ILUMINACION_manual

ASPECTOS BASICOS ILUMINACION

ASPECTOS BASICOS

DE ILUMINACION

Ricardo García San José Ingeniero Industrial (Noviembre 2.001)

ASPECTOS BASICOS DE LA ILUMINACION Página 2

INDICE INTRODUCCION....................................................................................................................... 3 1.- RADIACION VISIBLE......................................................................................................... 3 2.- FACTOR DE VISIBILIDAD................................................................................................ 4 3.- MAGNITUDES FUNDAMENTALES DE LUMINOTECNIA........................................... 5 3.1.- FLUJO LUMINOSO.................................................................................................... 5 3.2.- RENDIMIENTO LUMINOSO.................................................................................... 5 3.3.- INTENSIDAD LUMINOSA........................................................................................ 6 3.4.- ILUMINANCIA........................................................................................................... 6 3.5.- LUMINANCIA............................................................................................................ 11 3.6.- DURACION DE LAS FUENTES DE LUZ................................................................. 11 3.7.- EL COLOR EN LAS FUENTES DE LUZ.................................................................. 12 4.- FORMAS DE PRODUCCION DE LUZ.............................................................................. 14 4.1.- TERMORRADIACION................................................................................................ 14 4.2.- LUMINISCENCIA...................................................................................................... 14 5.- TIPOS DE LAMPARAS....................................................................................................... 15 5.1.- LAMPARAS DE TERMORRADIACION.................................................................. 15 5.1.1.- LAMPARAS INCANDESCENTES............................................................. 16 5.1.2.- LAMPARAS HALOGENAS........................................................................... 17 5.2.- LAMPARAS DE LUMINISCENCIA O DESCARGA............................................... 18 5.2.1.- LAMPARAS DE VAPOR DE SODIO............................................................ 19 5.2.2.- LAMPARAS DE VAPOR DE MERCURIO DE ALTA PRESION............... 21 5.2.3.- LAMPARAS FLUORESCENTES.................................................................. 23 5.2.4.- LAMPARAS DE INDUCCION...................................................................... 26 6.- LUMINARIAS...................................................................................................................... 27 6.1.- CLASIFICACION DE LAS LUMINARIAS............................................................... 27 6.1.1.- POR LA DISTRIBUCION DE FLUJO LUMINOSO..................................... 27 6.1.2.- POR EL ANGULO DE APERTURA DEL HAZ............................................ 28 7.- MANTENIMIENTO DE LAS INSTALACIONES.............................................................. 29 8.- NORMAS GENERALES PARA AHORRO DE ENERGIA EN ALUMBRADO.............. 30 9.- EFICACIA DEL SISTEMA DE ILUMINACION............................................................... 32 BIBLIOGRAFIA........................................................................................................................ 34 ANEXOS..................................................................................................................................... 35


INTRODUCCION

En este tema se pretende únicamente analizar los aspectos básicos de la iluminación. Este es un campo habitualmente poco conocido y que, sin embargo, tiene una gran importancia a efectos energéticos. Según datos de la Agencia Internacional de la Energía es, después de los motores, la aplicación eléctrica más utilizada, con un 17 % de la demanda total.

En la primera parte se tratan las unidades fundamentales de luminotecnia, al objeto de fijar los

criterios que sirvan para comparar las distintas fuentes de luz; posteriormente, se estudian los principales tipos de lámparas existentes en el mercado para, finalmente, fijar algunos criterios de ahorro energético. Para analizar los diferentes tipos de lámparas, se ha recurrido a los catálogos de diversos fabricantes, por ser en ellos donde se recoge una mayor y más fiable información.

No se tratan otros aspectos importantes como tipos de arrancadores, equipos auxiliares, diseño y

cálculo de sistemas de iluminación, control de deslumbramiento, etc., por requerirse para ello un tiempo de exposición bastante más amplio. 1.- RADIACION VISIBLE

Las radiaciones visibles son aquellas radiaciones electromagnéticas capaces de producir sensaciones visuales en el ojo humano.

Las radiaciones electromagnéticas se caracterizan por su frecuencia o por su longitud de onda;

ambas están directamente relacionadas, ya que todas las radiaciones electromagnéticas se desplazan a la misma velocidad, aproximadamente 300.000 km/s en el vacío.

El espectro visible está comprendido entre 380 nm y 760 nm, aproximadamente. Sus límites no son absolutos, sino que dependen de diversos factores como: individuos, grado de fatiga del ojo, momento de la percepción, etc.

El espectro visible está limitado por las radiaciones ultravioletas por un extremo y las infrarrojas

por el otro.


2.- FACTOR DE VISIBILIDAD

En el ojo humano existen dos tipos de células fotosensibles, los conos y los bastones. A los conos les corresponde la visión diurna o fotópica (con altos niveles de iluminación). Se

caracterizan por la gran nitidez y la rápida percepción de contrastes y colores. La visión nocturna o escotópica les corresponde a los bastones (bajos niveles de iluminación). A las zonas intermedias se las denomina como visión mesópica. El ojo no tiene la misma sensibilidad para todas las radiaciones del espectro visible, es decir, que

las sensaciones producidas por una determinada cantidad de energía radiada en diferentes longitudes de onda son distintas.

La máxima sensibilidad del ojo, en visión fotópica, se da en la zona alrededor de los 555 nm; en visión escotópica ésta máxima sensibilidad se desplaza hacia longitudes de onda más cortas.

Este desplazamiento de la máxima sensibilidad es conocido como «Efecto Purkinje».

Tabla: Factores de visibilidad de la Radiación.

(nm) Factor (nm) Factor (nm) Factor 380 0,00004 510 0,503 640 0,175 390 0,00012 520 0,710 650 0,107 400 0,0004 530 0,862 660 0,061 410 0,0012 540 0,954 670 0,032 420 0,004 550 0,995 680 0,017 430 0,0116 560 0,995 690 0,0082 440 0,023 570 0,952 700 0,0041 450 0,038 580 0,870 710 0,0021 460 0,06 590 0,757 720 0,00105 470 0,091 600 0,631 730 0,00052 480 0,139 610 0,503 740 0,00025 490 0,208 620 0,381 750 0,00012 500 0,323 630 0,265 760 0,00006


3.- MAGNITUDES FUNDAMENTALES DE LUMINOTECNIA 3.1.- FLUJO LUMINOSO (F)

Es la cantidad de energía radiante luminosa emitida por una fuente de luz en la unidad de tiempo; se trata por tanto de una potencia luminosa.

Su unidad es el LUMEN (lm). La relación que permite conocer el equivalente mecánico del flujo luminoso es que 1 W de

potencia radiante luminosa de 555 nm equivale a 683 lm. Como se ha indicado antes, la sensibilidad del ojo varía con la longitud de onda de la radiación

visible; a los 555 nm se les atribuye una sensibilidad unidad. Las sensibilidades para el resto de las frecuencias son inferiores y están indicadas en la tabla anterior.

La sensación luminosa que recibe una persona, para cada frecuencia, es proporcional al producto

de la energía radiante que la radiación incidente transporta en dicha frecuencia, por la sensibilidad relativa correspondiente a la misma frecuencia.

Las fuentes luminosas tienen espectros de emisión con potencias variables para las diferentes

frecuencias; el flujo luminoso emitido se obtiene ponderando las potencias correspondientes a cada frecuencia de emisión con los factores de sensibilidad del ojo para las mismas frecuencias. 3.2.- RENDIMIENTO LUMINOSO (R)

El rendimiento luminoso es el cociente entre el flujo luminoso que emite la fuente luminosa y el flujo que emitiría si toda su potencia se transformase en emisión luminosa de 555 nm.

En la práctica se define el rendimiento luminoso como el cociente entre el flujo luminoso emitido

por la fuente de luz y la potencia eléctrica de dicha fuente. Unidad: lm/W. Desde el punto de vista de aprovechamiento energético, una lámpara será tanto más eficiente

cuanto mayor cantidad de lúmenes produzca por cada vatio eléctrico; en este aspecto debe tenerse siempre en cuenta que muchas lámparas requieren equipos auxiliares que han de valorarse a la hora de calcular el rendimiento luminoso, debiéndose considerar los lm/W producidos incluyendo el consumo de los equipos auxiliares.

En general, para un mismo tipo de lámparas el Rendimiento Luminoso aumenta con la potencia de

las mismas.


3.3.- INTENSIDAD LUMINOSA (I)

Es el flujo luminoso emitido en una dirección determinada, por unidad de ángulo sólido (estereorradián).

Unidad: CANDELA (Cd) = lm/estereorradián. La Candela es la unidad base del Sistema Internacional de Unidades, de la cual se derivan las

distintas unidades fotométricas La intensidad luminosa se obtiene de las curvas proporcionadas por los fabricantes y pueden

corresponder a las lámparas y/o a las luminarias; expresan como se distribuye el flujo luminoso de una fuente de luz.

Estas curvas son de elevado interés a la hora de proyectar un sistema de iluminación, ya que

indican hacia donde se emite el flujo luminoso, pudiéndose comprobar qué aprovechamiento puede obtenerse del mismo en el espacio a iluminar. 3.4.- ILUMINANCIA (E)

Es el flujo luminoso recibido por unidad de superficie. Se designa también como NIVEL DE ILUMINACION.

Unidad: LUX (lx) = lm/m² . El nivel de iluminación debe adecuarse a la actividad a desarrollar en los locales, siendo la primera

unidad que se debe fijar al realizar un proyecto de iluminación. Depende del tipo de actividad que se vaya a realizar.

Se adjunta una tabla con los niveles de iluminación recomendados por el CIE (COMMISSION

INTERNATIONALE DE L´ECLAIRAGE), para diferentes tipos de locales.


NIVELES DE ILUMINACION RECOMENDADOS INDUSTRIAS (Trabajos interiores)

LOCAL O ACTIVIDAD E (lux) Fábricas de chocolate Areas de trabajo en general................................................................................... 300 Decoración, inspección......................................................................................... 500 Lecherías Envasado de leche................................................................................................. 300 Panaderías Areas de trabajo en general................................................................................... 300 Decoración, inspección......................................................................................... 500 Cervecerías ................................................................................................................ 300 Fábricas de conservas............................................................................................... 500 Fábricas de Cuero Prensado, lustrado................................................................................................. 750 Corte, costura........................................................................................................ 1.000 Clasificación, igualación, selección...................................................................... 1.500 Productos Cerámicos (Alfarerías) Caldeo................................................................................................................... 200 Modelistería, moldeo a la prensa.......................................................................... 300 Esmaltería, decoración.......................................................................................... 750 Industria Química Areas interiores en la fábrica................................................................................ 200 Trituración, mezcla............................................................................................... 300 Satinado, inyección............................................................................................... 500 Control.................................................................................................................. 500 Laboratorios.......................................................................................................... 750 Obtención de colores............................................................................................. 1.000 Talleres Mecánicos Trabajo a mano o a máquina, ordinario, soldadura............................................... 300 Trabajo a mano o a máquina, mediano................................................................. 500 Trabajo a mano o a máquina, fino........................................................................ 750 Trabajo muy fino.................................................................................................. 1.000 Trabajo de precisión muy fino.............................................................................. 2.000 Fábricas de Papel Fabricación de papel y cartón............................................................................... 300 Imprentas Máquinas, impresoras, encuadernación................................................................ 500 Composición a mano............................................................................................ 750 Retoque, fotograbado............................................................................................ 1.000 Industria Eléctrica Areas de trabajo en general................................................................................... 300 Ensamblaje mediano............................................................................................. 500 Ensamblaje fino.................................................................................................... 1.000 Ensamblaje muy fino............................................................................................ 1.500 Ajuste, inspección................................................................................................. 1.000


INDUSTRIAS (Trabajos interiores)

LOCAL O ACTIVIDAD E (lux) Fábricas de Textiles Cardadura, extendido............................................................................................ 300 Enderezamiento, hilandería................................................................................... 500 Tejido de telas ordinarias...................................................................................... 750 Tejidos de tela de lana peinada............................................................................. 1.000 Inspección............................................................................................................. 1.500 Fundiciones Moldeado ordinario, colada, trabajo grueso......................................................... 300 Moldeado fino, fabricación de núcleos, inspección.............................................. 500 Bodegas y Almacenes Salas de almacenamiento...................................................................................... 150 Embalaje y despacho............................................................................................. 300 Fábricas de Vidrio Salas para mezcla.................................................................................................. 200 Moldeado, soplado................................................................................................ 300 Decoración............................................................................................................ 500 Grabado................................................................................................................. 750 Carpinterías Trabajo ordinario con sierra y corte...................................................................... 200 Trabajo ordinario a mano...................................................................................... 300 Trabajo mediano a mano....................................................................................... 500 Acabado, inspección final..................................................................................... 750


OFICINAS Y ESCUELAS

LOCAL O ACTIVIDAD E (lux) Oficinas Salas de conferencia.............................................................................................. 300 Oficinas generales de superficie normal....................................................................................... 500 de superficie extensa o de planta libre........................................................... 1.000 Mesas de dibujo.................................................................................................... 1.000 Escuelas Salas de clase, auditorios...................................................................................... 300 Laboratorios, librerías, salas de lectura grandes, salas de exposiciones............... 500

TIENDAS, ALMACENES Y AREAS DE EXHIBICION

LOCAL O ACTIVIDAD E (lux) Tiendas Tiendas en general................................................................................................ 300 Tiendas de autoservicio......................................................................................... 500 Supermercados...................................................................................................... 750 Salas de exposición.................................................................................................... 500 Museos y Galerías de Arte General: Cuadros y objetos sensibles a la luz................................................................. 150 Cuadros y objetos insensibles a la luz............................................................. 300

EDIFICIOS PUBLICOS

LOCAL O ACTIVIDAD E (lux) Cines Area de espectadores............................................................................................. 50 Vestíbulos............................................................................................................. 150 Teatros y Salas de Conciertos Area de espectadores............................................................................................. 100 Vestíbulos............................................................................................................. 200 Iglesias Nave...................................................................................................................... 100 Coro...................................................................................................................... 150


RESIDENCIAS Y HOTELES LOCAL O ACTIVIDAD E (lux)

Residencias Alcobas: General............................................................................................................ 50 Cabecera de la cama........................................................................................ 200 Baños: General............................................................................................................ 100 Afeitado, maquillaje........................................................................................ 500 Salas de estar: General............................................................................................................ 100 Lectura, costura............................................................................................... 500 Escaleras 100 Cocinas: General............................................................................................................ 300 Zonas de trabajo.............................................................................................. 500 Cuarto de trabajos manuales................................................................................. 300 Cuarto de niños..................................................................................................... 150 Hoteles Vestíbulos o “halls” de entrada............................................................................. 300 Comedores............................................................................................................ 200 Cocinas.................................................................................................................. 500 Alcobas, baños: General............................................................................................................ 100 Local............................................................................................................... 300

ACTIVIDADES DIVERSAS LOCAL O ACTIVIDAD E (lux)

En interiores Areas de circulación, corredores y escaleras en fábricas...................................... 150 En exteriores Entradas, salidas.................................................................................................... 30 Caminos cubiertos, puentes en fábricas................................................................ 50 Dársenas, muelles................................................................................................. 100 Estaciones de servicio, surtidores......................................................................... 200


3.5.- LUMINANCIA (L)

Es la intensidad luminosa por unidad de superficie aparente, de una fuente de luz primaria o secundaria.

Unidad: Candela por m² (Cd/m²) denominada NIT. La luminancia es la que produce en el órgano visual la sensación de claridad que presentan los

objetos observados y tiene mucha importancia en los fenómenos de deslumbramiento. Esta medida debe tenerse en cuenta a la hora de proyectar un alumbrado, sobre todo en las

instalaciones donde se requiera una iluminación de alta calidad; deben utilizarse luminarias apropiadas para obtener el control de deslumbramiento adecuado.

Asimismo, también debe cuidarse la distribución de luminarias y mobiliario y los poderes de

reflexión de éste último, con el fin de reducir, en la medida de lo posible, los deslumbramientos reflejados. 3.6.- DURACION DE LAS FUENTES DE LUZ

Es el tiempo que una fuente de luz está funcionando, hasta que es considerada como inútil, de acuerdo a determinadas especificaciones.

Se distinguen dos tipos de duración:

VIDA UTIL (O VIDA ECONOMICA)

Es el tiempo (horas) durante el cual puede prestar servicio, antes de ser considerada como no apta. Habitualmente mientras emiten un 80 % o más, del flujo luminoso inicial.

VIDA MEDIA

Es el número de horas de funcionamiento para el cual siguen funcionando el 50 % de las lámparas de un mismo lote.

De ambos conceptos, en la práctica, el más importante es el de VIDA UTIL, con el cual se tiene el

número de horas que una lámpara puede estar en servicio, alcanzando un correcto nivel de prestaciones.

La vida útil depende fundamentalmente de otros factores como: - Número de encendidos (inversamente). - Número de horas de funcionamiento por encendido (directamente). - Tensión de alimentación (inversamente). - Temperatura en servicio.


3.7.- EL COLOR EN LAS FUENTES DE LUZ

En el color de las fuentes de luz hay que distinguir dos aspectos:

* INDICE DE RENDIMIENTO DE COLOR (IRC)

Todas las fuentes luminosas no son capaces de definir los colores de los cuerpos iluminados. Se conoce como Rendimiento de Color a la capacidad de reproducción cromática que presenta una lámpara en comparación con la obtenida mediante una luz de referencia.

Convencionalmente, el IRC varía entre 0 y 100, pero no debe entenderse como un porcentaje de fiabilidad de reproducción de cada uno de los colores, ya que se obtiene como promedio de las reproducciones efectuadas en los colores de una muestra. Dos lámparas pueden tener un mismo IRC y sin embargo reproducir de modo distinto un determinado color. En la tabla siguiente se especifican los Indices de Rendimiento de Color mínimos de las fuentes de luz, expresados en grupos de calidad según CIE:

GRUPO DE RENDIMIENTO DE COLOR (CIE) VALORES DEL IRC

1 (BUENO) > 85 2 (NORMAL) 70 ÷ 85 3 (MEDIOCRE) < 70

Como norma general, cuanto mayor es el Rendimiento de Color de una lámpara menor suele ser su Rendimiento Luminoso. Por este motivo, en primer lugar han de fijarse los mínimos que se deben cubrir en cuanto a Rendimiento de Color (p.e.: no es lo mismo iluminar una carretera que una tienda de tejidos) y posteriormente se deben seleccionar las lámparas que proporcionen esos mínimos con el mayor aprovechamiento energético posible.

* APARIENCIA DE COLOR

Es el color que presenta la propia fuente de luz.

Un cuerpo a cualquier temperatura sobre el cero absoluto radia energía. La cantidad de energía radiada aumenta rápidamente al aumentar la temperatura, mientras que la longitud de onda correspondiente a la máxima emisión va disminuyendo. Se denomina TEMPERATURA DE COLOR al color que presentaría un cuerpo negro que estuviese a esa temperatura. El aspecto cromático de las lámparas es el correspondiente a su temperatura de color y se clasifica:

APARIENCIA DE COLOR TEMPERATURA DE COLOR

CALIDA < 3.300 °K INTERMEDIA 3.300 ÷ 5.000 °K FRIA (LUZ DIA) > 5.000 °K


En dos aspectos prácticos la temperatura de color tiene especial importancia:

Ø La utilización simultanea de fuentes de luz con temperaturas de color diferentes está totalmente

desaconsejada, puesto que causa perturbaciones visuales debidas, en particular, a la adaptación cromática del ojo.

Ø A medida que aumenta el nivel de iluminación, también ha de hacerlo la temperatura de color.

Así, la experiencia demuestra que con iluminancias bajas se prefieren fuentes de luz cálidas y, a la inversa, con altos niveles de iluminación existe preferencia por fuentes de luz frías.

Impresión general asociada con diferentes Iluminancias y diferentes apariencias de color de las fuentes de luz.

Apariencia de Color de la Luz Iluminancia (LUX) Cálida Intermedia Fría

< 500 AGRADABLE NEUTRA FRIA 500 - 1.000

1.000 - 2.000 ESTIMULANTE AGRADABLE NEUTRA 2.000 - 3.000

> 3.000 ANTINATURAL ESTIMULANTE AGRADABLE

El color de las fuentes de luz está definido por las coordenadas X e Y del diagrama cromático.


4.- FORMAS DE PRODUCCION DE LUZ 4.1.- TERMORRADIACION

Se conoce como radiación calorífica térmica o termorradiación, a aquella que depende exclusivamente de la temperatura del cuerpo emisor.

A la parte de esta radiación emitida dentro del espectro visible se la denomina radiación por

incandescencia. La longitud de onda a la que se radia la máxima energía disminuye a medida que aumenta la temperatura.

El rendimiento luminoso útil, para cada curva de temperatura, es la relación entre la energía radiada

en la zona del visible y la energía radiada total; éste rendimiento presenta el máximo para una temperatura de unos 6500 °K, aunque debido a la curva de sensibilidad del ojo, el rendimiento visual luminoso alcanza el máximo a una temperatura de unos 4300 °K. 4.2.- LUMINISCENCIA

Es la radiación luminosa emitida por los átomos cuando sus electrones pasan a un estado fundamental desde un estado excitado; ésta transición se produce con la liberación de energía, correspondiente a la diferencia entre ambos estados, en forma de radiación electromagnética de una longitud de onda visible.

Para conseguir la luminiscencia, previamente deben excitarse los electrones de los átomos,

haciéndolos pasar de los estados fundamentales a los estados excitados (inestables). Dependiendo de cual sea el agente excitador se tienen distintos tipos de luminiscencia.

Los sistemas empleados en las lámparas son:

ELECTROLUMINISCENCIA

Se produce por el paso de la descarga eléctrica a través de los gases luminiscentes.

FOTOLUMINISCENCIA

Producida por la acción de otras radiaciones de distinta longitud de onda.


5.- TIPOS DE LAMPARAS 5.1.- LAMPARAS DE TERMORRADIACION

La luz se genera por incandescencia al hacer pasar una corriente eléctrica a través de un filamento que alcanza elevadas temperaturas. PRINCIPALES CARACTERISTICAS:

Ø Factor de Potencia unidad. Ø Rendimiento luminoso bajo. Ø Rendimiento de color excelente. Ø Instalación sencilla y económica, no se requieren equipos auxiliares. Ø Encendido y reencendido instantáneos. Ø Ausencia de efecto estroboscópico. Ø Aportación de calor considerable; este aspecto debe tenerse en cuenta en instalaciones que requieren gran número de puntos de luz.


5.1.1.- LAMPARAS INCANDESCENTES

Tienen un filamento de Wolframio o Tungsteno. La vida de la lámpara está determinada por la duración de éste filamento. Para frenar la volatilización de las partículas del filamento, en las lámparas de más de 25 W, la ampolla de la lámpara se rellena con un gas inerte a determinada presión. Este gas suele ser una mezcla de Argón y Nitrógeno, también se utiliza Kriptón o Xenón. GAMA DE POTENCIAS: 25 ÷ 2.000 W RENDIMIENTO LUMINOSO: 10 ÷ 20 lm/W INDICE DE RENDIMIENTO DE COLOR: 100 VIDA UTIL: 1.000 horas

* LAMPARAS INCANDESCENTES REFLECTORAS

Tienen un recubrimiento reflector que les permite dirigir el flujo luminoso hacia el punto de aplicación.

GAMA DE POTENCIAS: 25 ÷ 300 W RENDIMIENTO LUMINOSO: 7 ÷ 11 lm/W INDICE DE RENDIMIENTO DE COLOR: 100 VIDA UTIL: 1.000 ÷ 2.000 horas


5.1.2.- LAMPARAS HALOGENAS

Son lámparas incandescentes a las que se les añade un aditivo Halógeno o compuesto halogenado, generalmente Yodo (I). El Halógeno a temperaturas superiores a 250 °C forma Yoduro de Tungsteno; estas moléculas vuelven a disociarse a temperaturas superiores a 2.000 °C, en las proximidades del filamento, de modo que regeneran el Tungsteno del mismo, alargando la vida de la lámpara. Para conseguir las temperaturas superiores a 250 °C se fabrican con ampollas de cuarzo, que pueden soportar dichas temperaturas, y en pequeño tamaño; esto permite concentrar el flujo luminoso mediante proyectores adecuados. GAMA DE POTENCIAS: 60 ÷ 2.000 W RENDIMIENTO LUMINOSO: 15 ÷ 27 lm/W INDICE DE RENDIMIENTO DE COLOR: 100 VIDA UTIL: 2.000 horas

* LAMPARAS HALOGENAS DE BAJA TENSION Está muy extendida la utilización de lámparas halógenas de baja tensión (6, 12 ó 24 V).

GAMA DE POTENCIAS: 20 ÷ 100 W RENDIMIENTO LUMINOSO:

- DE LAS LAMPARAS 18 ÷ 25 lm/W - INCLUYENDO TRANSFORMADOR 15 ÷ 23 lm/W

INDICE DE RENDIMIENTO DE COLOR: 100 VIDA UTIL: 2.000 ÷ 3.000 horas


5.2.- LAMPARAS DE LUMINISCENCIA O DESCARGA

Estas lámparas están constituidas por un tubo de descarga, en el interior del cual hay un gas fácilmente ionizable (Neón o Argón) y una cierta cantidad de vapor metálico (Sodio, Mercurio, etc.). La descarga inicial a través del gas logra vaporizar al metal que determina las características de la luz emitida.

En el interior del tubo de descarga, los electrones libres, al ser sometidos a una diferencia de

potencial, se desplazan hacia el electrodo positivo; a medida que se van desplazando, chocan contra los átomos de gas, produciendo más electrones libres e iones positivos que se desplazan en sentidos opuestos. No todos los choques producen ionizaciones, sino que muchos átomos quedan excitados y al volver a su estado fundamental producen radiaciones luminosas. CARACTERISTICAS:

Ø La emisión luminosa de este tipo de lámparas no es continua en todo el espectro visible, sino que

se realiza mediante radiaciones de longitudes de onda concretas, que dependen del tipo de vapor metálico utilizado y de la presión del gas de llenado del tubo de descarga.

Ø Estas lámparas necesitan un sistema de arranque, para iniciar la descarga a través del gas. Ø Requieren un tiempo de encendido, hasta alcanzar las condiciones nominales de funcionamiento. Ø También necesitan Balastos para estabilizar la descarga; habitualmente se utilizan reactancias

inductivas. Ø Presentan un factor de potencia inferior a la unidad. Este factor debe ser corregido mediante

condensadores. Las lámparas que lo tienen corregido se denominan de Alto Factor. Ø Deben funcionar en determinadas posiciones, especificadas en los catálogos de los fabricantes.

CLASIFICACION:

� Estas lámparas se clasifican en función de la presión de llenado del gas en: LAMPARAS DE ALTA PRESION. LAMPARAS DE BAJA PRESION. � En función de los elementos empleados en: LAMPARAS DE VAPOR DE SODIO. LAMPARAS DE VAPOR DE MERCURIO. LAMPARA FLUORESCENTES.


5.2.1.- LAMPARAS DE VAPOR DE SODIO

* BAJA PRESION

La característica de emisión del sodio es una radiación visible casi monocromática. Esta radiación tiene una longitud de onda de 589 nm, muy próxima a la de mayor sensibilidad del ojo, por lo que el rendimiento de estas lámparas es el mayor existente en la actualidad. GAMA DE POTENCIAS: 18 ÷ 180 W RENDIMIENTO LUMINOSO:

- DE LAS LAMPARAS 100 ÷ 199 lm/W - CON EQUIPOS AUXILIARES 72 ÷ 169 lm/W

INDICE DE RENDIMIENTO DE COLOR: Debido a su emisión monocromática no reproducen los colores.

VIDA MEDIA: 15.000 horas VIDA UTIL 6.000 ÷ 8.000 horas TIEMPO DE ENCENDIDO: 15 minutos TIEMPO DE REENCENDIDO 3 minutos

* ALTA PRESION

Al aumentar la presión del gas en el tubo de descarga se ensancha el espectro de emisión, aumentando el rendimiento de color.

GAMA DE POTENCIAS: 35 ÷ 1.000 W RENDIMIENTO LUMINOSO:


INDICE DE RENDIMIENTO DE COLOR: 25 VIDA MEDIA: 20.000 ÷ 24.000 horas VIDA UTIL 8.000 ÷ 12.000 horas TIEMPO DE ENCENDIDO: 5 ÷ 10 minutos TIEMPO DE REENCENDIDO 1 minuto


* NUEVOS DESARROLLOS

Debido a su alta eficacia luminosa, se han desarrollado nuevas lámparas con mejores rendimientos de color, a fin de poder ampliar su campo de aplicación.

q LAMPARAS DE RENDIMIENTO DE COLOR MEJORADO. GAMA DE POTENCIAS: 70 ÷ 400 W RENDIMIENTO LUMINOSO:


INDICE DE RENDIMIENTO DE COLOR: 65 q LAMPARAS PARA ILUMINACION COMERCIAL GAMA DE POTENCIAS: 35 ÷ 100 W RENDIMIENTO LUMINOSO:


INDICE DE RENDIMIENTO DE COLOR: 80


5.2.2.- LAMPARAS DE VAPOR DE MERCURIO DE ALTA PRESION

En ésta familia se agrupan tres tipos básicos de lámparas: vapor de mercurio (propiamente dicho), luz mezcla y halogenuros metálicos. La característica de la emisión del mercurio es que una gran parte de la misma se produce en la región del ultravioleta. La emisión en ésta zona disminuye a medida que aumenta la presión en el tubo de descarga.

* LAMPARAS DE VAPOR DE MERCURIO

Esencialmente existen dos tipos característicos de éstas lámparas:

q DE AMPOLLA CLARA: Su espectro de emisión corresponde a la propia emisión del tubo de descarga (IRC 25). Sus aplicaciones son muy limitadas.

q DE COLOR CORREGIDO: La ampolla exterior tiene un recubrimiento fluorescente que absorbe la radiación ultravioleta y por fluorescencia la transforma en radiación visible. GAMA DE POTENCIAS: 50 ÷ 2.000 W RENDIMIENTO LUMINOSO:


INDICE DE RENDIMIENTO DE COLOR: 40 ÷ 60 VIDA MEDIA: 24.000 horas VIDA UTIL 8.000 horas TIEMPO DE ENCENDIDO: 4 ÷ 5 minutos TIEMPO DE REENCENDIDO 3 ÷ 6 minuto

* LAMPARAS DE LUZ MEZCLA En estas lámparas la estabilización de la descarga se realiza a través de un filamento, que al mismo tiempo emite luz por incandescencia, no requiriendo equipos auxiliares. GAMA DE POTENCIAS: 160 ÷ 500 W RENDIMIENTO LUMINOSO: 19 ÷ 28 lm/W INDICE DE RENDIMIENTO DE COLOR: 60 VIDA MEDIA 6.000 horas TIEMPO DE ENCENDIDO: 2 minutos


* LAMPARAS DE HALOGENUROS METALICOS

Su constitución es similar a las de vapor de mercurio de alta presión, conteniendo halogenuros (Halogeno + Indio, Talio, etc.) para producir una sustancial mejora de eficacia y rendimiento de color. Hay una ausencia casi total de radiación ultravioleta. Sus emisiones se centran en los colores fundamentales (Rojo, Verde y Azul), por lo que son muy adecuadas para instalaciones donde se prevean retransmisiones por televisión. Las prestaciones de este tipo de lámparas dependen fundamentalmente del tipo de aditivos empleados, buscándose aumentar, en unos casos el rendimiento luminoso y en otros el de color. GAMA DE POTENCIAS: 70 ÷ 3.500 W RENDIMIENTO LUMINOSO:


INDICE DE RENDIMIENTO DE COLOR: 80 ÷ 90 VIDA MEDIA: 2.000 ÷ 10.000 horas TIEMPO DE ENCENDIDO: 3 ÷ 10 minutos


5.2.3.- LAMPARAS FLUORESCENTES

Son lámparas de vapor de Mercurio a baja presión. La radiación del mercurio a baja presión se da totalmente en la zona del ultravioleta. El tubo de descarga se recubre interiormente con elementos fluorescentes que transforman la radiación ultravioleta en visible. El gran desarrollo realizado en estos recubrimientos hace que se alcancen altos rendimientos luminosos y de color. Dependiendo del tipo de recubrimiento utilizado se tienen lámparas con diferentes aspectos cromáticos, por lo que este tipo de lámparas son válidas para casi todas las aplicaciones de iluminación de interiores; se fabrican modelos adecuados para cada tipo de utilización, los catálogos de los fabricantes incluyen tablas en los que se indican las lámparas más apropiadas para cada aplicación. Sus limitaciones provienen de las potencias a las que se fabrican, ya que potencias más altas requerirían tamaños de lámparas excesivos.

* LAMPARAS DE 38 mm DE DIAMETRO

Las primeras generaciones de lámparas fluorescentes se fabricaron con un diámetro del tubo de 38 mm, en potencias de 20, 40 y 65 W; prácticamente han desaparecido, utilizándose únicamente en reposiciones. RENDIMIENTO LUMINOSO:


INDICE DE RENDIMIENTO DE COLOR: 65 ÷ 85 VIDA MEDIA: 10.000 horas VIDA UTIL 7.500 horas


El progreso en los recubrimientos ha hecho que se logren mejoras en la eficiencia de estas lámparas. Con el fin de sustituir directamente a las de 38 mm, utilizando las mismas luminarias, se han fabricado lámparas de las mismas características luminosas y de la misma longitud que las anteriores, pero con una potencia un 10 % inferior y con un diámetro del tubo de 26 mm. Las potencias de estas lámparas son: 18, 36 y 58 W, estas son las más habituales, aunque también se fabrican con otras potencias.

RENDIMIENTO LUMINOSO: - DE LAS LAMPARAS 56 ÷ 96 lm/W - CON EQUIPOS AUXILIARES 40 ÷ 79 lm/W

INDICE DE RENDIMIENTO DE COLOR: 70 ÷ 98 VIDA MEDIA: 10.000 horas VIDA UTIL 7.500 horas


* REACTANCIAS ELECTRONICAS DE ALTA FRECUENCIA En los últimos años se ha asistido a un gran desarrollado de los balastos electrónicos de alta frecuencia, para lámparas fluorescentes, que ofrecen las siguientes ventajas: - Aumento de un 25 % en la eficacia del conjunto de la lámpara con los equipos auxiliares. - Mayor número de encendidos y mejor factor de conservación de las lámparas. - Mayor vida útil de las lámparas. - Encendido prácticamente instantáneo. - Tensión de encendido más baja. - Factor de potencia próximo a la unidad. - Fácil regulación del flujo luminoso, lo que permite reducir el nivel de iluminación, con el

consiguiente ahorro. - Eliminación del efecto estroboscópico.

Las lámparas exclusivamente diseñadas para reactancias electrónicas tienen las mismas dimensiones que las de generaciones anteriores, sus potencias son de 16, 32 y 50 W; sus eficacias luminosas están comprendidas entre 91 y 104 lm/W y entre 78 y 94 lm/W incluyendo los equipos auxiliares. También se ofrecen en el mercado reactancias de alta frecuencia para su instalación con lámparas de generaciones anteriores, esta solución es más económica que la aplicación con lámparas especialmente diseñadas para reactancias electrónicas, como contrapartida no se alcanzan las mismas prestaciones.


El último desarrollo de lámparas fluorescentes corresponde a tubos de 16 mm de diámetro, son lámparas de 14, 28 y 35 W desarrollados para su uso con reactancias electrónicas; los rendimientos son idénticos a los indicados en el apartado anterior. Su principal ventaja sobre la generación anterior es su facilidad de adaptación a los falsos techos modulares.


* LAMPARAS COMPACTAS Y MINIATURA

Son lámparas fluorescentes que han sido desarrolladas para sustituir a las incandescentes. Las lámparas compactas llevan incorporados los elementos necesarios para su funcionamiento (cebadores y reactancias), de modo que pueden conectarse directamente en los casquillos de las incandescentes. GAMA DE POTENCIAS: 9 ÷ 25 W RENDIMIENTO LUMINOSO: 57 ÷ 65 lm/W INDICE DE RENDIMIENTO DE COLOR: 85 VIDA UTIL 5.000 ÷ 6.000 horas

Las lámparas miniatura están teniendo un desarrollo muy importante, en el mercado hay modelos con y sin elementos auxiliares incorporados, e incluso con reactancias electrónicas de alta frecuencia. También se han desarrollado lámparas miniaturizadas para competir con los tubos fluorescentes, por disponer potencias similares y poder utilizar luminarias más compactas. Sus potencias son de 18, 24 y 36 W; sus eficacias luminosas están comprendidas entre 67 y 81 lm/W y entre 47 y 68 lm/W incluyendo los equipos auxiliares.


5.2.4.- LAMPARAS DE INDUCCION

Aunque este principio de iluminación se conoce desde finales del siglo XIX, no se han fabricado hasta la actualidad. Es una lámpara de mercurio a baja presión, pero que carece de electrodos. Tiene una bobina inductora que, alimentada por un generador electrónico de alta frecuencia (2,65 Mhz), induce un campo eléctrico para excitar a los átomos de mercurio, produciéndose así la emisión ultravioleta. La lámpara se recubre con material fluorescente para producir luz visible, en una gama de 2.700 K a 4.000 K. Deben observarse las especificaciones de compatibilidad electromagnética y la puesta a tierra de las lámparas. GAMA DE POTENCIAS: 55 ÷ 85 W RENDIMIENTO LUMINOSO: 65 lm/W INDICE DE RENDIMIENTO DE COLOR: 80 VIDA UTIL 60.000 horas

La principal ventaja es su larga duración y baja depreciación luminosa. Por ser una lámpara de alta frecuencia posee un arranque inmediato ( 0,5 s), con fácil regulación del flujo luminoso, no presentando efecto estroboscópico. Se han desarrollado luminarias específicas para alumbrado público e iluminación comercial debido a que son apropiadas para aquellas situaciones en las que resulta difícil el mantenimiento de las lámparas, como son vestíbulos de gran altura, túneles, etc.


6.- LUMINARIAS

De acuerdo con la definición de la CIE, las luminarias son los aparatos que distribuyen, filtran o transforman la luz emitida por una o varias lámparas y que contienen todos los accesorios necesarios para fijar y proteger las lámparas y conectarlas al circuito de alimentación.

En general, las luminarias deben poseer las siguientes características: OPTICAS Ø Reparto luminoso, de acuerdo con la función que realizan. Ø Limitar la luminancia en determinadas direcciones. Ø Conseguir un buen rendimiento luminoso.

MECANICAS Y ELECTRICAS Ø Facilidad de montaje, desmontaje y limpieza. Ø Protección eficaz de las lámparas y equipos eléctricos contra polvo, humedad, etc. Ø Conseguir que las lámparas trabajen en condiciones óptimas de temperatura.

ESTETICAS

6.1.- CLASIFICACION DE LAS LUMINARIAS

De acuerdo con las características de las luminarias, se pueden establecer diferentes clasificaciones, entre las que destacan las siguientes: 6.1.1.- POR LA DISTRIBUCIÓN DE FLUJO LUMINOSO

En función del porcentaje del flujo luminoso emitido por debajo del plano horizontal que pasa por el eje de la fuente de luz, las luminarias se clasifican en 6 tipos:

TIPO DE LUMINARIA % FLUJO SALIENTE INFERIOR DIRECTA 90 ÷ 100 SEMI-DIRECTA 60 ÷ 90 GENERAL DIFUSA 40 ÷ 60 DIRECTA-INDIRECTA 40 ÷ 60 SEMI-INDIRECTA 10 ÷ 40 INDIRECTA 0 ÷ 10

Atendiendo únicamente a la eficiencia energética de los sistemas de iluminación, las luminarias a emplear serán del tipo directo.


6.1.2.- POR EL ANGULO DE APERTURA DEL HAZ

Esta clasificación únicamente se utiliza para luminarias de distribución directa y con eje de simetría. El ángulo de apertura del haz se define como el ángulo (medido desde la vertical de la luminaria) bajo el que se emite el 50 % del flujo saliente de la luminaria. La clasificación es la siguiente:

TIPO DE LUMINARIA ANGULO DE APERTURA (°) INTENSIVA 0 ÷ 30 SEMI-INTENSIVA 30 ÷ 40 DISPERSORA 40 ÷ 50 SEMI-EXTENSIVA 50 ÷ 60 EXTENSIVA 60 ÷ 70 HIPER-EXTENSIVA 70 ÷ 90

El tipo de luminaria a utilizar en cada caso vendrá determinado por la altura del local, debiéndose instalar luminarias intensivas en locales altos y extensivas en locales con poca altura.


7.- MANTENIMIENTO DE LAS INSTALACIONES

Para un buen aprovechamiento de las instalaciones es necesario realizar un correcto mantenimiento de las mismas; si las lámparas y luminarias se encuentran sucias disminuye en gran medida el flujo luminoso emitido, además de aumentar la temperatura de las lámparas, lo cual influye en su rendimiento luminoso y en su vida útil.

Deben realizarse limpiezas periódicas de las instalaciones, programando los intervalos de tiempo

entre cada limpieza, en función del grado de suciedad de los locales, debiendo ser más cortos cuanto mayor sea dicho grado de suciedad.

En instalaciones de gran tamaño, también es aconsejable programar la sustitución de las lámparas,

realiz ando el cambio de todas a un tiempo; esta sustitución debe hacerse coincidir con una operación de limpieza programada.

Para programar la sustitución de las lámparas debe tenerse en cuenta la vida útil de las mismas y su

régimen de funcionamiento, ya que la vida de las lámparas de descarga está muy condicionada por el número de encendidos, disminuyendo si el número de horas de funcionamiento por cada encendido es bajo.

La vida útil de las lámparas suele fijarse para períodos de funcionamiento de 3 horas por cada

encendido.


8.- NORMAS GENERALES PARA AHORRO DE ENERGIA EN ALUMBRADO

En éstas normas no se han considerado motivos estéticos, que pueden llevar a decisiones contrarias a la obtención del mayor aprovechamiento energético posible. INSTALACIONES NUEVAS

Ø Elegir el tipo de lámpara más adecuado para cada aplicación. Como norma general debe tenerse en cuenta que habitualmente un Rendimiento de Color alto

implica un Rendimiento Luminoso más bajo, por lo que, como primera medida, debe fijarse la "calidad" del alumbrado.

Fijar el nivel de iluminación adecuado a la actividad a realizar. En alumbrado de interiores las lámparas fluorescentes pueden cubrir casi todas las necesidades,

obteniendo unos índices de aprovechamiento energético muy altos. En éste tipo de lámparas se seleccionarán siempre las de 26 mm de diámetro y si el número de

horas de funcionamiento lo justifica, las de reactancias de alta frecuencia. Debe tenerse en cuenta que las lámparas compactas han sido diseñadas para sustituir al

alumbrado incandescente, en instalaciones nuevas su costo es más caro y obtienen, en general, un aprovechamiento energético menor.

Ø Seleccionar las luminarias más adecuadas al tipo de lámparas y a los lugares donde se vayan a

instalar; teniendo en cuenta factores como: - Suciedad del lugar. - Temperaturas del mismo. - Altura de la instalación. - Necesidades de controlar el deslumbramiento. - Etc. Ø En los paramentos interiores utilizar colores claros y materiales con factor de reflexión alto.

COLOR FACTOR MATERIAL FACTOR Blanco...................................................... 0,70-0,85 Mortero Claro.......................................... 0,35-0,55 Techo Acústico Blanco............................ 0,50-0,65 Mortero Oscuro....................................... 0,20-0,30 Gris Claro................................................. 0,40-0,50 Hormigón Claro....................................... 0,30-0,50 Gris Oscuro.............................................. 0,10-0,20 Hormigón Oscuro.................................... 0,15-0,25 Negro........................................................ 0,03-0,07 Arenisca Clara......................................... 0,30-0,40 Crema, Amarillo Claro............................. 0,50-0,75 Arenisca Oscura....................................... 0,15-0,25 Marrón Claro............................................ 0,30-0,40 Ladrillo Claro.......................................... 0,30-0,40 Marrón Oscuro......................................... 0,10-0,20 Ladrillo Oscuro........................................ 0,15-0,25 Rosa.......................................................... 0,45-0,55 Mármol Blanco........................................ 0,60-0,70 Rojo Claro................................................ 0,30-0,50 Granito..................................................... 0,15-0,25 Rojo Oscuro............................................. 0,10-0,20 Madera Clara........................................... 0,30-0,50 Verde Claro.............................................. 0,45-0,65 Madera Oscura......................................... 0,10-0,25 Verde Oscuro........................................... 0,10-0,20 Espejo de Vidrio Plateado....................... 0,80-0,90 Azul Claro................................................ 0,40-0,55 Aluminio Mate......................................... 0,55-0,60 Azul Oscuro............................................. 0,05-0,15 Aluminio Anodizado y Abrillantado....... 0,80-0,85 Acero Pulido............................................ 0,55-0,65


INSTALACIONES EXISTENTES

Ø Sustituir las lámparas de bajo rendimiento luminoso, por otras de mayor eficiencia. Antes de proceder a esta sustitución debe considerarse el régimen de funcionamiento de las

mismas, número de horas, encendidos y apagados, etc.; para poder evaluar el período de amortización de esta sustitución.

Ø Sustituir las luminarias, sobre todo aquellas que tengan las ópticas muy deterioradas, o aquellas

que no se adapten convenientemente a las características de los locales. Ø Ajustar los niveles de iluminación a las necesidades de cada zona.

CONSEJOS DE FUNCIONAMIENTO Ø Fraccionar los circuitos de alumbrado, de modo que puedan apagarse las zonas no utilizadas, o

disminuir el número de lámparas encendidas cuando los niveles de ocupación sean bajos. El fraccionamiento debe realizarse de manera que pueda aprovecharse al máximo la luz natural. Ø Mantener apagados los aparatos cuando no sean necesarios. Ø Realizar programaciones periódicas de limpieza y sustitución de lámparas.


9.- EFICACIA DEL SISTEMA DE ILUMINACION

Un sistema de iluminación será tanto más eficaz en cuanto consiga el mismo nivel de iluminación con la menor potencia instalada posible; todo ello cumpliendo los requisitos de calidad exigibles: rendimiento de color, control de deslumbramientos, etc.

La eficacia de los sistemas de iluminación depende de: - Tipo de lámparas. - Tipo de luminarias. - Geometria de los locales. - Colores y materiales de los cerramientos. El flujo luminoso que es preciso instalar se calcula con la siguiente expresión, en la cual están

contemplados todos los factores anteriores:

F = Em· S/(Cu· Cd)

F: flujo luminoso inicial (lm). Depende del tipo de lámparas. Em: Nivel de iluminación medio (LUX), depende de la actividad que se desarrolle en el local. S: Superficie del local (m2). Cu: Coeficiente de utilización de las lluminarias (°/1), es función de las luminarias, de la geometría del

local y de la decoración del mismo. Cd: Coeficiente de depreciación (°/1), depende del tipo de lámparas y del grado de limpieza de las

instalaciones. * CALCULO DEL COEFICIENTE DE UTILIZACION

El coeficiente de utilización se obtiene de los catálogos de los fabricantes de las luminarias, en los mismos se da una tabla para cada tipo de luminaria; para entrar en la tabla se precisa conocer los colores empleados en la decoración del local y el denominado Indice del local: Indice del local (K) = L· A/(Hu· (L+A)) para iluminación directa. L: longitud del local (m). A: Anchura del local (m). Hu: Altura útil, distancia entre las luminarias y el plano de trabajo (0,75 m para personas sentadas y

0,85 m para permanencia de pie).

* CALCULO DEL COEFICIENTE DE DEPRECIACION

Se obtiene como producto entre los coeficientes de depreciación de las lámparas y el de las luminarias.


Para las luminarias:

FACTOR DE DEPRECIACION GRADO DE SUCIEDAD

LUMINARIA NORMAL LUMINARIA ESPECIALMENTE DISEÑADA

PARA LA APLICACION

DEBIL 0,80 0,90 MEDIO 0,72 0,80 ALTO 0,64 0,70

UNA LIMPIEZA ANUAL DE LAS LUMINARIAS

Para las lámparas:

TIPO DE LAMPARA FACTOR DE DEPRECIACION INCANDESCENTE 0,90 HALOGENA 0,95 FLUORESCENTE 0,85 MERCURIO ALTA PRESION 0,85 HALOGENUROS METALICOS 0,85 SODIO ALTA Y BAJA PRESION 0,90 SUSTITUCION DE LAMPARAS AL 80% DEL FLUJO INICIAL


BIBLIOGRAFIA * TECNICAS Y APLICACIONES DE LA ILUMINACION.

Luis C. Fernández Salazar, Jaime De Landa Amezua. EVE, IBERDROLA 1.992. Editorial McGRAW-HILL.

* ILUMINACION DE INTERIORES.

ADAE-Norte. * LAS FUENTES DE LUZ.

PHILIPS. * EFICIENCIA Y GESTION ENERGETICA EN HOSPITALES Y EDIFICIOS PUBLICOS.

EVE. * CATALOGOS TECNICOS:

- MAZDA. - OSRAM. - PHILIPS. - SYLVANIA.

Date post:	28-Jun-2015
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