7.3.1.- Luminaria:

Las luminarias son aparatos destinados a alojar, soportar y proteger la lámpara y sus elementos auxiliares, además ella sirve de soporte y conexión a la red eléctrica. Como esto no basta para que cumplan eficientemente su función, es necesario que cumplan una serie de características ópticas, mecánicas y eléctricas entre otras.

A nivel de óptica, la luminaria es responsable del control y la distribución de la luz emitida por la lámpara. Es importante, que en el diseño de su sistema óptico, se cuide la forma y distribución de la luz, el rendimiento del conjunto lámpara-luminaria y el deslumbramiento que pueda provocar en los usuarios.

Las características mecánicas y eléctricas deben ser: solidez, confección en material adecuado a las condiciones de trabajo previstas, además de temperatura, humedad ambiental, otros agentes atmosféricos y facilidad para efectuar las mantenciones correspondientes.

Desde el punto de vista estético, es importante que las luminarias no desentonen en el medio arquitectónico o ambiente en que están emplazadas, aunque se encuentren sin funcionar.

Las luminarias pueden ser clasificadas también según la dirección de la emisión del flujo luminoso en (tabla N° 7.1):

Tabla N° 7.1 Dirección de la emisión del flujo luminoso

Dirección	?	?
Directas	0 - 10%	90 – 100%
Semidirectas	10 – 40%	60 – 90%
Directa-indirecta	40 – 60%	40 – 60%
General difusa	40 – 60%	40 – 60%
Semi-indirecta	60 – 90%	10 – 40%
Indirecta	90 – 100%	0 – 10%

 

Otra clasificación de las luminarias puede hacerse por las formas en que se utilizan las propiedades de la luz, esto es:

•  Difusión , los difusores proporcionan una mayor superficie radiante y con ello, eliminan brillo, reduciendo los efectos del deslumbramiento.

•  Reflexión , los reflectores concentran el haz luminoso y lo envían en una dirección determinada.

•  Refracción , los refractores al ser atravesados por el flujo luminoso, cambian la dirección de éste y producen un efecto decorativo.

7.3.2 - Fotometría [10]

Cuando se habla en fotometría, de magnitudes y unidades de medida, se definen una serie de términos y leyes que describen el comportamiento de la luz y sirven como herramientas de cálculo. Pero no son suficientes para la selección de luminarias, aunque no invalida los resultados y conclusiones obtenidas para una determinada luminaria, obliga a buscar nuevas herramientas de trabajo, que describan mejor la realidad, como son las tablas, gráficos y programas informáticos.

De todos los parámetros planteados, uno de los más importantes es la forma de la distribución del flujo luminoso que depende de las características de las luminarias empleadas, como se muestra en la figura Nº 7.3.

 

Figura N° 7.3 Influencia de la luminariaen la forma del haz de luz.

A menudo no se da mucha importancia a este tema, como pasa en la iluminación interior, pero será fundamental si se quiere optimizar alguna instalación de alumbrado interior o en iluminación exterior de calles, decorativa, de industrias o de instalaciones deportivas.

A continuación veremos los gráficos más habituales en fotometría:

7.3.2.1.- Diagrama polar o curvas de distribución luminosa:

En estos gráficos, la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de tres o dos coordenadas (I, C, ), como lo muestra la figura Nº 7.4. La primera de ellas I representa el valor de la intensidad luminosa en candelas e indica la longitud del vector mientras las otras señalan la dirección. El ángulo C indica el plano vertical y  mide la inclinación respecto al eje vertical de la luminaria. En este último, 0º señala la vertical hacia abajo, 90º la horizontal y 180º la vertical hacia arriba. Los valores de C utilizados en las gráficas  no se suelen indicar, salvo para el alumbrado público. En este caso, los ángulos entre 0º y 180º quedan en el lado de la calzada y los comprendidos entre 180º y 360º en la acera; 90º y 270º son perpendiculares al borde de la luminaria y caen respectivamente en la calzada y en la acera.

 

Figura Nº 7.4

Figura Nº 7.5

En las curva de distribución luminosa, los radios representan el ángulo  y  las  circunferencias concéntricas el valor de la intensidad en candelas. De todos los planos verticales posibles identificados por el ángulo C, sólo se suelen representar los planos verticales correspondientes a los planos de simetría y los transversales a éstos, como se muestra en la figura Nº 7.5 (C = 0º y C = 90º) y aquel en que la lámpara tiene su máximo de intensidad.

Para evitar tener que hacer un gráfico para cada lámpara cuando sólo varía la potencia de ésta, los gráficos se normalizan para una lámpara de referencia de 1000 lm u otro valor definido por el fabricante.

Figura N° 7.6

Ejemplo de cálculo de iluminación mediante la utilización de un diagrama polar. Para el tramo de calle de la figura, se pide calcular la iluminancia en los puntos a, b, c, d, e y f. El poste mide 8 m de altura y la lámpara tiene un flujo de 15000 lm. Asimismo, se suministran los diagramas polares de las luminarias referenciadas a 1000 lm.

En este caso, la intensidad no es uniforme ni constante en cualquier dirección y por ello es necesario que trabajar con gráficos. Esto no acarrea mayor complicación respecto a lo visto anteriormente y la mecánica y las fórmulas empleadas, siguen siendo las mismas. La única diferencia estriba en que los valores de la intensidad, que ahora depende de los ángulos alfa y C, se obtienen de un gráfico polar.

Figura N° 7.7

Los pasos a seguir son:

Calcular a :

Figura N° 7.8

 

(7.1)

Se obtiene el flujo luminoso I ( a ) relativo del gráfico, según el valor de C (si no se dispone del gráfico hay que interpolar ) y calcular I real:

(7.2)

Calcular la iluminancia:

(7.3)

 

•  Calcular la Iluminancia en a (se utiliza el gráfico C 0 ):

 

a=0º

Grafico C= 0º o 180º

Para a=0º y C= 0º el valor de I relativo es:

I r = 90 cd/1000lm

Se aplica la ecuación 7.2 para obtener I real

Finalmente de la ecuación 7.3, se obtiene:

 

•  Calcular la Iluminancia en b (se utiliza el gráfico C 90 ):

 

Grafico transversal C= 90º - 270º

Para a= 45º y C= 90º el valor de I relativo es:

I r = 230 cd/1000lm

Se aplica la ecuación 7.2 para obtener I real

Finalmente de la ecuación 7.3, se obtiene:

•  Calcular la Iluminancia en f:

 

 

A este punto le correspondería una curva de C = 135º, pero como no se dispone de esta, se debe interpolar la intensidad luminosa a partir de los valores de las curvas de C = 90º y C = 180º para un valor de alfa de 51.3º.

Se aplica la ecuación 7.2 para obtener I real

Finalmente de la ecuación 7.3, se obtiene:

Como se puede ver, la mecánica de cálculo es siempre la misma y los resultados finales son (tabla N° 7.2):

Datos: h = 8 m; F = 15000 lm

Tabla N° 7.2

Punto	d (m)	tan a	a	C	I r (cd/1000 lm)	I (lm)	E (lx)
a	0	0	0º	0º	90	1350	21.09
b	8	1	45º	90º	230	3450	19.06
c	4	0.5	26.6º	270º	90	1350	15.08
d	5	0.625	32º	180º	110	1650	15.72
e	14	1.75	60.3º	0º	210	3150	6.15
f	10	1.25	51.3º	45º	195	2925	11.17

 

7.3.2.2.- Diagrama isocandela:

A pesar de que las curvas de distribución luminosa son herramientas muy útiles y prácticas, presentan el gran inconveniente de que sólo dan información de lo que ocurre en unos pocos planos meridionales (para algunos valores de C) y no se sabe a ciencia cierta, qué pasa en el resto. Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representación plana con información sobre la intensidad en cualquier dirección, se definen las curvas isocandela.

En los diagramas isocandelas se representan en un plano, mediante curvas con los puntos de igual intensidad luminosa . Cada punto indica una dirección del espacio, definido por dos coordenadas rectangulares.

 

7.3.2.2.1.-Proyectores para alumbrado por proyección.

En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con ángulos en lugar de las típicas x e y, como lo muestra la figura Nº 7.9 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 éste. Cualquier dirección, queda definida por sus dos coordenadas angulares. Conocidas éstas, se sitúan los puntos sobre el gráfico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa, formando las líneas isocandelas.

 

Figura Nº 7.9

 

7.3.2.2.2.- Luminarias para alumbrado público (Proyección azimutal de Lambert).

En las luminarias para alumbrado público, para definir una dirección, se utilizan los ángulos C y  , usados en los diagramas polares . Se supone la luminaria situada dentro de una esfera y sobre ella, se dibujan las líneas isocandelas. Los puntos de las curvas se obtienen por intersección de los vectores de la intensidad luminosa con la superficie de ésta. Para la representación plana de la superficie, se recurre a la proyección azimutal de Lambert , como lo muestra la figura Nº 7.10

 

Figura Nº 7.10

 

En estos gráficos, los meridianos representan el ángulo C, los paralelos el ángulo y las intensidades las líneas rojas, se representan en tanto por ciento de la intensidad máxima. Como en este tipo de proyecciones las superficies son proporcionales a las originales, el flujo luminoso se calcula como el producto del área en el diagrama (en estereorradianes), por la intensidad luminosa en el área.

Además de intensidades y flujos, este diagrama informa sobre el alcance y la dispersión de la luminaria. El alcance da una representación de la distancia longitudinal máxima que alcanza el haz de luz en la calzada, mientras que la dispersión se refiere a la distancia transversal.

 

7.3.2.3.- Curvas isolux.

Las curvas vistas (diagramas polares e isocandelas ) se consiguen a partir de características de fuentes luminosas, flujo o intensidad luminosa , y dan información sobre la forma y magnitud de la emisión luminosa de estas. Por el contrario, las curvas isolux hacen referencia a las iluminancias , y flujo luminoso recibido por una superficie.

Estos gráficos dan información sobre la cantidad de luz recibida en cada punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en el alumbrado público.

Lo más habitual, es expresar las curvas isolux (dada por cada fabricante) en valores absolutos definidas, en este caso, para una lámpara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 metro. En la figura Nº 7.11, muestra que el punto 0 es el lugar donde se encuentra instalado el poste con la luminaria. Los niveles o curvas de color rojo, muestran los niveles de iluminación, medidos en lux, que recibe el plano de trabajo la letra H, representa la altura de montaje.

Figura Nº 7.11

Los valores reales se obtienen a partir de las curvas, usando la ecuación (7.4).

(7.4)

 

 

Donde:

: Corrección por flujo

: Corrección por altura

E Hreal : Nivel de iluminación real existente en un determinado punto expresada en lux (lx).

E curva : Nivel de iluminación entregado por la curva en un determinado punto, expresada en lux (lx).

F Lreal : Flujo luminoso de la lámpara a utilizar. Se expresa en lúmenes (lm).

H : Altura de montaje de la luminaria en metros.

 

También se puede expresar en valores relativos a la iluminancia máxima (100%), para cada altura de montaje. Los valores reales de iluminancia o niveles de iluminación, se expresan en la ecuación (7.5).

(7.5)

Donde:

a : Coeficiente suministrado por las gráficas

 

En la actualidad, las luminarias se clasifican según tres parámetros que dependen de las características fotométricas. Los dos primeros, nos informan sobre la distancia a la que es capaz de iluminar, en las direcciones longitudinal y transversal respectivamente. Mientras, el tercero nos da una idea sobre el deslumbramiento que produce la luminaria a los usuarios.

Alcance , es la distancia, determinada por el ángulo  (tabla Nº 7.3), a la que es capaz de iluminar la calzada en dirección longitudinal. Este ángulo se calcula como el valor medio entre los dos ángulos correspondientes al 90% de I MAX  , que corresponden al plano donde la luminaria presenta el máximo de la intensidad luminosa, como lo muestra la figura Nº 7.12.

 

Figura Nº 7.12

 

Tabla Nº 7.3 Alcance según ángulo

Alcance corto	< 60º
Alcance intermedio	60º  70º
Alcance largo	> 70º

 

Dispersión, es la distancia es un parámetro que depende del ángulo (tabla Nº 7.4), este ángulo ésta comprendido entre puntos 1 y 2 de la figura Nº 7.13. Se define como la recta tangente a la curva isocandela del 90% de I MAX proyectada sobre la calzada, que es paralela al eje de esta y se encuentra más alejada de la luminaria.

Figura Nº 7.13

Tabla Nº 7.4 – Clasificación de la dispersión, según

Dispersión estrecha	< 45º
Dispersión media	45º  55º
Dispersión ancha	> 55º

 

Tanto el alcance como la dispersión, se pueden calcular gráficamente a partir del diagrama isocandela relativo en proyección azimutal , como lo muestran la figuras Nº 7.14 y 7.15.

 

Figura Nº 7.14

 

Figura Nº 7.15 Método gráfico para calcular el alcance y la dispersión

 

El control cuantifica la capacidad de la luminaria para limitar el deslumbramiento que produce, como lo muestra la tabla Nº 7.5

Tabla Nº 7.5

Control limitado	SLI < 2
Control medio	2  SLI  4
Control intenso	SLI > 4

 

Donde SLI (índice específico de la luminaria) el que se calcula a partir de las características de las luminarias.

El índice especifico de la luminaria, se calcula según la ecuación (7.6)

(7.6)

Donde:

I 80 : Intensidad luminosa emitida por la luminaria con un ángulo de elevación =80º en el plano C=0.

I 88 : Intensidad luminosa en el caso de =88º.

F : S uperficie aparente de la luminaria vista bajo un ángulo de 76º.

c : Factor de corrección del color que vale (tabla Nº 7.6)

Tabla Nº 7.6

Tipo de lámpara	c
Sodio a baja presión	0.4
Otras	0

 

 

7.3.3.- Rendimiento

Permite conocer la cantidad del flujo luminoso total de la fuente de luz utilizada, que es entregada a una zona de trabajo específica. Este dato es de importancia, en el aspecto económico de una instalación de iluminación.

El rendimiento de la luminaria se expresa en porcentaje y se representa mediante la letra e (eta) del alfabeto griego.

Existen luminarias que, por sus características constructivas, como así también, por los elementos reflectantes y difusores que la componen (espejos, pantallas, acrílicos, vidrios, etc.) entregan un porcentaje muy pequeño del total del flujo luminoso emitido por la fuente. Esto da como resultado una instalación antieconómica, tanto en la inversión inicial como en el costo del consumo eléctrico, por cuanto se deberán colocar demasiadas luminarias para obtener el nivel de iluminación deseado.

7.3.4.- Factor de mantenimiento

En la sección 7.5.2.2 esta descrito el factor de mantenimiento

7.3.5.- Apariencia estética:

En la actualidad se le está dando mucha importancia a la apariencia estética que tienen las luminarias bajo la luz diurna. Por ello se intenta que el diseño de luminarias, brazos, postes, etc. se plantee como solución de conjunto, a fin de garantizar la coherencia visual entre estos elementos y el paisaje urbano.

De este modo, a las luminarias se les están dando diseños estilizados y aerodinámicos y lo mismo está sucediendo con el diseño de los soportes de dichas luminarias.