ESTUDIO Y CALCULO DE ILUMINACIÓN ARTIFICIAL EN ESPACIOS INTERIORES� �METODO DE LOS LÚMENES

• Pedro Jesús Villanueva Ramírez
• Lic. Arquitectura
• Depto. Tecnología y Producción
• UAM-X
• 2019.i

CONTENIDO

CONTENIDO

El diseño de iluminación artificial en espacios interiores consiste en un proceso que integra la luz en el contexto arquitectónico. Independientemente del espacio a iluminar: viviendas, espacios religiosos, oficinas, museos, un restaurantes, tiendas, es cuelas, hospitales, y de las fuentes de luz disponibles para su uso, los pasos a seguir en el proceso de estudio y diseño de la iluminación artificial es siempre el mismo, lo que permite ser aprendido.

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En este material didáctico se presenta un proceso de diseño que se asemeja a la empleada en el ámbito profesional. Por supuesto que es necesario aclarar que el proceso no siempre es lineal; en ocasiones, algunos de estos pasos se usan simultáneamente, pero, en general, el orden de los pasos corresponde a la práctica profesional. También es importante decir que un buen diseño de iluminación artificial en espacios interiores se debe basar en la convicción de que la condición de iluminación de un espacio tiene un enorme impacto emocional en las personas. En este sentido, un error común al realizar un diseño de iluminación artificial es seleccionar primero el equipo de iluminación (luminarias), sin embargo, es éste el último paso del proceso. Por el contrario, lo primero a considerar es el conocer qué objetos y superficies reciben luz; en otras palabras, la clave para un diseño de iluminación exitoso es decidir qué áreas u objetos se desean iluminar primero y luego trabajar hacia atrás para determinar la solución.

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Una vez que se ha establecido la configuración emocional (no contemplado en este material didáctico) y el contraste de brillo, se comienza con la selección de fuentes de luz realizando, primero un estudio profundo del uso de la luz solar indirecta, conocida como luz de diurna (explicado con mayor detalle en otro material didáctico), para, posteriormente conocer el color de la luz, el tipo de lámparas como las incandescentes, tungsteno –halógeno, fluorescentes y LEDs, mercurio, sodio a alta presión, entre otros, así como el equipo auxiliar requerido para operar las lámparas y los dispositivos externos empleados para modificar las fuentes de luz para que proporcionen la dirección y distribución deseadas de luz y controlen el deslumbramiento.

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Una vez que la fuente de luz se modifica de acuerdo a diseño, necesario conocer cómo usar la fotometría para predecir la cantidad de luz en el espacio completado (en el caso de este material didáctico, obtener el nivel medio de la iluminancia).

INTRODUCCIÓN

Para esto, es necesario conocer las diversas mediciones de iluminación, los valores de recomendados de iluminancia, coeficientes de mantenimiento y uso de las lámparas, así como su flujo luminoso, entre otros aspectos, además de el control de deslumbramiento y ciertos requisitos eléctricos (ver el material didáctico correspondiente).

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Para el estudio y cálculo de la iluminación artificial en espacios interiores, se pueden utilizar dos métodos:

1. Método de los Lúmenes, también denominado cavidad de la zona o sistema general o método del Factor de utilización (que será se explicado en este material didáctico) que de forma generar, consiste en calcular el nivel medio de la iluminancia. En este sentido, para el cálculo, se considera una iluminancia media con un error de ± 5 % y nos da una idea muy aproximada de las necesidades de iluminación.

2. Método del punto por punto (o de iluminancias puntuales): Este método se utiliza si lo que se desea conocer son los valores de la iluminancia en puntos concretos.

3. También se utiliza el método del cuadrado inverso que se emplea para encontrar el valor de la iluminación incidente en un punto específico producido a partir de una fuente compacta, donde la distancia desde la fuente es al menos cinco veces la dimensión máxima de la fuente.

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Una vez que se establece la fuente, con sus dispositivos externos, los métodos para modificar la distribución y controlar el deslumbramiento, y los requisitos eléctricos, por fin se esta listo para seleccionar la luminaria. Es solo en este punto del proceso de diseño de iluminación que se puede elegir una luminaria adecuada:

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“después de que el diseñador haya identificado la actividad en un espacio y grado de contraste requerido, y haya determinado el color de la luz, las fuentes de luz, las modificaciones para controlar la distribución de la fuente y el deslumbramiento, y las ubicaciones de las fuentes de luz” (Gordon, 2003).

INTRODUCCIÓN

La luz la definimos como una radiación electromagnética que el ojo del ser

humano es capaz de visualizar.

Lo que percibimos como luz es una banda estrecha de energía electromagnética, que varía de aproximadamente 380 nanómetros (nm) a 760 nm. Solo las longitudes de onda en este rango estimulan los receptores en el ojo que permiten la visión (figura 1 y placa de color 1). Estas longitudes de onda se denominan energía visible a pesar de que no podemos verlas directamente.

LUZ VISIBLE

Figura 1. La luz visible es una región estrecha del espectro electromagnético total, que incluye ondas de radio, infrarrojos, ultravioleta y rayos X. La diferencia física es puramente la longitud de onda de la radiación, pero los efectos son muy diferentes. Dentro de la banda estrecha a la que el ojo es sensible, diferentes longitudes de onda dan diferentes colores. Ver también placa de color.

Fuente: https://unmundointelectualblog.wordpress.com/2017/03/08/espectro-electromagnetico/

Refracción: En un vacío perfecto, la luz viaja a aproximadamente 186,000 millas por segundo. Cuando la luz viaja a través del vidrio o el agua u otra sustancia transparente, su velocidad disminuye, dependiendo de la densidad del medio a través del cual se transmite (figura 2). Esta disminución de velocidad de la luz es lo que hace que los prismas curveen la luz y que las lentes formen imágenes.

Cuando la luz es curveada (torcida) por un prisma, cada longitud de onda se refracta en un ángulo diferente, de modo que el haz emergente emana del prisma como un abanico de luz, produciendo todos los colores espectrales (figura 3)

Fuente: http://laluzeneliessulayr.blogspot.com/2015/02/prismas-y-la-luz.html

Como ya se comentó, “la luz no es más que una radiación electromagnética. En el vacío las radiaciones electromagnéticas viajan en línea recta y así pueden ser descritas como rayos de luz. En nuestro medio, los rayos de luz viajan también en línea recta hasta que interaccionan con los átomos o moléculas de la atmosfera y otros objetos. Estas interacciones dan lugar a los fenómenos de refracción , reflexión, absorción y color.

PROPIEDADES DE LA LUZ

Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dndice_de_refracci%C3%B3n

PROPIEDADES DE LA LUZ

La refracción, por tanto, consiste en el cambio de dirección del haz de luz cuando esta pasa a través de una superficie densa. Esto es la refracción se produce porque la luz se desplaza a menos velocidad en una superficie más densa. La refracción se puede medir a través del índice de refracción que no es mas que la división entre la velocidad en el vació y la velocidad en un medio transparente.

μ = índice de refracción

La reflexión es el retorno de la luz desde una superficie (sobre todo lisa o pulida) la cual ocurre cuando una parte de la luz que choca sobre una superficie es arrojada por la superficie justo como cuando una pelota rebota desde un piso. Los espejos, por ejemplo son opacos y tienen capacidad para reflejar la luz en especial por su superficie pulimentada y lisa. Existen 3 tipos de reflexión: Reflexión especular, reflexión difusa y reflexión mixta.

Reflexión especular: es cuando la luz reflejada por una superficie clara pulida es dura y direccional. El reflejo se reproduce como un punto brillante.

Reflexión difusa: Las superficies reflectoras irregulares dispersan la luz, transformándola de dura a suave. Un ejemplo de esto es el papel de filtro.

Reflexión mixta: a diferencia de la reflexión especular cuyo reflejo se da en una sola dirección, la reflexión difusa que se da en dos direcciones; la reflexión mixta consiste en que la luz, al chocar con la superficie, normalmente de tipo metales sin pulir, barnices o papel brillante, se refleja en todas direcciones de manera variable dependiendo del tipo de superficie.

Transmisión: Es una propiedad de la luz que se puede considerar como una doble refracción. En el ámbito real cuando la luz choca con una superficie densa, esta rodeada de aire por lo que la luz sufre una primera refracción al pasar del aire a la superficie densa, siguiendo su camino, y vuelve a refractarse al salir de la superficie densa y pasar nuevamente al aire. En este caso, al igual que en la reflexión, también se presentan tres casos.

PROPIEDADES DE LA LUZ

• Transmisión especular o directa. Se presenta en una zona transparente íntegramente y de forma lineal cuando el rayo de luz no es desviado de su trayectoria después de la doble refracción. Un ejemplo son los vidrios totalmente transparentes.
• Transmisión difusa. Se presenta cuando el rayo de luz se difunde en dos direcciones después del proceso de doble refracción. Los vidrios traslucidos son un ejemplo.
• Transmisión selectiva. Cuando ciertos materiales, vidrios, plásticos o gelatinas coloreadas dejan pasar sólo ciertas longitudes de onda y absorben otras, como es el caso de los filtros fotográficos.

Transmisión: especular (directa), difusa, selectiva

PROPIEDADES DE LA LUZ

Absorción. Esta propiedad de la luz se relaciona íntimamente con el color ya que cuando la luz blanca choca con la superficie de un objeto, una parte de los colores que componen la luz son absorbidos por la superficie y la otra parte son reflejados. Los colores reflejados son los que visualiza el ojo humano. Así, si todos los colores de la luz fueran reflejados, se vería el color blanco y, en cambio, si estos son absorbidos se vería el color negro. Esto es muy tullí tanto para la creación de materiales como al momento de escoger las luces en cada situación que se presente. Por ejemplo, en el caso de el color en un material, si queremos un color rojo puro tendríamos que colocar los canales de verde y azul en cero para simular la absorción de estos elementos. Si iluminamos un objeto que tenga el rojo puro con una luz que tenga un azul puro, el resultado será negro ya que el objeto absorbe esta componente sin producir ningún reflejo como se muestra en la siguiente imagen.

El color en la luz

El color, más en especifico las tonalidades de color se ven debido al porcentaje de luz que se refleja en un objeto, sin embrago intervienen diferentes factores para que se de el tono de color como el tipo de superficie (material), tipo de luz aplicada, ángulo y distancia de incidencia de la luz, ubicación del observador respecto al objeto observado y los atributos propios del color.

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Atributos del color. Las tonalidades del color se pueden diferenciar, como ya se dijo, entre otros factores, a través de tres atributos básicos que los caracterizan: Tono, saturación e intensidad.

• Tono. Constituye el atributo del color tal como es percibido, su cualidad, lo que permite distinguir un color de otro. Este es determinado por medio de la longitud de onda de la luz ( en nm) actuante. Por ejemplo una longitud de onda de 450 nm nos permite percibir el color azul puro, un valor de 700 nm se verá el color rojo puro. Los rangos de longitud de onda de acuerdo a los colores nos dará los tonos relacionados a ese color en particular. Por ejemplo el rango entre 495 y 566 nos dará los tonos verdes. Esto es importante sobre todo al simular una luz real artificial en una escena.
• Saturación. Este atributo delimita la proporción que existe entre el color y su mezcla con la luz blanca. Esto es muestra la dureza y concentración (pureza) de un color. Un material muy saturado aparece muy coloreado. Hay que tener cuidado en la simulación de este atributo ya que en el ámbito real los colores no son tan puros como suelen verse en las imágenes digitales. Para esto conviene disminuir la saturación empleado el gris. A esto e le llama ensuciar o contaminar el color.

PROPIEDADES DE LA LUZ

Escena que muestra entre tonalidades de color (izquierda) y saturación de color (derecha)

Fuente: http://fisicayelcolor.blogspot.com/

Intensidad. Este atributo mejor conocido como luminosidad es la que controla la cantidad de luz que recibe un objeto, indicando lo oscuro o claro que es un objeto. Su definición técnica es la desviación de una saturación de negro o blanco. En otras palabras, la intensidad luminosa nos indica la energía que nos proporciona la fuente luminosa y su unidad es la candela (cd).

PROPIEDADES DE LA LUZ

La sensación del color

Es importante al crear una simulación, sobre todo en el ámbito arquitectónico, el considerar los colores de acuerdo con lo que queremos expresar con la imagen final, ya que una combinación adecuada de estos puede influir en la sensación y sensibilidad de quien lo observa. Un ejemplo claro de esto es el feng shui. Tradicionalmente se distinguen dos sensaciones del color: los fríos y los cálidos. Los primeros dan la sensación de tristeza, reducción de espacio, frescura. Los colores violetas, azules y verdes obscuros son un ejemplo. Los cálidos como amarillos, naranjas, rojos y verdes claros reflejan una sensación de alegría, estimulo y amplitud de espacio.

En la siguiente figura, la imagen izquierda muestra un ambiente frio y oscuro, mientras que el de la derecha muestra un ambiente cálido y agradable.

PROPIEDADES DE LA LUZ

Índice de reproducción de los colores

Este índice, comúnmente llamado CRI, por sus siglas en inglés (Color Rendering Index), se refiere a la capacidad que tiene una fuente de luz de reproducir los colores en los objetos que ilumina, de la forma más real posible. Es una medida relativa que clasifica a las fuentes luminosas en una escala que varia de 0 a100. Entre más alto e el CRI mejor será la reproducción de los colores. Una fuente luminosa con un CRI igual a 100, brinda una reproducción de los colores casi igual a la luz del sol. Las fuentes luminosas de alta calidad con una buena reproducción tienen un valor de CRI mayor o igual a 80 y las de excelente reproducción de los colores, tienen un valor mayor o igual a 90 de CRI, por lo que la fuentes de luz que no ofrezcan al menos estos valores, tienden a distorsionar los colores de los objetos, haciéndolos menos atractivos o llamativos. Ahora bien, un altísimo CRI es crucial en entornos comerciales, donde es importante destacar los colores de las mercancías exhibidas, haciéndolas atractivas y llamativas para el consumidor. En aplicaciones industriales, una excelente reproducción de los colores aumenta la agudeza visual de los empleados y genera un ambiente de trabajo más confortable y productivo.

Fuente: https://www.accessfixtures.com/color-rendering-index/

Fuente: https://www.widsmob.com/tips/color-rendering-index.html

PROPIEDADES DE LA LUZ

Temperatura de color

La apariencia general del color de la luz generada por una fuente luminosa se le conoce como temperatura de color o cromaticidad. También se describe como temperatura de color correlacionada (CCT) y es medida en grados Kelvin (K). La temperatura de color genera el ambiente de un espacio interior iluminado e interviene en el estado de ánimo de las personas, inclusive, puede influir en el comportamiento al realizar compras de mercancía. Para entender mejor el concepto de temperatura de color en una fuente de luz de color “cálido” o “frío”, se hace la analogía de una pieza metálica la cual es calentada en el fuego. Al principio, el metal alcanza un color naranja. Este corresponde a una temperatura de color cálido, equivalente a unos 2700K como por ejemplo el de las lámparas incandescentes. En la medida en que se siga calentando la pieza metálica, ésta se tornará de color blanco. Éste corresponde a una temperatura de color neutral, equivalente a unos 4000K como el de algunas lámparas fluorescentes como los T8 y TL5. Al calentar aún más la pieza metálica, ésta tomará un color azul, qué corresponde a una temperatura de color fría, equivalente a unos 5000K o 6500K como por ejemplo el de las lámparas fluorescentes compactas.

Tabla 1: consejos para escoger la temperatura de color adecuada. Fuente: Catálogo General de Lámparas Phillips, 2010/ 2011

Tabla 2: Temperatura de color correlacionada a varias fuentes de luz artificial. Fuente: Rodríguez Viqueíra (compilador), Introducción a la arquitectura bioclimática

Eficacia luminosa

Se refiere a la capacidad que tiene una fuente de luz en transformar la energía consumida (Watts) en luz visible (lúmenes) y es expresada en la unidad de medida lumen por watt (lm/W). En otras palabras, los vatios (Watts) hacen referencia a la cantidad de energía que consume la lámpara y los lumen a la cantidad de luz que sale de la lámpara.

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La eficacia luminosa es un aspecto clave a considerar cuando se evalúa una fuente de luz. Esto es debido a la alta participación que tiene el consumo de energía en los costos totales de una instalación.

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Si lo que se desea es disminuir los costos totales de consumo energético debido al uso de las lámparas, entonces vale la pena invertir en fuentes luminosas más eficientes, de mayor vida útil y de bajo consumo energético. Como resultado de esto, no solo se ahorrará dinero sino que además se contribuirá a disminuir el impacto ambiental.

PROPIEDADES DE LA LUZ

Si se desea un ambiente que transmita estilo y eficacia, se recomienda utilizar tonos neutros como el de las fuentes luminosas con temperaturas de color alrededor de los 4000K. Estas son apropiadas para todo tipo de áreas de trabajo como en la mayoría de las oficinas. Las lámparas fluorescentes T8 en color 840 son las más recomendables para crear este tipo de ambientes.

Si se desea un ambiente cálido que transmita intimidad y ayude al diálogo cordial y amistoso, utilice tonos suaves, como el de las fuentes luminosas con temperaturas de color alrededor de los 3000K. Éstas son apropiadas para salas de junta y oficinas corporativas. Las lámparas fluorescentes T8 y las fluorescentes compactas en color 830 son las más utilizadas para crear este tipo de ambientes.

Fuente: Catálogo General de Lámparas Phillips, 2010/ 2011

FOTOMETRÍA

La fotometría es la ciencia que mide la luz. Cinco factores se utilizan comúnmente para cuantificar la luz: intensidad, flujo, iluminancia, salida y luminancia.

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Factores de la luz

• Intensidad: Este factor, también manejado como propiedad de la luz, como ya se comentó, es la luz emitida en una dirección específica por una fuente. También conocida como intensidad luminosa y definida como flujo por ángulo sólido en una dirección dada, se mide en candelas (cd). La intensidad en una sucesión de direcciones se representa en una curva de distribución o en un gráfico polar.
• Flujo luminoso: es la luz emitida en todas las direcciones por una fuente. Se define como “la cantidad de energía radiante visible (luz), determinada por la proporción de tiempo de su flujo. Se mide en lumens (Im). Un lumen es el flujo luminoso emitido por una fuente puntual de intensidad unitaria (1 cd) en un ángulo sólido unitario. Si la superficie de una esfera subtiende en su centro 4p (= 12.56) unidades de ángulo sólido, una fuente puntual de 1 cd emitirá un total de 12.56 Im en todas direcciones” (Rodríguez, 2001).

Gráfica 1: Curva de distribución de intensidad luminosa polar. Fuente: Gary Gordon, Interior lighting for designers.

Iluminancia: es la densidad de la luz en cualquier punto de una superficie. Se define como “la cantidad de flujo luminoso (lm) que incide sobre una unidad de área (m²), es decir lm/m² , que equivale a la unidad de iluminancia” (Rodríguez, 2001) (fc, por sus siglas en inglés de foot candles). En el Sistema Internacional de Unidades también se utiliza la unidad lux, que es la densidad o concentración de flujo luminoso sobre una superficie, 1 lm/m² = 1 lux. También la iluminancia se conoce como la cantidad total de luz emitida, reflejada o transmitida en todas las direcciones desde una superficie.

Luminancia: es el término aceptado para la luz que se refleja desde una superficie en una dirección dada (de regreso hacia los ojos). Definido adecuadamente como la medida de la brillantez o luminosidad de una superficie (I). “Si una fuente luminosa de intensidad de 1 cd tiene un área de 1 m2 (es decir, 1 cd distribuida en 1 m2), su luminancia es de lcd/m!, que es la unidad oficial del Sistema Internacional de Unidades para la luminancia. También se puede establecer que si una superficie completamente reflejante y difusora (r = 1) tiene una iluminancia de 1 lux, su luminancia es 1 asb (apostilb). Ambas unidades miden la misma magnitud y se relacionan de la siguiente manera: 1 cd/m2 = 3.14 asb. Luminancia también indica el valor de la sensación de luminosidad que el ojo humano tiene de una superficie (cd/m2)”.

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Limitaciones de medición

La iluminancia se usa con frecuencia para medir la cantidad de luz en el espacio arquitectónico porque es la unidad más fácil y menos costosa de medir, sin embargo, es imposible verla. Lo que se ve es la luminancia, que es una función de la cantidad de luz que cae sobre una superficie y la reflectancia de esa superficie (su capacidad para reflejar la luz). Se ve un objeto o superficie solo cuando la luz se refleja desde ese objeto o superficie hacia los ojos, o cuando está emitiendo luz misma (auto luminiscente).

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Los cálculos para la iluminancia pasan por alto lo estético, psicológico. y variables fisiológicas del proceso humano habitual, por lo que será más útil calcular los valores de luminancia de la superficie percibida, que tienen en cuenta estos factores.

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FOTOMETRÍA

La percepción de la luminosidad de la superficie se basa en gran medida en la capacidad de adaptación del ojo. El iris se dilata (se abre) cuando la iluminancia es baja y se contrae (se cierra) cuando la iluminancia es alta. Al ojo le lleva más tiempo adaptarse de claro a oscuro que de oscuro a claro. Por ejemplo, cuando se ingresa a una sala de cine oscuro en un día soleado, los ojos tardan entre veinte y treinta minutos en adaptarse por completo a la iluminación interior. Cuando se sale del cine y se vuelve a la luz del día, a veces solo toma unos segundos para que los ojos se adapten a la mayor luminosidad.

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De una manera más sutil, los ojos se adaptan continuamente a medida que te mueves dentro y a través de espacios con diversas luces o miras a tu alrededor objetos de diferentes iluminaciones. Incluso la luminancia medida no indica el brillo aparente debido a la capacidad de adaptación del ojo. La luminancia medida, entonces, produce una mala indicación de la percepción de la luminosidad, que se modifica por las condiciones circundantes y la adaptación de los ojos.

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Es el equilibrio de estas luminancias relativas y no la cantidad de iluminancia recibida en una superficie, lo que determina un diseño de iluminación exitoso. Por lo tanto, las siguientes mediciones de luminancia no deben usarse como punto de partida para un diseño. Deben usarse solo para la selección de luminarias de lámparas o para evaluar un diseño de iluminación.

FOTOMETRÍA

FOTOMETRÍA

Curva de distribución de intensidad luminosa

La curva de distribución de intensidad luminosa representa la cantidad de intensidad luminosa (cd) generada en cada dirección por una fuente de luz en un plano a través del centro de la fuente. En otras palabras, La curva de distribución de intensidad luminosa permite determinar como se distribuye el flujo luminoso en un local, en consecuencia, la curva de intensidad luminosa proporciona una gráfica del patrón de luz total producido por una fuente.

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Las curvas de intensidad luminosa están disponibles por los fabricantes de lámparas y luminarias y a menudo se encuentran en la parte posterior de la hoja de datos del producto del fabricante. Se utiliza una gráfica en coordenadas polares para representar la intensidad de la distinción de una luminaria, y un gráfico rectilíneo o cartesiano para representar la intensidad de distribución de una lámpara direccional. Por ejemplo, en la gráfica polar mostrada en la página 15, la luminaria se encuentra en el centro de las líneas radiantes. Las líneas radiantes representan grados específicos de rotación angular desde el eje 0 ° de la luminaria (nadir). Los círculos concéntricos representan la intensidad de graduación expresada en candelas, con valores ingresados a lo largo de la escala vertical. Sí se desea determinar la intensidad luminosa de esta luminaria a 30 °, se localiza la línea en ángulo apropiada dibujada desde el centro de la luminaria, Posteriormente se sigue la línea hasta encontrar la curva polar, luego se sigue la línea circular que comienza en ese punto y, por último, se lee la intensidad luminosa (en candelas) en la escala vertical. El resultado de este ejemplo es que la luminaria produce 1,850 cd a 30 ° desde el nadir (centro de la luminaria).

Una luminaria con una distribución asimétrica, como una luz descendente fluorescente lineal, requiere curvas en varios planos para representar adecuadamente su distribución. Típicamente, una curva es paralela a la luminaria y otra es perpendicular a ésta; a veces se agrega un tercer plano a 45 ° o tres planos a intervalos de 22 ½°.

FOTOMETRÍA

Imagen: Representación polar de la distribución luminosa de una luminaria. Para cada plano de corte (izquierda) se suministra una curva (derecha) con los valores de intensidad correspondiente a ese plano.

Las fuentes de lámparas reflectoras o luminarias con distribuciones direccionales y cortes bruscos, donde la intensidad de la luz cambia rápidamente dentro de un área angular pequeña, dan valores que son difíciles de leer en un gráfico polar. En consecuencia, se sustituye un gráfico rectilíneo o cartesiano para representar la distribución de candelas

Gráfica 2: Curva de distribución de intensidad luminosa rectilínea de una lámpara de punto (spot) 60PAR38 / HIR (izquierda) y una lámpara desbordante 60PAR38 / HIR (derecha). la escala horizontal representa los grados desde el eje del haz y la escala vertical representa la intensidad en candelas (cd).

Al seleccionar luminarias para una aplicación de iluminación, asegúrese de que la luminaria propuesta y su fuente sean precisamente las que se muestran en los datos de prueba fotométrica del fabricante. No es preciso extrapolar de una fuente a otra, a menos que el informe fotométrico incluya multiplicadores para varias fuentes probadas.

Como generalmente las luminarias de iluminación interior tienen distribución espacial de intensidades con simetría de rotación, para su representación es suficiente un solo plano. En la siguiente figura se indican las curvas de tres artefactos típicos.

FOTOMETRÍA

Gráfica 3: Curvas típica de distribución luminosa en representación polar para artefactos.

Fuente: Mario Raitelli. Diseño de la Iluminación de Interiores. Capitulo 8 (documento en PDF)

La distribución de intensidades luminosas se utiliza, fundamentalmente, para realizar cálculos de iluminación, pero también en la selección de luminarias es muy útil. Por ejemplo, en la figura siguiente se puede ver que, para iluminar un espacio, se necesita una menor cantidad de artefactos de distribución ancha (izquierda) que de distribución angosta (derecha). Esto, desde el punto de vista del consumo de energía, podría ser más conveniente, pero también hay que analizar otros factores, como el deslumbramiento o la apariencia del espacio.

Imagen: Vista de corte de un local iluminado con luminarias de distribución ancha (izquierda) y angosta (derecha). Con el primer tipo de artefactos se podría reducir el consumo de energía ya que se requiere menor cantidad de artefactos.

Fuente. idem

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Introducción

Durante la ejecución de un estudio de iluminación de espacios interiores las necesidades de cálculo son variadas. En las primeras etapas, por lo general sólo se requieren valores aproximados que luego hay que ajustar mediante cálculos más elaborados. El cálculo de la iluminación de interiores comprende la determinación del flujo luminoso total que incide sobre un punto o una superficie. Este flujo se compone de dos partes: la primera corresponde a la fracción que llega directamente desde las luminarias (componente directa), la otra involucra la cantidad de luz proveniente de las múltiples reflexiones que tienen lugar en los objetos y las superficies que delimitan el espacio y que pueden considerarse como fuentes secundarias (componente indirecta o interreflejada).

En resumen, los cálculos se realizan durante el proceso de diseño para obtener información sobre el rendimiento de la lámpara y la luminaria, para evaluar alternativas de diseño o para refinar un diseño en particular.

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A continuación, se presentan brevemente las descripciones de métodos de cálculo simples, con ejemplos para determinar la iluminancia en un punto específico y la iluminancia promedio en un plano específico.

Imagen: El flujo luminoso que llega a una superficie se integra con la fracción que proviene directamente de las luminarias (componente directa) y la producida por las interreflexiones en las superficies del local (componente indirecta). Fuente: idem

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - método de la inversa de los cuadrados

Imagen: La iluminancia en el punto P es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre la luminaria y el punto de cálculo

Ejemplo

Una lámpara 60PAR / HIR / SP10 está dirigida a un punto en una superficie a 3 metros de distancia. Determinar la iluminancia por el método de la inversa cuadrada.

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Solución:

Primeramente, de la gráfica de la curva de distribución de intensidad luminosa que proporciona el fabricante (en este caso, se utiliza la gráfica izquierda de la gráfica 2 de la página 19) se obtiene la intensidad luminosa, considerando que el haz de luz es perpendicular a la superficie, por lo que el ángulo es igual a 0°. El valor de I = 20,000 candelas.

Una vez obtenido el valor de I, aplicando la ecuación de la inversa cuadrada, se obtiene la iluminancia

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - método de la inversa de los cuadrados

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN – casos del método de la inversa de los cuadrados

Imágenes: Iluminancia en una superficie: izq. fuente luminosa en superficie horizontal: a) objetivo ubicado a un lado de la fuente, y el haz de luz vertical, b) objetivo ubicado a un lado de una fuente y el haz luminoso forma un ángulo. Derecha: fuente luminosa en superficie vertical, c), objetivo ubicado a un lado de la fuente, y el haz de luz vertical, d) objetivo ubicado a un lado de una fuente y el haz luminoso forma un ángulo

En la formula anterior, fc representa la iluminancia en la dirección normal (eje y) a la incidencia de la intensidad I. Sin embargo, en la práctica, por lo general, interesa determinar las iluminancias horizontales (fch) y/o vertical (fcv) o inclusive la dirección de la iluminancia genere un ángulo de incidencia con respecto al objeto a iluminar. Además, si todos los artefactos se instalan a la misma altura (como habitualmente ocurre), por lo tanto, la expresión del método de la inversa de los cuadrados para se transforma en los siguientes casos:

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN – casos del método de la inversa de los cuadrados

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes

Como ya se comento, el método de los lúmenes se utiliza para determinar la iluminancia media sobre una superficie, conocida como el plano de trabajo.

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El factor de utilización de método representa la fracción del flujo luminoso total de lámparas instaladas, que llega al plano de trabajo.

El método del factor de utilización puede aplicarse bajo una serie de supuestos que deben cumplirse, razonablemente, para obtener resultados confiables:

• Distribución uniforme de las luminarias en planta.
• Las superficies del local deben ser difusoras y especialmente neutras.
• El flujo incidente sobre cada superficie debe distribuirse en forma uniforme.
• El local está libre de obstrucciones de tamaño considerable.

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes – Pasos a seguir -

El factor μ de la fórmula anterior depende de varios factores como la fotometría de la luminaria empleada, de la geometría de la instalación y de los factores de reflexión de las superficies del local.

Para determinar el flujo luminoso total en lúmenes sobre el plano de trabajo (Flt), se emplea la expresión de la izquierda y para la obtención del número de luminarias se empleará la expresión de la derecha:

Donde:

Flt = flujo luminoso total en lúmenes

Em = iluminancia o nivel de iluminación media deseada en luxes

a = superficie del plano de trabajo en m2

fu =factor de utilización, obtenida de la tabla proporcionado por el fabricante, para ello se considera el índice de reflexión de los materiales

fm = factor de mantenimiento, obtenida tabla proporcionado por el fabricante

Para aplicar las expresiones anteriores se recomienda aplicar un proceso cuyos pasos se detallan a partir de la siguiente página y se resume en el siguiente diagrama de flujo.

Donde:

N es el número de luminarias

Flt es el flujo luminoso total en lúmenes

Fl es el flujo luminoso de una lámpara en lúmenes

n es el número de lámparas por luminaria

Comprobación:

1. Se establecen los parámetros de entrada:

a. Dimensiones del local. (a, b y h)

b. Altura del plano de trabajo. (h’). Normalmente se establece un valor de 0.85 m.

c. Nivel de iluminancia media. (Em). Este valor depende del tipo de actividad a realizar en el local. (ver las siguientes tablas que listan una gama amplia de espacios)

d. Elegir el sistema de iluminación que mejor se adapte a las necesidades del proyecto​

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

f. Elegir del tipo de lámpara más adecuada de acuerdo con el tipo de actividad a realizar.

g. Elección del tipo de luminaria (catálogos comerciales) y su altura de suspensión que mejor se adapte a las necesidades del proyecto.​

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes – Pasos a seguir

2. Determinación del índice de local (k)

a. Determinación el coeficiente de utilización (Cu). Según datos del fabricante de la luminaria a partir de coeficientes de reflexión y el índice k del local.

b. Determinación del coeficiente de mantenimiento (Cm), según el tipo de local.

3. Obtención del flujo luminoso total necesario (𝐹𝑙𝑡)

4. Establecer el número de luminarias.

5. Precisar el emplazamiento de las luminarias.

6. Comprobación de los resultados. (Nivel de iluminación medio superior al de tablas)

Los incisos a y b, dimensiones del local. (largo [a], ancho [b] y alto [h]) y la altura del plano de trabajo. (h’), respectivamente; así como la altura de montaje d; son parámetros relacionados a la geometría volumétrica del local, cuya forma esta basado en un prisma rectangular, por lo que sí la forma en planta del local no se basa en un rectángulo, o sea que tiene una forma irregular (usualmente en L, H, C u otra) será necesario subdividir dicho local en zonas rectangulares cuyo calculo será independiente en cada zona.

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Con el largo y ancho (en metros) se obtiene el área del piso del local el cual se utiliza tanto para obtener el flt como el índice del local (k). La altura del plano de trabajo se utiliza para indicar hasta que zona los rayos luminosos de las lámparas alumbraran. En este sentido habrá ocasiones que será necesario que el haz luminoso llegue hasta el piso, en este caso, la altura del plano de trabajo se considera con un valor cercano al cero. También es necesario conocer la altura de montaje (plano de luminarias), la cual dependerá del tipo de fijación de las luminarias a emplear, por ejemplo sí estas están adosadas al techo o están suspendidas.

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes

a. Dimensiones del local. (a, b y H)

b. Altura del plano de trabajo. (h’).

Imágenes: dimensiones del espacio interior rectangular (llamado local)

Los criterios para el manejo de los índices de iluminancia y reflectancia para diversos géneros de edificaciones se basan en las tareas visuales a realizar y en otros factores como la edad del usuario y el carácter del edificio en estudio. Se consideran como valores mínimos recomendables de iluminancias los indicados en las siguientes tablas.

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Es conveniente distinguir entre ciertas unidades y dispositivos de medición de iluminación que están relacionadas entre sí:

• Lúmen (lm): Unidad derivada del Sistema Internacional para flujo luminoso.

c. Nivel de iluminancia media. (Em). Este valor depende del tipo de actividad a realizar en el local. 

Tabla 3. Niveles de iluminación recomendados por la NOM-025-STPS-2008 (Norma oficial mexicana de la Secretaría del Trabajo y Previsión Social referente a condiciones de iluminación en los centros de trabajo).

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes

Tabla 4. Niveles mínimos recomendables en diversos géneros de edificios

c. Nivel de iluminancia media. (Em). Este valor depende del tipo de actividad a realizar en el local. 

• Lux (lx): Unidad derivada del Sistema Internacional para iluminancia o nivel de
• iluminación, equivalente a un lumen sobre metro cuadrado (lm/ m²)
• Luxómetro: Instrumento diseñado y utilizado para medir niveles de iluminación.
• Nivel de iluminación: Cantidad de flujo luminoso por unidad de área medido en un plano de trabajo donde se desarrollan actividades, expresada en luxes.

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes

Tabla 5. Niveles mínimos, máximos y óptimos de iluminancia media en diversos géneros de edificios

Tabla 6. Niveles mínimos recomendables en diversos géneros de edificios

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes

Reflexión de superficie

Aunque las superficies interiores no se consideran como elementos de control de la luz, sus propiedades de reflectancia son fundamentales para el diseño de la iluminación en interiores. La cantidad y dirección de la luz reflejada desde estas superficies afecta tanto la eficiencia de la distribución de luz inicial como la percepción del brillo de la superficie.

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Las superficies de los muros, el plafón y el piso son "reflectores" que redistribuyen la luz en la habitación. Los acabados de alta reflectancia, como el blanco causan el uso máximo de la luz disponible; los acabados cada vez más oscuros interceptan y absorben proporciones cada vez mayores de la luz.

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Debido a que una cantidad cómoda de luz llega al plano de trabajo después de la reflexión desde los muros y plafón, la eficiencia del sistema de iluminación depende en parte de la reflectancia de las superficies y acabados de la habitación. Esto es particularmente cierto en los sistemas ambientales difusos e indirectos, donde una gran parte de la luz se dirige inicialmente hacia el plafón o las paredes o ambos.

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En espacios orientados a tareas tales como oficinas, fábricas o cafeterías (donde la "tarea" es ver la comida y las personas), se recomiendan las reflectancias superficiales para el uso eficiente de la luz que se muestran en el primer cuadro:

Los valores de iluminancia de la siguiente tabla, suponen que las reflectancias comerciales son:

Y los valores de iluminancia para el ámbito industrial son:

Las reflectancias recomendadas para muebles, maquinaria, tabiques y superficies de trabajo son las siguientes:

Las reflexiones de acabado superficial de otros espacios interiores se obtienen de los fabricantes de pinturas.

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes

Tabla 7. Coeficientes de reflectancia en superficie constructivas típicas

Tabla 8. Coeficientes de reflectancia mínimos recomendables en superficies constructivas en algunos géneros de edificios

Tabla 10. Coeficientes de reflectancia genéricos en muros.

Fuente: Agenda del constructor de la CDMX

Tabla 9. Coeficientes de reflectancia genéricos en plafón

Fuente: Agenda del constructor de la CDMX

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CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes

d. Elección el sistema de iluminación que mejor se adapte a las necesidades del proyecto

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El sistema de iluminación se refiere a la manera en que la fuente luminosa llega a los objetos a iluminar. Esta puede ser de manera 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), semidirecta (la mayor parte del flujo luminoso se dirige hacia el suelo y el resto es reflejada en plafón y paredes. En este caso, las sombras son más suaves y el deslumbramiento menor que el anterior. Sólo es recomendable para plafones que no sean muy altos y sin claraboyas puesto que la luz dirigida hacia el plafón se perdería por ellas) y la iluminación indirecta (cuando casi toda la luz va al plafón. 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)

Luz directa

Luz indirecta proveniente del plafón

Luz indirecta proveniente de las paredes

Clasificación según las características ópticas de la lámpara

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes

e. Determinación de la altura de suspensión de las luminarias según el sistema de iluminación escogido.

Generalmente, la altura de suspensión de las luminarias para espacios de altura normal como oficinas, viviendas, aulas, entre otros, será aquella que resulte de colocar las luminarias lo más alto posible. Sin embargo, se pueden tener otro tipo de situaciones, como pueden ser espacios interiores de altura elevada, en ese caso, si se requiere determinar la altura de suspensión. se puede utilizar la siguiente tabla:

Clasificación de luminarias de acuerdo con la distribución del flujo luminoso

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes

f. Elegir del tipo de lámpara más adecuada de acuerdo con el tipo de actividad a realizar

Las lámparas empleadas abarcan casi todos los tipos existentes en el mercado (incandescentes, halógenas, fluorescentes, entre otros.); por lo tanto, las lámparas a elegir, serán aquellas cuyas características (fotométricas, cromáticas, consumo energético, economía de instalación y mantenimiento, etc.) se adapten mejor a las necesidades y características de cada instalación (nivel de iluminación, dimensiones del espacio, tipo de uso, potencia, etc.). Para esto es necesario conocer, aunque sea de manera general los tipos de fuentes luminosas eléctricas existentes actualmente.

La primera fuente de luz artificial fue la llama luminiscente del fuego, donde partículas incandescentes de carbono producían una luz que, al igual que la solar, dispone de un espectro continuado. Durante mucho tiempo la técnica de la producción de Luz se basó en este principio, que, desde luego empezando por la antorcha y las astillas de pino, pasando por la candela y la lámpara de aceite, hasta la luz de gas, tuvo un aprovechamiento cada vez más efectivo.

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Con la evolución del manguito de incandescencia para el alumbrado de gas en la segunda mitad del siglo XIX se supera el principio de la llama luminiscente; en su lugar se colocaba una materia, mediante cuyo calentamiento se conseguía dar luz. la llama ya sólo servía para producir la temperatura necesaria.

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Casi simultáneamente surgió una competencia para la iluminación de mechas para qas de alumbrado con el desarrollo de las lámparas eléctricas de arco y de incandescencia, a las cuales se añadirían las de descarga a fines de siglo XIX.

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes

En los años treinta del siglo XX ya se había sustituido casi por completo la Luz de gas por un surtido de alumbrantes eléctricos, sobre cuyos sistemas de funcionamiento se basan todas las fuentes de Luz modernas, las fuentes de Luz eléctricas se pueden subdividir en dos grupos principales que se distinguen por diferentes procedimientos para convertir la energía eléctrica en Luz. Un primer grupo lo constituyen los radiadores térmicos, que abarcan lámparas incandescentes y halógenas incandescentes. El segundo grupo lo constituyen las lámparas de descarga y abarca un amplio espectro de fuentes luminosas, por ejemplo, todas las formas de lámparas fluorescentes, lámparas de descarga de vapor de mercurio o vapor de sodio, así como lámparas de halogenuros metálicos.

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes - Fuentes de luz eléctricas

Clasificación de las fuentes luminosas eléctricas (Rüdiger Ganslandt)

i. Clasificación general de las lámparas

Lámparas incandescentes

La lámpara incandescente es un radiador térmico: un filamento de metal que empieza a estar incandescente cuando es calentado suficientemente por corriente eléctrica. Con el aumento de temperatura el espectro de la luz irradiada se desplaza al área de las longitudes de onda más cortas: la incandescencia roja del filamento se transforma en la luz color blanco cálido de la lámpara incandescente, la temperatura del filamento importa, en este caso, según tipo de lámpara y potencia, hasta 3000 °K; en el caso de las lámparas halógenas incandescentes incluso sobrepasa los 3000 °K. El máximo de irradiación con estas temperaturas se encuentra aún en la zona infrarroja, de modo que, en comparación a la parte visible, emite una radiación infrarroja muy elevada, pero en contrapartida una radiación-UV muy baja. Otra subida de la temperatura de la lámpara, que originaría el correspondiente aumento del rendimiento luminoso y un color de Luz más frío, queda excluida por la ausencia de un material de filamento apropiado.

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CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes - Fuentes de luz eléctricas - Lámparas incandescentes

Componentes de una lámpara incandescente (Rüdiger Ganslandt)

El calentamiento de los filamentos incandescentes se consigue mediante su elevada resistencia eléctrica; la energía eléctrica se convierte en energía de radiación, una parte de la cual es visible como Luz. Pero frente a este sencillo principio aún existen considerables problemas prácticos en la construcción de una lámpara incandescente. Así, son pocos los materiales conductores que disponen de un punto de fusión suficientemente elevado y al mismo tiempo por debajo del punto de fusión de una velocidad de evaporación tan mínima que se pueden utilizar para filamentos incandescentes.

En la práctica, hoy día, para la fabricación de filamentos incandescentes se utiliza casi exclusivamente tungsteno, porque sólo se funde a 3653 °K y dispone de una mínima velocidad de evaporación.

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Lo que resulta característico para las lámparas incandescentes es su baja temperatura de color: se siente más cálida que la Luz diurna. El espectro continuado de la lámpara incandescente produce una excelente reproducción cromática.

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Como fuente de Luz puntual con elevada luminancia, la Luz de las lámparas incandescentes produce brillo sobre materiales resplandecientes y se puede conducir bien con medios ópticos, de modo que se puede dar tanto el enfoque estrecho de Luz acentuada como una iluminación de radiación amplia.

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Las lámparas incandescentes no necesitan aparatos adicionales para su servicio y pueden funcionar en cualquier situación de encendido, sin embargo, su eficacia luminosa es más baja y su duración de vida relativamente corta, por lo que esta depende principalmente del uso que se les dé.

i. Clasificación general de las lámparas

Lámparas incandescentes

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes - Fuentes de luz eléctricas

Las lámparas incandescentes de uso común (A) se pueden adquirir en muchas formas, sus ampollas pueden ser claras, mates u ópalos. Para la aplicación bajo condiciones especiales (en espacios con peligro de explosión, fuertes cargas mecánicas, ctc.) y para el campo decorativo se pueden obtener formas especiales Una segunda forma básica la constituyen las lámparas R (reflectoras). también están sopladas con vidrio blando, pero por su forma y una metalización parcial en su interior, orientan la luz, mientras que en el caso de las lámparas-A esta es irradiada en todas direcciones.

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Una tercera forma son las lámparas PAR (reflector parabólico). Están fabricadas en vidrio prensado, para poder alcanzar una gran termo estabilidad y una elevada exactitud de formas; mediante un reflector parabólico se puede lograr un definido ángulo de irradiación.

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En un subgrupo de las lámparas PAR. las lámparas de haz frío, se utiliza un selectivo azogamiento dicroico, es decir, reflectante. Reflectores dicroicos reflejan la luz visible, pero dejan pasar una gran parte de la radiación infrarroja, que abandona la lámpara en sentido contrario a la radiación de luz. Así, la carga calorífica sobre objetos iluminados puede reducirse aproximadamente a la mitad.

Lámparas incandescentes

Izq. lámpara de vidrio prensado con reflector dicroico de haz frío. Der. lámpara incandescente con ampolla de vidrio de recubrimiento dicroico (hot mirror] (Rüdiger Ganslandt).

Lámparas incandescentes de uso corriente de radiación libre con filamento de tungsteno en una ampolla de vidrio evacuada o rellena de gas.

Superior, de izq. a derecha: lámpara decorativa en forma de gota, lámpara de uso corriente, lámpara reflectora con ampolla de vidrio blando, reflector elipsoide. inferior, izq. a derecha: reflector parabólico, lámpara reflectora con ampolla de vidrio prensado y reflector parabólico de gran rendimiento (Rüdiger Ganslandt).

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - - Fuentes de luz eléctricas - i. Clasificación general de las lámparas

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - - Fuentes de luz eléctricas - i. Clasificación general de las lámparas

Lámparas incandescentes - Catalogo Phillips

Tipos de base

Tipos de bulbo

acabados

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - - Fuentes de luz eléctricas - i. Clasificación general de las lámparas - Incandescentes

Frente a la lámpara incandescente tradicional, la lámpara halógena incandescente da una Luz más blanca, consecuencia de la temperatura de empleo de 3000 a 3300 °K, pero su color de Luz sigue situado dentro de la tonalidad blanco cálido. la reproducción cromática es excelente por el espectro continuado. Por su forma compacta, representa una fuente puntual ideal, que permite una orientación particularmente buena de la Luz, posibilitando efectos de Luz especialmente brillantes. El rendimiento luminoso de estas lámparas, sobre todo en el campo del bajo voltaje, es superior al de las lámparas incandescentes tradicionales, También en las lámparas halógenas incandescentes se están desarrollando actualmente formas de ampollas con vapor dicroico, que tienen unos rendimientos de Luz considerablemente superiores.

la duración de vida de estas lámparas es superior a la de las tradicionales incandescentes. las halógenas incandescentes permiten la regulación del flujo luminoso y, al igual que las incandescentes tradicionales no necesitan equipos adicionales de estabilización; no obstante, las de bajo voltaje sólo funcionan conectadas a un transformador. (Rüdiger Ganslandt)

Lámparas halógenas incandescentes

Lámparas halógenas incandescentes y halógenas de bajo voltaje

usuales para la iluminación de espacios interiores (Rüdiger Ganslandt).

Lámparas de descarga

Estas generan luz de una manera más eficiente y económica que las lámparas incandescentes. Esta es la razón por la que son más utilizadas actualmente. "La luz emitida se consigue por excitación de un gas sometido a descargas eléctricas entre dos electrodos. Según el gas contenido en la lámpara y la presión a la que esté sometido tendremos diferentes tipos de lámparas, cada una de ellas con sus propias características luminosas".

"En las lámparas de descarga, la luz se consigue estableciendo una corriente eléctrica entre dos electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado".

Según el gas utilizado (vapor de mercurio o sodio) o la presión a la que este se encuentre (alta o baja presión), dentro de este tipo de lámparas se encuentran las siguientes: Lámparas de vapor de mercurio, de baja y alta presión y las lámparas de vapor de sodio.

Según la presión de servicio, las lámparas de descarga pueden subdividirse en dos grupos principales: lámparas de descarga de baja presión las cuales,

Debido a la baja presión en el tubo de descarga, dependen sobre todo del volumen de lámparas, que por unidad de volumen es relativamente baja. Para conseguir una suficiente potencia de luz, las lámparas deben tener grandes tubos de descarga. Por otro lado están las lámparas de descarga de alta presión qué, a diferencia de las anteriores, se activan con una presión por encima de 1 bar. Debido a esto, La potencia de luz por unidad de volumen es bastante mayor, por lo que los tubos de descarga son pequeños.

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - - Fuentes de luz eléctricas - i. Clasificación general de las lámparas

“Los electrones (2) que salen del electrodo (1) impactan con los átomos de mercurio (3). Con ello se estimulan los electrones del átomo de mercurio (4), que emiten entonces la radiación-UV (5). La radiación-UV se transforma en luz visible (7) a través del recubrimiento fluorescente (6).” (Rüdiger Ganslandt).

Lámparas fluorescentes

la lámpara fluorescente es una lámpara de descarga que trabaja con vapor de mercurio. Dispone de un recipiente de descarga en forma de tubo con un electrodo en cada extremo. El llenado de gas se compone de un gas noble, que facilita el encendido controlando la descarga, y de una pequeña cantidad de mercurio, cuyo vapor durante la impulsión emite radiación ultravioleta, f I interior del tubo de descarga está recubierto con una capa de sustancias emisoras, que, debido a la fluorescencia, transforman la radiación ultravioleta de la lámpara en Luz visible.

Para facilitar el encendido de la lámpara fluorescente, los electrodos casi siempre están acabados como filamento incandescente, llevando adicionalmente una capa de óxido metálico (emisor), que favorece la salida de electrones, los electrodos se precalientan en la salida, un impulso de tensión causa entonces el encendido de la lámpara.

Mediante la combinación de adecuadas sustancias luminosas se pueden conseguir diferentes colores de Luz. Se combinan frecuentemente tres sustancias luminosas, cuya mc/da produce un color de Luz blanco, que se encuentra en la tonalidad del blanco cálido, blanco neutro o blanco Luz diurna, según la proporción de las distintas materias fluorescentes

Contrariamente a las lámpara incandescente, la Luz de las lámparas fluorescentes es irradiada desde una gran superficie. Por ello se produce principalmente Luz difusa, que resulta menos adecuada para una iluminación acentuada dirigida y más para una iluminación uniforme y de grandes superficies

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - - Fuentes de luz eléctricas - i. Clasificación general de las lámparas

Lámpara fluorescente compacta

(Lámparas fluorescentes (Rüdiger Ganslandt).

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - - Fuentes de luz eléctricas - i. Clasificación general de las lámparas - lámparas fluorescentes

Lámparas fluorescentes Compactas Integradas (ahorradoras de energía), marca Phillips

Lámparas fluorescentes tubulares T8, marca Phillips

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Fuentes de luz eléctricas - i. Clasificación general de las lámparas

Lámparas diodos emisores de luz (LED, por sus siglas en inglés - Light-Emitting Diode -)

“Las lámparas LED, nombre comercial de la lámparas diodos emisores de luz es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz.

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El LED tiene un voltaje de operación que va de 1.5 V a 2.2 voltios aproximadamente y la gama de corrientes que debe circular por él está entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en los LEDs de color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros LEDs. El LED tiene enormes ventajas sobre las lámparas incandescentes comunes, como su bajo consumo de energía, su mantenimiento casi nulo y con una vida aproximada de 100,000 horas (https://unicrom.com/diodo-led/)”.

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​

Lámparas y Sistemas LED - Phillips

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Fuentes de luz eléctricas - i. Clasificación general de las lámparas

Lámparas y Sistemas LED – G&E

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Fuentes de luz eléctricas - i. Clasificación general de las lámparas

Tabla 11. Clasificación general de las lámparas

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Fuentes de luz eléctricas - i. Clasificación general de las lámparas

g. Elección del tipo de luminaria (catálogos comerciales) y su altura de suspensión que mejor se adapte a las necesidades del proyecto.

• La elección de las luminarias está condicionada por la lámpara utilizada y el entorno de trabajo de esta. Hay muchos tipos de luminarias por lo que la forma y tipo de las luminarias a elegir dependerá primeramente del haz de luz, pasando de las más eficientes como las utilizadas en la industrial a las más formales donde lo que importa es la función decorativa como ocurre en la iluminación comercial o doméstica.

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• Las luminarias para lámparas incandescentes tienen su uso en la iluminación doméstica, por lo tanto, predomina la estética.

​

• Sólo en espacios comerciales o en luminarias para iluminación suplementaria se buscará un equilibrio entre ambas funciones. 

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• Las luminarias para lámparas fluorescentes se utilizan más en oficinas, comercios, centros educativos, almacenes, industrias con techos bajos, etc. por su economía y eficiencia luminosa. En este tipo de luminarias existe 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).

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• Por último las luminarias para lámparas de descarga a alta presión 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.

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN – g. Tipos de luminarias

Luminarias de Bahía Alta Tradicionales

Luminarias de Bahía Baja Tradicionales

Luminarias de Inducción

Luminarias de Montaje de Superficie Tradicionales

Luminarias Empotradas Tipo Troffer

Luminarias de montaje suspendido

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN – g. Tipos de luminarias – ejemplos -

Downlights

Fuente: https://www.grainger.com.mx/categoria/Luminarias-para-Interiores/c/12972

Fuente: https://www.lighting.philips.es/prof/luminarias-de-interior/downlights

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes - Determinación del índice de local (k)

Para posibilitar la aplicación del método, los fabricantes de luminarias deben suministrar los datos del factor de utilización de sus productos. Normalmente esta información se presenta en tablas donde se utiliza el índice de local (k) para caracterizar la geometría del espacio y se toma como parámetros las reflectancias de las superficies del local.

Tabla 12. 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.

2. Determinación del índice de local (k)

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes

Tabla 15. Datos genéricos para la obtención del factor de utilización (fu) (agenda del constructor de la CDMX

Coeficiente de reflexión: la reflexión de la luz depende el tipo de material o superficie en el que incide, por tanto, no es lo mismo que los acabados de un espacio interior sean de un material u otro en cuanto a la luz se refiere.

Para obtener el coeficiente de utilización, primero se debe determinar los coeficientes de reflexión de plafón, paredes y suelo. Estos valores se encuentran normalmente tabulados para los diferentes tipos de materiales, superficies y acabado. Si no se dispone de ellos, se pueden tomar de la siguiente tabla o, En su defecto podemos tomar 05 para el plafón, 0.3 para las paredes y 0.1 para el suelo

2.a. Determinación el coeficiente de utilización (Cu)

El coeficiente de utilización, indica la relación entre el número de lúmenes emitidos por la lámpara y los que llegan, de manera eficiente, al plano de trabajo. “Los fabricantes de luminarias proporcionan para cada modelo unas tablas […], que son las denominadas tablas del factor de utilización. Este coeficiente será tanto más grande cuanto mayores sean los coeficientes de reflexión, mayores la altura y longitud y menor la altura del plano de trabajo. También, lógicamente, influirá si el alumbrado es directo o no, pues una distribución concentrada dirigirá la luz unitariamente hacia abajo, originando que una menor proporción de luz incida en las paredes y plafones, obteniendo así una considerable mejora en el rendimiento de las instalaciones”. *

* http://www.monografias.com/trabajos24/sistemas-iluminacion/sistemas-iluminacion.shtml

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes

Tabla 16: Coeficientes generales de reflexión

Este coeficiente hace referencia a la influencia que tiene en el flujo que emiten las lámparas el grado de limpieza de la luminaria. Dependerá, por consiguiente, del grado de suciedad ambiental y de la frecuencia de la limpieza del local. Para determinarlo, suponiendo una limpieza periódica anual, puedes tomar los siguientes valores:

2.b. Determinación del coeficiente de mantenimiento (Cm), según el tipo de local

4. Establecer el número de luminarias

donde:

N es el número de luminarias

Flt es el flujo luminoso total

Fl es el flujo luminoso de una lámpara

n es el número de lámparas por luminaria, que depende del tipo de luminaria seleccionada (ver el inciso g. Tipos de luminarias)

Como ya se comentó, el número de luminarias se obtiene con la siguiente expresión:

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes

Tabla 17: Datos generales del factor de mantenimiento (fm)

3. Obtener el flujo luminoso total necesario del local.

Para averiguar el flujo luminoso total necesario del local que deben aportar las lámparas que se van a colocar, como ya se comentó, es importante que antes, se analice el tipo de espacio interior que se tiene, esto es, la actividad a desarrollar, su forma y los acabados ya que éstos influyen notoriamente en cómo reflexiona la luz en ese determinado espacio.

Para calcular el flujo luminoso, sigue aplica la siguiente expresión:

Donde:

Flt = flujo luminoso total en lúmenes

Em = iluminancia o nivel de iluminación media deseada en luxes

a = superficie del plano de trabajo en m2

fu =factor de utilización, obtenida de la tabla proporcionado por el fabricante, para ello se considera el índice de reflexión de los materiales

fm = factor de mantenimiento, obtenida tabla proporcionado por el fabricante

5. Emplazamiento de las luminarias

Una vez hemos calculado el número mínimo de lámparas y luminarias se procede 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_ancho = Número de luminarias hacía el ancho del local

N_largo = Número de luminarias hacía el largo del local

N_total= Número de luminarias totales calculadas

ancho= longitud corta del local en metros

largo= longitud larga del local en metros

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes - Emplazamiento de las 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. 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, las luminarias próximas a la pared necesitan estar más cerca para iluminarla (normalmente la mitad de la distancia).

Sin embargo, también es posible adoptar otros emplazamientos ya que la condición de uniformidad se refiere a la densidad de artefactos. En la siguiente Figura se indican tres disposiciones alternativas de luminarias tipo downlights que son equivalentes desde el punto de vista luminotécnico.

Para la iluminación localizada, las luminarias se colocan en las zonas donde se necesitan mayores niveles de iluminación o que interesen enfatizar el ambiente, por ejemplo, áreas de trabajo, accesos o zonas con riesgo de accidentes. La iluminación del resto de ambiente se realiza con la luz dispersada del sistema localizado o, a veces, con lámparas de menor potencia.

Una cuestión importante a considerar en el diseño geométrico, es el impacto visual que provoca la presencia del sistema de luminarias ya que puede afectar la estética del espacio.

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes - Emplazamiento de las luminarias

Distribución uniforme

Distribuciones uniformes y modularizadas por grupos

Distribuciones en planta de 24 luminarias tipo downlight. Los tres casos son equivalentes en cuanto a los niveles de iluminación, grado de uniformidad, etc. pero las disposiciones modulares por ampos (ley de proximidad) pueden resultar más atractivas desde el punto de vista estético.

Leyes de la Gestalt aplicadas para el diseño geométrico: la disposición de 8 luminarias tipo downlight (izquierda) se percibe como un círculo (leyes de proximidad y de cieñe). Las 8 luminarias (centro) se interpretan como dos líneas, pero el agregado de 2 luminarias (derecha) convierte el esquema en 2 grupos de 5 grupos (leyes de la buena configuración y de simetría)

Fuente: Mario Raitelli. Diseño de la Iluminación de Interiores. Capitulo 8 (documento en PDF)

Sí la distancia de separación es mayor que la distancia máxima admitida quiere decir que la distribución luminosa obtenida no es del todo uniforme, por lo que se debe recalcular.

Tabla 18. Distancias máximas admitidas entre separación de luminarias

Fórmula para el cálculo del flujo luminoso total necesario.

donde:

Flt = flujo luminoso total en lúmenes

Em = iluminancia o nivel de iluminación media deseada en luxes

al = superficie del plano de trabajo en m²

fu =factor de utilización, obtenida de la tabla proporcionado por el fabricante, para ello se considera el índice de reflexión de los materiales

fm es el factor de mantenimiento, obtenida tabla proporcionado por el fabricante

Del ejemplo dado de la sala, aplicando la fórmula, se tiene:

Cálculo del índice de local (ver tabla 12)

Ejemplo 1: Se tiene que iluminar la recámara de una vivienda de dimensiones 3.6 m de ancho por 5.4 m de largo por 2.5 m de alto con lámparas tipo LED, marca Phillips, modelo A60 con un flujo luminoso de cuyas luminarias (de 1 lámpara) están adosadas al techo. Los acabados de dicha recámara son muros de yeso blanco, piso de terrazo gris y plafón color blanco y un factor de mantenimiento limpio. Determina el flujo luminoso total en la recámara considerando una altura del plano de trabajo de 0.85 m, así como el número de luminarias y la disposición de éstas para obtener un nivel adecuado de iluminación uniforme.

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes – ejemplo 1 -

para el mismo local diferentes áreas de iluminación, por ejemplo una altura para la mesa de trabajo, otra para la zona de lectura, etc. Sin embargo, para facilitar el cálculo se tomara una altura del plano de trabajo uniforme de 85 cm

d=0

h’=2.5m

h=1.65m

0.85m

3.6 m

5.4 m

Los datos finales para obtener el Flt son:

Em mínimo=100 luxes (ver tabla 5)

al =19.44m²

fu=0.562 y Fm=0.80

Para obtener el número de lámparas, se aplica la siguiente fórmula:

donde:

N es el número de luminarias

Flt es el flujo luminoso total

Fl es el flujo luminoso de una lámpara (ver tabla en pagina 46)

n es el número de lámparas por luminaria

Para el ejemplo se tiene:

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes

Coeficientes de reflectancia genéricos en plafón y muros, respectivamente (ver tablas 9 y 10)

1.25

0

1.5

1.31

0.55

0.60

y=0.012

0.25

0.05

0.06

Por interpolación lineal:

Coeficientes de mantenimiento (ver tabla 17)

obtención del factor de utilización (fu) (ver tabla 15)

Donde:

N_ancho = Número de luminarias hacía el ancho del local

N_largo = Número de luminarias hacía el largo del local

N_total= Número de luminarias totales calculadas

ancho= longitud corta del local en metros

largo= longitud larga del local en metros

Emplazamiento de las luminarias: la distancia a la que se debe instalar las luminarias para una iluminación uniforme se obtiene con las siguientes expresiones:

5.4 m

3.6 m

D_y/2=0.9m

d_x=1.08 m

D_x/2=0.54 m

Distancias máximas admitidas entre separación de luminarias (ver tabla 18)

1.6(h) = 1.6(1.65) = 2.64 > e=1.08 m. OK

CÁLCULOS DE ILUMINACIÓN - Método de los lúmenes

Por último, se comprueba que Em_cal sea mayor a Em _tablas