Iluminación

El concepto de iluminación está orientado al proyecto luminotécnico. En efecto, se

puede evaluar la cantidad de luz que emitida desde una fuente de luz, está

presente sobre una superficie. Por tanto, la iluminancia o iluminación es la

cantidad de flujo que incide sobre una superficie dividido por el tamaño de la

misma. Así:

E: iluminanncia en lux (lx)

N: flujo que incide sobre la superficie (lm)

A: área de la superficie afectada por el flujo (m2 ).

Naturaleza de la luz

La luz se emite por su fuente en línea recta, y se difunde en una superficie cada

vez mayor a medida que avanza; la luz por unidad de área disminuye según el

cuadrado de la distancia. Cuando la luz incide sobre un objeto es absorbida o

reflejada; la luz reflejada por una superficie rugosa se difunde en todas

direcciones. Algunas frecuencias se reflejan más que otras, y esto da a los objetos

su color característico. Las superficies blancas difunden por igual todas las

longitudes de onda, y las superficies negras absorben casi toda la luz. La

definición de la naturaleza de la luz siempre ha sido un problema fundamental de

la física. El matemático y físico británico Isaac Newton describió la luz como una

emisión de partículas, y el astrónomo, matemático y físico holandés Christiaan

Huygens desarrolló la teoría de que la luz se desplaza con un movimiento

ondulatorio.

La iluminación mediante cualquiera de los numerosos dispositivos que convierten

la energía eléctrica en luz. Los tipos de dispositivos de iluminación eléctrica

utilizados con mayor frecuencia son las lámparas incandescentes, las lámparas

fluorescentes y los distintos modelos de lámparas de arco y de vapor por descarga

eléctrica.

Tipos de iluminación:

Directa

Flujo luminoso dirigido hacia abajo >

90%

Semi-Directa

Flujo luminoso dirigido hacia abajo entre

60 y 90%

Semi-Indirecta

Flujo luminoso dirigido hacia arriba entre

60 y 90%

Indirecta

Flujo luminoso dirigido hacia arriba >

90%

Uniforme

Flujo luminoso dirigido hacia arriba y hacia abajo entre 40 y 60%

Tecnología de la iluminación eléctrica

Si una corriente eléctrica pasa a través de cualquier conductor que no sea

perfecto, se gasta una determinada cantidad de energía que en el conductor

aparece en forma de calor. Por cuanto cualquier cuerpo caliente despedirá una

cierta cantidad de luz a temperaturas superiores a los 525 °C, un conductor que se

calienta por encima de dicha temperatura mediante una corriente eléctrica actuará

como fuente luminosa.

Tipos de lámparas

Las lámparas de descarga eléctrica dependen de la ionización y de la descarga

eléctrica resultante en vapores o gases a bajas presiones en caso de ser

atravesados por una corriente eléctrica. Los ejemplos más representativos de este

tipo de dispositivos son las lámparas de arco rellenas con vapor de mercurio, que

generan una intensa luz azul verdosa y que se utilizan para fotografía e

iluminación de carreteras; y las lámparas de neón, utilizadas para carteles

decorativos y escaparates. En las más modernas lámparas de descarga eléctrica

se añaden otros metales al mercurio y al fósforo de los tubos o ampollas para

mejorar el color y la eficacia. Los tubos de cerámica translúcidos, similares al

vidrio, han permitido fabricar lámparas de vapor de sodio de alta presión con una

potencia luminosa sin precedentes.

La lámpara fluorescente es otro tipo de dispositivo de descarga eléctrica empleado

para aplicaciones generales de iluminación. Se trata de una lámpara de vapor de

mercurio de baja presión contenida en un tubo de vidrio, revestido en su interior

con un material fluorescente conocido como fósforo. La radiación en el arco de la

lámpara de vapor hace que el fósforo se torne fluorescente. La mayor parte de la

radiación del arco es luz ultravioleta invisible, pero esta radiación se convierte en

luz visible al excitar al fósforo. Las lámparas fluorescentes se destacan por una

serie de importantes ventajas. Si se elige el tipo de fósforo adecuado, la calidad de

luz que generan estos dispositivos puede llegar a semejarse a la luz solar.

Además, tienen una alta eficacia. Un tubo fluorescente que consume 40 vatios de

energía genera tanta luz como una bombilla incandescente de 150 vatios. Debido

a su potencia luminosa, las lámparas fluorescentes producen menos calor que las

incandescentes para generar una luminosidad semejante.

Un avance en el campo de la iluminación eléctrica es el uso de la luminiscencia,

conocida como iluminación de paneles. En este caso, las partículas de fósforo se

hallan suspendidas en una fina capa de material aislante, como por ejemplo el

plástico. Esta capa se intercala entre dos placas conductoras, una de las cuales es

una sustancia translúcida, como el vidrio, revestida en su interior con una fina

película de óxido de estaño. Como los dos conductores actúan como electrodos, al

ser atravesado el fósforo por una corriente alterna hace que se ilumine. Los

paneles luminiscentes se utilizan para una amplia variedad de objetos, como por

ejemplo iluminar relojes y sintonizadores de radio, para destacar los peldaños o

los pasamanos de las escaleras, y para generar paredes luminosas. Sin embargo,

el uso de la iluminación de paneles está limitado por el hecho de que las

necesidades de corriente para grandes instalaciones es excesivo.

Se han desarrollado una serie de diferentes tipos de lámparas eléctricas para fines

especiales, como la fotografía y el alumbrado de alta intensidad. Por lo general,

estas lámparas han sido diseñadas de manera que puedan actuar como

reflectores al ser revestidas de una capa de aluminio especular. Un ejemplo de

ellas es la utilizada en fotografía, una lámpara incandescente que funciona a una

temperatura superior a la normal para obtener una mayor salida de luz. Su vida útil

está limitada a 2 ó 3 horas, frente a las 750 a 1.000 horas que dura una lámpara

incandescente normal. Las lámparas utilizadas para fotografía de alta velocidad

generan un único destello (flash) de luz de alta intensidad que dura escasas

centésimas de segundo al encender una carga una hoja de aluminio plegada o un

fino hilo de aluminio dentro de una ampolla de vidrio rellena de oxígeno. La lámina

se enciende por el calor de un pequeño filamento de la ampolla. Entre los

fotógrafos cada vez es más popular la lámpara estroboscópica de descarga de

gas a alta velocidad conocida como flash electrónico.

Intensidad de iluminación

La intensidad de iluminación se puede obtener de tablas generadas por

sociedades especializadas en el estudio de esta rama de la ingeniería; en el caso

de Estados Unidos de Norteamérica la Iluminating Engineering Society (IES)

publica los valores recomendados, en nuestro país la Sociedad Méxicana de

Ingeniería de Iluminación hace los propio. Los fabricantes de productos de

iluminación proporcionan catálogos y manuales al respecto.

Superficie

El área por iluminarse se considera en metros cuadrados si el nivel de iluminación

se maneja en luxes, o bien en pies cuadrados si se toman valores de foot-candles.

Factor de mantenimiento

Este factor es una función de la depreciación de la emisión luminosa del luminario,

debido a la acumulación de suciedad en el mismo, así como a la depreciación de

las superficies reflectoras o transmisoras de la luz ocasionadas por el

envejecimiento y las horas de uso. El factor de mantemimiento se obtiene

multiplicando el valor de la depreciación de la lámpara por la depreciación por

suciedad del luminario. Este factor puede estimarse considerando los siguientes

porcentajes:

Para locales limpios: 10 %

Para locales de limpieza regular: 15 a 20 %

Para locales sucios: 25 a 35 %

Coeficiente de utilización

Es una relación entre los lúmenes que llegan al plano de trabajo y los lúmenes

totales generados por la lámpara. Es un factor que considera la eficacia y la

distribución del luminario, su altura de montaje, las dimensiones del local y las

reflectancias de las paredes, techo y piso. Los valores correspondientes se

obtienen de tablas.

I. Método de los Watts por metro Cuadrado

Este es un método estimativo empleado cuando se requiere tener una idea de la

carga, número de lamparas y luminarios necesarios para un proyecto o

anteproyecto dado.

Los pasos de este método son los siguientes:

Se determinan las dimensiones del local, las características el luminario y el

nivel de iluminación deseado.

Se calcula el indice del cuarto (IC) mediante la fórmula

Donde

H es la altura del montaje (distancia entre el plano de trabajo y el luminario)

En las tablas de los fabricantes se obtiene el coeficiente de utilización (CU),

el factor de depreciación de la lámpara y el factor de depreciación por

suciedad del luminario para obtener el factor de mantenimiento (FM).

Se utiliza la fórmula siguiente para obtener el flujo luminoso necesario en el

local por iluminar

donde

S es la superficie en m2 y F el flujo total

Se divide el flujo luminoso total entre los lumenes emitidos por lámparas o

luminario, para obtener el número de lámparas necesarias.

Para determinar el factor de watts/m2 se utiliza la siguiente fórmula

II. Método de Curvas Fotométricas

La manera más simple de representar gráficamente la distribución luminosa de

una lámpara o de un conjunto lámpara-luminaria, es a través de las curvas

denominadas de "distribución luminosa" o curvas "fotométricas de intensidades".

En realidad, las curvas de distribución luminosa son la representación gráfica de

las medidas de las intensidades luminosas efectuadas en las infinitas direcciones

que parten del centro de la lámpara o luminaria. La determinación de cada uno de

los puntos situados en un mismo plano se realiza mediante coordenadas polares,

el valor de la intensidad luminosa se representa sobre círculos concéntricos y se

expresa en candelas.

La distribución de las intensidades luminosas emitidas por una lámpara tipo

standard, la mostramos de una forma general, para un flujo luminoso de 1.000

lúmenes, en la siguiente figura (siempre que no se indique lo contrario estas

curvas vienen referidas a 1.000 Lm.). El volumen determinado por los vectores

que representan las intensidades luminosas en todas las direcciones, resulta ser

simétrico con respecto al eje Y-Y´; es como una figura de revolución engendrada

por la curva fotométrica que gira alrededor del eje Y-Y´.

En los casos de simetría del volumen fotométrico, es suficiente con representar un

solo plano que contenga la curva correspondiente, pero no en todos los casos nos

encontraremos con volúmenes simétricos, por lo que de manera simplificada los

fabricantes suelen dar, sobre un mismo plano, dos únicas curvas del total del

volumen.

Así, en la figura se muestran dos curvas fotométricas correspondientes a la

luminaria de distribución asimétrica; una de ellas correspondientes con el eje X de

la luminaria, y la otra con el eje Y. Con un poco de imaginación podemos hacernos

idea del volumen que determinan estas dos curvas.

Veamos seguidamente un ejemplo de aplicación de las curvas fotométricas, para

valorar su importancia.

Sea una lámpara de incandescencia standard de 500W. a 220V., situada a 6

metros de altura. Pretendemos determinar los distintos niveles de iluminación en

puntos situados en un plano horizontal y a distintas crecientes con respecto a la

vertical que pasa por la lámpara.

Así, un punto situado a 1 metro de la vertical, forma un ángulo, con respecto al

punto emisor de la luz, de

La intensidad luminosa para este ángulo resulta ser de 145 candelas, para los

1.000 lúmenes a que se refiere la curva, por lo tanto para los 8.450 lúmenes de la

lámpara de 500 W., le corresponderán:

Y según la fórmula obtenida en el apartado 12.1, la intensidad luminosa en el

punto considerado será de:

Repitiendo estos cálculos para distintos puntos, obtendremos los diferentes

niveles de iluminación que proporciona la lámpara sobre el plano horizontal y en

una dirección determinada. Al ser simétrica la curva fotométrica con respecto a los

dos ejes X-Y, en este caso, obtendremos valores idénticos sea cual sea la

dirección elegida, por lo tanto los puntos de igual nivel de iluminación formarán

circunferencias concéntricas alrededor de la vertical que pasa por la lámpara,

(curvas Iso-lux).

Distancia

metros

Angulo

º

cos3a I

(1.000 Lm)

Candelas

I

(8.460 Lm)

Candelas

E

Lux

0 0,0 1 130 1.098 30,0

1 9,4 0,960 145 1.225 32,6

2 18,4 0,853 155 1.309 31,0

3 26,5 0,715 150 1.269 25,1

4 33,6 0,576 135 1.140 18,2

5 39,8 0,453 130 1.098 13,8

6 45,0 0,353 120 1.014 9,9

7 49,3 0,275 110 929 7,1

8 53,1 0,216 105 887 5,3

Para una gran parte de las aplicaciones es suficiente con la representación de una

o dos curvas fotométricas de intensidades, las correspondientes a un solo plano o

a dos planos perpendiculares. No obstante existen aplicaciones en las que hay

que hacer uso de otro tipo de curvas que faciliten la solución gráfica de los

problemas.

Así, del cuadro expuesto anteriormente podemos obtener dos tipos de curvas de

gran utilidad práctica, las llamadas "Iso-lux" e "Iso-candelas".

A) CURVAS ISOLUX

Una forma de representación, de gran utilidad en la elaboración de proyectos de

alumbrado, se encuentra en las llamadas curvas Isolux, definidas como el lugar

geométrico de puntos de una superficie que tienen igual nivel de iluminación. Son

análogas a las curvas de nivel de los planos topográficos, con la salvedad de que

ahora en lugar de indicar metros indicaremos lux.

En la siguiente figura hemos representado las curvas Isolux de una luminaria, para

alumbrado viario, modelo F-12211 de BJC, junto con las inseparables curvas de

utilización.

Sobre las curvas Isolux distinguiremos dos zonas, una que corresponde a la

emisión anterior de la luminaria, es decir, del lado de la calzada, y otra,

correspondiente al lado posterior de la luminaria o lado de la acera. Estas dos

zonas quedan delimitadas por el plano perpendicular al suelo y paralelo a la

calzada, que pasa por el centro de la luminaria.

Mientras no se diga lo contrario, las curvas Isolux se suministran, para una

determinada luminaria, reducidas a la distancia de 1 metro y referidas a 1.000

lúmenes. Los ejes de estas curvas están referidos a múltiplos de H (altura de las

luminarias), lo cual nos obliga a utilizar escalas que reduzcan las medidas

originales a su equivalente en el plano de las curvas Isolux; por lo tanto, según el

triángulo tendremos:

Esto equivale a decir que una medida A en la realidad equivaldrá a otra a/H en el

plano del dibujo. Así, por ejemplo, H en el plano del dibujo es de 32 mm., y si

consideramos que la luminaria está a 10 metros, la escala resultante será de

32/10=3,2, es decir, que 1 metro en la realidad equivaldrá a 3,2 mm. en el plano

del dibujo.

Puesto que, según hemos dicho, las curvas Isolux vienen siempre referidas a 1

metro y a 1.000 lux, esto nos obliga también a buscar un factor de corrección que

adapte los valores de las curvas a otra distancia y a otro flujo luminoso. La

adaptación a otra distancia H se deduce fácilmente si tenemos presente que

Para otro flujo, teniendo en cuenta que para una misma superficie,

Finalmente, el valor del nivel de iluminación adaptado a las nuevas condiciones,

resultará ser:

Por ejemplo, en las curvas Isolux de la luminaria F-12211 y en el punto (0; 1,5H

lado acera), le corresponde una iluminación de 20 lux. Calcular el nivel de

iluminación correspondiente cuando la luminaria lleve una lámpara de 250 W., de

vapor de mercurio (25.000 Lm.), y se halle colocada a una altura de 9 metros.

Aplicando la fórmula tendremos:

La casa Indalux, con el fin de contribuir a una mayor exactitud en los cálculos de

iluminación, suele dar las características de sus luminarias, según dos sistemas

denominados B/BT y C/GM.

B) Sistema de representación B/BT

El sistema de representación B/BT consiste en dar los valores fotométricos, de 0 a

90º, de una serie de planos B con un eje de giro que pasando por el centro de la

luminaria resulta paralelo a la dirección de la calzada. La matriz de intensidades

así obtenida puede darnos idea exacta del volumen fotométrico, pudiendo

confeccionarlo a nuestro antojo.

Seguidamente mostramos la matriz de intensidades B/BT, para 1.000 Lm, de una

luminaria INDALUX tipo 470-CM.

MATRIZ DE INTENSIDADES B/BT

B/

BT

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

-90 2 3 2 2 2 2 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

-80 2 3 2 3 3 3 4 3 3 3 4 4 4 5 5 4 3 4 4

-70 2 3 3 4 8 9 8 15 23 30 34 37 41 44 47 49 51 52 52

-60 2 5 7 10 16 36 52 61 69 75 77 79 80 79 79 79 80 80 81

-50 2 1

0

14 18 48 81 98 10

6

11

0

10

7

10

4

10

1

97 94 93 91 92 93 93

-40 2 1

4

21 40 83 11

9

14

6

15

3

14

4

13

1

12

1

11

6

11

5

11

4

11

0

11

0

11

2

11

6

11

7

-30 2 1

9

41 78 11

4

15

8

18

5

18

8

17

1

15

3

14

1

14

5

13

9

13

6

13

3

13

3

13

4

14

5

14

5

-20 2 2 66 11 16 19 21 21 19 17 16 16 16 15 15 16 16 16 17

2 7 4 5 4 4 6 4 7 3 0 7 7 1 2 8 0

-10 2 2

5

88 15

2

20

4

23

3

24

2

23

4

21

1

19

3

18

4

18

1

18

3

18

4

18

6

19

1

20

0

20

4

20

2

0 2 2

8

10

5

18

2

23

9

26

3

25

5

23

5

21

8

21

0

20

2

19

8

19

8

20

2

21

4

22

2

22

7

22

7

22

7

10 2 2

7

10

1

17

2

23

0

25

5

25

3

23

2

21

7

20

8

20

0

19

9

20

4

20

9

21

3

21

8

22

3

22

5

22

7

20 2 2

6

93 15

7

21

2

24

4

24

5

22

1

20

0

18

8

18

3

18

3

18

8

18

9

19

0

19

7

20

1

19

9

20

2

30 2 2

4

80 13

7

18

5

21

6

21

9

20

5

17

7

16

2

16

0

16

1

16

1

16

1

16

0

15

8

15

7

16

0

16

2

40 2 2

1

63 11

4

14

6

17

8

18

2

17

0

15

0

13

4

12

4

13

1

13

2

13

1

13

1

13

0

12

8

12

8

12

9

50 2 1

9

43 88 11

1

13

0

13

9

13

1

11

5

10

7

10

0

98 10

3

10

4

10

1

99 10

0

10

0

10

1

60 2 1

6

21 56 74 84 87 85 79 65 78 77 79 79 77 76 76 76 77

70 2 1

2

15 19 37 48 37 41 43 43 46 48 49 50 49 52 55 56 56

80 2 8 9 12 12 13 12 13 13 13 13 14 15 15 16 17 17 18 18

90 2 4 4 4 4 4 4 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

C) Sistema de representación C/GM

Este sistema de representación da los valores fotométricos de 0 a 90º de una serie

de semiplanos C, comprendidos a un lado de la luminaria y entre los ángulos 90-0-

270º.

Posiblemente sea este sistema de representación el más comúnmente utilizado,

sobre todo para realizar cálculos por ordenador.

Seguidamente mostramos la matriz de intensidades C/GM, para 1.000 Lm, de una

luminaria INDALUX tipo 470-CM.

MATRIZ DE INTENSIDADES C/GM PARA 1000 LM. DE LÁMPARA

C/

GM

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 8

5

9

0

90 22

7

22

7

22

7

21

8

20

2

17

8

16

2

14

1

12

9

11

3

10

1

85 77 68 56 40 18 6 2

80 22

7

22

7

22

7

21

8

20

2

17

8

16

2

14

1

12

9

11

3

10

1

85 77 68 56 40 18 6 2

70 22

7

22

7

22

7

21

8

20

2

18

2

16

2

14

5

13

3

12

1

10

5

89 79 68 52 36 18 6 2

60 22

7

22

7

22

7

22

2

21

4

19

0

17

0

15

4

14

1

12

9

11

3

10

1

87 77 58 40 18 6 2

50 22

7

22

7

22

7

22

2

21

4

19

8

17

8

16

6

15

4

13

7

12

5

10

9

91 81 64 44 20 6 2

40 22

7

22

7

22

7

22

2

21

4

20

2

18

6

17

8

16

6

15

4

13

7

11

3

10

5

93 60 50 24 8 2

30 22 22 22 22 21 20 20 19 17 17 15 14 14 12 11 77 32 1 4

7 7 7 2 4 6 2 0 8 0 8 5 1 9 3 2

20 22

7

22

7

22

7

22

2

21

8

21

0

20

6

19

8

19

0

18

6

18

6

19

0

20

2

19

8

17

0

12

1

68 1

6

4

10 22

7

22

7

22

7

22

2

21

4

21

0

20

6

20

2

20

2

20

6

21

4

22

7

25

1

25

1

22

7

15

4

97 2

0

4

0 22

7

22

7

22

7

22

2

21

4

20

2

19

8

19

8

20

2

21

0

21

8

23

5

25

5

26

3

23

9

18

2

10

5

2

8

4

350 22

7

22

7

22

7

21

4

20

2

19

4

19

0

18

6

18

6

19

0

20

6

23

1

23

1

20

2

15

4

85 20 4 2

340 22

7

22

7

22

2

21

0

19

4

18

6

18

2

17

4

17

0

17

0

17

0

18

2

18

6

17

0

12

5

72 16 4 2

330 22

7

22

7

21

8

20

2

18

6

17

4

16

6

16

2

15

8

15

4

13

7

13

7

13

7

12

1

89 50 8 4 2

320 22

7

22

7

21

8

19

8

18

2

16

6

15

4

14

5

14

1

13

7

12

1

11

3

10

9

93 72 38 6 2 0

310 22

7

22

7

21

4

19

4

17

8

16

2

14

5

13

7

12

9

12

1

10

9

10

1

97 85 58 32 6 2 0

300 22

7

22

7

21

0

19

0

17

0

15

4

14

1

12

9

11

7

10

9

97 93 89 74 54 30 6 2 0

290 22

7

22

7

20

6

18

6

17

0

15

4

13

7

12

5

11

3

10

1

93 89 83 70 52 30 6 2 0

280 22

7

22

7

20

2

18

6

17

0

15

8

14

5

13

3

11

7

10

1

93 89 81 70 52 28 4 2 0

270 22

7

22

7

20

2

18

6

17

0

15

8

14

5

13

3

11

7

10

1

93 89 81 70 52 28 4 2 0

Por ejemplo, supongamos la luminaria INDALUX 470-CM, con una lámpara de

vapor de mercurio de 250 W, a la que le corresponden 12.000 lúmenes. La

luminaria está a 9 metros de altura y pretendemos calcular el nivel de iluminación

en un punto localizado, según la representación C/GM, en C= 80º y GM= 40º.

Según la matriz de valores para esta luminaria, le corresponde una intensidad de

129 candelas, que referidas a los 12.000 lúmenes que da la lámpara, tendremos:

siendo el nivel de iluminación, en el mencionado punto:

III. Método de iluminación media (método de los lúmenes)

El cálculo de la iluminación en un punto de una superficie por el uso de la curva de

distribución de candelas de una luminaria, indica sólo la iluminación producida

directamente por la luminaria en el interior de un local, la iluminación en un punto

sobre una superficie horizontal se obtiene no sólo por el flujo recibido directamente

desde la luminaria, sino también por el reflejado desde el techo y las paredes

laterales por encima de la superficie. El techo y las paredes reciben flujo luminoso

de la luminaria, parte de este flujo es reflejado según la naturaleza de la superficie

y las características espectrales del flujo incidente. Después de una o más

reflexiones, una parte de dicho flujo puede recibirse eventualmente en la superficie

horizontal considerada. La superficie investigada se denomina generalmente el

plano de trabajo y puede ser un plano real (como la superficie de una mesa) o un

plano imaginario a una distancia determinada sobre el suelo.

Si el flujo que incide sobre el plano de trabajo se divide por el flujo emitido por el

elemento de iluminación, la relación puede denominarse Factor de Utilización para

la unidad determinada y la sala particular considerada.

Coeficiente del local:

La fracción del flujo luminoso emergente de un grupo de elementos de iluminación

que llega al plano de trabajo depende de las proporciones del local y los factores

de reflexión de las diversas superficies del mismo. Una sala alta y angosta tiene

una absorción de la luz por las paredes mayor que una sala ancha y relativamente

baja.

Para las salas cuadradas, el índice del local mediante dos ecuaciones distintas:

una para los sistema de iluminación indirecta donde el techo es el manantial en

todo lo que se refiere a las interreflexiones dentro de la sala, y otra para los

sistemas directos en términos de la altura de montaje de los elementos de

iluminación. Además, se establece el índice del local en términos de las

dimensiones verticales sobre el plano de trabajo, así tenemos para los sistemas

indirectos:

(7.16)

Donde:

h t : Altura del techo sobre el plano de trabajo

K ind : Coeficiente del local, para sistemas indirectos

Para los sistemas directos:

(7.17)

Donde:

h : Altura de la superficie de la luminaria

K dir : Coeficiente del local para los sistemas directos

Para los sistemas de iluminación indirectos, el techo es el manantial luminoso de

la sala y por esto es por lo que la altura considera al valorar el coeficiente del local

es la del techo.

En los sistemas de iluminación directa en los cuales el flujo luminoso es emitido

por el elemento de iluminación, la altura del techo tiene una importancia

relativamente pequeña en sentido vertical descendente y la altura de montajes el

criterio para evaluar el coeficiente del local.

Muchos elementos de iluminación no son completamente directos o indirectos en

su forma de distribución del flujo. Sin embargo, los datos fotométricos especifican

generalmente las fracciones del flujo por encima y por debajo de la horizontal

finalmente obtenemos:

(7.18)

Donde:

I L : Índice del local

K 1 : Cuantifica el flujo luminoso hacia arriba

K 2 : Cuantifica el flujo luminoso hacia abajo

Factor de utilización:

Las variables consideradas para cada tipo de elemento de iluminación son el

índice del local, el factor de reflexión del techo, y el factor de reflexión de la pared.

Los ensayos han demostrado que el factor de reflexión del suelo ejerce poco

efecto sobre la iluminación cuando es menor del 40 %. Con factores de reflexión

mayores, especialmente si el techo y las paredes laterales están también muy

iluminados, los coeficientes de distribución (factor de utilización) pueden aumentar

hasta un 15 %. Todos los resultados del método de los lúmenes usados

actualmente se refieren a este factor de reflexión del suelo, sin mencionar,

generalmente, su magnitud.

Debe descontarse algo por la perdida de luz emitida por las lámparas a causa de

su envejecimiento, así como por el polvo y la suciedad que se acumula en el

elemento de iluminación, incluso con una limpieza a fondo. La iluminación al cabo

de un cierto tiempo (mantenida), producida por un elemento medio en condiciones

medias de limpieza, es del orden del 70 % del valor original. Algunos elementos de

iluminación puede que no sean susceptibles de recoger polvo en superficies que

rebajen la eficiencia lumínica de la unidad. Para estas instalaciones puede usarse

un valor de mantenimiento mas elevado. Para otros, especialmente tipos

indirectos y aquellos en que la frecuencia de limpieza sea escasa, el factor de

mantenimiento puede ser considerablemente inferior al 70 %. Para cada tipo de

elemento de iluminación de la tabla X (anexos), se dan los coeficientes de

mantenimiento en condiciones de suciedad y servicio de limpieza buenas, medias

y malas, y coeficiente de utilización.

Resumiendo las condiciones establecidas en forma de ecuación, se obtiene:

Donde:

: Flujo luminoso (lumen inicial por lámpara)

E : Nivel de iluminación (iluminación media al cabo de cierto tiempo de trabajo en

lux)

n : Numero total de lámparas

K u : Factor de utilización

K m : Factor de mantenimiento

IV. Método de cavidad zonales.

El método de cavidades zonales esta basado sobre la teoría de que la iluminación

media es igual al flujo que incide sobre el plano de trabajo dividido por el área

sobre la cual se distribuye. Este avance en el calculo del factor de utilización se

caracteriza principalmente por la introducción de medios, por los cuales pueden

calcularse estos para muchas condiciones variables, que antiguamente o bien se

ignoraban o se establecían como valores o relaciones fijos.

El nuevo sistema considera la habilitación real como constituida por una cavidad

de techo por encima de las luminarias, una cavidad de suelo debajo del plano de

trabajo y una cavidad de habitación situada entre los dos (figura Nº 7.20)

En el caso general, están presentes todas estas cavidades. En el caso de

luminarias empotradas o salientes, la cavidad de techo es simplemente el techo.

Cuando se ha de determinar la iluminación sobre el suelo, la cavidad de suelo se

convierte en el suelo.

Ahora es posible calcular las relaciones numéricas denominadas “relación de

cavidad” que pueden usarse para determinar la reflectancia eficaz del suelo y el

techo y a continuación hallar el coeficiente de utilización.

Las etapas básicas en el cálculo de cualquier iluminación media son las

siguientes:

• Determinar las relaciones de cavidad para las tres cavidades indicadas en la

figura Nº 7.20.

(7.20)

(7.21)

(7.22)

Donde:

h : Razón de cavidad de la habitación

c : Razón de cavidad del techo

p : Razón de cavidad del suelo

l : Largo del local (m)

: Ancho del local (m)

h h : Altura útil de la habitación

h c : Altura de la cavidad del cielo

h p : Altura de la cavidad del piso

• Obtener la reflectancia eficaz de la cavidad del techo ? cc para la combinación de

la reflectancia del techo y la pared a emplear mediante la tabla XII (anexo). Nótese

que, para iluminarías empotradas o aplicadas al techo ? c =0 y la reflectancia de

techo puede usarse como reflectancia eficaz de la cavidad. A menos que haya de

calcularse la iluminación inicial, las reflectancias de techo y pared deben ser

consideradas como reflectancias permanentes.

• Obtener la reflectancia eficaz de la cavidad de suelo ? fc por combinación de las

reflectancia del suelo y pared a emplear mediante la tabla XII (anexo). A no ser

que haya de calcularse la iluminancia inicial, las reflectancias de suelo y pared se

consideran como reflectancias permanentes.

• Obtener el coeficiente de utilización de la luminaria para una condición de

reflecancia eficaz de la cavidad del suelo del 20 % mediante la tabla XIII (anexo),

interpolando entre los valores tabulados los necesarios para equilibrar el tamaño

de la habitación con las combinaciones de reflectancia de techo y pared.

• Si la reflectancia eficaz de la cavidad de suelo ? fc obtenida en la etapa 3 difiere

significativamente del 20 % obténgase un factor mediante la tabla XIV a ó XIV b

(anexo). Multiplicar el coeficiente de utilización por este factor.

• Obtener el coeficiente de mantenimiento, mediante la siguiente formula:

(7.23)

Donde:

K m : Coeficiente de mantenimiento

K l : Factor de depreciación por uso de la lámpara (factor que considera el

envejecimiento del elemento que produce la luz)

K d : Factor de depreciación por mantención de equipo (factor que considera la

suciedad sobre la luminaria, dado por figura 13, (anexo)

K r : Factor de mantenimiento de paredes (factor que considera la limpieza del

recinto paredes, dado por figura 14 y tabla XV, (anexo)

K q : Factor que considera el porcentaje de lámpara quemadas

Finalmente, se utiliza la ecuación Nº 7.24.

(7.24)

Donde:

: Flujo luminoso (lumen iniciales por lámparas)

E : Nivel de iluminación (iluminación media al cabo de cierto tiempo de trabajo en

lux)

n : Numero total de lámparas

K u : Factor de utilización

K m : Factor de mantenimiento

V. Método del punto por punto

Este método permite conocer los valores de iluminancia en puntos concretos.

Consideraremos que la iluminancia en un punto es la suma de la luz proveniente

de dos fuentes, componente directa, producida por la luz que llaga al plano de

trabajo directamente de las luminarias, y otra indirecta o reflejada procedente de la

reflexión de la luz de las luminarias en el techo, paredes y demás superficies del

local.

En la figura Nº 7.21 podemos ver que solo unos pocos rayos de luz serán

perpendiculares al plano de trabajo, mientras que el resto serán oblicuos. Esto

quiere decir que de la luz incidente sobre un punto, solo una parte servirá para

luminar el plano de trabajo y el resto iluminara el plano vertical a la dirección

incidente en dicho punto.

Luz directa

Luz indirecta proveniente del techo

Luz indirecta proveniente de las

paredes

Figura Nº 7.21

En general, para hacernos una idea de la distribución de la iluminancia nos

bastará con conocer los valores de la iluminancia sobre el plano de trabajo; es

decir, la iluminancia horizontal (ecuación Nº 7.25). Sólo nos interesará conocer la

iluminancia vertical (ecuación Nº 7.26) en casos en que se necesite tener un buen

modelado de la forma de los objetos (deportes de competición, escaparates,

estudios de televisión y cine, retransmisiones deportivas) o iluminar objetos en

posición vertical (obras de arte, cuadros, esculturas, pizarras, fachadas, etc.).

(7.25)

(7.26)

Para utilizar el método del punto por punto necesitamos conocer previamente las

características fotométricas de las lámparas y luminarias empleadas, la

disposición de las mismas sobre la planta del local y la altura de estas sobre el

plano de trabajo. Una vez conocidos todos estos elementos podemos empezar a

calcular las iluminancias. Mientras más puntos calculemos más información

tendremos sobre la distribución de la luz.

Bibliografia

http://patricioconcha.ubb.cl/eleduc/public_www/capitulo7/calculo_de_iluminacion.html#1

http://www.catehe.com/02_teoria/02_001.htm#1.2 Iluminación eléctrica.

http://www.netcom.es/pepeocu/alumbrado/alumbrado3.htm