización de los lúmenes de lámpara del reflector. En el caso del ejemplo, el haz inferior del reflector debe cubrir 60° (dispersión vertical).

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De la tabla de distribución, del eje vertical derecho, partiendo de 60.0 grados (debajo de 0°) corriendo horizontalmente hasta el extremo izquierdo se tiene que son 28% de CU.El haz superior del reflector se extiende por arriba del punto de apuntamiento unos 14° hasta el borde del área que se está iluminando. (ver figura N° 68).De la tabla de distribución, del eje vertical derecho, partiendo de 12° (arriba de 0°) , que es lo más cercano a los 14°, corriendo horizontalmente hasta el extremo izquierdo, se tiene que son 15% de CU.

Así, el CU total es 28 + 15 =43%, que es muy cercano al 40% estimado, lo que significa que el reflector seleccionado sí proporciona el CU necesario (40%).

8. uniformidad.Hay que verificar si la relación entre el nivel de iluminación máximo y mínimo es igual o menor a 10. si eso se cumple, se considerará que el sistema está aceptablemente uniforme.Por lo general, se considera como estandar una relación de 3, entre los niveles de iluminación máximo y mínimo (esto es el nivel máximo es 3 veces el nivel mínimo).Así, para el nivel calculado de 63.2 lux, el nivel mínimo debería ser 21 lux (63.2/3).De la figura N° 67, el diagrama de isoluminación para 2AM, la tabla que proporciona el nivel de iluminación en la parte principal de área (E) será aproximadamente 21.5 lux a una AM = 15.2 metros.Según se había calculado, la AM real es 13.8 metros y a esa AM el nivel mínimo de iluminación de ese reflector es 27 lux, lo cual está por encima de los 21.5 lux indicados por el fabricante en la figura N° 67.

4.3 Método punto por punto.

Figura N° 74: plano del ejemplo, dividido en secciones.

Los puntos más convenientes para verificar el nivel de iluminación son A,B,C y D. Así, la parte más difícil del método punto a punto, son el cálculo de los ángulos y distancias entre esos puntos y los reflectores.Sin embargo, existe un medio menos elaborado para el diseño. Consiste en utilizar la gráfica de la figura N° 75, con la cual solo se requiere una proyección horizontal y los datos fotométricos del reflector que se va a utilizar, la AM y la distancia al punto hacia donde se está dirigiendo el reflector.

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Figura N° 75: gráfica para el cálculo punto a punto

El reflector (de 1000 cd en todas las direcciones) está en la esquina inferior izquierda de la gráfica. Todas las medidas se referencia en ese punto.El eje vertical es la línea de apuntamiento. Debido a que los reflectores por lo general son simétricos de izquierda a derecha, los puntos a la izquierda de la línea de apuntamiento se pueden localizar en la gráfica de la misma manera que los puntos hacia la derecha.En el eje vertical más a la izquierda están indicados los ángulos verticales de apuntamiento. El punto de apuntamiento real se determina partiendo de ese ángulo o por la distancia horizontal desde el lugar en donde está ubicado el reflector.El ángulo horizontal de apuntamiento para cualquier punto dado queda indicado por las líneas que parten del eje horizontal y se curvan hacia arriba y a la derecha. (este dato debe ser conocido para poder identificarlo en los datos del fabricante). Las líneas circulares son líneas de isoluminación, indicando su respectivo nivel de iluminación en lux.

Pasos:1. determinar el punto a ser verificado.

Verificando el punto A.(ver figura N° 74).Es el punto de apuntamiento y está a 60° del reflector.En la gráfica de la figura N° 75 partiendo del eje vertical del ángulo vertical en 60° se corre horizontalmente hasta llegar al eje vertical de la gráfica, se lee que el punto A está a 1.75m.

2. en las líneas curvas, a partir de 1.75AM, se tiene que el punto A está entre las líneas curvas de 1.0 y 1.5 lux. Por eso, el nivel de iluminación de A se estima en 1.25 lux (promedio).3. A partir de los datos del fabricante (figura N° 66), en el punto en el que los ángulos verticales y horizontales son 0° y 0° respectivamente (nadir), se lee que este reflector es de 663 candelas para 1000 lúmenes. El mismo fabricante indica que este reflector tiene 140 000 lúmenes iniciales de lámpara.

140 000/1000 = 140 lúmenes, luego: 140 X 663 = 92 800 candelas en el nadir.4. como la gráfica está basada en 1000 candelas:

92 820/1000 = 92.82.

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Se divide ésta cifra entre el nivel de iluminación en el punto A (paso 2):92.82/1.25 = 116 que es el nivel de lux en el punto de apuntamiento a 60° a lo largo de la línea a 0° para ese reflector a AM = 10m.

5.como el AM real es 13.75m, y no 10m, se usa la tabla N° 21, y extrapolando entre el valor de 12 y 14 (13.75m es un valor intermedio) se tiene que el factor es 0.54. así, 116 x 0.54 = 62.64 lux.6. considerando el FPL del fabricante: FPL = DLLxDLP = 0.9x0.95.62.64 x 0.9 x 0.95 = 53 lux (es casi el nivel recomendado de 54 lux).

Verificando el punto B. (ver figura N° 74).1. en el plano de la figura N° 74, que está a escala, se dibujan líneas que intersequen las líneas de apuntamiento del reflector, que hagan 90° entre sí.2. se mide con una regla, la distancia entre los puntos de intersección, entre las líneas de apuntamiento del reflector y la base del poste, que en este caso es 19.8m.3.se mide con una regla, la distancia horizontal entre la intersección del paso anterior y el punto B, es 18.3m en este caso.4. ambas distancias se dividen entre la AM:

19.8/13.75 = 1.44, 18.3/13.75 = 1.33.5. con éstos datos, se localiza el punto B en la gráfica. Para ello, en el eje vertical partiendo de 1.44 se traza una horizontal que interseque con una vertical saliendo de 1.33 en el eje horizontal. La intersección es el punto B.Corriéndose horizontalmente desde B hacia la izquierda se encuentra el valor del ángulo vertical, que es 55° en este caso, es decir, 5° debajo del punto de apuntamiento (60°).

Tabla N° 21: factor de corrección del AM*

Multilplicadores para otras alturas de montaje (metros)4

6.256

2.788

1.56101.0

120.69

140.51

160.39

180.31

200.25

220.21

240.17

260.15

280.13

300.11

Multilplicadores para otras alturas de montaje (pies)1010

154.4

202.5

251.6

301.1

350.816

400.625

450.493

500.4

600.28

700.2

800.156

900.12

1000.1

Nota: cuando se usen lux: 100/AM2. cuando se usen bujías-pie: 1000/AM2.

El ángulo horizontal, se obtiene de las líneas curvas. B está entre 35° y 40°, o sea aproximadamente 37.5°.

6.el nivel luminoso del punto B está entre las líneas 0.8 y 1 luz, o sea 0.9 lux.7.para obtener el mínimo de candelas por 1000 lúmenes en el punto B, se consulta los datos del fabricante (figura N° 66). En el eje vertical derecho de la distribución de candela y lumen, se buscan los 5° (el más cercano es 4°) en el haz vertical inferior, y se busca en esa fila la intersección con el ángulo horizontal (eje horizontal superior) de 37° (el más cercano es 35°), y se lee que a esos ángulos la luminaria emite 295 candelas, y a 45° emitirá 173 candelas, o sea extrapolando, a 37° emitirá aproximadamente 270 candelas por 1000 lúmenes.8.lúmenes por 1000 de ese reflector: 140 000/1000 = 1409.multiplicar esa cifra por las candelas por 1000 lúmenes en el punto B:

140 x 270 =37 800 cd en el punto B37 800/1000 = 37.8. Esta cifra se multiplica por el nivel luminoso en B:37.8 x 0.9 = 34 lux en el punto B a AM = 10m.Consultando la tabla N° 21, se tiene que:24 x 0.54 = 18.36 lux iniciales para cada reflector, pero como son 4 reflectores (1 en cada esquina del área), 18.36 x 4 = 73.44 lux es el nivel de iluminación en el punto B, y multiplicando ese valor por su factor de pérdida (datos del fabricante):73.44 x 0.9 x 0.95 = 62.79 lux, que es el nivel de iluminación mantenido en el punto B, que como puede verse está por encima del nivel recomendado de 54 lux.

* tomado del libro "Sistemas de Iluminación Industrial" Frier. 1986

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Si el cálculo de punto por punto se realiza para áreas muy grandes, se recomienda usar la gráfica de la figura N° 76, en lugar de la figura N° 75.

Figura N° 77: Para cálculo de punto a punto de hasta 6AM.

4.c Cálculo punto a punto por computador.

Existen programas de computadora que facilitan mucho el cálculo, ya que tienen funciones para calcular: niveles de iluminación máximos, mínimos y promedio, sobre planos horizontales y verticales. La precisión que ofrecen es sumamente alta, en realidad más de lo que en realidad se requiere.

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Otras aplicaciones del diseño de iluminación.

Existen variaciones a los métodos ya descritos, para calcular sistemas de iluminación para carreteras y caminos, estacionamientos, áreas abiertas, sistemas de seguridad, sistemas de emergencia y otros más específicos, como museos, comercios, ... etc.Estos procedimientos pueden consultarse en la literatura especializada. (se sugiere la misma bibliografía que se consultó).Muchas de las consideraciones o variaciones o modificaciones a la técnicas ya descritas, tienen que ver con aspectos estéticos (resaltar colores, aprovechar el contraste y brillo, ...), conveniencia práctica, y otros.

Figura N° 77: Descripción del montaje de luminarias en cielos suspendidos.

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Page 114: Universidad Fidelitas Escuela de IngenierÍa ElÉctrica Curso:

Bibliografía consultada.

1. Pellicer, Tomás. "Los Ojos". Ediciones generales Anaya. Madrid, España, 1983.2. Víquez Carazo, Manuel. "Sistema Internacional de Pesos y medidas". Segunda Edición Editorial

Tecnológica de Costa Rica. Cartago, Costa Rica, 1983.3. Resnick,Halliday. "Físca parte 2".CECSA, México,1982.4. De Galiana Mingot, Tomás. "Pequeño Larousse de Ciencias y Técnicas". Editorial Larousse, México.

1975.5. Henderson y Marsden. "Lamps and Lighting". Segunda Edición. Editorial Edward Arnold, Londres,

1979.6. Frier y Frier. "Sistemas de Iluminación Industrial". Editorial Limusa, México, 1986.7. http://www.lighting.philips.com/glossary/index_body_1.shtml .8. Weigel, R.G. "Luminotecnia". Editorial Gustavo Gili, barcelona España. 1973.9. Simard, P. "Reguladores de Flujo Luminoso". Biblioteca Técnica Philips, Madrid, 1967.10. Baldinetti, M. "Manula del Instalador de Alumbrado Florescente". Sexta Edifcicón, Editorial Gustavo

Gili, Barcelona, España, 1974.

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Page 115: Universidad Fidelitas Escuela de IngenierÍa ElÉctrica Curso:

Índice General

Glosario de términos y conceptos 2

La visión humana 8El ojo humano 8

Teoría de la Luz 16Espectro electromagnético 16Ley de reflexión y refracción 17Ley de los cosenos 19Color 26

Luminarias 32Datos de iluminación 32Curvas polares 32Clasificación de luminarias 33Tipos de luminarias: 35

Lámparas incandescentes 35Lámparas halógenas-tungsteno 37Lámparas fotoflash 37Lámparas fluorescentes 38Lámparas de sodio 43Lámparas de mercurio 45Lámparas de neón, xenon, halógeno-metálico 48Dispositivos electroluminiscentes 50

Vida útil de las luminarias 52Balastros 53Circuitos de conexión 56Partes de las luminarias 60

Iluminación 67Ley del inverso de los cuadrados 67Ley de los cosenos de Lambert 67Niveles de iluminación recomendados 68Algunos términos usados en el diseño y especificaciones 70Métodos de cálculo lumínico: 71

Coeficiente de utilización 71Criterio de espaciamiento 71Cavidad zonal (razones) 75Lumen 78Punto a punto 79Programas de computadora 79

Ejemplo de diseño de iluminación de interiores 80Sistemas de iluminación complementarios 89Diseño de iluminación en áreas muy largas y estrechas (pasillos) 90Técnicas de diseño de iluminación de oficinas y laboratorios 98

Reflectores: 100Tipos 100Clasificación 102

Técnicas de diseño de iluminación de exteriores 107Otras aplicaciones del diseño de iluminación 115

Bibliografía 116

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