ELENA SANJUÁN SÁNCHEZ - Fundación para la … · que una luminaria distribuye la luz emitida por...

CONCEPTOS BÁSICOS DE LUMINOTECNIA

ELENA SANJUÁN SÁNCHEZRESPONSABLE LABORATORIOS

tecnología desde otra óptica

EL OJO COMO INSTRUMENTO ÓPTICO:

• CARACTERÍSTICAS DETECTORAS DEL OJO DENTRO DE SU INTERVALO ÚTIL DE DETECCIÓN:– LINEALIDAD PARA TIEMPOS CORTOS: Pe• t– EQUILIBRIO PARA TIEMPOS LARGOS: Pe

• ¿CÓMO CARACTERIZAMOS FOTOMÉTRICAMENTE EL OJO?SE DEFINE LO QUE SE LLAMA CURVA DE VISIBILIDAD ESPECTRAL O CURVA DE

SENSIBILIDADESPECTRAL O CURVA DE EFICIENCIA LUMINOSA RELATIVA ESPECTRAL QUE SE REPRESENTA POR Vλ Y QUE PROPORCIONA LA SENSIBILIDAD RELATIVA DEL SISTEMA VISUAL A LAS DISTINTAS LONGITUDES DE ONDA DEL ESPECTRO VISIBLE PARA DIFERENTES NIVELES DE LUMINANCIA.

Radiometría y Fotometría. Magnitudes y unidades.


OBSERVADOR DE REFERENCIA FOTOMÉTRICO:

Vλ CON NORMALIZACIÓN FOTÓPICA Vλ NORMALIZADAS

VISIÓN FOTÓPICA: L > 10 cd/m2.VISIÓN MESÓPICA: 0.01 cd/m2 < L < 10 cd/m2.

VISIÓN ESCOTÓPICA: L < 0.01 cd/m2.

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

Respuesta espectral fotópica Respuesta espectral escotópica



FLUJO LUMINOSO (F): es una medida de la potencia total de luz visible emitida porlas fuentes de radiación. Al hablar de cantidad total de luz estamos diciendo queel flujo luminoso nos proporciona una medida cuantitativa y global de la cantidadluz que la fuente luminosa emite en todo el espacio que le rodea.SU UNIDAD ES EL LUMEN (lm)

INTENSIDAD LUMINOSA (I). PARA UNA FUENTE PUNTUAL, ES LA CANTIDA DEFLUJO LUMINOSO QUE LLEVA CADA UNO DE LOS RAYOS QUE LA FUENTE EMITEEN UNA DETERMINADA DIRECCIÓN POR UNIDAD DE ÁGULO SÓLIDO.

SU UNIDAD ES LA CANDELA (cd)



ILUMINANCIA (E): CANTIDAD DE FLUJO LUMINOSO RECIBIDO EN UNASUPERFICIE, DIVIDIDO POR EL ÁREA DE DICHA SUPERFICIE. E = I/d2

SU UNIDAD ES EL LUX: lx = lm/m2



LUMINANCIA (L). CANTIDAD DE INTENSIDAD LUMINOSA QUE EMITE UNAFUENTE PRIMARIA O SECUNDARIA EN UNA DETERMINADA DIRECCIÓN DEOBSERVACIÓN, DIVIDIDA POR EL ÁREA DE DICHA SUPERFICIE EXTENSA

SU UNIDAD ES: cd/m2



E= 400 luxL= 100 cd/m2

r = 80 %

E= 400 lux L= 5 cd/m2

r = 4%

ILUMINANCIA-LUMINANCIAr E = π L

INTENSIDAD - ILUMINANCIAE = I / r2



MAGNITUD FÓRMULA UNIDAD

Flujo luminoso Ф Lumen (lm)

Eficacia luminosa ρ = Ф/P lm / W

Iluminancia E = Ф/S Lux

Intensidad luminosa I= Ф/ω cd

Luminancia L=I/S cd/m2

FLUJO EFICACIA INTENSIDAD ILUMINANCIA LUMINANCIA




TEMPERATURA DE COLOR: TEMPERATURA A LA QUE EL ESPECTRO DE EMISIÓN DE UNA FUENTELUMINOSA ES EQUIPARABLE AL ESPECTRO DE EMISIÓN DE UN CUERPO NEGRO A ESA TEMPERATURA.RELACIONADA CON LA TONALIDAD DE LA LUZ

CUERPO NEGRO: ES EL ABSORBENTE PERFECTO Y CONSTITUYE UN MODELO FÍSICO IDEAL PARA LAEMISIÓN LUMINOSA.


TEMPERATURA DE COLOR CORRELADA (CCT)

CUANDO TENEMOS FUENTES CON ESPECTRO DE EMISIÓN NO CONTINUO O CON PREDOMINANCIA DE DETERMINADOS PICOS DE EMISIÓN EN DETERMINADAS LONGITUDES DE ONDA, SE SUELE USAR EL TÉRMINO DE TEMPERATURA DE COLOR CORRELADA EN LA QUE SE REALIZA UNA COMPARACIÓN ENTRE LAS COORDENADAS CROMÁTICAS DE LA FUENTE DE LUZ Y UN GRÁFICO DONDE PODEMOS ESTABLECER LA CCT.




3000, 5000, 6500 K



ÍNDICE DE REPRODUCCIÓN CROMÁTICA (IRC): ESTEPARÁMETRO NOS INDICA CÓMO ES EL RENDIMIENTO DE UNAFUENTE LUMINOSA DE UNA TEMPERATURA DE COLOR DADAEN CUANTO A LA REPRODUCCIÓN DE LOS COLORES SEREFIERE, COMPARADA CON OTRAS FUENTES DE REFERENCIA.

90 < IRC < 100 EXCELENTE80 < IRC < 90 BUENOIRC < 80 MODERADO O POBRE

es una medida de la capacidad que una fuente luminosa tiene para reproducir fielmente los colores de varios objetos en comparación con una fuente de luz natural o ideal. Se define por la Comisión Internacional de la Iluminación como:REPRODUCCIÓN CROMÁTICA: EFECTO DE UNA ILUMINACIÓN SOBRE LA PERCEPCIÓN DEL COLOR DE LOS OBJETOS, DE FORMA CONSCIENTE O SUBCONSCIENTE, EN COMPARACIÓN CON SU PERCEPCIÓN DEL COLOR BAJO UNA ILUMINACIÓN DE REFERENCIA.


Caracterización de luminarias. Parámetros y representaciones típicas

Una luminaria es un dispositivo que contiene una omás fuentes luminosas con sus correspondientessistemas de alimentación eléctrica, accesoriosdiseñados para distribuir la luz que éstas producen, ysistemas de anclaje y protección de las lámparas y delresto de componentes.

Las luminarias pueden clasificarse siguiendo diversoscriterios: ópticos, mecánicos, eléctricos , energéticoso referentes a su aplicación o uso.

Carcasa, equipo de alimentación / transformador , Difusores, reflectores, refractores, concentradores, filtros



CARACTERIZACIÓN DE LUMINARIAS. SISTEMA DE REFERENCIA

Para poder analizar la emisión luminosa de una luminaria, su direccionalidad, intensidad, etc., es necesario saber de antemano el sistema de referencia en el que vienen expresados los datos y comprender el significado de cada magnitud involucrada.

Hay varios sistemas de referencia recomendados por CIE e IESNA. El más ampliamente utilizado es el llamado C-GAMMA.

Todos los sistemas de referencia pretenden definir con exactitud la posición de cualquier punto con relación a la posición de un “centro fotométrico” de la luminaria.

Esto permite “dar nombre” a diferentes direcciones de medida o de incidencia de la luz, que tienen su origen en la luminaria, habitualmente mediante el uso de tres coordenadas: una distancia y dos ángulos.




Suponiendo la luminaria ubicada en el centro de la esfera dibujada, podemos nombrar o referenciar cualquier dirección mediante dos ángulos: azimut y elevación, que se corresponden con “C” y “g” respectivamente.

Suponiendo la analogía con la esfera terrestre, los planos C se corresponden con meridianos, mientras que los ángulos g equivaldrían a los paralelos.

OA B

C D

La esfera la cortamos con un determinado número de planos alrededor del eje vertical (semiplanos C).

Dentro de cada semiplano C, localizamos cada punto de interés mediante la coordenada angular g.

La variación de C es desde 0º hasta 360º, mientras que la de g es de 0º (su origen está siempre en la vertical de la luminaria, en el hemisferio inferior) a 180º (en la vertical de la luminaria, en el hemisferio superior) .




Puntos A y C corresponden al mismo semiplano C

Puntos B y D corresponden a otro semiplano C distante del anterior un cierto valor angular.

Puntos A y B siendo de diferentes semiplanos Ctienen el mismo valor de γ.

Puntos C y D tienen el mismo valor de γ, inferior al anterior una determinada cantidad.

Ejemplo Luminarias\planos.swf

O

A B

CD

Plano 1 Plano 2

gamma1

gamma2




Los valores angulares nos definen la dirección que estamos considerando con respecto a la luminaria. El valor radial nos definirá la intensidad emitida por la luminaria en esa determinada dirección.

En el caso de que estemos realizando el ensayo fotométrico de la luminaria, ese valor “radial” se corresponderá con la magnitud que estemos determinando, en función del detector que se emplee. Generalmente se tratará de un iluminancímetro de manera que lo que obtendremos al realizar el ensayo será la distribución angular de iluminancia de la luminaria.

Esta representación en sí misma carece de interés, por lo que matemáticamente, empleando la formulación adecuada, se transforma en otros parámetros y curvas típicas, siendo la más habitual de ellas la distribución angular de intensidad luminosa.

De esta manera se construye el SÓLIDO FOTOMÉTRICO, figura tridimensional que define la intensidad y direccionalidad de la emisión luminosa de una luminaria.



I(real cd) = I(tabla cd/Klm) x (Flujo luminoso lámparas/1000)

DISTRIBUCIÓN ANGULAR DE INTENSIDAD LUMINOSA (cd/Klm)



DISTRIBUCIÓN ANGULAR DE INTENSIDAD LUMINOSA (cd/Klm)

C0

C180

C90 C270

Semiplano C90

Semiplano C0



FLUJOS, EFICIENCIA Y EFICACIASuma Planos C

Promedio ángulos gamma

Cálculo coeficientes zonales

Cálculo de flujos zonales

Flujo emitido

Eficiencia

Eficacia

Potencia



FLUJOS, EFICIENCIA Y EFICACIA

Suma Planos C Suma de las intensidades (cd) de todos los semiplanos C en un mismo gamma: Sγ=∑Ic(γ)*Fp. Se asigna un valor a cada gamma. (un valor por anillo)

O

AB

CD

Sγ1

Sγ2

Fp: Factor de peso (esférico) 2π/n (rad)n: número de semiplanos




Promedio ángulos gamma

Promedio entre dos gammas consecutivos. (un valor por corte) Pi=(Sγ1 + Sγ2)*Fz/2

O

AB

CD

Pi

Fz: Factor zonal(esférico): COS((γ1-Δγ)*PI()/180)-COS(γ1*PI()/180)




Cálculo flujos zonales Flujo zonal : Фzi = ∑Pi; define el flujo luminoso entre diferentes gammas

Flujo emitido Ф = ∑Pi FHI = ∑Pi (i=0;90) FHS = ∑Pi (i=90;180)

Eficiencia η = (Фlamp / Фlum ) %

Eficacia η = Фlum / Potencia consumida



EFICIENCIA vs EFICACIA

Si tenemos en cuenta que la transformación de energía eléctrica en energía luminosa vaacompañada de radiaciones no visibles y de pérdidas por calor, se define la eficacialuminosa como el cociente entre el flujo luminoso emitido por una fuente de luz y lapotencia eléctrica consumida por dicha fuente de luz cuando se encuentra enfuncionamiento, y nos proporciona una idea de lo eficaz que es dicha fuente de luz.

Emisión de luz visible (lm)Potencia eléctrica consumida (W)

lmEFICACIAW

=

Pérdidaspor

calor

Pérdidaspor radiaciones

no visibles




La eficiencia luminosa o rendimiento de la luminaria la relaciona el flujo luminosoemitido por la luminaria, que se calcula a partir de los datos obtenidos de distribuciónangular de intensidad luminosa de la luminaria, con el flujo luminoso emitido por todaslas fuentes luminosas integradas en la luminaria, por lo que este parámetro proporcionainformación sobre el aprovechamiento de la luz originariamente disponible,proporcionada por estas fuentes luminosas.

100(%) ⋅=Lamps

TF

Fη




Es conveniente no confundir el término eficiencia con el de eficacia, pese a que son dosfactores diferentes medidos en diferentes unidades: la eficiencia luminosa es un porcentajede aprovechamiento luminoso, mientras que la eficacia energética relaciona la iluminaciónobtenida con la potencia absorbida, se obtiene dividiendo el flujo luminoso de la fuente de luzpor su potencia consumida y se mide en lúmenes/vatio (lm/W)

Eficiencia luminaria o rendimiento como capacidad que tiene una luminaria para reemitir el flujo luminoso insertado en ella. (%)

Eficacia luminaria o lámpara. Capacidad que tiene la fuente de luz paraaprovechar la energía que consume y convertirla en energía visible (lm/W)

En cualquier caso, la eficiencia luminosa de una luminaria o la eficacia de una lámpara noson parámetros aislados en el análisis que realizamos. Es necesario considerar el modo enque una luminaria distribuye la luz emitida por sus lámparas, para poder evaluar si es o noapropiada para una determinada aplicación o para un entorno concreto.



Código CIE de distribución del flujo luminoso: N1 N2 N3 N4 N5

FC1 = FLUJO HASTA PI/2 (GAMMA 41.4º)FC2 = FLUJO HASTA PI (GAMMA 60.0º)FC3 = FLUJO HASTA 3*PI/2 (GAMMA 75.5º)FC4 = FLUJO HASTA 2*PI (GAMMA 90.0º)F = ZF = FLUJO HASTA 4*PI (GAMMA 180.0º)

CÓDIGO FLUJO (CIE 52 1982): N1 N2 N3 N4 N5donde: N1 = FC1/FC4

N2 = FC2/FC4N3 = FC3/FC4N4 = FC4/FN5 = F/FLUJO LÁMPARAS

FC1FC2

FC3

41.4º



Curvas Isolux

2

3cos),(h

CIE γγ ⋅=



Curvas Isolux



Curvas Isolux

C0-C180 (línea roja)C45-C225 (línea verde)C90-C270 (línea azul)C135-C315 (línea cian)

-10 -5 0 5 10

-10

-5

0

5

10



Ángulo de apertura – Cono de iluminancias



Luminancia y deslumbramiento

La luminancia de una luminaria está directamente relacionada con losdeslumbramientos que produce.La luminancia producida por una luminaria en una determinada dirección secalcula de la siguiente forma.

apACICL ),(),( γγ =

Dónde:

I(C,γ) es la intensidad luminosa emitida por la luminaria en una dirección dada (cd)Aap es el área luminosa aparente vista desde la posición evaluada.



Luminancia y deslumbramiento – Código CIE - ábaco de Söllner

Calidad G Iluminancia en servicioA 1.15 2000 1000 500 ⟨300B 1.50 2000 1000 500 ⟨ 300C 1.85 2000 1000 500 ⟨ 300D 2.20 2000 1000 500 ⟨ 300E 2.55 2000 1000 500 ⟨ 300

a b c d e f g h

Clase de calidadA calidad muy altaB calidad altaC calidad mediaD calidad bajaE calidad muy baja

CIE-CEIC0-C180C90-C270



Luminancia y deslumbramiento – Código CIBSE

La categoría CIBSE es en muchos casos más restrictiva que la CIE. CIBSE (TheChartered Insitution of Building Services Engineers), define 3 categorías, paraluminarias de interior, dependiendo del ángulo gamma a partir del cual la luminariaproduce una luminancia menor de 200 cd/m2.

La luminancia media por encima del ángulo límite especificado para cada categoríadebe ser inferior a 200 cd/m^2Se evalúa para cada una de las direcciones medidas.

ÁNGULO LÍMITE CATEGORÍA CIBSE55º 165º 275º 3


Proyectos de iluminación – Análisis instalaciones de alumbrado

PROYECTOS DE ILUMINACIÓN INTERIOR

Ø Niveles de iluminancia y uniformidad recomendados por la UNE-EN 12464-1.Ø Índice de reproducción cromática recomendados por UNE-EN 12464-1.Ø Temperatura de color recomendados por UNE-EN 12464-1.Ø Valor UGR recomendado en UNE-EN 12464-1.Ø Criterios energéticos de las instalaciones: VEEI (Valor de la eficiencia energética).

¿cómo proyectar una instalación?



PROYECTOS DE ILUMINACIÓN INTERIOR

Ø Partimos de fichero fotométrico (ldt, IES, …).

Ø SW simulación de entornos

FORMATO LDT



Niveles de iluminancia y uniformidad recomendados por la UNE-EN 12464-1



Niveles de iluminancia y uniformidad recomendados por la UNE-EN 12464-1

ILUMINANCIA DE TAREA (lux)

ILUMINANCIA DE ÁREAS CIRCUNDANTES INMEDIATAS (lux)

ILUMINANCIA DE ÁREA DE FONDO

(lux)≥ 750 500 167500 300 100300 200 67200 150 50150 E tarea 50100 E tarea 33≤ 50 E tarea 17

Tarea: zona centralÁrea circundante inmediata: franja de al menos 0.5 m alrededor del área de tarea. Uo ≥ 0.40Área de fondo: franja de, al menos 3 m de anchura contigua al área circundante inmediata dentro del espacio y debe iluminarse con una iluminancia mantenida de 1/3 del valor del área circundante inmediata. Uo ≥ 0.10



Valor UGR recomendado en UNE-EN 12464-1.

= ∑ 2

225.0log8p

LL

UGRb

ω

π= ind

bEL

Lb es la luminancia de fondo

Eind iluminancia indirecta vertical en el ojo del observador.

L es la luminancia de las partes luminosas de cada luminaria en la dirección del ojo del observador.

ω es el ángulo sólido (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.



EFICIENCIA ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN - CTE

El valor de la eficiencia energética de la instalación por cada 100 lux se determina según la siguiente expresión:

siendo S la superficie iluminada (m2);Em la iluminación media horizontal mantenida (lux);P la potencia total instalada en lámparas más los equipos auxiliares (W)

( )2mW 100

EmSPVEEI

⋅⋅=



EFICIENCIA ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN - CTE Grupo 1: Zonas de no representación o espacios en los que el criterio de diseño, la imageno el estado anímico que se quiere transmitir al usuario con la iluminación, queda relegado aun segundo plano frente a otros criterios como el nivel de iluminación, el confort visual, laseguridad y la eficiencia energética



EFICIENCIA ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN - CTE Grupo 2: Zonas de representación o espacios donde el criterio de diseño, imagen o elestado anímico que se quiere transmitir al usuario con la iluminación, son preponderantesfrente a los criterios de eficiencia energética



EFICIENCIA ENERGÉTICA DE LA INSTALACIÓN – CTE (SEP 2013)


Elena Sanjuán Sá[email protected]

C/ Nicolás Copérnico, 7-13 Parque Tecnológico46980 - Paterna (Valencia) PO BOX 139VALENCIA/ESPAÑATel: +34 96 131 80 51Fax: +34 96 131 80 07www.aido.es

Muchas gracias por su atención

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