7.5.2.1.- Coeficiente de utilización.7.5.3.- Alumbrado de exteriores.
7.5.2.2.- Factor de mantenimiento.
7.5.3.1.- Criterios de calidad.
7.5.3.2.- Alumbrado de vías públicas.
7.5.3.3.- Alumbrado de áreas residenciales y peatonales.
7.5.3.4.- Alumbrado por proyectores.7.5.1.- Instalaciones de alumbrado
Como consecuencia de que existen períodos más o menos largos, durante los cuales hay ausencia total o parcial de la luz natural, se hace necesario sustituir o compensar esta mediante luz artificial.
El problema se plantea ante la necesidad de disponer de una iluminación artificial, que si bien dista notablemente de la natural, al menos cumpla unos mínimos establecidos en cuanto a calidad y cantidad.
El ojo humano está habituado a altos niveles de iluminación, proporcionados por la iluminación natural, por lo que lo ideal sería disponer de niveles similares. Sin embargo, y a pesar de contar con fuentes de luz artificial de elevado rendimiento, en muy pocas ocasiones resulta conveniente, bajo el punto de vista económico.
La luz del día proporciona niveles de iluminación del orden de 10.000 a 100.000 lux, mientras que artificialmente raras veces los niveles son superiores a los 2.000 lux. Pese a esto, el ojo humano con su enorme capacidad de adaptación, permite obtener sensaciones de bienestar y satisfacción con niveles bajos de iluminación.
Con el fin de diferenciar los procedimientos de cálculo utilizados en las instalaciones de alumbrado artificial, estas se subdividen en:
• Alumbrado de interiores.
• Alumbrado de exteriores.
7.5.2.- Alumbrado de interiores
En cada caso específico se puede recomendar un determinado nivel de iluminación, pudiendo ver en la tabla Nº 7.9, los niveles más comúnmente utilizados.
Tabla 7.9 Niveles de iluminación
Tipo de Local
Nivel de Iluminación
(lux)
Auditorios
300
Casino, Restaurantes
150
Talleres de servicio (reparaciones)
200
Salas de ventas
300
Oficinas en general
400
Bancos
500
Bodegas
150
Pasillo
50
Naves de maquinas de herramientas
300
Fabricas en general
300
Salas de trabajo con iluminación suplementaria en cada punto
150
Imprentas
500
Laboratorios
500
Laboratorios de instrumentos
700
Bibliotecas publicas
400
Vestuarios de industrias
100
Salas de dibujo profesionales
600
Después de un minucioso reconocimiento del lugar a iluminar y conocida la actividad a desarrollar en el local motivo de estudio, lo primero que se debe hacer, es determinar el nivel de iluminación que se necesita.
7.5.2.1.- Coeficiente de utilización
Al cuociente entre el flujo luminoso que llega al plano de trabajo (flujo útil), y el flujo total emitido por las lámparas instaladas, es lo que se llama "Coeficiente de utilización", ecuación (7.7).
(7.7)
Este coeficiente depende de diversas variables, tales como la eficacia de las luminarias, la reflectancia de las paredes, y las dimensiones del local.
La luminaria, aparato utilizado para soportar, alojar y distribuir el flujo luminoso de las lámparas, tiene una relativa incidencia sobre el coeficiente de utilización, según se trate de un sistema de iluminación directo, semidirecto o a través de difusores. El sistema directo o semidirecto tiene escasas pérdidas, las que no llegan al 4%, mientras que los sistemas a través de difusor tienen unas pérdidas comprendidas entre el 10 y el 20%.
Del flujo luminoso total emitido por las lámparas, solamente una parte llega directamente a la superficie de trabajo; otra parte del flujo emitido, se dirige a las paredes, donde, como ya sabemos, una fracción se absorbe y otra llega a la superficie de trabajo después de una o varias reflexiones; finalmente, otra parte del flujo luminoso se emite hacia el techo donde, como antes, una porción se absorbe y otra llega a la superficie de trabajo (ver figura Nº 7.17).
La reflexión de la luz sobre las paredes del local juega un importante papel sobre el coeficiente de utilización. De la totalidad del flujo luminoso que incide sobre las paredes, una parte se refleja, mientras que otra es absorbida y anulada, dependiendo la proporción de una y otra, del color de las paredes.
Aunque se pueden diferenciar un gran número de colores y tonalidades, en general será suficiente diferenciar cuatro tonalidades diferentes, según se indica en la tabla Nº 7.10.
Tabla 7.10
Color
Reflexión
Blanco
70 %
Claro
50 %
Medios
30 %
Oscuros
10 %
Figura 7.17
Por último, las dimensiones del local también juegan un papel importante sobre el valor del coeficiente de utilización. Esto se pone en evidencia con lo expresado anteriormente, "la proporción de flujo luminoso que llega a la superficie de trabajo, depende de la relación que exista entre el flujo directo y el reflejado".
Un local angosto y alto desperdicia mucho más flujo luminoso que otro que en proporción sea más ancho y más bajo. Esto equivale a decir que la cantidad de flujo enviado al plano útil de trabajo es directamente proporcional a la superficie e inversamente proporcional a la altura.
7.5.2.2.- Factor de mantenimiento
Las condiciones de conservación ó mantenimiento de la instalación de iluminación, configuran un factor de gran incidencia en el resultado final de un proyecto de alumbrado y de hecho se incluye en la formula de calculo (fm= Factor de mantenimiento).
Todos los elementos que contribuyen a la obtención del nivel de iluminación deseado sobre el plano de trabajo, sufren con el tiempo un cierto grado de depreciación.
Las lámparas sufren pérdidas en el flujo luminoso emitido, ya sea por envejecimiento, acumulación de polvo sobre su superficie, efectos de la temperatura, etc. Además las pantallas reflectoras de las luminarias pierden eficiencia y las paredes y cielo raso se ensucian y disminuye su poder reflectante.
De todos estos factores, algunos son controlables por sistemas de mantenimiento y otros no lo son. La IESNA (Iluminating Engineering Society of North America), considera ocho factores: cuatro de ellos “no controlables” por sistemas de mantenimiento y cuatro “controlables”
Los no controlables son: la temperatura ambiente, la variación de la tensión, el mantenimiento del balast y la deformación de la superficie de la luminaria.
Los controlables son: la deformación o deterioro de la superficie del local por ensuciamiento, la depreciación por flujo luminoso de la lámpara, el reemplazo de las lámparas y la mantención de la luminaria por ensuciamiento.
La estimación de este coeficiente debe hacerse teniendo en cuenta diversos factores relativos a la instalación, tales como el tipo de luminaria, grado de polvo y suciedad existente en la nave a iluminar, tipo de lámparas utilizadas, número de limpiezas anuales y frecuencia en la reposición de lámparas defectuosas. Todo ello y con la experiencia acumulada a lo largo de los años, hace posible situar el factor de mantenimiento dentro de límites comprendidos entre el 80 y el 50%.
Por consiguiente, al calcular el flujo total necesario para obtener un nivel medio de iluminación, será preciso tener en cuenta este factor, ya que de lo contrario obtendríamos el flujo luminoso del primer día de puesta en funcionamiento de la instalación, el cual iría degradándose poco a poco hasta llegar a ser insuficiente.
Las consideraciones hechas hasta aquí, permiten determinar el flujo luminoso necesario para producir la iluminación E, sobre una superficie útil de trabajo S. El flujo útil necesario será:
(7.8)
como:
(7.9)
por lo tanto:
(7.10)
Este será el flujo total necesario sin tener en cuenta la depreciación que sufre con el tiempo, es decir, sin considerar el factor de mantenimiento. Al considerar este factor en la ecuación del flujo total, se tiene:
(7.11)
Donde:
Ø t : Flujo total necesario en Lm.
E : Luminancia en el plano de trabajo en Lux..
A : Ancho del local en metros.
L : Longitud del local en metros.
C u : Coeficiente de utilización.
f m : Factor de mantenimiento.
Conocido el flujo total necesario, se puede obtener el número de lámparas a utilizar (7.12), ya que,
(7.12)
Donde:
N : Número de lámparas necesarias.
Ø t : Flujo total necesario.
Ø : Flujo de cada lámpara elegida.
Fácilmente puede deducirse que un mismo flujo luminoso total, puede obtenerse mediante muchas lámparas de bajo flujo nominal, o mediante un pequeño número de lámparas de elevado flujo nominal. La ventaja de utilizar un mayor número de lámparas, consiste en que de esta manera se obtiene una mejor uniformidad en la iluminación, pero el mantenimiento resulta ser más difícil y de mayor costo. Por el contrario, si se utilizan pocas lámparas, la uniformidad en la iluminación no es buena, aunque de esta manera se obtiene un mantenimiento sencillo y barato.
Una vez obtenido el número de lámparas, deberá elegirse el número de lámparas que queremos que lleve cada luminaria, procediendo seguidamente a distribuirlas de una manera lógica y estética en e área del cielo raso.
El resto de los datos eléctricos serán inmediatos, tales como potencia activa y reactiva consumida, valor de los condensadores de mejora del factor de potencia, sección de los conductores utilizados, interruptores, magneto térmicos, etc.
7.5.3.- Alumbrado de exteriores
Cuando se habla de iluminación exterior, el tema abarca una amplia variedad de situaciones, tratando de lograr el nivel de iluminación adecuado en todos aquellos lugares al aire libre que por un motivo u otro lo necesiten.
Estos motivos pueden ser muy variados, como por ejemplo: turísticos, deportivos, estéticos, de seguridad ciudadana, de seguridad vial, etc.
Para que un proyecto de iluminación en áreas exteriores, esté acorde a los requerimientos mínimos de alumbrado, es necesario conocer algunos criterios de instalación:
7.5.3.1.- Criterios de calidad:
Para determinar si una instalación es adecuada y cumple con todos los requisitos de seguridad y visibilidad necesarios, existen parámetros que sirven como criterios de calidad. Estos parámetros son:
• Coeficiente de uniformidad , se cuantifica el rendimiento visual en términos del coeficiente de uniformidad media (U 0 ) y la comodidad visual mediante el coeficiente de uniformidad mínima (U L ) (medido a lo largo de la línea central).
(7.13)
(7.14)
• Deslumbramiento , c ondición de visión en la que hay una molestia o reducción en la amplitud para distinguir detalles u objetos, debida a una inadecuada distribución o escalonamiento de luminancia o a contrastes excesivos.
• Coeficiente de iluminación de los alrededores, ( Surround Ratio, SR) es una medida de la iluminación en las zonas limítrofes de las vías públicas. De esta manera se asegura que los objetos, vehículos o peatones que se encuentren allí, sean visibles para los conductores. SR se obtiene calculando la iluminacia media de una franja de 5 m de ancho a cada lado de la calzada, como lo muestra la figura Nº 7.18.
Figura Nº 7.18
7.5.3.2.- Alumbrado de vías públicas:
El alumbrado de vías públicas se consigue mediante luminarias ubicadas sobre postes o mástiles especiales, que existen principalmente en diferentes disposiciones:
• Unilateral , que consiste en la ubicación de todas ellas a un mismo lado de la calzada.
• Zigzag ; consiste en la ubicación de las luminarias en ambos lados de la vía, también se le conoce como disposición tresbolillo.
• En oposición , esta disposición sitúa las luminarias una frente a la otra, también se le conoce como disposición en bilateral pareada.
Algunas de estas disposiciones se muestran en la figura Nº 7.19.
Figura Nº 7.19
Estas disposiciones de luminarias se recomiendan según la relación entre el ancho de la vía y la altura de montaje. La distribución unilateral se recomienda, si la anchura de la vía es menor que la altura de montaje de las luminarias. La zigzag si está comprendida entre 1 y 1.5 veces la altura de montaje y la bilateral pareada si es mayor de 1.5.
La altura a la que se deben situar las luminarias, en cierto modo dependen del flujo luminoso instalado, por lo que debe de tener presente la tabla Nº 7.11
Tabla Nº 7.11 Altura que se deben situar las luminarias
Flujo luminoso
(lúmenes)
Altura de la luminaria
(metros)
3000 a 9000
6.5 a 7.5
9000 a 19000
7.5 a 9
>19000
=9
La iluminancia media que se quiera obtener, depende de la relación entre la distancia de separación de la luminaria y su altura (tabla Nº 7.12)
Tabla Nº 7.12 Relación de separación v/s altura de la luminaria
Iluminancia media
(lux)
Relación
Separación/ Altura
2= Em < 7
4 a 5
7= Em < 15
3.5 a 4
15= Em £ 30
2 a 3.5
Al igual que en el alumbrado de interiores, en el alumbrado público también se debe tener en cuenta el coeficiente de mantenimiento por ensuciamiento y por depreciación del flujo luminoso, según sea el caso (tabla Nº 7.13)
Tabla Nº 7.13 Factor de mantenimiento recomendado según luminaria
Tipo de Luminaria
Factor recomendado
Hermética
0.80 a 0.87
Ventilada
0.70 a 0.80
Abierta
0.65 a 0.75
Los sistemas de iluminación en vías públicas, demandan en la actualidad luminarias que integran sus diferentes elementos (carcasas, cierres, sistemas ópticos y equipos) de modo que su manipulación sea cómoda, rápida y no precise el uso de herramientas especiales.
En la actualidad, en alumbrado público se privilegian las lámparas de descarga frente a las lámparas incandescentes, por sus mejores prestaciones y mayor ahorro energético. Específicamente, se emplean las lámparas de vapor de mercurio de alta presión y las de vapor de sodio de alta y baja presión.
7.5.3.3.- Alumbrado de áreas residenciales y peatonales:
Al contrario que en el alumbrado de vías públicas, donde es prioridad ofrecer buenas condiciones de iluminación y seguridad vial, en el alumbrado de áreas residenciales y peatonales existe un gran abanico de posibilidades que van desde iluminar zonas comerciales al simple guiado visual.
Para el alumbrado en zonas peatonales, se privilegian las lámparas de temperatura de color entre 2000 y 3000 K, aunque se puede ampliar el intervalo a 1800-3300 K. Se pueden usar, por lo tanto, una gran diversidad de lámparas como las de vapor de sodio, mercurio, fluorescentes o de inducción, dependiendo del efecto se desea obtener, las condiciones de la zona a iluminar y los aspectos económicos.
7.5.3.4.- Alumbrado por proyectores:
El alumbrado por proyectores tiene una gran importancia en la iluminación decorativa, publicitaria y deportiva, definiendo un importante apartado en el campo de la iluminación exterior moderna.
Los principales campos de aplicación de la iluminación con proyectores son la iluminación de áreas de trabajo o industrial, de edificios y monumentos, de instalaciones deportivas y algunos usos en el alumbrado de vías públicas.
Las luminarias que normalmente se emplean en el alumbrado de vías públicas, por lo general, son inadecuadas en los casos anteriormente citados, ya que ahora lo que se necesita es una mayor concentración del flujo luminoso, así como también un más exacto control de la luz emitida. Estas dos características son típicas de las luminarias llamadas “proyectores”.
El Comité Internacional de Iluminación (C.I.E.), define al proyector como una luminaria en la cual la luz es concentrada en un determinado ángulo sólido, mediante un sistema óptico, de espejos o bien de lentes, con el fin de obtener una intensidad luminosa elevada.
El cálculo de un alumbrado por proyectores, suele presentar mayores dificultades que el alumbrado de vías públicas, debido principalmente a que los proyectores se suelen utilizar con ángulos de orientación variables, según los casos, dando lugar a factores de utilización muy dispares y de difícil determinación. Esto elimina la posibilidad de representar los coeficientes de utilización de un proyector, por medio de tablas o gráficos de aplicación sencilla y rápida.
El diseño de alumbrado por proyectores, se debe basar en las curvas características, por lo que se debe conocer con precisión las curvas fotométricas de intensidad, así como las demás curvas que de ellas pueden obtenerse, tales como las graficas “Isocandelas” y las gráficas “Isolux”, referidas a distintas inclinaciones de los proyectores.
