UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

Asignatura: Instalaciones Eléctricas I

“Laboratorio 3: Diseño de Sistemas de Iluminación”

Alumnos:

Nº CARNET APELLIDOS NOMBRES FIRMA

AQ13003 Aguilar Quintanilla, Cristian Antonio _________

JA13001 Jiménez Alas, Daniel Vladimir _________

Catedrático: Ing. Jorge Zetino

Instructor: Br. William Roberto Sánchez Amaya

Ciudad Universitaria, 21 de octubre de 2015

1 | P á g i n a

Objetivos

Conocer y aprender sobre el proceso de diseño de sistemas de iluminación

Conocer el equipo para medir el flujo luminoso, así como la iluminancia y el

proceso para llevar a cabo las mediciones.

Determinar el nivel de iluminación de un salón de clases.

Verificar si el nivel de iluminación es el apropiado.

2 | P á g i n a

Marco teórico

Una buena iluminación puede llegar a conseguir que los lugares en los que vivimos y

trabajamos se conviertan en algo más que un simple lugar de trabajo. Gracias a un buen

diseño lumínico se pueden crear ambientes más que agradables, sin por ello nunca olvidar

que las instalaciones lumínicas sean energéticamente sostenibles. Para conseguir una

buena iluminación del área de trabajo es necesario tener en cuenta una serie de criterios

básicos referentes a la disposición de la luz, las condiciones del alumbrado, la superficie a

iluminar, etcétera.

Para comprender mejor definiremos algunos conceptos importantes.

Flujo luminoso: es la medida de la potencia luminosa percibida. Difiere del flujo radiante,

la medida de la potencia total emitida, en que está ajustada para reflejar la sensibilidad del

ojo humano a diferentes longitudes de onda.

Su unidad de medida en el Sistema Internacional de Unidades es el lumen (lm) y se define

a partir de la unidad básica del SI, la candela (Cd), como:

Rendimiento luminoso (η) de una fuente de luz: es la relación entre el flujo luminoso

emitido y la potencia consumida por dicha fuente. En unidades del SI, se mide en lumen

por vatio (lm/w).

Viene dado por la expresión:

Donde

: es la potencia consumida por la fuente.

: es el flujo luminoso emitido.

Puede entenderse este valor en términos de porcentaje de eficiencia. Por ejemplo, un

foco corriente suele emitir un 85% de la energía eléctrica gastada en forma de calor

y otras radiaciones, y un 15% efectivamente en iluminación visible, por lo que es

muy ineficiente.

La intensidad luminosa: es el concepto de la concentración de luz en una dirección

específica, radiada por segundo.

Se designa con el símbolo I. La unidad es la candela (cd).

3 | P á g i n a

La intensidad luminosa puede definirse como:

El flujo luminoso en una determinada dirección, radiado por unidad de ángulo sólido.

1 candela = 1 lumen / estereorradián

La luminancia: se define como la densidad angular y superficial de flujo luminoso que

incide, atraviesa o emerge de una superficie siguiendo una dirección determinada.

Alternativamente, también se puede definir como la densidad superficial de intensidad

luminosa en una dirección dada.

La definición anterior se formaliza con la expresión siguiente:

Donde:

• LV es la luminancia, medida en Nits o candela/metro2.

• F es el flujo luminoso, en lumen.

• dS es el elemento de superficie considerado, en metros2.

• dΩ es el elemento de ángulo sólido, en estereorradianes.

• θ es el ángulo entre la normal de la superficie y la dirección considerada.

Niveles de iluminación

Cada actividad requiere un nivel específico de iluminación en el área donde se realiza. En

general, cuanto mayor sea la dificultad de percepción visual, mayor deberá ser el nivel

medio de la iluminación.

En la siguiente tabla se muestran niveles de iluminación recomendados según diferentes

actividades

Desarrollo de la práctica

Local de evaluación aula C-43

Dimensiones: 5.02x6.04x3.20 metros

Colores, paredes, techo y piso: claros

Utilización: aula de clases

Horario de uso: 6:00 am – 12:00 m y de 1:00 pm – 8:00 pm

Tipo de lámpara fluorescente, T8 32W, encendido electrónico, 3 tubos.

Ancho: 5.02 m

Largo: 6.04 m

Altura: 3.20 m

Mesa de trabajo sobre el piso: 0.85 m

Lux recomendado para salas de estudio (tabla 1): 500 lux

4 | P á g i n a

En la siguiente tabla se muestra un promedio de 5 días de las mediciones realizadas en

nueve puntos del salón C43

(Todas las tablas en lux.)

Tabla de mediciones (En Lux)

Lunes (Nublado)

Mañana Medio día Tarde

132.62 176.83 180.52 180.52 221.04 230.25 136.31 261.56 283.67

117.89 173.15 123.41 156.57 182.36 123.41 272.62 110.52 108.68

116.05 138.15 125.26 125.26 162.10 149.20 99.47 145.52 156.57

Martes (Nublado)

Mañana Medio día Tarde

127.10 162.10 167.62 182.36 206.30 208.15 158.41 211.83 230.25

112.36 163.94 116.05 138.15 176.83 127.10 202.62 160.25 119.73

108.68 125.26 114.20 125.26 154.73 145.52 143.68 165.78 180.52

Miércoles(Soleado)

Mañana Medio día Tarde

815 610 510 950 850 755 522 510 505

455 511 253 500 700 510 115 325 236

200 450 302 415 490 453 105 155 125

Jueves

Mañana Medio día Tarde

715 310 510 850 700 750 713 610 415

350 510 250 500 650 410 115 325 256

170 400 203 215 400 300 155 350 200

Viernes(Nublado)

Mañana Medio día Tarde

499 296 448 295 240 386 412 214 454

104 152 97 149 185 160 99 133 111

99 126 84 124 145 142 85 112 93

𝐼𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 = 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠

𝑁° 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎𝑠=

4389.51 + 4234.78 + 12327 + 11332 + 5444

135

𝐼𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 279.46 ≅ 280 [𝐿𝑢𝑥]

5 | P á g i n a

Ancho del salon (a): 5.02 m.

Largo del salon (b): 6.04 m.

Altura del salon: 3.20 m.

Altura de las mesas para mediciones: 0.87 m.

Iluminancia recomendada para un aula de estudio según tabla 1: 500 Lux.

Las luminarias estan empotradas en el cielo falso, en otras palabras no estan suspendidas.

Indice del local:

𝑕 = 𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑎𝑙𝑜𝑛 − 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑠 𝑚𝑒𝑠𝑎𝑠

𝑕 = (3.20 − 0.87) [𝑚]

𝑕 = 2.33 [𝑚]

𝑘 =𝑎 ∙ 𝑏

𝑕 ∙ (𝑎 + 𝑏)

𝑘 =5.02 ∙ 6.04

2.33 ∙ (5.02 + 6.04)

𝑘 = 1.1766

Coeficientes de reflexion según tabla 4:

Piso = 0.3.

Techo = 0.5.

Paredes = 0.3.

Factor de utilizacion:

1.0 0.22

1.1766 𝜂

1.2 0.27

Interpolando resulta que:

𝜂 = 0.26415

6 | P á g i n a

Factor de mantenimiento:

Sucio: 𝑓𝑚 = 0.6

Flujo luminico total y numero de luminarias.

𝜑𝑇 =𝐸 ∙ 𝑆

𝜂 ∙ 𝑓𝑚

Calculo de 7:00 am a 5:00 pm.

𝜑𝑇 = 500 − 280 ∙ (5.02 ∙ 6.04)

0.26415 ∙ (0.6)

𝜑𝑇 = 42088.308 [𝑙𝑢𝑚]

Calculo de 6:00 am a 7:00 am y 5:00 pm a 8:00 pm.

𝜑𝑇 = 500 ∙ (5.02 ∙ 6.04)

0.26415 ∙ (0.6)

𝜑𝑇 = 95655.246 [𝑙𝑢𝑚]

Debido a que las luminarias seran usadas de mejor manera en el horario de 6:00 am

a 7:00 am y de 5:00 pm a 8:00 pm.

𝑁 =𝜑𝑇

𝑛 ∙ 𝜑𝐿

𝜑𝐿 = 2950 𝑙𝑢𝑚 ( 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑙𝑎 𝑇8)

𝑁 =95655.246

3 ∙ 2950

𝑁 = 10.81 𝐿𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠

𝑁𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 11 𝐿𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠

𝑁𝐴𝑛𝑐 𝑕𝑜 = 𝑁𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙

𝐿𝑎𝑟𝑔𝑜∙ 𝐴𝑛𝑐𝑕𝑜 =

11 ∙ 5.02

6.04= 3.0236 𝐿𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠

𝑁𝐿𝑎𝑟𝑔𝑜 = 𝑁𝐴𝑛𝑐 𝑕𝑜 ∙𝐿𝑎𝑟𝑔𝑜

𝐴𝑛𝑐𝑕𝑜= 3.0236 ∙

6.04

5.02= 3.6408 𝐿𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠

La distribucion es un tanto asimetrica, por lo tanto en le diseño se debe de utilizar 12

luminarias en una distribucion simetrica de 3x4.

7 | P á g i n a

Para las luminarias que se utilizaran durante el dia en los momentos que la luz solar aporta

iluminacion:

𝜑𝑇 = 42088.308 [𝑙𝑢𝑚]

𝑁 =42088.308

3 ∙ 2950

𝑁 = 4.7557 𝐿𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠 ≅ 5 𝐿𝑢𝑚𝑖𝑛𝑎𝑟𝑖𝑎𝑠

Concluyendo se necesitan 5 luminarias en el dia y en la noche 12, por lo tanto en el horario

de 7:00 am a 5:00 pm es necesario tener apagadas 6 luminarias estas deben ser las proximas

a las ventanas.

Asignaciones

1- Mencione algunas consideraciones que deben tenerse en cuenta en el diseño de un

sistema de iluminación

Aprovechar al máximo la luz natural.

Sustituir dispositivos de alumbrado incandescente por sistemas basados en

tubos fluorescentes o lámparas de sodio. Así puede reducirse el consumo hasta

en una quinta parte.

En el momento en el que vayan a sustituir o colocar nuevos interruptores en los

baños, vestuarios, etc. Priorizar aquellos que tengan temporizador.

Limpiar asiduamente los sistemas de iluminación para que la suciedad no

impida un rendimiento óptimo.

Incorporar, siempre que sea posible, sistemas de detección de presencia para el

encendido y apagado de los sistemas de iluminación.

2- Haga una breve descripción del método de los lúmenes utilizado para el diseño de

iluminación

La finalidad de este método es calcular el valor medio en servicio de la iluminancia

en un local iluminado con alumbrado general. Es muy práctico y fácil de usar, y por

ello se utiliza mucho en la iluminación de interiores cuando la precisión necesaria

no es muy alta como ocurre en la mayoría de los casos.

El proceso a seguir se puede explicar mediante el siguiente diagrama de bloques:

8 | P á g i n a

3- Defina los siguientes conceptos:

-Intensidad luminosa: En fotometría, la intensidad luminosa se define como la

cantidad de flujo luminoso que emite una fuente por unidad de ángulo sólido. Su

unidad de medida en el Sistema Internacional de Unidades es la candela (Cd).

-Candela: La intensidad luminosa en una dirección dada, de una fuente que emite

una radiación monocromática de frecuencia 540×1012

hercios y de la cual la

intensidad radiada en esa dirección es 1/683 W vatios por estereorradián.

-Lumen: El lumen (símbolo: lm) es la unidad del Sistema Internacional de

Medidas para medir el flujo luminoso, una medida de la potencia luminosa emitida

por la fuente.

-Diferencia entre lumen y candela: Es que el lumen es unidad de Flujo luminoso y

la candela es de intensidad luminosa

-Luminancia: En Fotometría, la luminancia se define como la densidad angular y

superficial de flujo luminoso que incide, atraviesa o emerge de una superficie

siguiendo una dirección determinada. Alternativamente, también se puede definir

como la densidad superficial de intensidad luminosa en una dirección dada.

-Iluminancia: En fotometría, la emitancia luminosa ( ), o exitancia luminosa es la

cantidad de flujo luminoso que emite una superficie por unidad de área, mientras

que, la iluminancia ( ) es la cantidad de flujo luminoso que incide sobre una

superficie por unidad de área. La unidad de medida tanto de la Emitancia Luminosa

como de la Iluminancia en el Sistema Internacional es el lux: 1 lux = 1 Lumen/m².

- Diferencia entre luminancia e iluminancia: En que la luminancia es la densidad

superficial de intensidad luminosa en una dirección dada y la iluminancia es la

cantidad de flujo luminoso que incide sobre una superficie por unidad de área

-Lux: El lux (símbolo lx) es la unidad derivada del Sistema Internacional de

Unidades para la iluminancia o nivel de iluminación. Equivale a un lumen /m². Se

usa en la fotometría como medida de la luminancia, tomando en cuenta las

diferentes longitudes de onda según la función de luminosidad, un modelo estándar

de la sensibilidad del ojo humano a la luz.

-Rendimiento luminoso: El rendimiento luminoso (η) de una fuente de luz es la

relación entre el flujo luminoso emitido y la potencia consumida por dicha fuente.

En unidades del SI, se mide en lumen por vatio (lm/w).

4- Escriba la relación que existe entre Luz y color

El elemento determinante para la aparición del color es la Luz. El propio ojo que la

capta, es fruto de su acción a lo largo de la evolución de la especie. La visibilidad

no es condición suficiente para la definición de la luz

9 | P á g i n a

El Color no tiene existencia material; es apenas una sensación producida en ciertas

organizaciones nerviosas por la acción de la Luz sobre el órgano de la visión. Su

aparición está condicionada a la existencia de dos elementos: La Luz (objeto físico,

actuando como estimulo) y el Ojo (aparato receptor, funcionando como descifrador

del flujo luminoso, descomponiéndolo o alterándolo a través de la función selectora

de la retina).

5- Clasifique las lámparas eléctricas disponibles en el mercado

En el mercado se encuentran este tipo de luminarias:

Luminarias de alta descarga. Ej.: Lámpara de mercurio 175 W, Fotocelta-bombillo

240 V.

Bombillas de alta descarga. Ej.: Bombillas de sodio.

10 | P á g i n a

Luminarias fluorescentes. Ej.: Lámparas fluorescentes tipo liston Heavy Deuty.

11 | P á g i n a

Luminarias empotrables. Ej.: Para reflector.

Lámparas decorativas.

Incandescentes. Ej.: Bombilla A19, reflector de exterior.

12 | P á g i n a

Exteriores.

Bombillos ahorradores. Ej.: Compacta-3U, Mini-3U, Espiral, Espiral de alta

descarga.

13 | P á g i n a

Tubo T5 / T8 / T12.

6- Propiedades de la luz.

Color, intensidad, refracción y reflexión, absorción, transmisión, dispersion.

7- Defina que es reflexión.

La reflexión es el cambio de dirección de una onda, que al entrar en contacto con la

superficie de separación entre dos medios cambiantes, regresa al punto donde se

originó. Ejemplos comunes son la reflexión de la luz, el sonido y las ondas en el

agua.

8- Tipos de reflexión y explique brevemente en qué consiste cada uno de ellos.

Reflexión difusa

Este tipo de reflexión ocurre cuando el material sobre el que inciden los haces

luminosos es rugoso, no sólo al tacto, sino a un nivel microscópico. Algunos

ejemplos de este tipo de superficie son el papel, el hielo, superficie de un río, etc.

Reflexión especular

Este tipo de reflexión ocurre cuando el material sobre el que inciden los haces

luminosos es perfectamente liso y pulido, no sólo al tacto, sino a un nivel

microscópico. Algunos ejemplos de este tipo de superficie son los espejos, los

metales, vidrios polarizados, etc.

14 | P á g i n a

9- Defina que es refracción.

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un

medio material a otro. Solo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la

superficie de separación de los dos medios y si estos tienen índices de

refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de

propagación de la onda señalada.

10- Defina que es la transmisión y los tipos que se encuentran.

La transmisión es una de las propiedades ópticas de la luz, entre las cuales se

encuentran además la absorción, reflexión, refracción, dispersión y difracción.

La transmisión es el fenómeno por el cual la luz puede atravesar objetos no opacos.

Existen tres tipos de transmisión estos son Directa, Difusa y Selectiva.

Transmisión Directa: Es cuando el haz de luz se desplaza en el nuevo medio

íntegramente y de forma lineal, a estos medios se les conoce como transparente.

Transmisión Difusa: Sucede cuando en el interior del cuerpo el rayo se dispersa en

múltiples direcciones, ejemplo de ellos es lo que ocurre en el vidrio opal, ciertos

plásticos y el papel vegetal por mencionar algunos. A estos medios materiales se les

conoce como translucientes.

Transmisión Selectiva: Ocurre cuando ciertos materiales, vidrios, plásticos o

gelatinas coloreadas dejan pasar sólo ciertas longitudes de onda y absorben otras,

como ejemplo son los filtros fotográficos.

Esquema de los tipos de transmisión.

15 | P á g i n a

11- Que es absorción.

En física, la absorción de la radiación electromagnética es el proceso por el cual

dicha radiación es captada por la materia. Cuando la absorción se produce dentro

del rango de la luz visible, recibe el nombre de absorción óptica. Esta radiación, al

ser absorbida, puede, bien ser re-emitida o bien transformarse en otro tipo de

energía, como calor o energía eléctrica.

12- Que es iluminación directa.

En ella casi todo el flujo luminoso se dirige directamente a la superficie que ha de

iluminar. Esta iluminación produce sombras duras y profundas y existe el peligro

de deslumbramiento al situarse dentro del campo visual de los manantiales

luminosos de gran luminancia. Este peligro se evita disponiendo en los aparatos de

alumbrado viseras o placas verticales de vidrio o un difusor que corte o difunda la

porción de haz luminoso que pudiera llegar directamente a la vista del observador.

13- Que es iluminación semi-directa.

Iluminación en la que las luminarias distribuyen del 60% al 90% de la luz emitida

hacia abajo.

14- Que es iluminación difusa.

Tipo en la cual aproximadamente la mitad del flujo luminoso se dirige directamente

hacia abajo; la otra mitad del flujo luminoso se dirige hacia el techo y llega a la otra

que ha de iluminar después de reflejarse en el techo y las paredes. No existen

sombras en los objetos con lo cual estos aparecen planos y no dan sensación

plástica de relieve

15- Que es iluminación semi-indirecta.

Iluminación en la que las luminarias distribuyen del 60% al 90% de la luz emitida

hacia arriba.

16- Que es iluminación indirecta

La luz reflejada por los objetos contribuye a iluminar a otros. Si sólo existiera la luz

directa, algunos planos se verían oscuros por no recibir la luz

17- Métodos de alumbrados y explique brevemente cada uno de ellos.

Métodos de Iluminación.

Los métodos de iluminación son técnicas en las que se incida como se reparte la luz

en las zonas iluminadas, limitación de deslumbramiento, limitación del contraste de

luminancias, color de la luz y la reproducción cromática, selección del tipo de

iluminación, de las fuentes de luz y de las luminarias. Estos métodos dependen de la

uniformidad deseada. Se presentan los siguientes métodos:

16 | P á g i n a

1. Alumbrado General.

El alumbrado general proporciona una iluminación uniforme sobre toda el area

iluminada, es un método ampliamente utilizado y es habitualmente instalado en

oficinas, salones de estudio, fabricas, comercios. Se aplica con ventaja en los casos

de los locales que se hallen densamente ocupados o en lugares sujetos

modificaciones frecuentes.

Este tipo de iluminación se logra colocando las luminarias de forma regular por

todo el techo del local.

Boceto de la distribución de luminarias en alumbrado general.

Ejemplo de distribución de luminarias en alumbrado general.

2. Alumbrado General Localizado.

El alumbrado general localizado proporciona una distribución no uniforme de la

luz de manera que esta se concentra sobre las áreas de trabajo. El resto del local,

formado principalmente por las zonas de paso se ilumina con una luz más tenue.

Se consigue así considerables ahorros energéticos puesto que la luz se concentra

solamente donde es necesaria. Comúnmente es un tipo de iluminación elevado y

en unos casos variables.

17 | P á g i n a

Boceto de la distribución de luminarias en alumbrado general localizado.

Una desventaja es que si la diferencia de luminancias entre las zonas de trabajo

y las de paso es muy grande esto ocasiona deslumbramiento molesto. Si el area

de trabajo se cambia constantemente debido a factores como limpieza o

reubicación las luminarias no pueden moverse ocasionando desiluminación en

las nuevas zonas de trabajo.

Una forma de combinar el alumbrado general y el general localizado es

apagando selectivamente las luminarias de una instalación de alumbrado

general.

3. Alumbrado Localizado o Suplementario.

Se emplea el alumbrado localizado cuando es necesaria una iluminación

suplementaria cerca de la tarea visual para realizar un trabajo específico.

Esto se consigue utilizando lámparas de escritorio. Esto se utilizada cuando el

nivel de iluminación requerido supera los 1000 lux, cuando haya obstáculos que

obstruyan la luz proveniente del alumbrado general, cuando no sea necesaria

permanentemente o para personas con problemas visuales.

Boceto de la distribución de luminarias en alumbrado suplementario.

18 | P á g i n a

18- Averiguar sobre los niveles de iluminación recomendados.

19- Explique brevemente en que afecta el nivel de iluminación de los locales en el

desempeño de las personas.

Un bajo nivel de iluminación afecta negativamente en el desempeño de las

personas, ya que estas se esfuerzan más y son menos eficientes para realizar tareas

que bajo una adecuada condición de luz se realizarían de manera óptima.

20- Explique que podríamos hacer si el nivel de iluminación en un local es menor que

el recomendado o si este fuera mayor que el recomendado.

Si el nivel es menor se recomienda revisar que el tipo de luminarias y su cantidad

sean los adecuados además de revisar los colores del lugar como las ventanas; si la

iluminación es mayor a la recomendad esto es un factor positivo pero para

considerar el ahorro de energía podría valorarse reducir el número de luminarias o

cambiarlas por otras más adecuadas.

19 | P á g i n a

Conclusiones.

El aula C-43 a pesar de estar en un piso alto necesita más luminarias debido a que

los niveles de iluminación en la zona inferior del salón es muy pobre.

Los colores claros con los que cuenta el salón ayuda a que existe mayor reflejo de

la luz blanca, pero esto conlleva un incremento del calor en el mismo salón.

Se necesita un aumento y una redistribución de las luminarias según lo obtenido en

la sección de cálculos.

Es necesario que se modifique los tipos de luminarias que utiliza el salón o

modificar el control de las ya existentes para las horas de mayor luz solar no exista

un mal gasto de energía.