Conceptos Fundamentales de Luminotecnia

1. Definición y Unidades de las Magnitudes Luminotécnicas

• Flujo luminoso: Potencia (W) emitida en forma de radiación luminosa a la que el ojo humano es sensible. Su símbolo es Φ y su unidad es el lumen (lm).

• Intensidad luminosa: Flujo luminoso emitido por unidad de ángulo sólido en una dirección concreta. Su símbolo es I y su unidad es la candela (cd).

  

  

• Iluminancia: Flujo luminoso recibido por una superficie. Su símbolo es E y su unidad el lux (lx).

  E =

• Ley inversa de los cuadrados:

  E =

• Luminancia: Relación entre la intensidad luminosa y la superficie vista por el ojo en una dirección determinada.

  L = =

2. Cálculo de la Iluminancia en un Punto Situado en la Perpendicular del Foco

Conocida la intensidad luminosa, el valor de la iluminancia horizontal en un punto situado a una distancia “d” en la perpendicular del foco coincide con la intensidad luminosa.

3. Cálculo de la Iluminancia Horizontal en un Punto con Dirección Φ

Conocida la intensidad luminosa, el valor de la iluminancia horizontal en un punto situado en la dirección Φ respecto a la perpendicular del foco se calcula como se muestra en la siguiente figura:

Su unidad es: lx

4. Factores que Determinan la Luminancia en un Punto P de una Calzada

La luminancia en un punto P de una calzada depende del ángulo de incidencia α y del ángulo entre el plano de incidencia y el de observación β. El efecto del ángulo de observación Φ es despreciable.

5. Características y Principio de Funcionamiento de las Lámparas

Nota: Todas son de descarga menos la primera (lámparas incandescentes).

• Lámparas incandescentes: Se fundamentan en la ley de Joule, ya que transforman energía eléctrica en luminosa y calorífica. El material del filamento es el wolframio, introducido en una ampolla de vidrio en la que se ha hecho vacío o se ha introducido un gas inerte (xenón). No existe efecto estroboscópico. La conexión a la red es directa. Rendimiento luminoso: 8-20 lm/W. Temperatura de color: 2100-3200 K.
• Lámparas fluorescentes: Su alumbrado se basa en la emisión de radiaciones ultravioleta producida por el vapor de mercurio que, al chocar contra las sustancias fluorescentes, se transforma en energía luminosa visible. Necesitan de un balasto, cebador o de un autotransformador para su encendido. Existe efecto estroboscópico. Temperatura de color: 3000-6000 K. Rendimiento luminoso: 40-90 lm/W.
• Lámparas de vapor de mercurio: Basan su funcionamiento en la descarga eléctrica a través de un gas inerte en el que existe mercurio vaporizado. Su puesta en tensión se realiza a través de una reactancia limitadora de la descarga. Tiempo de encendido: 4-5 minutos. Temperatura de color: 3000-4500 K. Rendimiento luminoso: 40-90 lm/W.
• Lámparas de vapor de sodio a baja presión: Descarga eléctrica a través de un metal de sodio vaporizado. El tubo de descarga tiene forma de U y un electrodo en cada extremo. Relleno de gas neón o argón y algo de sodio. Si funciona a menos de 400 V, la conexión a red es directa a través de una reactancia; si es a más tensión, se usa un transformador elevador. Tiempo de encendido: 5-10 minutos. No existe temperatura de color. Rendimiento luminoso: 180 lm/W.
• Lámparas de vapor de sodio a alta presión: Descarga eléctrica a través de un metal de sodio y de mercurio junto con un gas noble, vaporizados a alta presión. Consta de un tubo de gas translúcido que contiene un gas inerte (xenón o argón), los 2 electrodos y una pequeña aleación de mercurio y sodio. Para el encendido se usa un arrancador electrónico. Tiempo de encendido: 6-8 minutos. Temperatura de color: 2100 K. Rendimiento luminoso: 100-140 lm/W.
• Lámparas de halogenuros metálicos: Parecidas a las de vapor de mercurio, a las que se añaden halogenuros de tierras raras. Necesitan para el encendido reactancia y arrancador de alta presión. Temperatura de color: 6000 K. Rendimiento luminoso: 100 lm/W.

6. Definición y Representación de Alcance, Dispersión y Control para una Luminaria

• Alcance: Distancia, determinada por el ángulo Ѱmax, en el que la luminaria es capaz de iluminar la calzada de dirección longitudinal. Se calcula como el valor medio entre los dos ángulos correspondientes al 90% de Imax que corresponden al plano donde la luminaria presenta el máximo de la intensidad luminosa.

  

• Dispersión: Distancia, determinada por el ángulo Ѱ90º, en que es capaz de iluminar en dirección transversal a la calzada. Se define como la recta tangente a la curva isocandela de 90% de Imax proyectada sobre la calzada, que es paralela al eje de esta y se encuentra más alejada de la luminaria.

  

• Control: Nos da una idea de la capacidad de la luminaria para limitar el deslumbramiento que produce.

  

7. Interpretación de las Características de las Luminarias Comerciales

(Sección a desarrollar con información específica de luminarias comerciales)

8. Coordenadas Utilizadas en un Diagrama Polar de Distribución Luminosa

Los radios representan el ángulo γ y las circunferencias concéntricas el valor de la intensidad en candelas.

9. Representación y Características de una Curva de Distribución Luminosa

Solo se suelen representar los ángulos transversales a C=0º y C=90º. Para evitar hacer un gráfico para cada lámpara, se utiliza una referencia de 1000 lm. Para obtener el resultado para nuestra lámpara, se multiplica el flujo de nuestra lámpara por la lectura y se divide por 1000 lm.

10. Diagrama Isocandelas: Representación de la Intensidad Luminosa

Se representa en un plano mediante las curvas de nivel los puntos de igual valor de la intensidad luminosa. Cada punto indica una dirección del espacio definida por dos coordenadas angulares.

11. Sistema de Coordenadas en Proyectores

Para situar una dirección, se utiliza un sistema de meridianos y paralelos similar al que se usa con la Tierra. El paralelo 0º se hace coincidir con el plano horizontal que contiene la dirección del haz de luz y el meridiano 0º con el plano perpendicular a este.

12. Diagrama Isocandelas de una Luminaria de Alumbrado Público

13. Curva Isolux: Representación de la Iluminancia

Las curvas isolux hacen referencia a las iluminancias, flujo luminoso recibido por una superficie, datos que se obtienen experimentalmente o por cálculo a partir de la matriz de intensidades usando la fórmula:

14. Valores para la Representación de Curvas Isolux

Para valores de 1000 lm a una altura de 1 metro.

15. Criterios de Calidad para el Alumbrado Exterior

• Luminancia media (Lm, LAV)
• Coeficientes de uniformidad (Uo, UL)
• Deslumbramiento (TI y G)
• Coeficiente de iluminación de alrededores (SR)

16. Métodos para el Cálculo de Alumbrado Exterior

Cálculo de iluminancias:

• Método de los lúmenes o del factor de utilización.
• Métodos numéricos. El método de los nueve puntos.

17. Definiciones

• Coeficiente de uniformidad: Análisis del rendimiento visual en términos del coeficiente global de uniformidad Uo y la comodidad visual mediante el coeficiente longitudinal de uniformidad Ul.
• Deslumbramiento: Sensación molesta que dificulta la visión, pudiendo, en casos extremos, llegar a provocar ceguera transitoria.

18. Método de los Nueve Puntos para el Cálculo de Iluminación de una Vía Pública

Es una simplificación que permite, de forma relativamente rápida, obtener una idea de la iluminancia media de la vía, así como de su nivel de uniformidad.

El primer paso es dividir el área sometida a estudio en nueve zonas de área desigual, de forma que los cuadrantes laterales tienen un área doble que las esquinas y el cuadrante central un área de cuatro veces superior a la de estas. En cada uno de estos cuadrantes se toma un punto, tal y como se indica en la figura:

Una vez definida la retícula, únicamente queda aplicar la ecuación a través de la que se rige este método a cada uno de los puntos definidos. Esta no es otra que la de la iluminancia horizontal, con la salvedad de que considera la influencia de todos aquellos puntos de luz que arrojen una iluminancia superior a 0,5 lux:

Una vez determinado el nivel de iluminancia horizontal en cada uno de los nueve puntos, se calcula el valor medio de manera ponderada, es decir, teniendo en cuenta el área de cada una de las zonas a la que representa cada punto:

La uniformidad se calcula dividiendo el mínimo valor de la iluminancia obtenido por el máximo.