Diseño y Proyecto
Requisitos de Diseño
El diseño de un proyecto de iluminación no está basado en un conjunto de reglas y pautas estrictas a seguir y tampoco tiene una solución única.
El estudio previo de los requisitos y necesidades del proyecto sirve para ayudar al diseñador a elegir la mejor solución.
El diseño del proyecto está sujeto a normativas y reglamentos que varían dependiendo del espacio a iluminar, tarea a realizar, país, etc.
Estas normativas deberán consultarse para cada proyecto en particular.
Por ejemplo, una instalación de iluminación exterior debe cumplir con la norma UNE-EN 13201:2009 y para satisfacer el R.D. 1890/2008 no se puede superar en un 20% los niveles
recomendados por dicho documento.
El diseño de un proyecto de iluminación de interiores debe cumplir la Norma Europea para lugares de trabajo UNE EN 12464-1:2012 y la norma
UNE EN 12464-2:2008 para exteriores.
A partir de las características proporcionadas por los fabricantes y las necesidades del proyecto, la variedad de luminarias y fuentes se
reduce considerablemente.
Es en ese momento, cuando el diseñador, gracias a los conocimientos adquiridos y experiencia previa, decide cual puede ser la mejor solución al proyecto.
Aunque es muy poco probable que la primera propuesta sea la elegida, debido al gran número de factores que influyen en esta decisión.
Los requisitos son los siguiente:
Requisitos lumínicos
Nivel medio de iluminación
Es el nivel medio de iluminación que se debe mantener sobre el área de trabajo o zona a iluminar. Este valor debe mantenerse independientemente del envejecimiento de las lámparas o suciedad en las
luminarias.
Los valores de la iluminancia media para iluminación de lugares de trabajo en interior están tabulados en la norma UNE-EN 12464-1:2012.
Tipo de interior, tarea y actividad |
Em [lx] |
UGR |
Ra |
Observaciones |
Aulas, aulas de tutoría |
300 |
19 |
80 |
La iluminación debería ser controlable |
Aulas para clases nocturnas educación de adultos |
500 |
19 |
80 |
La iluminación debería ser controlable |
Sala de lectura |
500 |
19 |
80 |
La iluminación debería ser controlable |
Pizarra |
500 |
19 |
80 |
Evitar reflexiones especulares |
Aulas de arte en escuelas de arte |
750 |
19 |
90 |
Tcp ≥ 5.000 K |
Tabla - Nivel Iluminación media en Edificios Educativos según la norma UNE-EN 12464-1:2012 (Fuente: PHILIPS)
Los valores de iluminancia media para iluminación de exteriores se pueden encontrar en la Instrucción técnica complementaria ITC-EA-02 Niveles de iluminación del Reglamento de eficiencia energética
de alumbrado exterior o del R.D. 1890/2008. Por ejemplo, en la tabla adjunta se muestran los niveles de iluminancia media para alumbrado ornamental.
Tabla - Nivel iluminación media para alumbrado exterior (Fuente: R.D. 1890/2008)
Luminancia
En muchos casos, los materiales utilizados tienen características de reflexión difusa, por lo que es suficiente con establecer una relación
proporcional entre nivel de iluminación y luminancia.
En condiciones visuales críticas, como por ejemplo pantallas de ordenador o cuando la finalidad de la iluminación consiste en crear sensaciones visuales como por ejemplo crear efecto de contraste, se
debe estudiar los niveles de luminancia para definir los requisitos lumínicos de la instalación.
Para resolver los casos en los que hay influencia de luminancias se aconseja utilizar programas de cáclculo o simplificar los cálculos considerando
las superficies de estudio como superfices completamente difusoras y con factor de reflexión conocido.
La Imagen 1 muestra la escala de luminancias para iluminación de interior y la Tabla 3 muestra la luminancia mínima.
Imagen - Escalas de luminancias para iluminación de interior (Fuente: Manual de iluminación INDAL)
Tabla - Luminancia recomendada para carreteras (Fuente: R.D. 1890/2008)
Uniformidad
La iluminancia proporcionada sobre la superficie de referencia nunca será uniforme, pero generalmente, debe ser la máxima posible.
La iluminancia media proporcionada por cualquier tipo de instalación irá disminuyendo con el tiempo debido a la
depreciación luminosa que sufren las lámparas y la suciedad que acumulan tanto lámparas
como luminarias con el tiempo.
La uniformidad ayuda a evitar problemas de adaptación. Será necesario estudiar cada caso en particular. Por ejemplo en el diseño de un proyecto de iluminación deportiva, es muy imporante que exista
buena uniformidad en los planos horizontales y verticales.
La tabla 4 muestra los niveles de uniformidad establecidos para iluminación de carreteras en el R.D. 1890/2008, de 14 de noviembre.
Tabla - Uniformidad en carreteras (Fuente: R.D. 1890/2008)
Equilibrio de luminancias
Este requisito está ligado al deslumbramiento. Si no se controlan las luminancias de las fuentes de luz
y los elementos que componen el espacio a iluminar, pueden aparecer deslumbramientos molestos o pertubadores.
El control sobre la distribución de las luminancias es muy importante, sobretodo en iluminación de interiores donde se realicen tareas
espercíficas. En estos casos la luminancia de los alrededores debe ser más baja que la luminancia de la propia actividad, como mínimo en una
proporción de 1:3.
El equilibrio de luminancia requiere un especial control sobre las luminancias de fondo, que en el caso de una oficina es sencillo, pero es
más complicado en zonas industriales o espacios exteriores.
La IES (Iluminating Enginering Society) establece relaciones entre tareas y alrededores en iluminación de interiores. Los datos se muestran en
la tabla adjunta.
Tabla - Proporciones de Luminancias en Interiores (Fuente: MAPFRE - Manual de Ergonomía )
Las luminancias de paredes y techos también deben ser considedas para no exceder los límites y provocar deslumbramiento. Las luminancias
recomendadas para estos elementos son:
- Pared: entre 50 y 150 cd/m2
- Techos: entre 100 y 300 cd/m2
Deslumbramiento
El
deslumbramiento se debe controlar para eliminarlo o disminuirlo en la medida de los posible, debido a que puede causar cansancio, molestia
o fatiga e incluso imposibilitar la visión.
Para controlar el deslumbramiento es necesario controlar la luminancia de las fuentes luminosas en la dirección de la mirada del observador. Actualmente existen programas informáticos de cálculo que permiten evaluar el
deslumbramiento exacto en cualquier zona.
- Deslumbramiento directo e indirecto
El deslumbramiento directo se produce por una luminaria directamente que está situada dentro del campo visual. El deslumbramiento indirecto se produce por la reflexión que produce
la luminaria sobre una superficie con un alto nivel de reflectancia.
Imagen - Deslumbramiento directo y reflejado
- Ángulo crítico
Una de las principales causas que producen el deslumbramiento es la posición de las fuentes de luz respecto a la tarea visual. Se conoce
como ángulo crítico el ángulo que forma la dirección visual con la horizontal que pasa por el ojo. Por ejemplo, en la Imagen 3 el ángulo crítico es de 30º.
Imagen - Angulo critico deslumbramiento
- Deslumbramiento en espacios interiores
El índice del deslumbramiento molesto es común en iluminación de interiores. Se calcula mediante el Índice de Deslumbramiento Unificado (UGR, Unified Gare Rating), creado por la CIE el año 1995, que describe el brillo molesto según la posición del observador
y la dirección de la vista.
El límite admisible del UGR está definido para las diferentes actividades del espacio a iluminar en la norma UN-EN 12464-1 de Iluminación de lugares de trabajo.
El índice del deslumbramiento se calcula con la fórmula:
Donde:
- Lb es la iluminancia de fondo en cd/m2, calculada como Eindxπ-1, en la que Eind es la iluminancia indirecta vertical en el
ojo del observador
- L es la luminancia en cd/m2 de las partes luminosas de cada luminaria en la dirección del ojo del observador
- ω es el ángulo sólido en sr de las partes luminosas de cada luminaria en el ojo del observador
- p es el índice de posición de Guth para cada luminaria individual que se refiere a su desplazamiento de la línea de visión
El ejemplo siguiente muestra el deslumbramiento que se produce sobre la pantalla del ordenador que no permite al trabajador realizar sus tarea.
Imagen - Ejemplo deslumbramiento molesto (Fuente: NextArchitect)
- Deslumbramiento en espacios exteriores
La iluminación de espacios exteriores considera los dos tipos de deslumbramiento: molesto y perturbador. Normalmente si se cumplen los límites del deslumbramiento
molesto, el deslumbramiento perturbador se considera admisible.
La luminancia de velo es la pérdida de visión que se produce por el deslumbramiento perturbador está creada por la aparición de un velo que se superpone a la imagen nítida que ve el
ojo, de modo que disminuye la capacidad del ojo de apreciar los contrastes.
Se considera que el velo tiene una cierta luminancia que se calcula por la fórmula:
Donde:
- Lv es la luminancia de velo en cd/m2
- Eg [lux] iluminancia sobre el ojo (en un plano perpendicular) causada por la fuente de deslumbramiento
- θ ángulo, en grados, entre la dirección de incidencia de la luz en el ojo y la dirección de observación
- El sumatorio está extendido a todas las luminarias de la instalación
La luminancia de velo equivalente se define considerando que la reflexión del entorno es totalmente difusa, se calcula por la fórmula:
Donde:
- r
- Ehm es la iluminancia media horizontal del área
- Lve es la luminancia de velo equivalente en cd/m2
El deslumbramiento perturbador se calcula mediante la expresión del incremento de umbral (TI) para valores de luminancia media en la calzada entre 0,05 y 5 cd/m2 :
Donde:
- Lm luminancia media de la calzada en cd/m2
- Lv luminancia de velo equivalente en cd/m2
Cuando la luminancia media de la calzada es superior a 5 cd/m2, el incremento umbral se calcula como:
El índice de deslumbramiento GR (Glare Rating) en iluminación de exteriores evalúa el nivel de deslumbramiento utilizando la fórmula empírica
definida por la C.I.E en su publicación 112:1994. Actualmente es el método aceptado para evaluar el deslumbramiento en instalaciones de alumbrado
que utilicen proyectores.
Donde:
- Lv luminancia velo equivalente en cd/m2
- Lve luminancia de velo denominada equivalente producida por el entorno
Los valores de GR deben estar entre 10 y 90. La relación entre el GR y su valoración se muestra en la siguiente tabla:
Índice de deslumbramiento (GR) |
Valoración |
Insoportable |
80-90 |
Molesto |
60-70 |
Admisible |
40-50 |
Evidente |
20-30 |
Inapreciable |
10 |
Tabla - Coeficientes factores de reflexión, absorción y transmisión
El deslumbramiento perturbador se produce como muestra la Imagen5:
Imagen - Deslumbramiento Perturbador (Fuente: Dirección General de Tráfico)
Equilibrio lumínico
El
equilibrio lumínico es la uniformidad en 3D y de las luminancias. Es una magnitud muy compleja de calcular porque aunque el ojo humano no distingue entre los distintos niveles de iluminación
del espacio, estos existen.
Color
El color es un requisito fundamental para la calidad de la luz. El IRC, temperatura de color junto con el tono de la luz son las características más importantes referentes al color.
El color depende de las características de las fuentes de luz que se elijan.
En iluminación de espacios interiores, a parte de las propiedades de las fuentes de luz, el color de las paredes o superficies de alrededor y su grado de reflexión afectará al color.
Para más información sobre el color ver tema colorimetría.
Requisitos de visibilidad
Cada situación presenta una exigencia concreta que depende de factores como el tipo de actividad, distancias de visión, cámaras de televisión, etc. Las necesidades
de iluminación se definen a partir de los siguientes parámetros:
Tipo de zona a iluminar
Imagen - Visibilidad en un estadio de fútbol Vs carretera
Los parámetros que se deben definir son:
Dimensiones y forma de la zona a iluminar (campo de fútbol, monumento, almacén). Es importante no olvidar la altura.
Claridad, colores y texturas
Zonas puntuales de interés
Análisis de las distintas zonas a iluminar. Aunque sea un espacio cerrado pueden existir distintos niveles de iluminación en función de la tarea a realizar en cada zona. Por ejemplo, las salas
de trabajo, los pasillos, almacenes, etc.
La zona concreta donde se desarrolla la tarea divide en el área de trabajo y el entorno de dicha área.
Actividad a realizar
Los parámetros que se deben definir son:
Dificultad de la tarea a realizar (precisión, complejidad, velocidad)
Contraste entre los objetos y el fondo
Tiempo de duración de la tarea
La tarea a realizar determinará unas condiciones más o menos exigentes del nivel de iluminación. Por ejemplo, iluminar un taller de joyería, donde se realiza un trabajo muy preciso,
no es lo mismo que iluminar una tienda de ropa, aunque está última da mucha importancia a la reproducción de los colores.
Grado o intensidad de utilización
Parámetros de iluminación recomendados; estos parámetros se encuentran tabulados para las distintas actividades o zonas a iluminar. Los parámetros de iluminación interior son mucho más exigentes
que los de iluminación de exteriores.
Imagen - Grado de Intensidad (Fuente: IDAE)
Requisitos de eficiencia energética y medio ambiente
La eficiencia energética es otro factor básico en el diseño del proyecto. La instalación se debe diseñar para optimizar la relación siguiente para reducir el coste producido por el consumo y
evitar problemas medio ambientales como la contaminación lumínica.
La eficiencia energética deriva de la correcta elección de fuentes de luz eficaces y un diseño eficiente.
El R.D. 1890/2008 establece los valores de efciencia energética de referencia para alumbrado vial funcional y ambiental.
Tabla - Valores de eficiencia energética de referencia (Fuente: R.D. 1890/2008)
El consumo energético afecta a los costes de explotación del sistema de alumbrado, pero también implica problemas medioambientales como la contaminación atmosférica, uso innecesario de recursos, etc.
Para minimizar el consumo durante el diseño se debe considerar:
Minimizar las pérdidas por depreciación de las instalaciones estableciendo el mantenimiento necesario
Sistemas de regulación de la luz y control de horarios de funcionamiento
Conocer la evolución del consumo de la instalación durante su uso para corregir desviaciones
La contaminación lumínica es la emisión de flujo luminoso producido por las fuentes de luz artificiales del alumbrado nocturno, con intensidad, dirección, horario o rangos espectrales inadecuados
para realizar la tarea de la zona iluminada.
Imagen - Contaminación lumínica mundial (Fuente: ESA)
Imagen - Contaminación lumínica de Europa (Fuente: ESA)
La contaminación lumínica está causada por:
Luminarias que emiten parte del flujo luminoso hacia el cielo o zonas que no es necesario iluminar
Nivel de iluminación superiores a los necesarios
Horarios de encendido innecesarios
La contaminación lumínica produce muchos efectos negativos entre los cuales destacan:
Alteración del descanso de las personas y seres vivos que utilizan la luz nocturna para cazar, orientarse con la Luna, etc.
Consumo energético innecesario que implica un aumento de demanda de energía elétrcia
Dificultad para estudios astronómicos
Deslumbramiento
El R.D. 1890/2008 limita los valores de resplandor luminoso nocturno y luz intrusa o molesta. Por ejemplo, una área con entornos o paisajes oscuros, se clasifica como zona E1 y el valor máximo del
flujo hemisférico superior instalado (FHSins) no puede superar el límite de la tabla 9 y las limitaciones de la luz molesta de la Tabla 10
Tabla - Valores ímite del FHSinst (Fuente: R.D. 1890/2008)
Tabla - Limitaciones de la luz molesta (Fuente: R.D. 1890/2008)
Para minimizar el impacto de la contaminación lumínica de deberá:
Utilizar luminarias que dirijan el flujo luminíco sobre la zona que se desea iluminar. Eliminar el uso de luminarias sin reflector.
Imagen - Control del flujo luminoso
Controlar la iluminación de monumentos, espacios deportivos donde se utilicen proyectores. Dirigir la luz en sentido descendente siempre que sea posible
Imagen - Iluminación de superficies verticales
Variar el nivel de iluminación; reducir el nivel si no es necesario
Aspectos tecnológicos y exigencias de servicio
A parte de cumplir los requisitos lumínicos, las instalaciones se deben diseñar de manera que se puedan alcanzar objetivos como:
La posibilidad de construir los elementos previstos y la instalación del sistema
Procesos de mantenimiento para garantizar la continuidad de las prestaciones iniciales
Gestión de residuos durante la vida útil de la instalación y en el caso de la desintstalación
Garantizar la seguridad a cualquier usuario
Imagen - Fuentes de luz (Fuente: Ecoembes)
Requisitos económicos
El coste de un proyecto de alumbrado también influye en la selección de los sistemas. Está basado en tres costes:
Coste de instalación; coste de los componentes y mano de obra
Coste de mantenimiento; coste producido por las reparaciones, cambio de elementos, limpieza, etc.
Consumo energético de la instalación necesaria para su funcionamiento
La reducción de presupuesto debe afectar a todos estos elementos en la misma proporción para no perjudicar al conjunto.
Requisitos estéticos
A parte de los requisitos comentados anteriormente, el diseño de un sistema de alumbrado debe considerar la imagen que crea en el entorno. Por lo que
el diseño de un proyecto no es solamente funcional sino que tambien cuenta el impacto que crea el alumbrado en la estética del entorno, el ambiente
que se crea, por ejemplo en la Image13 no es lo mismo una luminaria cerca del museo Guggenheim de Bilbao que una luminaria para una carretera convencional.
Flujo luminoso |
x
Cantidad de luz emitida por una fuente de luz en todas las direcciones del espacio, en lumen [lm]
Más información
Intensidad luminosa |
x
Flujo luminoso emitido por una fuente de luz en una dirección dada, en candelas [cd]
Más información
Iluminancia |
x
Flujo lumínico que incide sobre la unidad de superficie, en lux [lx]
Más información
Luminancia |
x
Intensidad luminosa por unidad de superficie aparente de una fuente que emite luz o que la refleja, captada por el ojo humano, en candela/metro2 [cd/m2]
Más información
Deslumbramiento |
x
Pérdida o disminución de la capacidad visual debido al exceso de luminancia del objeto que se observa o incide sobre el ojo.
Más información
Contraste |
x
Mide la relación entre la luminancia de un objeto y la luminancia de su fondo.
Más información
Equilibrio Lumínico |
x
El equilibrio lumínico es la uniformidad en 3D y de las luminancias. Es una magnitud muy compleja de calcular porque aunque el ojo humano no distingue entre los distintos niveles de iluminación del espacio, estos existen.
Más información
Uniformidad extrema (Ue) |
x
Relación la iluminancia mínima y máxima de una instalación
Más información
Mantenimiento |
x
La iluminancia inicial proporcionada por la instalación disminuye de manera gradual con el tiempo debido al uso, disminución de los lúmenes de las lámparas, a la suciedad del sistema, etc. Pero es posible mantener la iluminancia sobre un mínimo si se limpian las lámparas y luminarias, se reemplazan las lámparas quemadas o gastadas. Es decir, si se establece un programa de mantenimiento de la instalación.
Más información
Eficacia luminosa |
x
Flujo que emite una fuente de luz por cada vatio consumido, en lumen/vatio [lm/W]
Más información
Distribución espectral |
x
La distribución espectral representa la cantidad de energía radiada que emite la fuente de luz en las diferentes áreas visibles del espectro.
Más información
Temperatura del color |
x
La temperatura del color mide el grado de calidez o frialdad que reproduce una fuente de luz. Se expresa en grados Kelvin [K].
Más información
Índice de reproducción cromática (IRC) |
x
El IRC es la capacidad de la fuente de luz para reproducir fielmente el color, comparándola con un patrón de referencia.
Más información
Depreciación Luminosa |
x
La depreciación luminosa hace referencia a la pérdida de iluminancia que sufre la instalación a lo largo de uso.
Más información
Adaptación |
x
Habilidad del ojo para enfocar y ajustarse cuando hay cambios en el nivel de iluminación
Más información
Capacidades Visuales |
x
Habilidad del ojo para enfocar y ajustarse cuando hay cambios en el nivel de iluminación
Más información
Vida Útil |
x
La vida útil de una lámpara se define como el número de horas de funcionamiento antes de sufrir una depreciación del 30%.
Más información
Tiempo de encendido |
x
El tiempo de encendido es el tiempo necesario de las lámparas para llegar al nivel estable de flujo luminoso, arrancando en frío
Más información
Flujo hemisférico superior instalado |
x
Porcentaje de flujo emitido por encima del plano horizontal y el flujo total de la luminaria
Más información
Índice de reflexión |
x
Relación entre el flujo luminoso reflejado y el flujo incidente
Más información
Deslumbramiento directo |
x
Deslumbramiento que se produce por una luminaria situada dentro del campo visual.
Más información
Fuentes de luz de alta intensidad (HID)|
x
Dentro de este grupo se encuentran las lámparas de vapor de mercurio, halogenuros metálicos y vapor de sodio
Más información
Agudeza visual|
x
Capacidad del ojo para reconocer y distinguir detalles de objetos situados a distancias cortas.
Más información