INSTALACIONES INDUTRIALES LUMINOTECNIA INSTALACIONES INDUTRIALES CALVIÑO, JUAN B. CORBO, DIEGO N. SCARPATI, TOMÁS F. 21 · NOVIEMBRE ·2007

Luminotecnia “Ciencia que estudia las distintas formas de producción de luz, así como su control y aplicación.” Sus magnitudes principales son: Flujo luminoso Eficiencia luminosa Iluminancia Intensidad luminosa Luminancia

Flujo luminoso Φ Lm · Lumen La potencia emitida en forma de radiación luminosa a la que el ojo humano es sensible; la luz emitida por una fuente luminosa en todas las direcciones. El lumen toma como referencia la radiación visible. A la relación entre watts y lúmenes se le llama equivalente luminoso de la energía: 1 watt-luz a 555 nm = 683 lm

Intensidad Luminosa I cd · Candela Flujo Luminoso Cantidad de luz que se emite en todas las direcciones del espacio. ¿Cómo se distribuye el flujo en cada dirección? Intensidad luminosa es el flujo luminoso emitido por unidad de ángulo sólido en una dirección concreta I r S = (Φ) w = S/r2 Φ w I = [Lm] [sr] = [cd]

Iluminancia E Lx · Lux Flujo luminoso por unidad de superficie E S Φ S [Lm] [m2] = [Lx]

Luminancia L cd / m2 Flujo Luminoso Intensidad luminosa Magnitudes que informan sobre las propiedades de la fuente de luz Magnitudes que informan sobre la luz que llega a una superficie Iluminancia …¿y respecto a la luz que llega al ojo? Es la relación entre la intensidad luminosa  y la superficie aparente -que la emite o refleja- vista por el ojo en una dirección determinada E S I L Sa I Sa L = [cd] [m2] = S · cos a

Rendimiento Luminoso  lm / W No toda la energía eléctrica consumida por una lámpara (bombilla, fluorescente, etc.) se transformaba en luz visible. Parte se pierde por calor, parte en forma de radiación no visible (infrarrojo o ultravioleta), etc. El cociente entre el flujo luminoso producido y la potencia eléctrica consumida Φ W

Resumen Φ W Flujo Luminoso Intensidad Luminosa Iluminancia Luminancia Ф lm Lúmen 1W = 683lm Propiedad de la fuente Intensidad Luminosa I cd Candela lm / ω Iluminancia E Lx Lux Lm / m2 Luz que llega a una superficie Luminancia L Cd / m2 Luz que llega al ojo Rendimiento Luminoso η Lm / W

Ley de la Inversa de los cuadrados Supongamos que tenemos una fuente luminosa puntual homogénea de I candelas en cualquier dirección que ilumina dos superficies (S) situadas a distancias d y D respectivamente.

Ley del coseno del ángulo

Luz y Visión Brillo Iluminancia (lx) Flujo luminoso (lm) Intensidad Luminosa (cd) Luminancia (cd/m2) La luminotecnia distingue entre “Luminancia", que es lo que se mide, y “Brillo", que es lo que el ojo percibe. El Brillo es subjetivo y depende del entorno visual.

Campo Visual Cada ojo ve aproximadamente 150º sobre el plano horizontal y con la superposición de ambos se abarcan los 180º. Sobre el plano vertical sólo son unos 130º, 60º por encima de la horizontal y 70º por debajo. El campo visual de cada ojo es de tipo monocular, sin sensación de profundidad, siendo la visión en la zona de superposición de ambos campos del tipo binocular. La sensación de profundidad.

Sensibilidad, Adaptación y Acomodación Visión Fotópica Buena iluminación (más de 3 cd/m2) luz de día,  la visión es nítida, detallada y se distinguen muy bien los colores Visión escotópica Niveles inferiores a 0.25 cd/m2 desaparece la sensación de color y la visión; es más sensible a los tonos azules y a la intensidad de la luz. Visión mesiópica Acomodación capacidad del ojo para enfocar automáticamente objetos situados a diferentes distancias Adaptación es la facultad del ojo para ajustarse automáticamente a cambios en los niveles de iluminación

Factores que influyen en la Visión Tamaño La facilidad de percepción en la visión es función, entre otras cosas, de la proporción que ocupe el objeto visualizado respecto del campo visual

Factores que influyen en la Visión Agudeza Visual La agudeza visual es la capacidad de distinguir entre objetos muy próximos entre sí. Es una medida del detalle más pequeño que podemos diferenciar y está muy influenciada por el nivel de iluminación. Si este es bajo como ocurre de noche cuesta mucho distinguir cosas al contrario de lo que ocurre de día

Factores que influyen en la Visión El Contraste Se produce por diferencias entre colores o luminancias (porción de luz reflejada por un cuerpo que llega al ojo) entre un elemento del campo visual y el resto. Mientras mayor sea mejor lo veremos, más detalles distinguiremos y menos fatigaremos la vista. Una buena iluminación ayudará mucho y puede llegar a compensar bajos contrastes en colores aumentando la luminancia.

TAMAÑO Factores que influyen en la Visión El Tiempo Mientras más tiempo dispongamos para ver una imagen, más nítida y detallada será. Con una buena iluminación podremos reducirlo y aumentar la velocidad de percepción.

Espectro Electromagnético

Cálculo por el mètodo de las cavidades zonales Obtener del Anexo IV correspondiente a art. 71-84 de la Reglamentación aprobada por Decreto 351/79 Capítulo 12 “Iluminación y color” de la Ley 19.587 la intensidad media de iluminación (lux) sobre el plano de trabajo acorde a la clase de tarea visual (basado en la norma IRAm AADL J 20-06) Recopilar dimensiones del local Selección de la lámpara Selección de la luminaria Determinación del índice del local (k), coeficiente de utilización y asi obtener el factor de utilización Obtener Factor de mantenimiento. Calcular la cantidad de Flujo Luminoso requerido (lm) Calcular la cantidad de lámparas Establecer la distribución de las mismas de las mismas y sus respectivas luminarias Calculo de la potencia instalada

Cálculo

Paso 1 Los niveles de iluminación deben encuadrarse dentro de los establecido en la Tabla 2 - Intensidad mínima de iluminación que figura en el Decreto 351/79. Esta tabla muestra por tipo de edificio, local y tarea visual el valor mínimo de iluminación en lux necesaria. Cuando los puestos medidos no se encuadran en ninguno de los puestos que figuran en la Tabla 2 se deben comparar con los niveles establecidos en la Tabla 1.

TABLA 2 Intensidad mínima de iluminación (Basada en norma IRAM-AADL J 20-06) Tipo de edificio, local y tarea visual Valor mínimo de servicios de iluminación (lux) VIVIENDA Baño: Iluminación general Iluminación localizada sobre espejos 100 200 Dormitorio: Iluminación general Iluminación localizada: cama, espejo 200 200 Cocina: Iluminación sobre la zona de trabajo: cocina, pileta, mesada 200 CENTROS COMERCIALES IMPORTANTES Iluminación general Depósito de mercaderías 1000 300 Iluminación general Gomería

Ejemplos de tareas visuales TABLA 1 Intensidad media de iluminación para diversas clases de tarea visual (Basada en norma IRAM-AADL J 20-06) Clase de tarea visual Iluminación sobre el plano de trabajo (lux) Ejemplos de tareas visuales Visión ocasional solamente 100 Para permitir movimientos seguros por ejemplo en lugares de poco tránsito: sala de calderas, depósito de materiales voluminosos y otros. Tareas intermitentes ordinarias y fáciles, con contrastes fuertes 100 a 300 Trabajos simples, intermitentes y mecánicos, inspección general y contado de partes de stock, colocación de maquinaria pesada. Tareas moderadamente críticas y prolongadas, con detalles medianos 300 a 750 Trabajos medianos, mecánicos y manuales, inspección y montaje: trabajos comunes de oficina, tales como: lectura, escritura y archivo. Tareas severas y prolongadas y de poco contraste 750 a 1500 Trabajos finos, mecánicos y manuales, montaje e inspección: pintura extrafina, sopleteado, costura de ropa oscura. Tareas muy severas y prolongadas, con detalles minuciosos o muy poco contraste 1500 a 3000 Montaje e inspección de mecanismos delicados, fabricación de herramientas y matrices; inspección con calibrados, trabajo de molienda fina. 3000 Trabajo fino de relojería y reparación Tareas excepcionales, difíciles o importantes 5000 a 10000 Casos especiales como por ejemplo: iluminación del campo operatorio en una sala de cirugía.

Paso 2 Dimensiones del local y la altura del plano de trabajo (la altura del suelo a la superficie de la mesa de trabajo), normalmente de 0.85 m

Paso 3 Tipo de lámpara Las lámparas empleadas en iluminación de interiores abarcan casi todos los tipos existentes en el mercado (incandescentes, halógenas, fluorescentes, etc.). Las lámparas escogidas, por lo tanto, serán aquellas cuyas características (fotométricas, cromáticas, consumo energético, economía de instalación y mantenimiento, etc.) mejor se adapte a las necesidades y características de cada instalación (nivel de iluminación,  dimensiones del local, ámbito de uso, potencia de la instalación)

Tipo de fuente Potencia Flujo Luminoso Eficacia luminosa W lm lm/W  Vela de cera   10  Lámpara incandescente 40 430 10,75 100 1.300 13,8 300 5.000 16,67  Lámpara Fluorecente compacta 7 400 57,1 9 600 66,7  Lámpara Fluorecente tubular 20 1.030 51,5 2.600 65 4.100 63  Lámpara vapor de Mercurio 250 13.500 54 23.000 57,5 700 42.000 60  Lámpara Mercurio Halogenado 18.000 72 24.000 67 80.000 80  Lámpara vapor de Sodio alta presión 25.000 47.000 118 1.000 120.000 120  Lámpara vapor de Sodio baja presión 55 8.000 145 135 22.500 167 180 33.000

Paso 4 Sistema de alumbrado Cuando una lámpara se enciende, el flujo emitido puede llegar a los objetos de la sala directamente o indirectamente por reflexión en paredes y techo. La cantidad de luz que llega directa o indirectamente determina los diferentes sistemas de iluminación con sus ventajas e inconvenientes.    Luz directa    Luz indirecta proveniente del techo    Luz indirecta proveniente de las paredes

Paso 4 Sistema de alumbrado Iluminación directa todo el flujo de las lámparas va dirigido hacia el suelo sistema más económico de iluminación mayor rendimiento luminoso riesgo de deslumbramiento directo es muy alto Iluminación semidirecta la mayor parte del flujo luminoso se dirige hacia el suelo y el resto es reflejada en techo y paredes riesgo de deslumbramiento menor recomendable para techos que no sean muy altos Iluminación difusa el flujo se reparte al cincuenta por ciento entre procedencia directa e indirecta riesgo de deslumbramiento es bajo iluminación semiindirecta la mayor parte del flujo proviene del techo y paredes elevados consumos de potencia eléctrica y pérdidas de flujo por absorción luz de buena calidad, produce muy pocos deslumbramientos Iluminación indirecta casi toda la luz va al techo la más parecida a la luz natural solución muy cara puesto que las pérdidas por absorción son muy elevadas.

Paso 5 Tipo de luminaria La elección de las luminarias está condicionada por la lámpara utilizada y el entorno de trabajo de esta. Hay muchos tipos de luminarias y sería difícil hacer una clasificación exhaustiva. La forma y tipo de las luminarias oscilará entre las más funcionales donde lo más importante es dirigir el haz de luz de forma eficiente, como pasa en el alumbrado industrial, a las más formales donde lo que prima es la función decorativa como ocurre en el alumbrado

Paso 5 Tipo de luminaria Indirecta Semi-directa Directa-indirecta Una manera de clasificar las luminarias es según el porcentaje del flujo luminoso emitido por encima y por debajo del plano horizontal que atraviesa la lámpara. Es decir, dependiendo de la cantidad de luz que ilumine hacia el techo o al suelo. Según esta clasificación se distinguen seis clases.                                                                           Indirecta Semi-directa Directa-indirecta General difusa Directa

Paso 6 Altura de las luminarias Determinar la altura de suspensión de las luminarias según el sistema de iluminación escogido.                                            Locales con iluminación indirecta Mínimo:                                    Óptimo:                                   Locales con iluminación directa, semidirecta y difusa Lo más altas posibles Locales de altura normal (oficinas, viviendas, aulas...) Altura de las luminarias h: altura entre el plano de trabajo y las luminarias h': altura del local d: altura del plano de trabajo al techo d': altura entre el plano de trabajo y las luminarias

Paso 7 Índice del local k Sistema de iluminación Índice del local Iluminación directa, semidirecta, directa-indirecta y general difusa                                                      Iluminación indirecta y semiindirecta                                              

Paso 8 Coeficiente de Reflexión Color Factor de reflexión ( ) Techo Blanco o muy claro 0.7 claro 0.5 medio 0.3 Paredes oscuro 0.1 Suelo

Paso 9 Factor de Utilización

Paso 10 Factor de Mantenimiento fm Obtener el coeficiente de mantenimiento, mediante la siguiente formula: q r d L m K * Donde: : Coeficiente de mantenimiento l Factor de depreciación por uso de la lámpara (factor que  considera el envejecimiento del elemento que produce la  luz) Factor de depreciación por mantención de equipo (factor que considera la suciedad sobre la luminaria Kr Factor de mantenimiento de paredes (factor que considera la  limpieza del recinto paredes)  Factor que considera el porcentaje de lámpara quemadas Ambiente Factor de mantenimiento (fm) Limpio 0.8 Sucio 0.6 A fines prácticos, el calculo anterior se puede simplificar tomando los valores del siguiente cuadro:

Paso 11 Cantidad de Flujo Luminoso requerido Cálculo del flujo luminoso total necesario. Para ello aplicaremos la fórmula                          donde:    es el flujo luminoso total E  es la iluminancia media deseada S  es la superficie del plano de trabajo    es el factor de utilización fm es el factor de mantenimiento

Paso 12 Cantidad de luminarias redondeado por exceso donde:                               redondeado por exceso donde: N es el número de luminarias    es el flujo luminoso total    es el flujo luminoso de una lámpara n es el número de lámparas por luminaria

Paso 13 Selección y distribución de la luminaria Una vez hemos calculado el número mínimo de lámparas y luminarias procederemos a distribuirlas sobre la planta del local. En los locales de planta rectangular las luminarias se reparten de forma uniforme en filas paralelas a los ejes de simetría del local según las fórmulas: donde N es el número de luminarias

Paso Final Comprobación de resultados Por último, nos queda comprobar la validez de los resultados mirando si la iluminancia media obtenida en la instalación diseñada es igual o superior a la recomendada en las tablas.

Cálculo de alumbrados exteriores Determinar la distancia entre los postes de luz, contemplando el ancho de la calzada (a) y la altura del mismo (h) Ejemplos de distribución

Método del punto por punto Iluminación Directa + Iluminación Indirecta    Luz directa    Luz indirecta proveniente del techo    Luz indirecta proveniente de las paredes Alumbrado general localizado o individual E = Edirecta + Eindirecta

Riesgos Asociados El efecto estroboscópico es un efecto óptico que se produce al iluminar mediante destellos, un objeto que se mueve en forma rápida y periódica. La fuente de iluminación debe estar en fase con la máquina en cuestión. Se soluciona colocando las fuentes de luz en al menos 2 fases distintas El deslumbramiento ocurre cuando un haz de luz se refleja en una superficie pulida concentrando la intensidad luminosa y generando destellos que producen que cegan a la persona por un instante. Se soluciona iluminando dicha superficie desde varios ángulos, con superficies mate o moviendo el objeto para que refleje en otra dirección.

Muchas gracias … y a comer asado!