La determinación de los niveles de iluminación adecuados para una instalación no es un trabajo sencillo. Hay que tener en cuenta que los valores recomendados para cada tarea y entorno son fruto de estudios sobre valoraciones subjetivas de los usuarios (comodidad visual, agradabilidad, rendimiento visual...). El usuario estándar no existe y por tanto, una misma instalación puede producir diferentes impresiones a distintas personas. En estas sensaciones influirán muchos factores como los estéticos, los psicológicos, el nivel de iluminación...

Como principales aspectos a considerar trataremos:

• El deslumbramiento

• Lámparas y luminarias

• El color

• Sistemas de alumbrado

• Métodos de alumbrado

• Niveles de iluminación

• Depreciación de la eficiencia luminosa y mantenimiento

DeslumbramientoEl deslumbramiento es una sensación molesta que se produce cuando la luminancia de un objeto es mucho mayor que la de su entorno. Es lo que ocurre cuando miramos directamente una bombilla o cuando vemos el reflejo del sol en el agua.

Existen dos formas de deslumbramiento, el perturbador y el molesto. El primero consiste en la aparición de un velo luminoso que provoca una visión borrosa, sin nitidez y con poco contraste, que desaparece al cesar su causa; un ejemplo muy claro lo tenemos cuando conduciendo de noche se nos cruza un coche con las luces largas. El segundo consiste en una sensación molesta provocada porque la luz que llega a nuestros ojos es demasiado intensa produciendo fatiga visual. Esta es la principal causa de deslumbramiento en interiores.

Pueden producirse deslumbramientos de dos maneras. La primera es por observación directa de las fuentes de luz; por ejemplo, ver directamente las luminarias. Y la segunda es por observación indirecta o reflejada de las fuentes como ocurre cuando las vemos reflejada en alguna superficie (una mesa, un mueble, un cristal, un espejo...)

Estas situaciones son muy molestas para los usuarios y deben evitarse. Entre las medidas que podemos adoptar tenemos ocultar las fuentes de luz del campo de visión usando rejillas o pantallas, utilizar recubrimientos o acabados mates en paredes, techos, suelos y muebles para evitar los reflejos, evitar fuertes contrastes de luminancias entre la tarea visual y el fondo y/o cuidar la posición de las luminarias respecto a los usuarios para que no caigan dentro de su campo de visión.

Lámparas y luminarias Las lámparas empleadas en iluminación de interiores abarcan casi todos los tipos existentes en el mercado (incandescentes, halógenas, fluorescentes, etc.). Las lámparas escogidas, por lo tanto, serán aquellas cuyas características (fotométricas, cromáticas, consumo energético, economía de instalación y mantenimiento, etc.) mejor se adapte a las necesidades y características de cada instalación (nivel de iluminación, dimensiones del local, ámbito de uso, potencia de la instalación...)

Ámbito de uso

Tipos de lámparas más utilizados

Doméstico • Incandescente

• Fluorescente

• Halógenas de baja potencia

• Fluorescentes compactas

Oficinas • Alumbrado general: fluorescentes

• Alumbrado localizado: incandescentes y halógenas de baja tensión

Comercial(Depende de las dimensiones ycaracterísticas del

comercio)

• Incandescentes

• Halógenas

• Fluorescentes

• Grandes superficies con techos altos: mercurio a alta presión y halogenuros metálicos

Industrial • Todos los tipos

• Luminarias situadas a baja altura ( 6 m): fluorescentes

• Luminarias situadas a gran altura (>6 m): lámparas de descarga a alta presión montadas en proyectores

• Alumbrado localizado: incandescentes

Deportivo • Luminarias situadas a baja altura: fluorescentes

• Luminarias situadas a gran altura: lámparas de vapor de mercurio a alta presión, halogenuros metálicos y vapor de sodio a alta presión

La elección de las luminarias está condicionada por la lámpara utilizada y el entorno de trabajo de esta. Hay muchos tipos de luminarias y sería difícil hacer una clasificación exhaustiva. La forma y tipo de las luminarias oscilará entre las más funcionales donde lo más importante es dirigir el haz de luz de forma eficiente como pasa en el alumbrado industrial a las más formales donde lo que prima es la función decorativa como ocurre en el alumbrado doméstico.

Las luminarias para lámparas incandescentes tienen su ámbito de aplicación básico en la iluminación doméstica. Por lo tanto, predomina la estética sobre la eficiencia luminosa. Sólo en aplicaciones comerciales o en luminarias para iluminación suplementaria se buscará un compromiso entre ambas funciones. Son aparatos que necesitan apantallamiento pues el filamento de estas lámparas tiene una luminancia muy elevada y pueden producir deslumbramientos.

En segundo lugar tenemos las luminarias para lámparas fluorescentes. Se utilizan mucho en oficinas, comercios, centros educativos, almacenes, industrias con techos bajos, etc. por su economía y eficiencia luminosa. Así pues, nos encontramos con una gran variedad de modelos que van de los más simples a los más sofisticados con sistemas de orientación de la luz y apantallamiento (modelos con rejillas cuadradas o transversales y modelos con difusores).

Por último tenemos las luminarias para lámparas de descarga a alta presión. Estas se utilizan principalmente para colgar a gran altura (industrias y grandes naves con techos altos) o en iluminación de pabellones deportivos, aunque también hay modelos para pequeñas alturas. En el primer caso se utilizan las luminarias intensivas y los proyectores y en el segundo las extensivas.

El colorPara hacernos una idea de como afecta la luz al color consideremos una habitación de paredes blancas con muebles de madera de tono claro. Si la iluminamos con lámparas incandescentes, ricas en radiaciones en la zona roja del espectro, se acentuarán los tonos marrones de los muebles y las paredes tendrán un tono amarillento. En conjunto tendrá un aspecto cálido muy agradable. Ahora bien, si iluminamos el mismo cuarto con lámparas fluorescentes normales, ricas en radiaciones en la zona azul del espectro, se acentuarán los tonos verdes y azules de muebles y paredes dándole un aspecto frío a la sala. En este sencillo ejemplo hemos podido ver cómo afecta el color de las lámparas (su apariencia en color) a la reproducción de los colores de los objetos (el rendimiento en color de las lámparas).

La apariencia en color de las lámparas viene determinada por su temperatura de color correlacionada. Se definen tres grados de apariencia según la tonalidad de la luz: luz fría para las que tienen un tono blanco azulado, luz neutra para las que dan luz blanca y luz cálida para las que tienen un tono blanco rojizo.

Temperatura de color correlacionada

Apariencia de color

Tc> 5.000 K Fría

3.300 Tc 5.000 K Intermedia

Tc< 3.300 K Cálida

A pesar de esto, la apariencia en color no basta para determinar qué sensaciones producirá una instalación a los usuarios. Por ejemplo, es posible hacer que una instalación con fluorescentes llegue a resultar agradable y una con lámparas cálidas desagradable aumentando el nivel de iluminación de la sala. El valor de la iluminancia determinará conjuntamente con la apariencia en color de las lámparas el aspecto final.

Iluminancia (lux)Apariencia del color de la luz

Cálida Intermedia Fría

E 500 500 < E < 1.0001.000 < E < 2.0002.000 < E < 3.000

E 3.000

agradable

estimulante

no natural

neutra

agradable

estimulante

fría

neutra

agradable

El rendimiento en color de las lámparas es un medida de la calidad de reproducción de los colores. Se mide con el Índice de Rendimiento del Color (IRC o Ra) que compara la reproducción de una muestra normalizada de colores iluminada con una lámpara con la misma muestra iluminada con una fuente de luz de referencia. Mientras más alto sea este valor mejor será la reproducción del color, aunque a costa de sacrificar la eficiencia y consumo energéticos. La CIE ha propuesto un sistema de clasificación de las lámparas en cuatro grupos según el valor del IRC.

Grupo de rendimiento en

colorÍndice de rendimiento en color (IRC) Apariencia de

color Aplicaciones

1IRC 85

Fría Industria textil, fábricas de pinturas, talleres de imprenta

Intermedia Escaparates, tiendas, hospitales

Cálida Hogares, hoteles, restaurantes

270 IRC < 85

FríaOficinas, escuelas, grandes almacenes, industrias de precisión (en climas cálidos)

IntermediaOficinas, escuelas, grandes almacenes, industrias de precisión (en climas templados)

CálidaOficinas, escuelas, grandes almacenes, ambientes industriales críticos (en climas fríos)

3Lámparas con IRC <70 pero con propiedades de rendimiento en color bastante aceptables para uso en locales de trabajo

Interiores donde la discriminación cromática no es de gran importancia

S (especial) Lámparas con rendimiento en color fuera de lo normal Aplicaciones especiales

Apariencia de color y rendimiento en color (CIE)

Ahora que ya conocemos la importancia de las lámparas en la reproducción de los colores de una instalación, nos queda ver otro aspecto no menos importante: la elección del color de suelos, paredes, techos y muebles. Aunque la elección del color de estos elementos viene condicionada por aspectos estéticos y culturales básicamente, hay que tener en cuenta la repercusión que tiene el resultado final en el estado anímico de las personas.

Influencia del color en el ambiente

Los tonos fríos producen una sensación de tristeza y reducción del espacio, aunque también pueden causar una impresión de frescor que los hace muy adecuados para la decoración en climas cálidos. Los tonos cálidos son todo lo contrario. Se asocian a sensaciones de exaltación, alegría y amplitud del espacio y dan un aspecto acogedor al ambiente que los convierte en los preferidos para los climas cálidos.

De todas maneras, a menudo la presencia de elementos fríos (bien sea la luz de las lámparas o el color de los objetos) en un ambiente cálido o viceversa ayudarán a hacer más agradable y/o neutro el resultado final.

Sistemas de alumbradoCuando una lámpara se enciende, el flujo emitido puede llegar a los objetos de la sala directamente o indirectamente por reflexión en paredes y techo. La cantidad de luz que llega directa o indirectamente determina los diferentes sistemas de iluminación con sus ventajas e inconvenientes.

Luz directa

Luz indirecta proveniente del techo

Luz indirecta proveniente de las paredes

La iluminación directa se produce cuando todo el flujo de las lámparas va dirigido hacia el suelo. Es el sistema más económico de iluminación y el que ofrece mayor rendimiento luminoso. Por contra, el riesgo de deslumbramiento directo es muy alto y produce sombras duras poco agradables para la vista. Se consigue utilizando luminarias directas.

En la iluminación semidirecta la mayor parte del flujo luminoso se dirige hacia el suelo y el resto es reflejada en techo y paredes. En este caso, las sombras son más suaves y el deslumbramiento menor que el anterior. Sólo es recomendable para techos que no sean muy altos y sin claraboyas puesto que la luz dirigida hacia el techo se perdería por ellas.

Si el flujo se reparte al cincuenta por ciento entre procedencia directa e indirecta hablamos de iluminación difusa. El riesgo de deslumbramiento es bajo y no hay sombras, lo que le da un aspecto monótono a la sala y sin relieve a los objetos iluminados. Para evitar las pérdidas por absorción de la luz en techo y paredes es recomendable pintarlas con colores claros o mejor blancos.

Cuando la mayor parte del flujo proviene del techo y paredes tenemos la iluminación semiindirecta. Debido a esto, las pérdidas de flujo por absorción son elevadas y los consumos de potencia eléctrica también, lo que hace imprescindible pintar con tonos claros o blancos. Por contra la luz es de buena calidad, produce muy pocos deslumbramientos y con sombras suaves que dan relieve a los objetos.

Por último tenemos el caso de la iluminación indirecta cuando casi toda la luz va al techo. Es la más parecida a la luz natural pero es una solución muy cara puesto que las pérdidas por absorción son muy elevadas. Por ello es imprescindible usar pinturas de colores blancos con reflectancias elevadas.

Métodos de alumbradoLos métodos de alumbrado nos indican cómo se reparte la luz en las zonas iluminadas. Según el grado de uniformidad deseado, distinguiremos tres casos: alumbrado general, alumbrado general localizado y alumbrado localizado.

Alumbrado general Alumbrado general localizado Alumbrado localizado

El alumbrado general proporciona una iluminación uniforme sobre toda el área iluminada. Es un método de iluminación muy extendido y se usa habitualmente en oficinas, centros de enseñanza, fábricas, comercios, etc. Se consigue distribuyendo las luminarias de forma regular por todo el techo del local

Ejemplos de distribución de luminarias en alumbrado general

El alumbrado general localizado proporciona una distribución no uniforme de la luz de manera que esta se concentra sobre las áreas de trabajo. El resto del local, formado principalmente por las zonas de paso se ilumina con una luz más tenue. Se consiguen así importantes ahorros energéticos puesto que la luz se concentra allá donde hace falta. Claro que esto presenta algunos inconvenientes respecto al alumbrado general. En primer lugar, si la diferencia de luminancias entre las zonas de trabajo y las de paso es muy grande se puede producir deslumbramiento molesto. El otro inconveniente es qué pasa si se cambian de sitio con frecuencia los puestos de trabajo; es evidente que si no podemos mover las luminarias tendremos un serio problema. Podemos conseguir este alumbrado concentrando las luminarias sobre las zonas de trabajo. Una alternativa es apagar selectivamente las luminarias en una instalación de alumbrado general.

Empleamos el alumbrado localizado cuando necesitamos una iluminación suplementaria cerca de la tarea visual para realizar un trabajo concreto. El ejemplo típico serían las lámparas de escritorio. Recurriremos a este método siempre que el nivel de iluminación requerido sea superior a 1000 lux., haya obstáculos que tapen la luz proveniente del alumbrado general, cuando no sea necesaria permanentemente o para personas con problemas visuales. Un aspecto que hay que cuidar cuando se emplean este método es que la relación entre las luminancias de la tarea visual y el fondo no sea muy elevada pues en caso contrario se podría producir deslumbramiento molesto.

Relación entre el alumbrado general y el localizado

Niveles de iluminación recomendadosLos niveles de iluminación recomendados para un local dependen de las actividades que se vayan a realizar en él. En general podemos distinguir entre tareas con requerimientos luminosos mínimos, normales o exigentes.

En el primer caso estraían las zonas de paso (pasillos, vestíbulos, etc.) o los locales poco utilizados (almacenes, cuartos de maquinaria...) con iluminancias entre 50 y 200 lx. En el segundo caso tenemos las zonas de trabajo y otros locales de uso frecuente con iluminancias entre 200 y 1000 lx. Por último están los lugares donde son necesarios niveles de iluminación muy elevados (más de 1000 lx) porque se realizan tareas visuales con un grado elevado de detalle que se puede conseguir con iluminación local.

Tareas y clases de localIluminancia media en servicio (lux)

Mínimo Recomendado Óptimo

Zonas generales de edificios

Zonas de circulación, pasillos 50 100 150

Escaleras, escaleras móviles, roperos, lavabos, almacenes y archivos

100 150 200

Centros docentes

Aulas, laboratorios 300 400 500

Bibliotecas, salas de estudio 300 500 750

Oficinas

Oficinas normales, mecanografiado, salas de proceso de datos,salas de conferencias

450 500 750

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

Comercios

Comercio tradicional 300 500 750

Grandes superficies, supermercados, salones de muestras

500 750 1000

Industria (en general)

Trabajos con requerimientos visuales limitados 200 300 500

Trabajos con requerimientos visuales normales 500 750 1000

Trabajos con requerimientos visuales especiales 1000 1500 2000

Viviendas

Dormitorios 100 150 200

Cuartos de aseo 100 150 200

Cuartos de estar 200 300 500

Cocinas 100 150 200

Cuartos de trabajo o estudio 300 500 750

Iluminancias recomendadas según la actividad y el tipo de local

En la tabla anterior tenemos un cuadro simplificado de los niveles de iluminancia en función del tipo de tareas a realizar en el local. Existen, no obstante, tablas más completas en la bibliografía donde se detallan las iluminancias para todo tipo de actividades humanas.

Depreciación de la eficiencia luminosa y mantenimientoEl paso del tiempo provoca sobre las instalaciones de alumbrado una disminución progresiva en los niveles de iluminancia. Las causas de este problema se manifiestan de dos maneras. Por un lado tenemos el ensuciamiento de lámparas, luminarias y superficies donde se va depositando el polvo. Y por otro tenemos la depreciación del flujo de las lámparas.

En el primer caso la solución pasa por una limpieza periódica de lámparas y luminarias. Y en el segundo por establecer un programa de sustitución de las lámparas. Aunque a menudo se recurre a esperar a que fallen para cambiarlas, es recomendable hacer la sustitución por grupos o de toda la instalación a la vez según

un programa de mantenimiento. De esta manera aseguraremos que los niveles de iluminancia real se mantengan dentro de los valores de diseño de la instalación.

El cálculo de los niveles de iluminación de una instalación de alumbrado de interiores es bastante sencillo. A menudo nos bastará con obtener el valor medio del alumbrado general usando el método de los lúmenes. Para los casos en que requiramos una mayor precisión o necesitemos conocer los valores de las iluminancias en algunos puntos concretos como pasa en el alumbrado general localizado o el alumbrado localizado recurriremos al método del punto por punto.

Método de los lúmenesLa finalidad de este método es calcular el valor medio en servicio de la iluminancia en un local iluminado con alumbrado general. Es muy práctico y fácil de usar, y por ello se utiliza mucho en la iluminación de interiores cuando la precisión necesaria no es muy alta como ocurre en la mayoría de los casos.

El proceso a seguir se puede explicar mediante el siguiente diagrama de bloques:

Datos de entrada

• Dimensiones del local y la altura del plano de trabajo (la altura del suelo a la superficie de la mesa de trabajo), normalmente de 0.85 m.

• Determinar el nivel de iluminancia media (Em). Este valor depende del tipo de actividad a realizar en el local y podemos encontrarlos tabulados en las normas y recomendaciones que aparecen en la bibliografía.

• Escoger el tipo de lámpara (incandescente, fluorescente...) más adecuada de acuerdo con el tipo de actividad a realizar.

• Escoger el sistema de alumbrado que mejor se adapte a nuestras necesidades y las luminarias correspondientes.

• Determinar la altura de suspensión de las luminarias según el sistema de iluminación escogido.

h: altura entre el plano de trabajo y las luminariash': altura del locald: altura del plano de trabajo al techod': altura entre el plano de trabajo y las luminarias

Altura de las luminarias

Locales de altura normal (oficinas, viviendas, aulas...)

Lo más altas posibles

Locales con iluminación directa, semidirecta y difusa

Mínimo:

Óptimo:

Locales con iluminación indirecta

• Calcular el índice del local (k) a partir de la geometría de este. En el caso del método europeo se calcula como:

Sistema de iluminación Índice del local

Iluminación directa, semidirecta,directa-indirecta y general difusa

Iluminación indirecta y semiindirecta

Donde k es un número comprendido entre 1 y 10. A pesar de que se pueden obtener valores mayores de 10 con la fórmula, no se consideran pues la diferencia entre usar diez o un número mayor en los cálculos es despreciable.

• Determinar los coeficientes de reflexión de techo, paredes y suelo. Estos valores se encuentran normalmente tabulados para los diferentes

tipos de materiales, superficies y acabado. Si no disponemos de ellos, podemos tomarlos de la siguiente tabla.

ColorFactor de

reflexión ( )

Techo

Blanco o muy claro

0.7

claro 0.5

medio 0.3

Paredes

claro 0.5

medio 0.3

oscuro 0.1

Sueloclaro 0.3

oscuro 0.1

En su defecto podemos tomar 05 para el techo, 0.3 para las paredes y 0.1 para el suelo.

• Determinar el factor de utilización ( ,CU) a partir del índice del local y los factores de reflexión. Estos valores se encuentran tabulados y los suministran los fabricantes. En las tablas encontramos para cada tipo de luminaria los factores de iluminación en función de los coeficientes de reflexión y el índice del local. Si no se pueden obtener los factores por lectura directa será necesario interpolar.

Ejemplo de tabla del factor de utilización

• Determinar el factor de mantenimiento (fm) o conservación de la instalación. Este coeficiente dependerá del grado de suciedad ambiental y de la frecuencia de la limpieza del local. Para una limpieza periódica anual podemos tomar los siguientes valores:

AmbienteFactor de

mantenimiento (fm)Limpio 0.8Sucio 0.6

Cálculos

• Cálculo del flujo luminoso total necesario. Para ello aplicaremos la fórmula

donde:

○ es el flujo luminoso total

○ E es la iluminancia media deseada

○ S es la superficie del plano de trabajo

○ es el factor de utilización

○ fm es el factor de mantenimiento

• Cálculo del número de luminarias.

redondeado por exceso

donde:

• N es el número de luminarias

• es el flujo luminoso total

• es el flujo luminoso de una lámpara

• n es el número de lámparas por luminaria

Emplazamiento de las luminarias

Una vez hemos calculado el número mínimo de lámparas y luminarias procederemos a distribuirlas sobre la planta del local. En los locales de planta rectangular las luminarias se reparten de forma uniforme en filas paralelas a los ejes de simetría del local según las fórmulas:

donde N es el número de luminarias

La distancia máxima de separación entre las luminarias dependerá del ángulo de apertura del haz de luz y de la altura de las luminarias sobre el plano de trabajo. Veámoslo mejor con un dibujo:

Como puede verse fácilmente, mientras más abierto sea el haz y mayor la altura de la luminaria más superficie iluminará aunque será menor el nivel de iluminancia que llegará al plano de trabajo tal y como dice la ley inversa de los cuadrados. De la misma manera, vemos que las luminarias próximas a la pared necesitan estar más cerca para iluminarla (normalmente la mitad de la distancia). Las conclusiones sobre la separación entre las luminarias las podemos resumir como sigue:

Tipo de luminaria Altura del localDistancia máximaentre luminarias

intensiva > 10 m e 1.2 hextensiva 6 - 10 m

e 1.5 hsemiextensiva 4 - 6 m

extensiva 4 m e 1.6 hdistancia pared-luminaria: e/2

Si después de calcular la posición de las luminarias nos encontramos que la distancia de separación es mayor que la distancia máxima admitida quiere decir que la distribución luminosa obtenida no es del todo uniforme. Esto puede deberse a que la potencia de las lámparas escogida sea excesiva. En estos casos conviene rehacer los cálculos probando a usar lámparas menos potentes, más luminarias o emplear luminarias con menos lámparas.

Comprobación de los resultados

Por último, nos queda comprobar la validez de los resultados mirando si la iluminancia media obtenida en la instalación diseñada es igual o superior a la recomendada en las tablas.

Método del punto por puntoEl método de los lúmenes es una forma muy práctica y sencilla de calcular el nivel medio de la iluminancia en una instalación de alumbrado general. Pero, qué pasa si queremos conocer cómo es la distribución de la iluminación en instalaciones de alumbrado general localizado o individual donde la luz no se distribuye uniformemente o cómo es exactamente la distribución en el alumbrado general. En estos casos emplearemos el método del punto por punto que nos permite conocer los valores de la iluminancia en puntos concretos.

Consideraremos que la iluminancia en un punto es la suma de la luz proveniente de dos fuentes: una componente directa, producida por la luz que llega al plano de trabajo directamente de las luminarias, y otra indirecta o reflejada procedente de la reflexión de la luz de las luminarias en el techo, paredes y demás superficies del local.

Luz directa

Luz indirecta proveniente del techo

Luz indirecta proveniente de las paredes

En el ejemplo anterior podemos ver que sólo unos pocos rayos de luz serán perpendiculares al plano de trabajo mientras que el resto serán oblicuos. Esto quiere decir que de la luz incidente sobre un punto, sólo una parte servirá para iluminar el plano de trabajo y el resto iluminará el plano vertical a la dirección incidente en dicho punto.

Componentes de la iluminancia en un punto

En general, para hacernos una idea de la distribución de la iluminancia nos bastará con conocer los valores de la iluminancia sobre el plano de trabajo; es decir, la iluminancia horizontal. Sólo nos interesará conocer la iluminancia vertical en casos en que se necesite tener un buen modelado de la forma de los objetos (deportes de competición, escaparates, estudios de televisión y cine, retransmisiones deportivas...) o iluminar objetos en posición vertical (obras de arte, cuadros, esculturas, pizarras, fachadas...)

Para utilizar el método del punto por punto necesitamos conocer previamente las características fotométricas de las lámparas y luminarias empleadas, la disposición de las mismas sobre la planta del local y la altura de estas sobre el plano de trabajo. Una vez conocidos todos estos elementos podemos empezar a calcular las iluminancias. Mientras más puntos calculemos más información tendremos sobre la distribución de la luz. Esto es particularmente importante si trazamos los diagramas isolux de la instalación.

Como ya hemos mencionado, la iluminancia horizontal en un punto se calcula como la suma de la componente de la iluminación directa más la de la iluminación indirecta. Por lo tanto:

E = Edirecta + Eindirecta

Componente directa en un punto

• Fuentes de luz puntuales. Podemos considerar fuentes de luz puntuales las lámparas incandescentes y de descarga que no sean los tubos fluorescentes. En este caso las componentes de la iluminancia se calculan usando las fórmulas.

Donde I es la intensidad luminosa de la lámpara en la dirección del punto que puede obtenerse de los diagramas polares de la luminaria o de la matriz de intensidades y h la altura del plano de trabajo a la lámpara.

En general, si un punto está iluminado por más de una lámpara su iluminancia total es la suma de las iluminancias recibidas:

• Fuentes de luz lineales de longitud infinita. Se considera que una fuente de luz lineal es infinita si su longitud es mucho mayor que la altura de montaje; por ejemplo una línea continua de fluorescentes. En este caso se puede demostrar por cálculo diferencial que la iluminancia en un punto para una fuente de luz difusa se puede expresar como:

• En los extremos de la hilera de las luminarias el valor de la iluminancia será la mitad.

El valor de I se puede obtener del diagrama de intensidad luminosa de la luminaria referido a un metro de longitud de la fuente de luz. En el caso de un tubo fluorescente desnudo I puede calcularse a partir del flujo luminoso por metro, según la fórmula:

• Cálculo de las iluminancias horizontales empleando curvas isolux. Este método gráfico permite obtener las iluminancias horizontales en cualquier punto del plano de trabajo de forma rápida y directa. Para ello necesitaremos:

1. Las curvas isolux de la luminaria suministradas por el fabricante (fotocopiadas sobre papel vegetal o transparencias). Si no disponemos de ellas, podemos trazarlas a partir

de la matriz de intensidades o de las curvas polares, aunque esta solución es poco recomendable si el número de puntos que nos interesa calcular es pequeño o no disponemos de un programa informático que lo haga por nosotros.

2. La planta del local con la disposición de las luminarias dibujada con la misma escala que la curva isolux.

El procedimiento de cálculo es el siguiente. Sobre el plano de la planta situamos el punto o los puntos en los que queremos calcular la iluminancia. A continuación colocamos el diagrama isolux sobre el plano, haciendo que el centro coincida con el punto, y se suman los valores relativos de las iluminancias debidos a cada una de las luminarias que hemos obtenido a partir de la intersección de las curvas isolux con las luminarias.

Luminaria A B C D E F G H I TotalIluminancia

(lux)4 4 0 19 19 0 12 10 0 ET=

68 lx

Finalmente, los valores reales de las iluminancias en cada punto se calculan a partir de los relativos obtenidos de las curvas aplicando la fórmula:

Componente indirecta o reflejada en un punto

Para calcular la componente indirecta se supone que la distribución luminosa de la luz reflejada es uniforme en todas las superficies del local incluido el plano de trabajo. De esta manera, la componente indirecta de la iluminación de una fuente de luz para un punto cualquiera de las superficies que forman el local se calcula como:

donde:

• es la suma del área de todas las superficies del local.

• es la reflectancia media de las superficies del local calculada como

siendo la reflectancia de la superficie Fi

• y es el flujo de la lámpara

´

Problemas resueltos1. Queremos diseñar una instalación de alumbrado para una nave industrial de 100 m de largo por 30 m de ancho y 6 m de altura. Para ello utilizaremos lámparas de vapor de sodio a alta presión de 400 W de potencia con un flujo luminoso de 50000 lm. Respecto a las luminarias, nos planteamos escoger entre los tipos 1, 2 y 3 cuyas tablas del factor de utilización, suministradas por el fabricante, se adjuntan a continuación.

Luminarias disponibles (todas son de tipo industrial suspendido):Principio del formulario

Luminaria 1

Final del formulario

Otros datos:

• Los coeficientes de reflexión de paredes y techo se considerarán cero debido a que los materiales empleados (superficies y estructuras metálicas) tienen coeficientes de reflexión extremadamente bajos.

• Es recomendable que el sistema de iluminación se instale por lo menos a 5.5 m del suelo, pues en la estructura superior de la nave, hasta 5 metros del suelo, existen equipos de transporte, como grúas, destinadas al traslado de objetos pesados a distintos puntos de la nave.

• En el techo existen claraboyas que ofrecen una iluminación diurna mínima de 75 lux lo suficientemente homogénea a la altura del suelo. En dicha nave sólo se trabajará de día.

• El nivel de iluminación aconsejado para las actividades que se desarrollan en el local es de 680 lux en el suelo.

Se pide determinar con cuál de los tres tipos de luminarias propuestas obtendremos la mejor solución.

Solución

Este es un ejemplo de problema resuelto con el método de los lúmenes. Tenemos una gran nave que queremos iluminar con una iluminación homogénea de 680 lx.

Datos de entrada:

Dimensiones del local:

• largo: 100 m

• ancho: 30 m

• altura total: 6 m

• altura del plano de trabajo: 0 (nos piden la iluminancia a nivel del suelo)

Nivel de iluminancia media. Nos piden 680 lx pero teniendo en cuenta que sólo se trabaja de día y la iluminancia de la luz solar es de 75 lux, la iluminancia proporcionada por la iluminación será:

Em = 680 - 75 = 605 lx

Lámparas. Usaremos lámparas de vapor de sodio a alta presión de 400 W y 50000 lm de flujo.

Altura de suspensión de las luminarias: 5.5 m

Índice del local. Dado el tipo de luminarias propuestas (de iluminación directa), nos encontramos con un caso de iluminación directa. Por lo tanto:

Coeficientes de reflexión. Los coeficientes del techo y las paredes se suministran en el enunciado. Como no nos dicen nada del suelo tomaremos la hipótesis más pesimista vista en las tablas.

Techo Paredes SueloCoeficiente de reflexión 0 0 0.1

Determinación del coeficiente de utilización ( ). A partir de los factores de reflexión y el índice del local se leen en las tablas los factores de utipzación. En este caso particular deberíamos interpolar ya que no disponemos de valores para k = 4.2; pero como la diferencia entre el coeficiente para 4 y 5 es muy pequeña podemos aproximar con los valores de 4.

Luminaria

1Luminaria

2Luminaria

3Coeficiente de

utilización ( )0.58 0.92 0.73

Factor de mantenimiento. En este caso los valores vienen incluidos en las tablas de las luminarias. Como no nos dicen nada sobre la suciedad ambiental tomaremos los valores medios.

Luminaria

1Luminaria

2Luminaria

3Factor de

Mantenimiento (fm)0.75 0.75 0.60

Cálculos:

Cálculo del flujo luminoso total.

Luminaria 1

Luminaria 2

Luminaria 3

Por último se calcula el número mínimo de luminarias necesarias. Este es un valor de referencia pues es normal que al emplazar las luminarias y hacer las comprobaciones posteriores necesitemos un número mayor de ellas.

Luminaria 1

Luminaria 2

Luminaria 3

Emplazamiento de las luminarias:

Finalmente sólo nos queda distribuir las luminarias sobre la planta del local y comprobar que la distancia de separación entre ellas es inferior a la máxima admisible. En este caso la separación máxima viene indicada en las tablas de las luminarias.

Luminaria 1 Luminaria 2 Luminaria 3Ancho

N luminarias 5 4 5Separación (m) 30/5 = 6 30/4 = 7.5 30/5 = 6

Separación de las paredes (m) 6/2 = 3 7.5/2 = 3.75 6/2 = 3Largo

N luminarias 17 14 17

Separación (m)100/17 = 5.88

100/14 = 7.14

100/17 = 5.88

Separación de las paredes (m) 5.88/2 = 2.94 7.14/2 = 3.57 5.88/2 = 2.94

Separación máxima entre luminarias (m)

1.1 · hm = 6.05

0.7 · hm = 3.85

1.1 · hm = 6.05

Cumple los criterios SI NO SINúmero total de luminarias 5·17 = 85 4·14 = 56 5·17 = 85

De todas las luminarias propuestas, la LUMINARIA 2 es la única que no cumple los criterios ya que la separación obtenida es superior a la máxima permitida. Esto quiere decir que si queremos utilizar esta luminaria tendremos que poner más unidades y reducir la separación entre ellas. Podemos calcular el nuevo número necesario tomando como distancia de separación la distancia máxima (3.85 m) y usando las fórmulas usadas para distribuirlas. Si hacemos las operaciones necesarias podremos ver que ahora se necesitan 208 luminarias.

En este caso es indiferente utilizar la LUMINARIA 1 o la 3, pero en general nos quedaríamos con la solución que necesitara menos luminarias. Si los consumos de las lámparas de las luminarias fueran diferentes unos de otros, tendríamos que tenerlos en cuenta para optar por la solución más barata, que sería la que necesitara menos potencia total.

Comprobación de los resultados para la LUMINARIA 3:

A nivel de suelo, la iluminancia total será: NI = 620.5 + 75 = 695.5 lx

Y la potencia consumida P = 85 · 400 = 34 kW

Distribución final de las luminarias:

Problemas propuestos1. Queremos diseñar una instalación de alumbrado para una oficina con las siguientes dimensiones: 30 m de largo por 12 m de ancho y 3.5 m de alto. La altura del plano de trabajo es de 0.76 m sobre el suelo. Para ello se utilizarán lámparas del tipo fluorescentes de 40 W y un flujo de 2520 lm. Nos planteamos escoger entre los siguientes tipos de luminarias: 4, 5 y 6; cuyas tablas nos ha suministrado el fabricante.

Tablas de las luminarias:Principio del formulario

Luminaria 1 (Industrial suspendida)

Final del formulario

Otros datos:

• A nivel del plano de trabajo, existe un nivel mínimo de iluminación natural de 0 lux.

• El nivel de iluminación recomendado para las actividades que se desarrollarán en el local es de 500 lux en el plano de trabajo.

• El factor de mantenimiento para las luminarias se considera 0.1.

• El techo tiene un coeficiente de reflexión 0.5 y el de las paredes es de 0.1. El coeficiente de reflexión del suelo es de 0.1.

• Por las características del local, de las luminarias y de las actividades que en él se desarrollan, la altura sobre el suelo de la instalación de alumbrado, debe ser de 3.5.

Determinar la solución más apropiada.

Resultados

2. Queremos diseñar una instalación de alumbrado para una oficina con las siguientes dimensiones: 12 m de largo por 4 m de ancho y 3 m de alto. La altura del plano de trabajo es de 0.95 m sobre el suelo. Para ello se utilizarán lámparas del tipo fluorescentes de 60 W y un flujo de 4600 lm. Nos planteamos escoger entre los siguientes tipos de luminarias: 7 y 8; cuyas tablas nos ha suministrado el fabricante.

Tablas de las luminarias:Principio del formulario

Luminaria 1 (Industrial suspendida)

Final del formulario

Otros datos:

• A nivel del plano de trabajo, existe un nivel mínimo de iluminación natural de 0 lux.

• El nivel de iluminación recomendado para las actividades que se desarrollarán en el local es de 150 lux en el plano de trabajo.

• El factor de mantenimiento para las luminarias se considera 0.5.

• El techo tiene un coeficiente de reflexión 0.5 y el de las paredes es de 0.3. El coeficiente de reflexión del suelo es de 0.1.

• Por las características del local, de las luminarias y de las actividades que en él se desarrollan, la altura sobre el suelo de la instalación de alumbrado, debe ser de 2.5.

Determinar la solución más apropiada.

Resultados

3. Queremos diseñar una instalación de alumbrado para una oficina con las siguientes dimensiones: 6 m de largo por 4 m de ancho y 3.5 m de alto. La altura del plano de trabajo es de 0.76 m sobre el suelo. Para ello se utilizarán lámparas del tipo fluorescentes de 40 W y un flujo de 2500 lm. Nos planteamos escoger entre los siguientes tipos de luminarias: 9, 10 y 11; cuyas tablas nos ha suministrado el fabricante.

Tablas de las luminarias:Principio del formulario

Luminaria 1 (Industrial suspendida)

Final del formulario

Otros datos:

• A nivel del plano de trabajo, existe un nivel mínimo de iluminación natural de 0 lux.

• El nivel de iluminación recomendado para las actividades que se desarrollarán en el local es de 100 lux en el plano de trabajo.

• El factor de mantenimiento para las luminarias se considera 0.3.

• El techo tiene un coeficiente de reflexión 0.5 y el de las paredes es de 0.5. El coeficiente de reflexión del suelo es de 0.1.

• Por las características del local, de las luminarias y de las actividades que en él se desarrollan, la altura sobre el suelo de la instalación de alumbrado, debe ser de 2.5.

Determinar la solución más apropiada.

Resultados

4. Queremos diseñar una instalación de alumbrado para una oficina con las siguientes dimensiones: 12 m de largo por 6 m de ancho y 3.75 m de alto. La altura del plano de trabajo es de 0.75 m sobre el suelo. Para ello se utilizarán lámparas del tipo fluorescentes de 110 W y un flujo de 9000 lm. Nos planteamos escoger entre los siguientes tipos de luminarias: 12; cuyas tablas nos ha suministrado el fabricante.

Tablas de las luminarias:Principio del formulario

Luminaria 1 (Industrial suspendida)

Final del formulario

Otros datos:

• A nivel del plano de trabajo, existe un nivel mínimo de iluminación natural de 0 lux.

• El nivel de iluminación recomendado para las actividades que se desarrollarán en el local es de 750 lux en el plano de trabajo.

• El factor de mantenimiento para las luminarias se considera 0.3.

• El techo tiene un coeficiente de reflexión 0.8 y el de las paredes es de 0.5. El coeficiente de reflexión del suelo es de 0.1.

• Por las características del local, de las luminarias y de las actividades que en él se desarrollan, la altura sobre el suelo de la instalación de alumbrado, debe ser de 3.15.

Determinar la solución más apropiada.

Resultados del ejercicio 4Tipo de luminaria más adecuado 12

Número total de luminarias necesarias 12Potencia total instalada 2640 W

La máxima eficacia exigible a una lámpara sería a de 680 lúmenes por vatio para una luz monocromática amarilla verdosa que se correspondería en el diagrama de sensibilidad luminosa con una longitud de ondas de 5.550

Amgstroms

En la actualidad las lámparas conocidas sólo alcanzan los 183 lúmenes/w. (Las

de vapor de sodio de baja presión)

En la primera foto (Foto 1), se puede apreciar el modo en que se resuelve la iluminación del Aeropuerto de Sondika. Bilbao. Dicho Aeropuerto es un proyecto del Arquitecto español D. Santiago Calatrava Valls.

En la segunda foto (Foto 2), se puede también contemplar el modo en que se resuelve la iluminación del Aeropuerto de Dondika de la Ciudad de Bilbao,

España.

La luz artificial se puede producir por diversos procedimientos que dan lugar a la fabricación de lámparas: incandescentes (standard y halógenas), de descarga de baja presión (fluorescentes) de descarga de alta presión (vapor de sodio, de mercurio, de halogenuros, etc.). También es posible utilizar dos procedimientos distintos para fabricarlas como sucede con las lámparas de luz de mezcla que son a la vez lámparas de descarga

e incandescentes

En la actualidad también se están utilizando lámparas de inducción, y dispositivos de iluminación como los LED.

En la tercera foto (Foto 3), aparece el modo en que se organiza una iluminación con proyectores.

DIALUX 4.2

La aplicación DIALux 4.2, es un software que permite calcular alumbrados interiores, exteriores, viales y de emergencia.

La mencionada aplicación ha sido desarrollada por la sociedad DIAL light building - software, constituida por un amplio grupo de fabricantes entre los que se encuentran: BEGA, LLEDÓ, OSRAM, PHILIPS y ZUMTOBEL STAFF.

Como se insiste, el DIALux 4.2, es un programa de planificación del alumbrado, gracias al cual es posible calcular y visualizar instalaciones de alumbrado interior, exterior, vial y de emergencia.

En la primera imagen (Imagen 1), aparece la representación de un escenario interior propuesto por el Cad del DiaLux 4.2.

En la segunda imagen (Imagen 2), aparece la representación de un escenario exterior propuesto por el Cad del DiaLux 4.2.

El DIALUX 4.2, se ofrece en Internet de modo gratuito, en 20 idiomas.

Esta aplicación está siendo constantemente perfeccionada, con el objeto de adecuarla a las últimas normas y estándares de planificación que se están implantando en los países donde es posible aplicarlo.

Cada fabricante o miembro de la sociedad ha desarrollado un Plugins, donde se contienen datos sobre las características

técnicas de las luminarias y de las lámparas que se fabrican y que pueden ser insertadas en el proyecto.

Sin duda alguna, esta es una de las grandes ventajas que tiene el empleo de DIALux 4.1., gracias al uso de los Plugins, con una sola aplicación es posible combinar, lámparas y luminarias de diferentes fabricantes en un único proyecto.

En la cuarta foto (Foto 4), se puede apreciar el modo en que se organiza la iluminación de la playa de Amadores, en el Sur de la isla de Gran Canaria.

En la tercera imagen (Imagen 3), aparece el modo en que el Cad de DiaLux 4.2 representa la iluminación de una vía urbana.

En la quinta foto (Foto 5), aparece una vista parcial de la Ciudad de El Ahium, en el Desierto del Sahara.

Aunque el número de miembros que en la actualidad están integrados en la sociedad es bastante amplio, en las fichas donde se detalla el modo de empleo de la aplicación, solo se hará referencia a los productos de fabricantes muy conocidos en Canarias, como son:

• BEGA.

• MAZDA.

• LLEDÓ.

• OSRAM.

• PHILIPS.

• ZUMTOBEL STAFF.

En las próxima fichas del presente tema, se tendrá ocasión de tratar sobre: los fundamentos de la luminotecnia e historia de la misma.

En la sexta foto (Foto 6), aparece la Iluminación de la nueva medina de Agadir. Marruecos.

En la séptima foto (Foto 7), aparecen un grupo de luminarias que utilizan preferentemente lámparas incandescentes estándar, puestas a la venta en el Gran Bazar de la Ciudad de Estambul, Turquía.

En la octava foto (Foto 8), aparece un grupo de luminarias que utilizan lámparas preferentemente lámparas incandescentes estándar, puestas a la venta en el Gran Bazar de la Ciudad de Estambul, Turquía.

En la novena foto (Foto 9), aparece la iluminación exterior del Guggenheim de la Ciudad de Bilbao.

En la décima foto (Foto 10), aparece la Iluminación con luminarias de araña en una Iglesia de la Ciudad de La Habana.

En la onceava foto (Foto 11), aparece de nuevo un detalle de la iluminación exterior del Guggenheim de la Ciudad de Bilbao.

En la doceava foto (Foto 12), aparece la iluminación general exterior de la playa de Amadores, en el Sur de la isla de Gran Canaria.

En el primer video (Video 1) se puede apreciar el modo en que se ha organizado la iluminación de Los Rodeos, isla de Tenerife, Canarias. En las imágenes que se presentan se puede constatar como se ha recurrido a la utilización de unas luminarias de iluminación general directas que orientan el flujo luminoso hacia el plano de trabajo, y como también se dispone de luminarias para la iluminación local adosadas a los pilares metálicos de la estructura que sostiene la cubierta de la edificación. También se dispone de luminarias para la iluminación localizada y por proyección en las diferentes tiendas comerciales que se pueden encontrar, por ejemplo en las terminales de pasajeros

.

En el segundo video (Video 2) se puede apreciar el modo en que se ha organizado la iluminación del Aeropuerto de Mazo, Isla de La Palma, Canarias.

En el tercer video (Video 3), se puede apreciar el modo en que se ha organizado la iluminación ambiental de las ruinas de la antigua Ciudad romana de Éfeso, Turquía.

BIBLIOGRAFÍA. • J.A. Taboada. Manual de Luminotecnia OSRAM. Editorial

Dossat. S.A. Madrid,. 1983.

• Manual del Alumbrado Westinghouse. 4º Edición. Editorial Dossat. S.A. Madrid. 1989.

• Vittorio Re. Iluminación interna. Marcombo Boixareu Editores. Barcelona. 1989.

• Carlos Jiménez. Luminotecnia. Locales Comerciales. Ediciones CEAC. Barcelona. 1998.

• Carlos Jiménez. Luminotecnia. Hoteles, bares y restaurantes. Ediciones CEAC. Barcelona.1999.

• Carlos Jiménez. Luminotecnia. Museos y exposiciones. Ediciones CEAC. Barcelona. 1999.

DIRECCIONES DE INTERÉS.

• http://www.bm30.es/homegug_uk.html Página del Museo Guggenheim de Bilbao, con la iluminación nocturna del edificio.

•

http://www.arquitectura.com/arquitectura/inter/perfiles/calatrava/calatrava.asp Página dedicada a Santiago Calatrava Valls.

• http://www.arquitectura.com/arquitectura/ Ciudad de las artes y las ciencias.

• REDIRECCIONANDO A LA NUEVA DIRECCIÓN Las Palmas de Gran Canaria

• http://www.playa-amadores.com/ Página de la playa de Amadores. Gran Canaria.

CONSIDERACIONES PREVIAS

El alumbrado de interiores se debe orientar a:

• Alcanzar una aceptable eficacia visual.

• Organizar ambientes con un buen confort visual.

• Conseguir que la propuesta de alumbrado realizada sea económica.

En todo escenario iluminado artificialmente se pueden distinguir:

• Elementos de interés a iluminar (sobre el plano de trabajo).

• Superficies del entorno (paredes, techos y planos con diferente inclinación).

• Elementos con capacidad para producir deslumbramiento (puntos de luz, superficies reflectantes, etc.).

Con el objeto de asegurar un correcto alumbrado de los escenarios a iluminar hay que tener en cuenta indicadores como:

• El nivel de iluminación.

• La distribución de luminancias dentro del campo visual.

• El deslumbramiento.

• El modelado.

• La reproducción del color.

• El color de la luz emitida.

EL OJO HUMANO.

El ojo humano tiene un comportamiento similar al de una cámara fotográfica, ya que ambos dispositivos

tienen elementos semejantes como

• Una lenta para enfocar la imagen (cristalino).

• Una película (retina).

• Un obturador (párpado).

• Un diafragma (iris).

El ojo humano tiene una gran capacidad de adaptación a ambientes lumínicos de diferente naturaleza, permitiéndonos obtener percepciones visuales en situaciones límite.

Las percepciones visuales se producen gracias a la intervención de unos receptores ubicados en la retina

.

• Los conos, que nos permiten distinguir los detalles y el color de los objetos observados. Los conos se localizan en el centro de la retina (región fóvea).

• Los bastones que nos permiten distinguir en ambientes escasamente iluminados, el movimiento y los contrastes de luminosidad a través de los que podemos percibir el contorno de objetos. Los bastones se localizan en la periferia de la región fóvea.

En el punto de engarce del nervio óptico (nervio a través del cual las sensaciones producidas por la luz, son remitidas al cerebro), no existen ni bastones ni conos, por lo que en ese punto no tenemos visión.

El ojo humano no muestra idéntica sensibilidad para señales luminosas de la misma magnitud o cantidad

de energía pero de diferente longitud de onda

Al respecto hay que señalar que la luz es una manifestación de energía radiante electromagnética que afecta al órgano de la visión de manera diferente en función de la longitud de onda que tenga cada

radiación .

La máxima sensibilidad del ojo humano se corresponde con una seña luminosa que tiene una longitud de onda aproximada de 5.550 Angstrom.

La sensibilidad del ojo para señales lumínicas extremas (ultravioletas e infrarrojos) se reduce a 0.

LAS CURVAS FOTOPICA Y ESCOTOPICA. EL EFECTO PURKINJE

En función de los niveles de iluminación, la visión se sustenta en

los conos o en los bastones . Cuando los niveles de iluminación son adecuadamente elevados, es posible distinguir colores y son los conos los sensores que intervienen en la visión. La curva de sensibilidad que se obtiene en estas circunstancias es la "curva

fotópica" .

Cuando los niveles de iluminación son escasos, no podemos distinguir los colores pero gracias a los bastones, nos es posible tener alguna sensación lumínica. La curva de sensibilidad para estas situaciones es la "curva escotópica". Esta curva tiene un máximo de sensibilidad para señales luminosas con longitudes de onda de 5.070 Angstrom. En la penumbra, por lo tanto, dejamos de percibir una cierta gama de infrarrojos para incrementar la percepción en las gamas de los ultravioletas.

El desplazamiento de la máxima sensibilidad hacia los ultravioletas se conoce con el nombre de efecto Purkinje.

LOS LIMITES DEL CAMPO DE VISIÓN

El campo visual humano abarca unos 180º en el plano horizontal y unos 130º en el plano vertical, unos

60º por encima de la horizontal y unos 70º por debajo .

Fuera de los límites de este campo visual y en un entorno de unos 30º, tenemos cierta capacidad de visión para detectar los contrastes y el movimiento de los objetos.

LOS FACTORES DE LA VISIÓN

La visión se produce con la intervención asociada a los objetos observados, de los siguientes factores :

• Tamaño del objeto (dimensiones).

• Luminancia del objeto que está asociada a la intensidad de la luz que incide sobre el mismo (iluminación).

• Los contrastes de luminancia entre objetos y entorno (contraste).

• Tiempo disponible de observación. Para las observaciones rápidas se precisa escenarios muy iluminados (velocidad).

• Entorno cromático (cromatismo).

• Magnitud del Flujo luminoso producido por los puntos de luz o reflejado en ciertas superficies especulares (deslumbramiento).

• Sombreado de los objetos (volumetrías).

LAS UNIDADES DE MEDIDAS DE LAS MAGNITUDES LUMINOTÉCNICAS.

Las magnitudes luminotécnicas son las siguientes :

• Intensidad luminosa.

• Cantidad de luz.

• Rendimiento luminoso.

• Flujo luminoso.

• Iluminancia.

• Luminancia.

La intensidad luminosa es una magnitud referida únicamente a una determinada dirección y contenida en un ángulo sólido

ω (omega minúscula) .

Del mismo modo que a una magnitud de superficie le puede corresponder un ángulo plano que se mide en radianes, a una magnitud de volumen le puede corresponder un ángulo sólido que se mide en estereorradianes.

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

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

La intensidad luminosa es la densidad de luz que se encuentra dentro de un ángulo sólido que tiende a reducirse con una determinada dirección.

La intensidad luminosa se mide en candelas (Cd).

Una vela normal del cera, tiene en el plano horizontal a la llama, una intensidad luminosa aproximada de 1 candela.

Una candela es la intensidad luminosa de una fuente puntual de luz que emite un flujo luminoso de un lumen en un ángulo sólido de un estereorradián.

La fórmula que expresa la intensidad luminosa es la siguiente:

Donde:

I = Intensidad luminosa dada en Candelas (Cd).

Φ = Flujo luminoso dado en Lúmenes (Lm).

ω € = Ángulo sólido dado en estereorradianes (SR).

El conjunto de toda la intensidad luminosa de una fuente de luz distribuido en todas las direcciones da lugar a una distribución luminosa.

Para medir una distribución luminosa se utiliza un eje vertical que pasa por el punto de luz y los vectores de la intensidad luminosa que se pueden orientar en las infinitas direcciones del espacio.

La representación aludida constituye un "sólido fotométrico".

Si se hace pasar un plano por el eje señalado, se obtiene por intersección con el "sólido fotométrico" una curva de sección que se denomina "curva de distribución luminosa" o "curva fotométrica".

Mediante la curva fotométrica de una fuente de luz es posible determinar con precisión el valor de la intensidad luminosa en cualquier dirección del plano. Estos valores de la intensidad son necesarios para efectuar cálculos de iluminación.

Las curvas fotométricas se dan referidas a un flujo luminoso de 1.000 lúmenes.

Cuando la fuente de luz emite flujos luminosos superiores a los 1.000 lúmenes, el valor de la intensidad se determina mediante una simple relación matemática.

Para una lámpara de vapor de mercurio de alta presión que emita un flujo luminoso de 22.000 lúmenes, los valores de la intensidad luminosa obtenidos de su curva fotométrica deben ser multiplicados por 22, para obtener su auténtico valor.

La cantidad de luz es el flujo luminoso que emite una fuente de luz por unidad de tiempo.

La cantidad de luz se expresa en lúmenes/hora (Lm/h).

El flujo luminoso es la cantidad de energía electromagnética radiante producida por una fuente de luz que puede ser percibida por el ojo.

El flujo luminoso tiene como unidad el lumen (lm).

El lumen es el flujo luminoso de la radiación monocromática de frecuencia f = 540 x 1012 Hertz y una emisión de energía de 1/683 vatios.

Una emisión de un vatio de energía radiante de longitud de onda 555 nm equivale aproximadamente a 683 lúmenes.

Un lumen es el flujo luminoso que incide sobre 1 m2 de una determinada superficie, en la cual, la totalidad de todos su puntos se encuentran situados a la distancia de 1m

de la fuente puntual que emite luz con una intensidad de 1 Cd., en todas las direcciones del espacio.

La superficie mencionada es, por supuesto, una sección de 1 m2 de una esfera de 1 m de radio cuyo centro geométrico coincide en su ubicación con la localización espacial del, también ya mencionado, punto de luz.

Un lumen es, por lo expuesto, el flujo luminoso emitido en un ángulo sólido unidad por una fuente de luz puntual y uniforme que emite con una intensidad de una candela.

El rendimiento luminoso de una fuente de luz, es el flujo luminoso producido por cada unidad de potencia eléctrica consumida.

El rendimiento luminoso se mide en (Lm/w).

La iluminancia es la densidad de flujo luminoso que puede tener una superficie determinada.

La iluminancia sobre una superficie es la relación entre el flujo

luminoso que recibe la superficie y su extensión .

La Iluminancia se representa generalmente por la letra E.

La expresión matemática que se utiliza para la iluminancia es la siguiente:

Donde:

E = Iluminancia dada en Lux.

Φ = Flujo luminoso dado en Lúmenes (Lm).

S = Superficie dada en m2

Cuanto mayor es el flujo luminoso que incide en una superficie mayor es su iluminancia, para un mismo valor del flujo luminoso, cuanto menor es la superficie mayor será el valor de la iluminancia.

La iluminancia se mide en lux.

El lux se define como la iluminación de un m2 por una fuente de luz que emite un flujo luminoso de 1 lumen.

La iluminancia es un indicador que se utiliza para determinar el nivel de iluminación que existe sobre el plano de trabajo, o sobre una calzada de una vía pública.

Un lux es el flujo luminoso de un lumen uniformemente distribuido en un m2 de una superficie situada a un m de distancia de un punto de luz que emite en la perpendicular con una intensidad de una candela.

La luminancia, es la intensidad luminosa que refleja una superficie en una determinada dirección para una determinada unidad de área que se proyecta sobre el plano perpendicular a la dirección de observación de dicha superficie.

La luminancia es una magnitud vectorial que se da en candelas / m2

(Stilb) o en Lambert (F/cm2).

El valor de la luminancia para una misma superficie varia en función de la posición que ocupe el observador.

Donde:

L = Luminancia dada en cd / m2

I = Intensidad luminosa dada en cd.

S x cos α = Superficie aparente en m2

S = Superficie real en m2

La luminancia es máxima cuando el ojo se encuentra en la perpendicular a la superficie luminosa al ser α = 0 y cos α = 1, la superficie aparente es igual a la superficie real.

La luminancia puede ser:

• Directa, cuando la luz procede de la fuente de luz.

• Indirecta, cuando la luz es reflejada por una superficie.

La luminancia produce sensación de claridad, cuando la luz es reflejada por los cuerpos. La luz en si misma no es visible, solo se percibe cuando se refleja sobre las superficies de los objetos.

La mayor o menor claridad que tienen los objetos iluminados de un entorno depende de su luminancia. Entre un objeto y su entorno, la distinción visual se produce por la diferencia en los valores de la luminancia que tiene el entorno con respecto al objeto.

La percepción de la luz es la percepción de las diferencias de los niveles de luminancias entre objetos y fondos. El ojo solo percibe la diferencia de valores de luminancia, no percibe la luz.

En la gestión del brillo, los valores de la luminancia tienen una gran importancia.

INSTRUMENTOS DE MEDIDA

Las mediciones de los niveles de iluminación se realizan con luxómetros.

Los luxómetros son aparatos integrados por células fotosensibles que convierten las señales de luz que inciden en una superficie en un flujo de electrones que son cuyo tránsito por un circuito es medido por un Amperímetro incorporado al aparato para dar la pertinente medición en lux.

BIBLIOGRAFÍA.

• J. A. Taboada. Manuel de Luminotecnia. 4º Edición. OSRAM. Editorial Dossat. S. A. Madrid. 1983.

CUESTIONARIO.

A continuación se realiza una reseña de preguntas de Test del Primer Parcial de LAU52.

Con un * entre paréntesis se señala cual es la respuesta correcta.

1.- El flujo luminoso es la densidad de luz que se encuentra dentro de un ángulo sólido que tiende a reducirse con una determinada dirección. La intensidad luminosa se mide en candelas (Cd). Una vela norma del cera, tiene en el plano horizontal a la llama, una intensidad luminosa aproximada de 1 candela. Todas estas afirmaciones son:

a. Ciertas.

b. No son ciertas (*)

2.- El rendimiento luminoso de una fuente de luz, es el flujo luminoso producido por cada unidad de potencia eléctrica consumida.

a. El rendimiento luminoso se mide en (Lm/w)(*)

b. El rendimiento luminoso se mide en (Cd/w)

3.- La iluminancia es la densidad de flujo luminoso que puede tener una superficie determinada. La iluminancia se mide en lux. Un lux es el flujo luminoso de un lumen uniformemente distribuido en un m2 de una superficie situada a un m de distancia de un punto de luz que emite en la perpendicular con una intensidad de una candela. Todas estas afirmaciones son:

a. Ciertas.(*)

b. No son ciertas.

4.- La luminancia, es la intensidad luminosa que refleja una superficie en una determinada dirección para una determinada unidad de área que se proyecta sobre el plano perpendicular a la dirección de observación de dicha superficie.La luminancia es una magnitud vectorial que se da en candelas/cm2

(Stilb) o en Lambert (F/cm2). El valor de la luminancia para una misma superficie varia en función de la posición que ocupe el observador. Todas estas afirmaciones son:

a. Ciertas (*)

b. No son ciertas.

5.- Los luxómetros son aparatos integrados por células fotosensibles que convierten las señales de luz que inciden en una superficie en un flujo de electrones que son cuyo tránsito por un circuito es medido por un Amperímetro incorporado al aparato para dar la pertinente medición en:

a. Lux (*)

b. Cd

c. Lm/w

d. Cd/w

HISTORIA

El alumbrado artificial está teniendo un desarrollo tecnológico de gran interés en los últimos años gracias a los grandes avances científicos y técnicos producidos a finales del siglo XIX y durante todo el siglo XX.

En la primera imagen (Imagen 1), aparecen los jeroglíficos de la cripta del Templo de Dendera (Egipto).

En la segunda imagen (Imagen 2), aparece el jeroglífico O196.

La historia de la ciencia y de la tecnología es un ámbito del conocimiento muy controvertido, pero que aún así, los descubrimientos y hallazgos realizados, nos pueden estar indicando que en todo lo referente a la información que se tiene sobre los posibles conocimientos adquiridos por la humanidad, se debe mantener una cierta distancia crítica con el objeto de estar abiertos siempre a aparición de nuevas teorías, de nuevos enfoques. No es prudente pues, ni dejar volar la imaginación ni enrocarse en posicionamientos academicistas bien conocidos por todos, cuando se aborda el estudio y análisis de cuestiones en las que se hace muy difícil alcanzar en la actualidad respuestas concluyentes.

En la tercera imagen (Imagen 3), aparece una lámpara incandescentes resuelta mediante el uso de un botellín y de filamentos de bambú carbonizado.

A continuación y por considerarlo de interés, se realiza una reseña de enlaces de Internet, con la que se puede constatar la gran confrontación de opiniones y de planteamientos que se está produciendo entre los interesados en elaborar una auténtica historia de los avances técnicos y

científicos y la visión o interpretación que de esa historia hacen investigadores, muy influenciados por creencias de todo género.

En la primera foto (Foto 1), aparece el jeroglífico O196 en los paramentos del Templo de Edfu (Egipto).En lo que respecta a la historia de la tecnología de la electrificación y la iluminación artificial con dispositivos eléctricos, resulta del todo evidente que dicha materia está rodeada de un halo "muy especial y misterioso", sobre todo cuando se tiene en cuenta los prodigiosos descubrimientos realizados desde finales del siglo XIX. por ciertos investigadores de enorme relevancia como Nikola Tesla."La scienza non è nient'altro che una perversione se non ha come suo fine ultimo il miglioramento delle condizioni dell' umanità". Nikola Tesla

ENLACES.

1.- Interesante trabajo sobre los sistemas de iluminación en el antiguo Egipto, donde se desmiente el empleo de iluminación eléctrica en tiempos pretéritos.

2.- El uso del vidrio en el antiguo Egipto.

3.- Utilización del aceite de oliva en las lámparas para iluminar en el antiguo Egipto.

4.- Posible uso de pilas eléctricas del siglo primero a. C. Esquema de montaje de las pilas de Bagdad

5.- Historia del descubrimiento y uso de la electricidad.

6.- Breve historia del descubrimiento y uso de la electricidad.

En la cuarta imagen (Imagen 4), aparece la pila de Bagdad.

7.- Fundamento del descubrimiento de Auer.

8.- Lámpara de arco de Davy.

9.- Lámpara de arco de Davy.

10.- Breve historia del alumbrado artificial. Trabajo muy interesante con animaciones donde se explica el funcionamiento de las lámparas.

11.- La invención de la bombilla eléctrica.

12.- El inventor de la lámpara incandescente.

13.- El invento de la lámpara incandescente.

14.- El invento de la lámpara incandescente.

15.- Biografía de Thomas Edison.

16.- Iluminación de estado sólido - Wikipedia, la enciclopedia libre.

17.- Otros inventores.

• Alumbrado para oficinas, fábricas, etc.

• Alumbrado ambiental planteado para resaltar la estética de las áreas a iluminar.

• Alumbrado para escaparates, expositores, etc.

En el alumbrado de oficinas, fábricas, etc, hay que tener en cuenta la naturaleza del trabajo que se va a realizar y el tiempo de duración de este.

En el alumbrado ambiental hay que tener muy en cuenta las exigencias arquitectónicas del proyecto o de la edificación, así como las limitaciones de orden constructivo que se puedan apreciar.

En el alumbrado para escaparates, expositores, etc., hay que considerar la política de ventas a la hora de organizar el alumbrado.

De acuerdo con lo expuesto, en el presente tema de proyecto se realizarán una serie de planteamientos en torno a cuestiones básicas en el alumbrado artificial de interiores como pueden ser:

• Los indicadores del alumbrado.

• Los procedimientos generales a tener en cuenta en el desarrollo del Proyecto de Alumbrado.

• La selección de sistemas de iluminación.

• Otras consideraciones de interés.

DOCUMENTACIÓN.

En la Memoria de los proyectos de iluminación de interiores, junto con los cálculos justificativos, deben figurar los siguientes indicadores y parámetros:

• Índice del local (K) utilizado en los cálculos.

1.- VARILLA DE HIERRO2.-TAPÓN DE ASFALTO3.- VASO DE TERRACOTA4.-ELECTRÓLITO5.-CILINDRO DE COBRE6.-TAPÓN AISLADOR DE ASFALTO7.-CAPUCHÓN DE COBRE8.-CABLE DE TIERRA

• El número de puntos considerados en el proyecto.

• El Factor de Mantenimiento (Fm) previsto.

• El valor de la Iluminancia Media Horizontal (Em) obtenida.

• Los Índices de Deslumbramiento (UGR), alcanzado.

• Los Índices de Rendimiento del Color (Ra) que tienen las lámparas utilizadas en el alumbrado.

• El Valor de la Eficiencia Energética de la Instalación (VEEI).

• La potencia total del conjunto de toda la instalación de iluminación.

USOS.

Cuando se proyecta instalar un sistema de alumbrado, se debe tener la certidumbre que los equipos seleccionados están en condiciones de proporcionar el máximo confort visual y los niveles de iluminación demandados, respetando siempre las limitaciones o condicionantes impuestos por el Proyecto Arquitectónico, sobre los espacios que se pretenden iluminar de un modo artificial.

Las áreas a iluminar van, por supuesto, a condicionar definitivamente la elección de los equipos, ya que en modo alguno pueden darse incompatibilidades conceptuales - proyectuales, entre la idea

arquitectónica que se pretende materializar y la concepción del alumbrado que se propone.

Muchos tipos de lámparas que opcionalmente se pueden utilizar, en absoluto deben ser empleadas, sino aquellas requeridas por el proyecto arquitectónico.

Por supuesto que se hace preciso considerar también el factor económico que, dado el caso, puede obligar a adoptar, por ejemplo, una combinación de alumbrado general y alumbrado local, cuando ello sea lo más económico, en vez de otras opciones de alumbrado.

La disminución del deslumbramiento directo o reflejado, puede condicionar, en otros supuestos, la selección de luminarias que deben emplazarse de modo que se evite, o reduzca estos deslumbramientos.

En todos los casos se hace necesario un completo análisis de las tareas visuales que se van a realizar donde deben establecerse consideraciones que hagan referencia al tamaño, la reflectancia, las características especulares, el contraste de iluminación entre objetos y fondo, etc.

Todas estas consideraciones, sin duda alguna, nos

permitirán seleccionar el equipo adecuado, así como el emplazamiento del mismo.

Precisamos por ello conocer que tipo de lámparas y luminarias vamos a emplear, su emplazamiento, los niveles de iluminación requeridos para, mediante el uso de los métodos de cálculo pertinentes, establecer si el número de luminarias propuesto y su emplazamiento va a producir los niveles de iluminación requeridos.

El uso a que se destina la edificación, tiene una importancia fundamental cuando se analizan las numerosas variables desde las que se organiza el alumbrado, como pueden ser:

• Objetivos de la instalación.

• Usos (iluminación para visión, decorativa, comercial, etc.).

• Intensidad de trabajo visual a desarrollar.

• Tiempo de duración de las jornadas laborales.

• Exigencias arquitectónicas y decorativas.

• Condicionantes constructivos y estructurales.

• Situación económica. Cuando se afronta la coordinación de todas estas variables, es posible determinar que cantidad de luz se precisa y cuales son los medios que se van a utilizar para obtenerla.

Es cierto, que los gustos personales de los usuarios y de los diseñadores del espacio arquitectónico, a veces, no son del todo coincidentes, pero también es cierto de que existen ciertas reglas básicas en el alumbrado artificial con las cuales es posible organizar alumbrados de calidad (por la cantidad de luz, su idoneidad, etc.).

Con el objeto de mejor centrar la reflexión que se está haciendo en materia de alumbrado artificial de edificaciones se propone analizar las circunstancias específicas que concurren en el alumbrado de:

• La edificación residencial.

• Los centros docentes y oficinas.

• Los centros comerciales.

• Las industrias.

DIRECCIONES DE INTERÉS.

• http://edison.upc.es/curs/llum/interior/iluint.html Detallada Página Web dedicada al alumbrado de interiores (de mucho interés).

• http://bdd.unizar.es/Pag2/Tomo2/indice.htm Instalaciones eléctricas. Página

donde se hace una detallada descripción de las instalaciones eléctricas y de la iluminación de interiores y exteriores.(Muy interesante).

• http://www.itlp.edu.mx/publica/tutoriales/instalacelectricas/index.htm Proyectos de alumbrado (de mucho interés).

• http://es.dir.yahoo.com/economia_y_negocios/ Directorio de empresas relacionadas con la iluminación.

• http://www.prevencion.fimac.net/leyes/REGLAMENTOS/rbt/indice.htm REGLAMENTO ELECTROTÉCNICO PARA BAJA TENSIÓN E INSTRUCCIONES TÉCNICAS COMPLEMENTARIAS.

BIBLIOGRAFÍA.

• J.A. Taboada. Manual de Luminotecnia OSRAM. Editorial Dossat. S.A. Madrid. 1983.

• Vittorio Re. Iluminación Interna. Marcombo Boixareu Editores. Barcelona. 1989.

• Manual del Alumbrado Westinghouse. 4º Edición. Editorial Dossat. S.A. Madrid. 1989.

La iluminación se independiza de las otras funciones cuando se aísla utilizando antorchas que pueden ser emplazadas en los sitios más oportunos para propiciar el alumbrado.

Con el tiempo se descubre que impregnando la madera con grasas (de origen animal o vegetal) se mejora el rendimiento y la duración del alumbrado. A partir de ese momento lo que produce la luz es la grasa que arde no la madera que solo tiene una misión de sustentación.

Las grasas son sustituidas después por combustibles líquidos en las antorchas.

El siguiente paso fue el de eliminar el soporte de madera, fabricando lámparas de aceite (10.3 lm/w).

Dado este paso se recurre a la producción de iluminación artificial utilizando otros sistemas alternativos.

Aparecen también las velas de cera, elementos muy maniobrables que se almacenan sin peligro, pero que también utilizan el principio de la combustión.

A principios del siglo XIX, aparecen las lámparas de gas, muy utilizadas en el alumbrado vial. Las primeras lámparas fueron de carburo o de acetileno. El gas combustible se obtenía dentro de la lámpara al hacer reaccionar el carburo de calcio con agua para obtener gas de acetileno, que era utilizado como combustible, la temperatura de color obtenida era de 2.046° K. (También se utilizó el gas de carbón)

A mediados del siglo XIX aparecen las lámparas de petróleo. El petróleo al ser más fluido que el aceite, sube por capilaridad con mayor facilidad y ofrece un mejor rendimiento luminoso. La invención de las protecciones de cristal del francés Antoine Quinquet, permite que, gracias a los bulbos de cristal, las velocidades ascendentes del aire sean mayores, lo que favorece una mejor aspiración del petróleo, alcanzándose con ello temperaturas de color de 2.000 º K

El alumbrado por combustión tuvo una gran influencia en el diseño de las lámparas, determinando por ejemplo, la posición de la lámpara para que la llama siempre saliera hacia arriba, las protecciones idóneas para impedir que la llama se apagase, etc.

Algunos de los condicionantes de diseño impuestas por el alumbrado por combustión se han perpetuado después, sin razón alguna, en el diseño de las lámparas eléctricas, algunas de las cuales parecen más apropiadas para producir alumbrado por combustión que por electricidad.

Incluso el alumbrado por termo radiación no deja de ser un alumbrado por combustión, aunque la termo radiación no conlleve una pérdida de materia tan importante como la combustión.

La lámpara de Auer (las primeras se construyeron en 1892), está a caballo entre la combustión y la incandescencia, está lámpara que es de gas tiene un manguito de Namio ó Rayón que está impregnado en una solución de nitratos de Cerio (1%) y Torio (99%), lo que le permite tornarse incandescente en contacto con la llama.

Con el descubrimiento de la electricidad fue posible construir lámparas de arco, como la de Davy (la primera demostración de funcionamiento se realizó ante la

Real Sociedad de Física de Londres en 1810)

Esta lámpara emite luz gracias a la descarga eléctrica producida entre dos electrodos de carbono, gracias a la cual los electrodos se tornan incandescentes, con la consiguiente pérdida de materia. El ánodo se volatiliza al doble de velocidad que el cátodo, por ello el ánodo siempre era más grueso en estas lámparas. La temperatura de estas lámparas era de 4.000° C, su temperatura de color de 3.700° K y su rendimiento de 10 lm/?,

Añadiendo compuestos a los electrodos de carbón e incrementando la presión dentro de estas lámparas se mejoraba su rendimiento.

El tipo de descarga que se produce en estas lámparas no debe confundirse con la que se produce en las lámparas de descarga actuales.

El inventor de las lámparas incandescentes fue Henrich Goebel, alemán emigrado a América, procedente de Springe, que utilizó estas lámparas para

iluminar su taller de relojería de New York

En 1854, Goebel desarrolló una lámpara con un filamento de bambú carbonizado dentro de una ampolla de cristal donde se había practicado el vacío.

El invento de esta lámpara no despertó interés porque Goebel no lo utilizó con fines comerciales y por que no estaba muy extendido el uso de la energía eléctrica.

En 1877 Swan construye también una lámpara incandescente con filamento de hilo de algodón carbonizado y el 21 de Octubre de 1879 Edison comienza a fabricar y comercializar lámparas incandescentes con filamentos de fibra de bambú carbonizado.

En esta época no se disponía de materiales que soportaran temperaturas de incandescencia sin destruirse con rapidez. Es cierto que el platino es capaz de hacerlo ya que su punto de fusión es de 2.037 º K, pero su coste, era y es muy elevado para ser utilizado masivamente en el alumbrado.

El filamento de carbón se intentó mejorar utilizando pastas de carbono puro pulverizado y aglutinado.

Los filamentos se encerraban dentro de ampollas de vidrio en las que se practicaba el vacío a través de un tubo de extracción que acabó ubicándose en el casquillo de la lámpara, para evitar de este modo la rotura del mismo.

La ampolla de vidrio debía mantener la estanqueidad por ello en las soldaduras de lo hilos en el soporte de vidrio se utilizaban aleaciones especiales de acero - níquel que tienen un coeficiente de dilatación térmica similar al del vidrio.

A las lámparas se les añadía un casquillo para sujetarlas al portalámparas permitiendo su alimentación.

Con el tiempo estos casquillos también evolucionaron, de esta época vienen

los diseños del :

• Casquillo roscado de Edison.

• Casquillo a bayoneta de Swan: ideal para conexiones donde la lámpara sufre muchas sacudidas con el consiguiente riesgo de desconexión del portalámparas.

Los filamentos de carbono desarrollados no podían trabajar a temperaturas superiores a los 1.900 º C, sin que se acortara notoriamente su vida por evaporación del carbono, efecto que se potenciaba más en el vacío.

El rendimiento de estas lámparas era muy bajo, del orden de los 3 a 5 lúmenes/watio.

Había que buscar filamentos que reunieran las siguientes características:

• Elevada resistividad.

• Elevado punto de fusión.

• Durabilidad.

• Bajo coste.

Auer hacia 1898 utilizaba filamentos de osmio, y en Alemania en 1905 se

utilizaban filamentos de tántalo .

Al final se descubrió que el material que mejor se adecuaba a las características reseñadas era el tungsteno (denominado volframio por acuerdo internacional a partir de 1949) . De este modo, para mejorar esta situación, hacia 1910 se comenzaron a construir lámparas incandescentes con filamentos de tungsteno.

Al tungsteno en polvo se le incorporaba una sustancia aglutinante para formar una pasta que se hacia pasar por un hilo, con el objeto de construir un filamento, que al alcanzar la incandescencia y producirse la evaporación del aglutinante, permitía el definitivo aglutinamiento del metal.

Al principio los filamentos de tungsteno eran de pequeña longitud por lo que se tenían que disponer de varios de ellos para construir las lámparas pero hacia 1913 se consiguió fabricar filamentos más largos de una sola pieza. Al tungsteno también se le añadía óxidos para alargar su vida útil, ya que planteaba problemas de recristalización. Este problema fue resuelto con el tiempo por lo cual fue posible utilizarlo en estado puro recubierto con una

película de circonio o de fósforo para neutralizar las impurezas que quedaban dentro de las ampollas de las lámparas.

Con la utilización de filamentos de tungsteno, el rendimiento luminoso se incrementó a unos 11 lm/w.

Los filamentos rectilíneos de tungsteno se seguían encerrando en ampollas de vidrio al vacío hasta que en 1913 el vacío se sustituye por gases inertes (argón y nitrógeno).

La presión de estos gases en frío era de 2/3 la presión atmosférica con ello se pretendía que las lámparas funcionasen a presión similar a la atmosférica.

Los gases inertes inhiben la disgregación del filamento de tungsteno por lo cual es posible elevar la temperatura del filamento a 2.500 º C y de este modo mejorar el rendimiento (20 lm/w).

Cuando se añaden gases inertes, las perdidas de calor en el filamento se incrementan ya que a las perdidas por radiación (en el vacío) hay que añadirle las perdidas por conducción.

Después se descubrió que las pérdidas de calor eran mayores en los filamentos largos de poca sección que en los cortos de mucha sección, por eso los filamentos de tungsteno se comenzaron a enrollar en espiral, para que fueran semejantes a un hilo corto con mucha sección.

Con estos adelantos no solo se mejoró el rendimiento, también se consiguió que la vida útil de las lámparas fuera de unas 1.000 horas.

Aparecieron después los arrollamientos en doble espiral de los filamentos .

Hacia 1937 el Argón se sustituyó por el gas Kriptón, que era de menor densidad y posibilitaba un importante retraso en la descomposición del filamento de tungsteno. Todo ello permitía subir la temperatura de este a unos 2.700 º C y con ello era posible incrementar el rendimiento de las lámparas.

El Kriptón es más caro que el Argón, por lo que las lámparas de Kriptón se utilizan más para fines decorativos por su coste.

En la década de los 70 se comenzaron a comercializar las lámparas de cuarzo - yodo.

En estas lámparas se aprovecha el ciclo regenerativo del yodo - tungsteno que incrementa la vida útil de la lámpara gracias a la precipitación del tungsteno presente en el vapor de yoduro de tungsteno sobre el filamento.

En la actualidad, la ampolla de vidrio se fabrica con cuarzo y los gases utilizados son halógenos. A estas lámparas incandescentes por esta razón se les llama alógenas y están adquiriendo una gran relevancia en el alumbrado de interiores.

En lo referente a las lámparas de descarga, su historia ha sido también muy interesante.

Hacia el 1945 se comenzaron a comercializar las lámparas fluorescentes, con las que se pretendía sustituir a las incandescentes ya que en apariencia presentaban grandes ventajas respecto a estas.

Estas lámparas de vapor de mercurio utilizan la luminiscencia para producir luz. Se denominan de vapor de mercurio, por que este vapor mezclado con argón

(neón, nitrógeno, etc) y atravesado por una corriente eléctrica es el encargado de producir la luz.

Cuando la presión del vapor de mercurio es pequeña el vapor de mercurio emite un 95 % de su radiación en longitudes de onda muy cortas (253,7 a 185 nm) en la franja de los ultravioletas. Estas radiaciones son las que excitan las sustancias foto luminiscentes de la lámpara produciendo una radiación con

longitudes de ondas más largas que si son visibles .

Las primeras lámparas de vapor de mercurio que se construyeron (las de Cooper Hewitt), tenían una presión de vapor de mercurio de 0,1 mm. Con el tiempo la presión se elevó incrementando la temperatura del arco, para que dentro del tubo se produjera una intensidad superior, pero ello producía la fusión del vidrio por lo que hubo que recurrir a la construcción de tubos de vidrio de cuarzo. Todo ello permitió la aparición en mercado de lámparas con rendimientos de 60 lm/w que funcionaban con presiones de 1.000 mm. (Media presión) y de 10.000 mm.(alta presión).

La falta de radiaciones rojas en el espectro de las lámparas de vapor de mercurio obligó a los fabricantes a buscar soluciones intermedias como son las lámparas de luz mixta, lámparas que son a la vez incandescentes y de descarga o a recurrir al uso del flougermanato de magnesio (a partir de 1950) para mejorar la reproducción del color de estas lámparas.

El vapor de mercurio se mezcla también con haluros metálicos (con yoduros, preferentemente), para aumentar la temperatura en las paredes del quemador de cuarzo, y obtener de este modo mayores presiones de funcionamiento para mejorar el rendimiento y ensanchar la distribución espectral. Los yoduros mas utilizados son los de talio (raya verde), sodio (raya amarilla), iridio (raya azul y verde) y escandio.

Al empleo del vapor de mercurio, en las lámparas de descarga, se añadió el uso del vapor de sodio.

Cuando la descarga en el vapor de sodio se produce a baja presión es posible utilizar una ampolla de cristal, pero la luz que se produce tiene una mala reproducción del color, por eso se incrementó la presión del vapor y con ello la temperatura, haciéndose necesario el uso de una ampolla de cerámica y dando lugar a la aparición de las lámparas de vapor de sodio de alta presión.

Las lámparas de vapor de mercurio están siendo sustituidas en la actualidad en el alumbrado vial, por las lámparas de vapor de sodio de baja y alta presión por

razones económicas y problemas medioambientales .

Actualmente, las investigaciones se están centrando en el desarrollo de mejores lámparas de descarga de vapor de sodio de alta presión, y es de esperar que en este ámbito se produzcan importantes innovaciones.

El empleo masivo de la fibra óptica también parece ser una vía con mucho futuro.

También se hacen investigaciones en otros campos de la producción de luz por luminiscencia como pueden ser:

• La bioluminiscencia (luz producida por reacciones bioquímicas).

• La quimioluminiscencia (luz producida por reacciones químicas).

• La triboluminiscencia (luz producida por actuaciones mecánicas, frotamientos, pulverizaciones, etc.).

En 1882 se realizó la primera instalación de alumbrado vial con lámparas incandescentes.

Con anterioridad a este año en el ámbito de Canarias, en Santa Cruz de Tenerife, la primera ciudad de Canarias a finales del siglo XVIII, no existía alumbrado público más que en la Alameda de Branciforte. El uso de velas de cebo permitía el alumbrado de viviendas, pero el alumbrado urbano, no existía prácticamente. Esta situación se correspondía con la realidad que conocía el alumbrado público en el ámbito nacional, donde el primer alumbrado público que se conoce se estrenó en Barcelona en el año 1752.

Esta realidad nacional del alumbrado vial, a su vez se corresponde con la situación mundial, así en el 1803 se inicia el alumbrado de Londres con gas, París utilizaría este sistema en 1817 y Berlín en 1827. En Barcelona se instalara el alumbrado a gas en 1842.

En Santa Cruz de Tenerife, todavía en 1834 se seguía utilizando el alumbrado público con lámparas de aceite, solo a partir de 1886 se comienza a implantar el alumbrado de gas que sería abandonado en 1897.

El alumbrado eléctrico en Canarias se implantó primero en Santa Cruz de La Palma en enero del 1894.

FUNCIONAMIENTO DE LAS LÁMPARAS.

Como ya hemos indicados, las lámparas eléctricas son aparatos capaces de producir de un modo artificial energía radiante visible para el ojo humano.

Las lámparas producen luz por:

• Termo radiación.

• Lumino radiación.

Cuando la Lumino radiación se suspende al suprimirse el suministro de energía eléctrica, recibe el nombre de fluorescencia. Cuando se mantiene un tiempo después de ser suprimido el suministro de energía eléctrica recibe el nombre de fosforescencia.

En el alumbrado exterior se utilizan casi exclusivamente las lámparas de descarga que emiten luz gracias a la Lumino radiación. También en el alumbrado público se emplea, en casos específicos, lámparas incandescentes (Termo radiación).

Las lámparas producen una energía radiante electromagnética que varía en función de la longitud de onda a la que se produce la emisión.

Parte de la energía producida es captada por el ojo humano, concretamente la energía que se produce entre las longitudes de onda de los 400 a los 700 nanómetros (nm) en mayor o menor medida según se aproxime a la longitud de onda de los 550 nm, longitud para la cual se tiene la máxima sensibilidad.

El espectro luminoso de las lámparas se representa en un diagrama cartesiano, en el eje de las abscisas se dan las longitudes de onda en el eje de las ordenadas la energía radiada en w/cm2 (vatios por cm2 de superficie de lámpara), watios-luz, cuando se multiplica la energía radiada por el factor de sensibilidad del ojo, en µ w/5nm.lumen, en % sobre la máxima energía emitida, etc.

CUERPO NEGRO.

Se denomina cuerpo negro a un cuerpo que es capaz de absorber todas las

radiaciones que recibe .

Los cuerpos negros son también aquellos que a la misma temperatura que otros, emiten mayor cantidad de energía luminosa.

Se define como poder de absorción de un cuerpo para una determinada longitud de onda, la relación entre la energía absorbida y la energía total que incide en el mismo por unidad de superficie.

Para los cuerpos negros, el poder de absorción es igual a la unidad.

TIPOS DE LÁMPARAS.

El uso de los diferentes tipos de lámparas que se pueden utilizar en el alumbrado público, viene condicionado por factores como:

• El rendimiento luminoso de las lámparas.

• El coste de adquisición de las mismas.

• El color de luz que emiten.

• Las posibles fluctuaciones de tensión en la red.

• Las oscilaciones de valores de la temperatura ambiente.

Con la fabricación de lámparas como las de vapor de mercurio o de vapor de sodio a alta presión, ha sido posible obtener lámparas que tienen:

• Un alto rendimiento luminoso.

• Una larga vida útil.

• Una aceptable reproducción de los colores.

A continuación se hace una reseña de las lámpara que más se emplean en el alumbrado exterior.

• Lámparas incandescentes.

• Lámparas halógenas.

• Lámparas fluorescentes.

• Lámparas ahorradoras de energía o fluorescentes compactas.

• Lámparas de vapor de mercurio con o sin corrección de color.

• Lámparas de luz de mezcla.

• Lámparas de sodio a baja presión.

• Lámparas de sodio a alta presión.

• Lámparas de Halogenuros metálicos.

• Lámparas Mastercolour.

DIRECCIONES DE INTERÉS.

• http://bdd.unizar.es/Pag2/Tomo2/tema8/8-2.htm Página web donde detalla las lámparas y sus componentes.

BIBLIOGRAFÍA.

• Lámparas eléctricas. Monografías C.E.A.C. de electricidad. Ediciones Ceac. Barcelona. 1974.

LUMINANCIAS.

Para calcular el nivel medio de iluminancia horizontal exigido se utiliza la siguiente fórmula :

Donde:

EMed = Iluminancia media exigible.

Φ = Flujo luminoso total.

FU =: Factor de utilización.

FC = Factor de conservación

S = Superficie a iluminar.

Los niveles de iluminación exigibles en las instalaciones deportivas depende del tipo de actividad que se registre, de este modo se establece la siguiente clasificación:

• Estadios y pistas polideportivas 200 a 500 lux.

• Pistas de Tenis 150 a 500 lux.

• Piscinas al aire libre 100 a 300 lux.

• Frontones 300 a 500 lux.

• Pistas de entrenamiento 100 a 200 lux.

• Estadios de fútbol de competición con menos de 5.000 espectadores 100 a 200 lux.

• Estadios de fútbol de competición con 5.000 a 15.000 espectadores 300 a 400 lux.

• Estadios de fútbol de competición con más de 15.000 espectadores > 600 lux.

• Retransmisiones de TV color 1.400 lux.

Para alcanzar aceptables valores de uniformidad vertical se recomienda elevar la altura de los mástiles a 20 a 30 m., o a valores superiores.

La iluminancia vertical medida a una altura de 1,5 m para 63 puntos (la cuadrícula que se recomienda para los campos de fútbol), debe ser de 1.500 lux, cuando se prevean retransmisiones deportivas en TV color.

BIBLIOGRAFÍA.

• J.A. Taboada. Manual de Luminotecnia OSRAM. Editorial Dossat. S.A. Madrid. 1983. Pág. 320.

• Manual de Alumbrado Philips. Ed. Paraninfo. Madrid.1976.

• Vitorio RE. Marcombo Boixareu. Editores. Barcelona. 1979.

MÉTODOS.

Para determinar el tipo y número de proyectores que precisamos utilizar en un alumbrado ambiental se emplean dos métodos de cálculo:

• El método del flujo luminoso: muy recomendado para iluminar fachadas con gran superficie y para evitar la contaminación lumínica ya que está dirigido al uso de proyectores cuadrados y rectangulares asimétricos.

• El método de intensidad luminosa: adecuado para iluminar torres, campanarios, etc. Con proyectores circulares simétricos (no recomendados por propiciar la contaminación lumínica).

MÉTODO DEL FLUJO LUMINOSO

El método del flujo luminoso utiliza la siguiente fórmulas:

Donde:

N = Número de proyectores que se precisan.

EMed = Iluminancia media exigida en función del material (lux)

S = Superficie a iluminar (m2)

φ = Flujo del haz del proyector (Lm)

Cu = Coeficiente de utilización.

FC = Factor de conservación de la instalación.

η = Factor de utilización determinado en función de la eficacia luminosa y del proyector y de las mermas de flujo luminoso por envejecimiento y ensuciamiento de las lámparas. Este valor está comprendido entre 0,25 (alumbrado de elementos y superficies pequeñas) y 0,35 (grandes fachadas). También se adopta el valor 0,2 para chimeneas, torres, etc.

Aplicando estos valores se obtiene el flujo φ , como también conocemos el flujo que produce cada proyector por la información que nos da el fabricante, podemos obtener el número de proyectores que necesitamos.

La Illuminating Engineering Society (I.E.S.) recomienda los siguientes valores de iluminación para edificios y monumentos con alrededores muy iluminados.

• Superficies claras : 150 lux.

• Superficie medio claras : 200 lux.

• Superficies medio oscuras : 300 lux.

• Superficies muy oscuras : 500 lux.

Para alrededores poco iluminados:

• Superficies claras : 50 lux.

• Superficie medio claras : 100 lux.

• Superficies medio oscuras : 150 lux.

• Superficies muy oscuras : 200 lux.

Los niveles de iluminación requeridos por la jardinería son los siguientes:

• Alumbrado general de jardinería: 5 lux.

• Elementos singulares, árboles de interés, balaustradas, etc.: 20 lux.

• Macizos de flores: 50 lux.

• Cruces y lugares de reunión de viales peatonales: 100 lux.

• Áreas de actividades lúdicas: 300 lux.

El flujo del haz es igual al flujo luminoso producido por la lámpara por el rendimiento del proyector dato que facilita el fabricante. El valor de este coeficiente se suele situar entre 0,6 y 0,9.

Cuando es inferior a 0,6 hay que acercar el proyector a la superficie a iluminar, cuando el valor es superior a 0,9 hay que alejar el proyector.

Cuando los proyectores son abiertos, el factor de conservación (FC) es de 0,65. Cuando son cerrados el factor es de 0,75.

MÉTODO DE LA INTENSIDAD LUMÍNICA

Este método nos sirve para determinar la intensidad luminosa de la energía radiante emitida por el proyector gracias a la cual es posible producir el nivel de iluminancia vertical que se exige.

En el empleo de este método se pueden dar dos supuestos:

• Cuando el rayo luminoso de máxima intensidad del proyector es perpendicular a la fachada a iluminar.

• Cuando el rayo luminoso de máxima intensidad del proyector forma un ángulo α con la normal a la fachada a iluminar.

En el primer supuesto se utilizaría la fórmula:

Donde:

I = Máxima Intensidad necesaria (cd)

EMed = Iluminancia media necesaria.

D = Distancia entre el proyector y la fachada a iluminar.

En el segundo supuesto habría que utilizar la fórmula:

Donde:

EMed. = Iluminancia media vertical exigida en fachada.(en lux)

H = Altura (m) entre el plano de emplazamiento del proyector y la intersección de la línea central del haz de proyección con la línea de fachada.

D = Distancia horizontal entre el proyector y la fachada.

α = Angulo de incidencia del haz con la fachada.

Calculada la intensidad máxima sólo tenemos que consultar las gráficas cartesianas que nos presentan los fabricantes para seleccionar que proyector simétrico es el idóneo para nuestro alumbrado.

El diámetro del área iluminada por el proyector se determina por la siguiente fórmula:

Donde:

D = Distancia del proyector a la fachada a iluminar.

β = Ángulo de apertura del haz de luz del proyector (en grados). Para determinar este ángulo se toman valores de intensidades superiores a la mitad de la máxima.

BIBLIOGRAFÍA.

• Manual del alumbrado Philips. Editorial Paraninfo. Madrid. 1976.