Diseño y Proyecto
Requisitos lumínicos
Nivel medio de iluminación
Es el nivel medio de iluminación que se debe mantener sobre el área de trabajo o zona a iluminar. Este valor debe mantenerse independientemente del envejecimiento de las lámparas o suciedad en las luminarias.
Los valores de la iluminancia media para iluminación de lugares de trabajo en interior están tabulados en la norma UNE-EN 12464-1:2012.
| Tipo de interior, tarea y actividad | Em [lx] | UGR | Ra | Observaciones |
|---|---|---|---|---|
| Aulas, aulas de tutoría | 300 | 19 | 80 | La iluminación debería ser controlable |
| Aulas para clases nocturnas educación de adultos | 500 | 19 | 80 | La iluminación debería ser controlable |
| Sala de lectura | 500 | 19 | 80 | La iluminación debería ser controlable |
| Pizarra | 500 | 19 | 80 | Evitar reflexiones especulares |
| Aulas de arte en escuelas de arte | 750 | 19 | 90 | Tcp ≥ 5.000 K |
Tabla 1 - Nivel Iluminación media en Edificios Educativos según la norma UNE-EN 12464-1:2012 (Fuente: PHILIPS)
Los valores de iluminancia media para iluminación de exteriores se pueden encontrar en la Instrucción técnica complementaria ITC-EA-02 Niveles de iluminación del Reglamento de eficiencia energética de alumbrado exterior o del R.D. 1890/2008. Por ejemplo, en la tabla adjunta se muestran los niveles de iluminancia media para alumbrado ornamental.
Tabla 2 - Nivel iluminación media para alumbrado exterior (Fuente: R.D. 1890/2008)
Luminancia
En muchos casos, los materiales utilizados tienen características de reflexión difusa, por lo que es suficiente con establecer una relación proporcional entre nivel de iluminación y luminancia.
En condiciones visuales críticas, como por ejemplo pantallas de ordenador o cuando la finalidad de la iluminación consiste en crear sensaciones visuales como por ejemplo crear efecto de contraste, se debe estudiar los niveles de luminancia para definir los requisitos lumínicos de la instalación.
Para resolver los casos en los que hay influencia de luminancias se aconseja utilizar programas de cáclculo o simplificar los cálculos considerando las superficies de estudio como superfices completamente difusoras y con factor de reflexión conocido.
La Imagen 1 muestra la escala de luminancias para iluminación de interior y la Tabla 3 muestra la luminancia mínima.
Imagen 1 - Escalas de luminancias para iluminación de interior (Fuente: Manual de iluminación INDAL)
Tabla 3 - Luminancia recomendada para carreteras (Fuente: R.D. 1890/2008)
Uniformidad
La iluminancia proporcionada sobre la superficie de referencia nunca será uniforme, pero generalmente, debe ser la máxima posible.
La iluminancia media proporcionada por cualquier tipo de instalación irá disminuyendo con el tiempo debido a la depreciación luminosaque sufren las lámparas y la suciedad que acumulan tanto lámparas como luminarias con el tiempo.
La uniformidad ayuda a evitar problemas de adaptación. Será necesario estudiar cada caso en particular. Por ejemplo en el diseño de un proyecto de iluminación deportiva, es muy imporante que exista buena uniformidad en los planos horizontales y verticales.
La tabla 4 muestra los niveles de uniformidad establecidos para iluminación de carreteras en el R.D. 1890/2008, de 14 de noviembre.
Tabla 4 - Uniformidad en carreteras (Fuente: R.D. 1890/2008)
Equilibrio de luminancias
Este requisito está ligado al deslumbramiento. Si no se controlan las luminancias de las fuentes de luz y los elementos que componen el espacio a iluminar, pueden aparecer deslumbramientos molestos o pertubadores.
El control sobre la distribución de las luminancias es muy importante, sobretodo en iluminación de interiores donde se realicen tareas espercíficas. En estos casos la luminancia de los alrededores debe ser más baja que la luminancia de la propia actividad, como mínimo en una proporción de 1:3.
El equilibrio de luminancia requiere un especial control sobre las luminancias de fondo, que en el caso de una oficina es sencillo, pero es más complicado en zonas industriales o espacios exteriores.
La IES (Iluminating Enginering Society) establece relaciones entre tareas y alrededores en iluminación de interiores. Los datos se muestran en la tabla adjunta.
Tabla 5 - Proporciones de Luminancias en Interiores (Fuente: MAPFRE - Manual de Ergonomía )
Las luminancias de paredes y techos también deben ser considedas para no exceder los límites y provocar deslumbramiento. Las luminancias recomendadas para estos elementos son:
- Pared: entre 50 y 150 cd/m2
- Techos: entre 100 y 300 cd/m2
Deslumbramiento
El deslumbramiento se debe controlar para eliminarlo o disminuirlo en la medida de los posible, debido a que puede causar cansancio, molestia o fatiga e incluso imposibilitar la visión.
Para controlar el deslumbramiento es necesario controlar la luminancia de las fuentes luminosas en la dirección de la mirada del observador. Actualmente existen programas informáticos de cálculo que permiten evaluar el deslumbramiento exacto en cualquier zona.
- Deslumbramiento directo e indirecto El deslumbramiento directo se produce por una luminaria directamente que está situada dentro del campo visual. El deslumbramiento indirecto se produce por la reflexión que produce la luminaria sobre una superficie con un alto nivel de reflectancia.
Imagen 2 - Deslumbramiento directo y reflejado
- Ángulo críticoUna de las principales causas que producen el deslumbramiento es la posición de las fuentes de luz respecto a la tarea visual. Se conoce como ángulo crítico el ángulo que forma la dirección visual con la horizontal que pasa por el ojo. Por ejemplo, en la Imagen 3 el ángulo crítico es de 30º.
Imagen 3 - Angulo critico deslumbramiento
- Deslumbramiento en espacios interioresEl índice del deslumbramiento molesto es común en iluminación de interiores. Se calcula mediante el Índice de Deslumbramiento Unificado (UGR, Unified Gare Rating), creado por la CIE el año 1995, que describe el brillo molesto según la posición del observador y la dirección de la vista.El límite admisible del UGR está definido para las diferentes actividades del espacio a iluminar en la norma UN-EN 12464-1 de Iluminación de lugares de trabajo.El índice del deslumbramiento se calcula con la fórmula:Donde:
- Lb es la iluminancia de fondo en cd/m2, calculada como Eindxπ-1, en la que Eind es la iluminancia indirecta vertical en el ojo del observador
- L es la luminancia en cd/m2 de las partes luminosas de cada luminaria en la dirección del ojo del observador
- ω es el ángulo sólido en sr de las partes luminosas de cada luminaria en el ojo del observador
- p es el índice de posición de Guth para cada luminaria individual que se refiere a su desplazamiento de la línea de visión
El ejemplo siguiente muestra el deslumbramiento que se produce sobre la pantalla del ordenador que no permite al trabajador realizar sus tarea.Imagen 4 - Ejemplo deslumbramiento molesto (Fuente: NextArchitect)
- Deslumbramiento en espacios exterioresLa iluminación de espacios exteriores considera los dos tipos de deslumbramiento: molesto y perturbador. Normalmente si se cumplen los límites del deslumbramiento molesto, el deslumbramiento perturbador se considera admisible.La luminancia de velo es la pérdida de visión que se produce por el deslumbramiento perturbador está creada por la aparición de un velo que se superpone a la imagen nítida que ve el ojo, de modo que disminuye la capacidad del ojo de apreciar los contrastes.Se considera que el velo tiene una cierta luminancia que se calcula por la fórmula:Donde:
- Lv es la luminancia de velo en cd/m2
- Eg [lux] iluminancia sobre el ojo (en un plano perpendicular) causada por la fuente de deslumbramiento
- θ ángulo, en grados, entre la dirección de incidencia de la luz en el ojo y la dirección de observación
- El sumatorio está extendido a todas las luminarias de la instalación
La luminancia de velo equivalente se define considerando que la reflexión del entorno es totalmente difusa, se calcula por la fórmula:Donde:- r
- Ehm es la iluminancia media horizontal del área
- Lve es la luminancia de velo equivalente en cd/m2
El deslumbramiento perturbador se calcula mediante la expresión del incremento de umbral (TI) para valores de luminancia media en la calzada entre 0,05 y 5 cd/m2 :Donde:- Lm luminancia media de la calzada en cd/m2
- Lv luminancia de velo equivalente en cd/m2
Cuando la luminancia media de la calzada es superior a 5 cd/m2, el incremento umbral se calcula como:El índice de deslumbramiento GR (Glare Rating) en iluminación de exteriores evalúa el nivel de deslumbramiento utilizando la fórmula empírica definida por la C.I.E en su publicación 112:1994. Actualmente es el método aceptado para evaluar el deslumbramiento en instalaciones de alumbrado que utilicen proyectores.Donde:- Lv luminancia velo equivalente en cd/m2
- Lve luminancia de velo denominada equivalente producida por el entorno
Los valores de GR deben estar entre 10 y 90. La relación entre el GR y su valoración se muestra en la siguiente tabla:Índice de deslumbramiento (GR) Valoración Insoportable 80-90 Molesto 60-70 Admisible 40-50 Evidente 20-30 Inapreciable 10 Tabla 6 - Coeficientes factores de reflexión, absorción y transmisión
El deslumbramiento perturbador se produce como muestra la Imagen5:Imagen 5 - Deslumbramiento Perturbador (Fuente: Dirección General de Tráfico)
Equilibrio lumínico
El equilibrio lumínico es la uniformidad en 3D y de las luminancias. Es una magnitud muy compleja de calcular porque aunque el ojo humano no distingue entre los distintos niveles de iluminación del espacio, estos existen.
Color
El color es un requisito fundamental para la calidad de la luz. El IRC, temperatura de color junto con el tono de la luz son las características más importantes referentes al color. El color depende de las características de las fuentes de luz que se elijan.
En iluminación de espacios interiores, a parte de las propiedades de las fuentes de luz, el color de las paredes o superficies de alrededor y su grado de reflexión afectará al color.
Para más información sobre el color ver tema colorimetría.
Requisitos de visibilidad
Cada situación presenta una exigencia concreta que depende de factores como el tipo de actividad, distancias de visión, cámaras de televisión, etc. Las necesidades de iluminación se definen a partir de los siguientes parámetros:
Tipo de zona a iluminar
Imagen 6 - Visibilidad en un estadio de fútbol Vs carretera
Los parámetros que se deben definir son:
La zona concreta donde se desarrolla la tarea divide en el área de trabajo y el entorno de dicha área.
Actividad a realizar
Los parámetros que se deben definir son:
La tarea a realizar determinará unas condiciones más o menos exigentes del nivel de iluminación. Por ejemplo, iluminar un taller de joyería, donde se realiza un trabajo muy preciso, no es lo mismo que iluminar una tienda de ropa, aunque está última da mucha importancia a la reproducción de los colores.
Grado o intensidad de utilización
Imagen 7 - Grado de Intensidad (Fuente: IDAE)
Requisitos de eficiencia energética y medio ambiente
La eficiencia energética es otro factor básico en el diseño del proyecto. La instalación se debe diseñar para optimizar la relación siguiente para reducir el coste producido por el consumo y evitar problemas medio ambientales como la contaminación lumínica.
La eficiencia energética deriva de la correcta elección de fuentes de luz eficaces y un diseño eficiente.
El R.D. 1890/2008 establece los valores de efciencia energética de referencia para alumbrado vial funcional y ambiental.
Tabla 7 - Valores de eficiencia energética de referencia (Fuente: R.D. 1890/2008)
El consumo energético afecta a los costes de explotación del sistema de alumbrado, pero también implica problemas medioambientales como la contaminación atmosférica, uso innecesario de recursos, etc.
Para minimizar el consumo durante el diseño se debe considerar:
La contaminación lumínica es la emisión de flujo luminoso producido por las fuentes de luz artificiales del alumbrado nocturno, con intensidad, dirección, horario o rangos espectrales inadecuados para realizar la tarea de la zona iluminada.
Imagen 8 - Contaminación lumínica mundial (Fuente: ESA)
Imagen 9 - Contaminación lumínica de Europa (Fuente: ESA)
La contaminación lumínica está causada por:
La contaminación lumínica produce muchos efectos negativos entre los cuales destacan:
El R.D. 1890/2008 limita los valores de resplandor luminoso nocturno y luz intrusa o molesta. Por ejemplo, una área con entornos o paisajes oscuros, se clasifica como zona E1 y el valor máximo del flujo hemisférico superior instalado (FHSins) no puede superar el límite de la tabla 9 y las limitaciones de la luz molesta de la Tabla 10
Tabla 8 - Valores ímite del FHSinst (Fuente: R.D. 1890/2008)
Tabla 9 - Limitaciones de la luz molesta (Fuente: R.D. 1890/2008)
Para minimizar el impacto de la contaminación lumínica de deberá:
Imagen 10 - Control del flujo luminoso
Imagen 11 - Iluminación de superficies verticales
Aspectos tecnológicos y exigencias de servicio
A parte de cumplir los requisitos lumínicos, las instalaciones se deben diseñar de manera que se puedan alcanzar objetivos como:
Imagen 12 - Fuentes de luz (Fuente: Ecoembes)
Requisitos económicos
El coste de un proyecto de alumbrado también influye en la selección de los sistemas. Está basado en tres costes:
La reducción de presupuesto debe afectar a todos estos elementos en la misma proporción para no perjudicar al conjunto.
Requisitos estéticos
A parte de los requisitos comentados anteriormente, el diseño de un sistema de alumbrado debe considerar la imagen que crea en el entorno. Por lo que el diseño de un proyecto no es solamente funcional sino que tambien cuenta el impacto que crea el alumbrado en la estética del entorno, el ambiente que se crea, por ejemplo en la Image13 no es lo mismo una luminaria cerca del museo Guggenheim de Bilbao que una luminaria para una carretera convencional.
Elección de sistemas de alumbrado
A partir del estudio de la etapa anterior, se establece un perfil de las características que debe tener la instalación para satisfacer los requistos de diseño.
El siguiente paso consiste en la selección de luminarias, fuentes de luz, equipos auxiliares, equipos de regulación y control y su el modo de implantación.
El siguiente paso consiste en la selección de luminarias, fuentes de luz, equipos auxiliares, equipos de regulación y control y su el modo de implantación.
Luminarias
El objetivo de las luminarias es principalmente proteger y contener los equipos necesarios para el funcionamiento de la fuente y distribuir el flujo luminoso.
La selección de la luminaria se realiza a partir de la distribución fotométrica. Aunque en algunos casos la decoración o funcionalidad también influyen en la decisión.
Las curvas fotométricas que proporcionan información práctica sobre la distribución de la luz sobre la superficie a iluminar se describen a continuación.
Estas curvas las proporcionan los fabricantes de las luminarias cuando describen sus características
La selección de la luminaria se realiza a partir de la distribución fotométrica. Aunque en algunos casos la decoración o funcionalidad también influyen en la decisión.
Estas curvas las proporcionan los fabricantes de las luminarias cuando describen sus características
Las curvas isolux representan los puntos de la superficie que tienen la misma iluminancia
Normalmente las curvas isolux se estudian para un flujo de 1000 lúmenes y a una altura de la luminaria de 1 metro. Para calcular las iluminancias a una altura de montaje diferente se deber tener en cuenta los factores de corrección para hacer los cálculos, aunque existen curvas Isolux calculadas a la altura de montaje ya requerida, en ese caso no es necesario hacer correciones.
La curva Isolux de la Imagen 1 se expresa en valores relativos a la iluminancia máxima, que es del 100%, a una altura de montaje h. Para conocer el valor real de la iluminancia en un punto concreto se calcula como:
Donde
- φ es el factor de la luminaria en uso; proporcionado en el mismo diagrama
- Φ es el flujo luminoso de la lámpara en cd/m2
- h es la interdistancia de las luminarias en m
Las curvas isolux representan los puntos de la superficie que tienen la misma iluminancia
Normalmente las curvas isolux se estudian para un flujo de 1000 lúmenes y a una altura de la luminaria de 1 metro. Para calcular las iluminancias a una altura de montaje diferente se deber tener en cuenta los factores de corrección para hacer los cálculos, aunque existen curvas Isolux calculadas a la altura de montaje ya requerida, en ese caso no es necesario hacer correciones.
La curva Isolux de la Imagen 1 se expresa en valores relativos a la iluminancia máxima, que es del 100%, a una altura de montaje h. Para conocer el valor real de la iluminancia en un punto concreto se calcula como:
Donde
- φ es el factor de la luminaria en uso; proporcionado en el mismo diagrama
- Φ es el flujo luminoso de la lámpara en cd/m2
- h es la interdistancia de las luminarias en m
Imagen 1 - Curva Isolux (Fuente: Manual de iluminación INDAL)
Las curvas isocandela representan, mediante curvas de nivel, los puntos que tienen la misma intensidad luminosa.
Para ello se supone que la luminaria está situada en el centro de una esfera, y sobre la superficie de la esfera se unen los puntos de igual intensidad luminosa para crear las curvas.
Estas curvas se utilizan para proyectores y alumbrado vial.
Las curvas isocandela representan, mediante curvas de nivel, los puntos que tienen la misma intensidad luminosa.
Para ello se supone que la luminaria está situada en el centro de una esfera, y sobre la superficie de la esfera se unen los puntos de igual intensidad luminosa para crear las curvas.
Estas curvas se utilizan para proyectores y alumbrado vial.
Imagen 2 - Diagrama Isocandela (Fuente: Manual de iluminación INDAL)
Estos diagramas, igual que los diagramas isolux suelen dar los valores de la intensidad en candelas por cada 1000 lúmenes de flujo luminoso.
Estos diagramas, igual que los diagramas isolux suelen dar los valores de la intensidad en candelas por cada 1000 lúmenes de flujo luminoso.
Las curvas del coeficiente de utilización se utilizan para indicar el porcentaje de flujo luminoso que incide sobre el camino.
Las curvas del factor de utilización se dan en función de la altura de montaje:
Las curvas del coeficiente de utilización se utilizan para indicar el porcentaje de flujo luminoso que incide sobre el camino.
Las curvas del factor de utilización se dan en función de la altura de montaje:
Imagen 3 - Factor Utilizacion (Fuente: Manual de iluminación INDAL)
La iluminancia media se calcula:
Donde:
- η: factor de utilización
- Φ: flujo luminos de la lámpara en lúmenes [lm]
- n: número de lámparas por luminaria
- fm: factor de mantenimiento
- w: ancho del camino en metros [m]
- s: distancia entre luminarias en metros [m]
La iluminancia media se calcula:
Donde:
- η: factor de utilización
- Φ: flujo luminos de la lámpara en lúmenes [lm]
- n: número de lámparas por luminaria
- fm: factor de mantenimiento
- w: ancho del camino en metros [m]
- s: distancia entre luminarias en metros [m]
Los conos de iluminancia se utilizan en las lámparas que llevan incorporado un reflector. Consiste en la representación en alzado de una sección vertical, por el eje de la fuente proyectado por debajo de la lámpara. En él se expresan distintos valores de iluminación, en lux, a diferentes alturas, en m, desde la lámpara. El corte transversal del cono expresa el diámetro del círculo luminoso que se produce en cada altura.
El diámetro del círculo luminoso se calcula como:
Donde:
- h: altura en metros [m]
- β: ángulo de conentración
- d: diámetro del círculo luminoso en metros [m]
Cuando el reflector no es simétrico, el círculo luminoso se convierte en una elipse.
Los conos de iluminancia se utilizan para resolver problemas de iluminación localizada, para ver la altura de montaje necesaria o con una altura determinada fija ver que fuente de luz proporciona los niveles de iluminación deseados. Como por ejemplo se muestra en la siguiente imagen:
Los conos de iluminancia se utilizan en las lámparas que llevan incorporado un reflector. Consiste en la representación en alzado de una sección vertical, por el eje de la fuente proyectado por debajo de la lámpara. En él se expresan distintos valores de iluminación, en lux, a diferentes alturas, en m, desde la lámpara. El corte transversal del cono expresa el diámetro del círculo luminoso que se produce en cada altura.
El diámetro del círculo luminoso se calcula como:
Donde:
Cuando el reflector no es simétrico, el círculo luminoso se convierte en una elipse.
Los conos de iluminancia se utilizan para resolver problemas de iluminación localizada, para ver la altura de montaje necesaria o con una altura determinada fija ver que fuente de luz proporciona los niveles de iluminación deseados. Como por ejemplo se muestra en la siguiente imagen:
Los conos de iluminancia se utilizan para resolver problemas de iluminación localizada, para ver la altura de montaje necesaria o con una altura determinada fija ver que fuente de luz proporciona los niveles de iluminación deseados. Como por ejemplo se muestra en la siguiente imagen:
Imagen 4 - Cono de iluminancia (Fuente: LAMP)
En el caso de que sea necesario conseguir una intensidad luminosa en un ángulo muy determinado, se opta por el uso de proyectores.
Los proyectores pueden utilizar casi cualquier tipo de lámpara, pero hay que tener en cuenta que su montaje se realiza a una altura determinada del suelo.
La información fotométrica de los proyectores se encuentra en diagramas cartesianos.
En el caso de que sea necesario conseguir una intensidad luminosa en un ángulo muy determinado, se opta por el uso de proyectores.
Los proyectores pueden utilizar casi cualquier tipo de lámpara, pero hay que tener en cuenta que su montaje se realiza a una altura determinada del suelo.
La información fotométrica de los proyectores se encuentra en diagramas cartesianos.
El entorno en el que se instala también influye en la elección de la luminaria.
En espacios exteriores cercanos al mar la luminaria deberá ser resistente a la corrosión y humedad. En cambio una luminaria de oficina no necesita ser resistente a la corrosión.
El entorno en el que se instala también influye en la elección de la luminaria.
En espacios exteriores cercanos al mar la luminaria deberá ser resistente a la corrosión y humedad. En cambio una luminaria de oficina no necesita ser resistente a la corrosión.
En espacios exteriores cercanos al mar la luminaria deberá ser resistente a la corrosión y humedad. En cambio una luminaria de oficina no necesita ser resistente a la corrosión.
Cuando las luminarias están al alcance de las personas y pueden provocar situaciones de peligro es necesario aumentar la protecció. Del mismo modo, que si la luminaria está en contacto con el agua requerirá otro grado de protección.
Cuando las luminarias están al alcance de las personas y pueden provocar situaciones de peligro es necesario aumentar la protecció. Del mismo modo, que si la luminaria está en contacto con el agua requerirá otro grado de protección.
Lámparas
Existe una gran variedad de factores que pueden influir a la hora de elegir una lámpara e infinitos tipos. Pero para cumplir con las exigencias calculadas previamente, los factores más importantes a considerar son:
- Eficacia luminosa: tiempo diario de funcionamiento y consumo energético razonable
- Vida útil: requerimiento de mantenimiento, frecuencia de encendido-apagado y tiempo diario de funcionamiento
- Características de color: demandas estéticas, fidelidad en la reproducción de los colores, necesidades de ambientación, apariencia de los objetos.
- Tamaño del emisor de luz: requerimiento de mantenimiento y espacio
- Tiempo de encendido: demanda de seguridad, requerimiento de mantenimiento
A continuación se muestra una tabla comparativa de las distintas fuentes de luz:
Existe una gran variedad de factores que pueden influir a la hora de elegir una lámpara e infinitos tipos. Pero para cumplir con las exigencias calculadas previamente, los factores más importantes a considerar son:
A continuación se muestra una tabla comparativa de las distintas fuentes de luz:
Tabla 1 - Cuadro comparativo de las fuentes de luz
Equipos de regulación y control
Las instalaciones de alumbrado, generalmente, sólo deben proporcionar luz durante las horas en las que la luz natural no es suficiente.
Cada una de las luminarias debe llevar integrado un dispositivo de regulación del nivel luminoso, que se accione, por ejemplo a través de un reloj astronómico, para satisfacer los cambios de las necesidades lumínicas.
Estas necesidades pueden variar en función de la hora, estación del año o necesidades de los usuarios.
Por ejemplo, la Imagen 7 muestra el cambio de flujo luminoso en una calle del centro de Getafe y la La Tabla 1 corresponde al número de horas de funcionamiento de una instalación de alumbrado vial, con reloj astronómico instalado, para disminiur el flujo luminoso de acuerdo con las horas de ocaso y orto del lugar en el que está instalado.
Las instalaciones de alumbrado, generalmente, sólo deben proporcionar luz durante las horas en las que la luz natural no es suficiente.
Cada una de las luminarias debe llevar integrado un dispositivo de regulación del nivel luminoso, que se accione, por ejemplo a través de un reloj astronómico, para satisfacer los cambios de las necesidades lumínicas.
Estas necesidades pueden variar en función de la hora, estación del año o necesidades de los usuarios.
Estas necesidades pueden variar en función de la hora, estación del año o necesidades de los usuarios.
Por ejemplo, la Imagen 7 muestra el cambio de flujo luminoso en una calle del centro de Getafe y la La Tabla 1 corresponde al número de horas de funcionamiento de una instalación de alumbrado vial, con reloj astronómico instalado, para disminiur el flujo luminoso de acuerdo con las horas de ocaso y orto del lugar en el que está instalado.
Imagen 5 - Reducción del nivel de iluminación(Fuente: PHILIPS)
Tabla 2 - Horas de funcionamiento (Manuel García Gil)
La reducción se puede llevar a cabo distintos modos; apagando la mitad o más fuentes de luz o reduciendo la emisión de flujo con los sistemas de regulación. Por lo que el horario establecido será acordado durante el diseño de la instalación, teniendo en cuenta:
- Las instalaciones de alumbrado vial, urbano y zonas de aparcamientos y grandes reducirán el flujo luminoso (a partir de las 22:00 horas en invierno y de las 24:00 en verano)
- La iluminación deportiva sólo estará encendida durante el tiempo de uso.
- Las instalaciones de iluminación ornamental, normalmente se apagarán por completo cuando no existan usuarios para su disfurte
La reducción se puede llevar a cabo distintos modos; apagando la mitad o más fuentes de luz o reduciendo la emisión de flujo con los sistemas de regulación. Por lo que el horario establecido será acordado durante el diseño de la instalación, teniendo en cuenta:
- Las instalaciones de alumbrado vial, urbano y zonas de aparcamientos y grandes reducirán el flujo luminoso (a partir de las 22:00 horas en invierno y de las 24:00 en verano)
- La iluminación deportiva sólo estará encendida durante el tiempo de uso.
- Las instalaciones de iluminación ornamental, normalmente se apagarán por completo cuando no existan usuarios para su disfurte
Disposición de las luminarias
Tanto para alumbrado de interior como exterior, existen distintas posibilidades de implantación de las luminarias. En cualquier caso, para realizar el estudio, a parte de las lumunirias y fuentes de luz, otros factores que definen la elección de la implantación son:
- Dimensión del espacio a iluminar y altura de la instalación.
- Posibilidad física de la instalación; pueden existir obstáculos, como por ejemplo, árboles, maquinaria, etc. que impiden la instalación.
Una vez realizado el estudio de implantación es posible que aparezcan limitaciones de cualquier tipo (dimensionales, lumínicas, etc) que obliguen a replantear si las luminarias y lámparas elegidas son las correctas. En algunos casos es posible tener que cambiar algún elemento.
A continuación se muestran dos ejemplos de implantación de luminarias.
Tanto para alumbrado de interior como exterior, existen distintas posibilidades de implantación de las luminarias. En cualquier caso, para realizar el estudio, a parte de las lumunirias y fuentes de luz, otros factores que definen la elección de la implantación son:
- Dimensión del espacio a iluminar y altura de la instalación.
- Posibilidad física de la instalación; pueden existir obstáculos, como por ejemplo, árboles, maquinaria, etc. que impiden la instalación.
Una vez realizado el estudio de implantación es posible que aparezcan limitaciones de cualquier tipo (dimensionales, lumínicas, etc) que obliguen a replantear si las luminarias y lámparas elegidas son las correctas. En algunos casos es posible tener que cambiar algún elemento.
A continuación se muestran dos ejemplos de implantación de luminarias.
Imagen 6 - Alumbrado de interior localizado
Predimensionado
Una vez seleccionados las lámparas, luminarias y tipo de implantación de la instalación, el siguiente paso consiste en calcular las dimensiones de la instalación.
Las dimensiones básicas estudiadas son las que se muestran en la Imagen1:
Una vez seleccionados las lámparas, luminarias y tipo de implantación de la instalación, el siguiente paso consiste en calcular las dimensiones de la instalación.
Las dimensiones básicas estudiadas son las que se muestran en la Imagen1:
Imagen 1 - Esquema iluminación vial
Donde:
h es la altura de implantación de las luminarias en m
a es la separación entre luminarias a lo ancho en m
l es la separación logitudinal de las luminarias en m
p es la potencia de las lámparas a utilizar en W
Todos los parámetros mencionados están interrelacionados. Si existe algún parámetro que sea invariable, ese será el punto de partida de estudio.
Existen dos métodos manuales de cálculo en función del tipo de alumbrado. Son el método del punto por punto y el método del lumen.
Donde:
Todos los parámetros mencionados están interrelacionados. Si existe algún parámetro que sea invariable, ese será el punto de partida de estudio.
Existen dos métodos manuales de cálculo en función del tipo de alumbrado. Son el método del punto por punto y el método del lumen.
Método punto por punto
El método del punto por punto se utiliza para instalaciones donde no se distribuye la luz uniformemente; este método permite obtener laluminosidad en puntos determinados.
El método está basado en la ley de la inversa de los cuadrados . La luminancia viene dada por la suma de una componente directa producida por la luz que llega directamente al plano de trabajo de las luminarias y una componente indirecta que proviene de las reflexiones.
Cuando la fuente es grande el método de punto por punto no podrá utilizarse, a no ser que el tamaño de esta sea despreciable frente a la distancia.
Antes de empezar el cálculo deben estar definidos los factores como: las características fotométricas de las lámparas y luminarias, la distribución de estas y la altura del plano de trabajo.
Para calcular la iluminancia producida por las lámparas, en primer lugar se calcula el flujo luminoso directo e indirecto que incide sobre el plano de trabajo.
El método del punto por punto se utiliza para instalaciones donde no se distribuye la luz uniformemente; este método permite obtener laluminosidad en puntos determinados.
El método está basado en la ley de la inversa de los cuadrados . La luminancia viene dada por la suma de una componente directa producida por la luz que llega directamente al plano de trabajo de las luminarias y una componente indirecta que proviene de las reflexiones.
El método está basado en la ley de la inversa de los cuadrados . La luminancia viene dada por la suma de una componente directa producida por la luz que llega directamente al plano de trabajo de las luminarias y una componente indirecta que proviene de las reflexiones.
Cuando la fuente es grande el método de punto por punto no podrá utilizarse, a no ser que el tamaño de esta sea despreciable frente a la distancia.
Antes de empezar el cálculo deben estar definidos los factores como: las características fotométricas de las lámparas y luminarias, la distribución de estas y la altura del plano de trabajo.
Para calcular la iluminancia producida por las lámparas, en primer lugar se calcula el flujo luminoso directo e indirecto que incide sobre el plano de trabajo.
Cálculo de la componente directa
Para las fuentes de luz puntuales, como las lámparas de descarga e incandescencia el cálculo de la iluminancia es:
Cuando un mismo punto está iluminado por mas de una lámpara, la iluminancia total es la suma de todas las iluminancias recibidas
Las fuentes de luz, donde la longitud de la luminaria es mayor que la altura de montaje, se consideran fuentes de luz de longitud infinita y para el cálculo de la iluminancia se considera un diferencial, obteniendo las fórmulas siguientes:
Para las fuentes de luz puntuales, como las lámparas de descarga e incandescencia el cálculo de la iluminancia es:
Cuando un mismo punto está iluminado por mas de una lámpara, la iluminancia total es la suma de todas las iluminancias recibidas
Las fuentes de luz, donde la longitud de la luminaria es mayor que la altura de montaje, se consideran fuentes de luz de longitud infinita y para el cálculo de la iluminancia se considera un diferencial, obteniendo las fórmulas siguientes:
Imagen 2 - Fuente de Luz infinita
Donde la intensidad se obtiene del diagrama de intensidad luminosa de la luminaria referido a un metro de longitud de la fuente de luz.
En un tubo fluorescente la intensidad tambien se puede calcular a partir del flujo luminoso por metro mediante la fórmula:
Finalmente, la componente directa de la iluminancia se calcula por el teorema de Pitágoras de la siguiente forma:
Donde la intensidad se obtiene del diagrama de intensidad luminosa de la luminaria referido a un metro de longitud de la fuente de luz.
En un tubo fluorescente la intensidad tambien se puede calcular a partir del flujo luminoso por metro mediante la fórmula:
En un tubo fluorescente la intensidad tambien se puede calcular a partir del flujo luminoso por metro mediante la fórmula:
Finalmente, la componente directa de la iluminancia se calcula por el teorema de Pitágoras de la siguiente forma:
Cálculo de la componente indirecta o reflejada
Para el cálculo de la componente indirecta se considera que la distribución de la luz reflejada es uniforme para todas las superficies, por lo tanto la componente horizontal y vertical será la misma. Se calcula:
Donde:
- Φ es el flujo luminoso en lm
- FT es la suma del área de todas las superficies en m2
- ρm es la reflectancia media de las superficies. Calculada:
La Tabla1 contiene valores de reflectancia para distintos materiales.
Material Color Reflectancia (%) Madera Maple 42 % Encino 34 % Avellana 19 % Nogal 16 % Caoba 12 % Metal Esmalte horneado 70 - 85 % Aluminio pulido 80 - 85 % Aluminio mate 75 % Pintura aluminio 59 % Vidrio Vidrio claro 10 % Vidrio opaco 15 - 30 % Plástico Claro 5 - 10 % Opalino 15 - 30 %
Para el cálculo de la componente indirecta se considera que la distribución de la luz reflejada es uniforme para todas las superficies, por lo tanto la componente horizontal y vertical será la misma. Se calcula:
Donde:
- Φ es el flujo luminoso en lm
- FT es la suma del área de todas las superficies en m2
- ρm es la reflectancia media de las superficies. Calculada:
La Tabla1 contiene valores de reflectancia para distintos materiales.
| Material | Color | Reflectancia (%) |
|---|---|---|
| Madera | Maple | 42 % |
| Encino | 34 % | |
| Avellana | 19 % | |
| Nogal | 16 % | |
| Caoba | 12 % | |
| Metal | Esmalte horneado | 70 - 85 % |
| Aluminio pulido | 80 - 85 % | |
| Aluminio mate | 75 % | |
| Pintura aluminio | 59 % | |
| Vidrio | Vidrio claro | 10 % |
| Vidrio opaco | 15 - 30 % | |
| Plástico | Claro | 5 - 10 % |
| Opalino | 15 - 30 % |
Tabla 1 - Reflectancias de materiales
La iluminancia total es la suma de la iluminancia directa y la iluminancia indirecta: ETotal = EDirecta + EIndirecta
La iluminancia total es la suma de la iluminancia directa y la iluminancia indirecta: ETotal = EDirecta + EIndirecta
Imagen 3 - Iluminancia directa e indirecta
Método del lúmen o del cálculo del flujo luminoso
El método del lúmen se emplea para estimar el número de luminarias para producir una iluminación media determinada en todos los puntos del área considerada. Permite calcular la iluminancia general de la zona a iluminar.
En primer lugar se calcula el flujo luminoso total:
Donde:
- Em es la iluminancia media en lux
- S es la superficie del plano de trabajo en m2
- η es el rendimiento de la iluminación
- fm es el factor de mantenimiento
En segundo lugar se calcula el número de luminarias que serán necesarias:
Donde:
- ΦT es el flujo luminoso total en lm
- ΦL es el flujo luminoso de una lámpara en lm
- n: número de lámparas por cada luminaria
Una vez conocido el número de luminarias y lámparas necesarias, se debe calcular la distribución. En caso de tener que iluminar una superficie rectangular, se realiza una distribución uniforme paralela a los ejes de simetría de acuerdo a las ecuaciones:
El método del lúmen se emplea para estimar el número de luminarias para producir una iluminación media determinada en todos los puntos del área considerada. Permite calcular la iluminancia general de la zona a iluminar.
En primer lugar se calcula el flujo luminoso total:
Donde:
- Em es la iluminancia media en lux
- S es la superficie del plano de trabajo en m2
- η es el rendimiento de la iluminación
- fm es el factor de mantenimiento
En segundo lugar se calcula el número de luminarias que serán necesarias:
Donde:
- ΦT es el flujo luminoso total en lm
- ΦL es el flujo luminoso de una lámpara en lm
- n: número de lámparas por cada luminaria
Una vez conocido el número de luminarias y lámparas necesarias, se debe calcular la distribución. En caso de tener que iluminar una superficie rectangular, se realiza una distribución uniforme paralela a los ejes de simetría de acuerdo a las ecuaciones:
Imagen 4 - Distribución luminarias
La distancia entre luminarias depende de la apertura del haz de luz y de la altura de las luminarias sobre el plano de trabajo.
Tipo de luminarias Altura (h) Distancia (d) Aplicación Intensiva h > 10 d ≤ 1,2h Iluminación general para grandes alturas Semi-extensiva 4-6 m d ≤ 1,5h Iluminación general Extensiva 6-10 m d ≤ 1,5h Iluminación general Extensiva h ≤ 4 d ≤ 1,6h Iluminación general
La distancia entre luminarias depende de la apertura del haz de luz y de la altura de las luminarias sobre el plano de trabajo.
| Tipo de luminarias | Altura (h) | Distancia (d) | Aplicación |
|---|---|---|---|
| Intensiva | h > 10 | d ≤ 1,2h | Iluminación general para grandes alturas |
| Semi-extensiva | 4-6 m | d ≤ 1,5h | Iluminación general |
| Extensiva | 6-10 m | d ≤ 1,5h | Iluminación general |
| Extensiva | h ≤ 4 | d ≤ 1,6h | Iluminación general |
Tabla 2 - Distancia entre luminarias
La distribución de las luminarias es más fácil de entender mediante el siguiente ejemplo.
La distribución de las luminarias es más fácil de entender mediante el siguiente ejemplo.
Imagen 5 - Separación entre luminarias
Por último, para comprobar si los cálculos son correctos y la iluminancia requerida es correcta, se aplica la fórmula siguiente:
Por último, para comprobar si los cálculos son correctos y la iluminancia requerida es correcta, se aplica la fórmula siguiente:
Métodos de cálculo informáticos
Actualmente, el proceso de predimensionado y cálculo de iluminación se realiza con programas informáticos que realizan las operaciones más rápido y de un modo mucho más preciso.
Para poder utilizar los programas de cálculo solo es necesario introducir datos concretos de la instalación, como por ejemplo dimensiones del local, altura de trabajo, etc. y mediante la base de datos fotométricos, se obtienen soluciones detalladas del proyecto, como por ejemplo el deslumbramiento producido sobre observadores colocados en distintas posiciones.
Las bases de datos fotométricos pueden estar incorporadas en el programa informático, estar disponibles en la web del fabricante para importarlas al programa o descargar las bases de datos necesarias desde el mismo programa.
Actualmente, el proceso de predimensionado y cálculo de iluminación se realiza con programas informáticos que realizan las operaciones más rápido y de un modo mucho más preciso.
Para poder utilizar los programas de cálculo solo es necesario introducir datos concretos de la instalación, como por ejemplo dimensiones del local, altura de trabajo, etc. y mediante la base de datos fotométricos, se obtienen soluciones detalladas del proyecto, como por ejemplo el deslumbramiento producido sobre observadores colocados en distintas posiciones.
Las bases de datos fotométricos pueden estar incorporadas en el programa informático, estar disponibles en la web del fabricante para importarlas al programa o descargar las bases de datos necesarias desde el mismo programa.
Requisitos del software de iluminación
El software empleado en el cálculo y diseño de sistemas de iluminación debe cumplir con los siguientes requisitos:
- Ha de posibilitar la modificación del diseño geométrico.
- Los siguientes parámetros deben ser editables:
- Altura de montaje e inclinación de la luminaria
- Distancia entre luminarias
- Posición relativa de las luminarias
- Espacio a iluminar
- Posiciones de las mallas de cálculo y del observador
- Condiciones ambientales
- Tipos de superficie
- Índices de reflexión asociados
- El software debe permitir la identificación de las normas usadas en sus algoritmos de cálculo, tales como: CIE, IESNA., NTC, ANSI,…
- El software para el diseño de alumbrado público debe estar homologado por un organismo o laboratorio acreditado
- El software de diseño interior deberá efectuar los cálculos de iluminancia, uniformidad, deslumbramiento y eficiencia energética.
- El error de los datos obtenidos en la simulación no puede ser mayor del 5% en el caso de iluminancia y del 10% para el caso de luminancia, respecto de los valores reales medidos del sistema de iluminación en funcionamiento.
Además estos programas ofrecen la posibilidad de importar archivos de CAD o realizarlos directamente.
El software empleado en el cálculo y diseño de sistemas de iluminación debe cumplir con los siguientes requisitos:
- Ha de posibilitar la modificación del diseño geométrico.
- Los siguientes parámetros deben ser editables:
- Altura de montaje e inclinación de la luminaria
- Distancia entre luminarias
- Posición relativa de las luminarias
- Espacio a iluminar
- Posiciones de las mallas de cálculo y del observador
- Condiciones ambientales
- Tipos de superficie
- Índices de reflexión asociados
- El software debe permitir la identificación de las normas usadas en sus algoritmos de cálculo, tales como: CIE, IESNA., NTC, ANSI,…
- El software para el diseño de alumbrado público debe estar homologado por un organismo o laboratorio acreditado
- El software de diseño interior deberá efectuar los cálculos de iluminancia, uniformidad, deslumbramiento y eficiencia energética.
- El error de los datos obtenidos en la simulación no puede ser mayor del 5% en el caso de iluminancia y del 10% para el caso de luminancia, respecto de los valores reales medidos del sistema de iluminación en funcionamiento.
Además estos programas ofrecen la posibilidad de importar archivos de CAD o realizarlos directamente.
Proceso de diseño mediante software
Para realizar el diseño de una instalación mediante cálculo informático, los pasos a seguir son:
- Creación del proyecto
- Selección de la escena (local, escena exterior, vía)
- Elección de las medidas y características de la escena
- Configuración de las características de cada uno de los elementos (paredes, suelo, etc): Grado de reflexión, transparencia, rugosidad,...
- Configuración de la altura del plano útil
- Selección de la(s) luminaria(s)
- Colocación de las luminarias
- Simulación de los valores de luminancia, iluminación, etc
- Ajuste de las luminarias (posición, potencia, etc) para cumplir con la normativa
Para realizar el diseño de una instalación mediante cálculo informático, los pasos a seguir son:
- Creación del proyecto
- Selección de la escena (local, escena exterior, vía)
- Elección de las medidas y características de la escena
- Configuración de las características de cada uno de los elementos (paredes, suelo, etc): Grado de reflexión, transparencia, rugosidad,...
- Configuración de la altura del plano útil
- Selección de la(s) luminaria(s)
- Colocación de las luminarias
- Simulación de los valores de luminancia, iluminación, etc
- Ajuste de las luminarias (posición, potencia, etc) para cumplir con la normativa
Imagen 1 - Proceso de diseño mediante software
Ejemplos de software de iluminación
Existen distintos programas libres de descarga. Por ejemplo, Dialux, Relux, Oxytech, etc.
Nombre del programa Enlace de Descarga Ejemplo 
Descargar
Existen distintos programas libres de descarga. Por ejemplo, Dialux, Relux, Oxytech, etc.
| Nombre del programa | Enlace de Descarga | Ejemplo |
|---|---|---|
| Descargar |  |
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