Fuentes de luz y equipos auxiliares


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Características generales de las fuentes de luz

La fuentes de luz y las luminarias son los elementos más importantes en un proyecto de iluminación. Una buena elección del conjunto influye en la correcta iluminación del espacio, disminución de contaminación lumínica, y ahorro en mantenimiento entre otras. Actualmente en el mercado existe una gran variedad de lámparas. En este apartado se va a describir la máxima variedad de modelos de lámparas y sus características aunque es difícil generalizar debido al amplio abanico de fabricantes.

Eficacia luminosa

Cuando se enciende una lámpara no se transforma toda la energía en luz sino que una parte de esa energía se pierde en formas de calor o radiaciones no visibles.

La eficacia luminosa o rendimiento luminoso se define como la cantidad flujo luminoso emitido por una lámpara por cada unidad de potencia eléctrica que consumida. Se expresa en lm/W y su símbolo es η

Empíricamente se ha comprobado que para obtener el máximo rendimiento la lámpara debería emitir todas las radiaciones en una longitud de onda monocromática de 555nm por vatio consumido. Y en ese caso el valor del rendimiento sería de 683 [lm/W].
Este valor no es ideal porque todas las fuentes de luz tienen pérdidas, por lo que su rendimiento está por debajo de ese valor.

Perdidas Rendimiento Luminoso

Imagen - Eficacia Luminosa

El rendimiento luminoso tiene la fórmula:

Formula Flujo Luminoso

Donde:

  • η es el rendimiento luminoso en lumen/vatio [lm/W]
  • Φ es el flujo luminoso en lumen [lm]
  • P es la potencia eléctrica de la lámpara en vatios [W]
  •  

    Distribución espectral

    La distribución espectral representa la cantidad de energía radiada que emite la fuente de luz en las diferentes áreas visibles del espectro.

    Con los gráficos de la distribución espectral se obtiene información acerca de la respuesta de color que se obtendrá con una determinada fuente de luz.

    La distribución espectral de las siguientes imagenes corresponden a:

    a) lámpara incandescente, su distribución es continua, emite en todas las radiaciones del espectro.

    b) lámpara fluorescentes, su distribución es escalonada, no emite en todas las radiaciones del espectro.

    c) lámpara de vapor de sodio alta presión, su distribución también es discontinua como consecuencia habrá colores que no reproduzca.

    Distribucion espectral

    Imagen - Distribución espectral (Fuente: OSRAM)

     

    Temperatura del color

    La temperatura del color mide el grado de calidez o frialdad que reproduce una fuente de luz. Se expresa en grados Kelvin [K].

    Del mismo modo que un metal cambia de color a medida que aumenta su temperatura, para calcular la temperatura de color se calentó un cuerpo negro, teóricamente radia toda la energía que recibe, a distintas temperaturas y se obteniendo la curva de la Imagen 3. representada sobre el diagrama cromático de la CIE.
    De manera que la temperatura de color de una fuente de luz será la temperatura del cuerpo negro cuando la sensación al ojo de la radiación luminosa de ambos es parecida. Por ejemplo una lámpara que tenga una temperatura de color de 3000 K, significa que emite la misma radiación que emitiría el cuerpo negro calentado a esa temperatura.

    La temperatura del color no es una medida de temperatura real. Define el color de una fuente de luz solo si se asemeja al color del cuerpo negro.

    T de color

    Imagen - Temperatura del color

    Generalmente, la temperatura de color se asemeja también a la apariencia que proporciona la fuente de luz. La relación entre apariencia y temperatura se define en la tabla siguiente:

    Grupo de apariencia de color Apariencia de color Temperatura de color (K)
    1 Cálida 3.300
    2 Intermedio Entre 3.300 - 5.300
    3 Frío >5.300

    Tabla - Índices de reproducción cromáticos

     

    La temperatura de color influye sobre dos aspectos principalmente, la sensación creada en el ambiente que puede ser de confort o disconfort, y la distorsión del color. Por estos motivos, la temperatura de color está relacionada con el nivel de iluminación. La relación entre Tc e iluminancia se encuentra en las curvas de Kruithof.
    Mediante observaciones empíricas se definió una curva de bienestar, donde se representa la influencia psicológica de la temperatura de color sobre el nivel de iluminación. La curva de la Imagen4 muestra como para temperaturas de color elevadas, el nivel de iluminancia también debe ser elevado para conseguir sensación de confort. Aunque es posible la sensación de confort cuando el nivel de iluminación es bajo, si la temperatura de color también lo es.

    Por ejemplo, para fuentes de luz de temperaturas de color bajas, aproximadamente 2500K, existirá sensación de confort si el nivel de iluminación está en el rango entre 50-100 lux. En cualquier caso, en la curva se observa que las fuentes de luz de temperatura de color elevada, tienen mejor predisposición a crear un ambiente de confort.
    La sensacion de disconfort se encuentra para temperaturas de color bajas y nivel de iluminación elevado, en estos casos, se crea un ambiente luminoso irreal, con distorsión del color y un ambiente demasiado cálido. O cuando la temperatura de color es elevada, pero la iluminancia es baja que entonces se crea un ambiente frío y oscuro.

    Curva Kruithof

    Imagen - Curva de Kruithof (Fuente: OSRAM)

     

    Índice de reproducción cromática (IRC)

    El IRC es la capacidad de la fuente de luz para reproducir fielmente el color, comparándola con un patrón de referencia.

    El índice de reproduccion cromática se mide como IRC o Ra. Cuando las propiedades de reproducción cromática de la fuente de luz y las del cuerpo negro son las mismas el IRC tiene el valor máximo que es 100. Conforme disminuye el valor del IRC tambien disminuye la veracidad del color que se observa.

    Normalmente, cuanto mayor es el IRC de una lámpara menor es el rendimiento luminoso. Por lo tanto, en cuanto a la elección de las lámparas, en primer lugar se deben fijarán los mínimos necesario de IRC y en segundo lugar se elegirán las lámparas, que cumplan ese IRC, con el máximo rendimiento.

    Los índices de reproducción cromático están divididos en grupos:

    Grado Índice (IRC) Nivel de reproducción
    1A 90 a 100 Excelente
    1B 80 a 89 Muy bueno
    2A 70 a 79 Bueno
    2B 60 a 69 Moderado
    3 40 a 59 Regular
    4 Inferior a 40 Bajo

    Tabla - Índices de reproducción cromáticos

    Por ejemplo, es muy distinto el IRC necesario en una tienda de ropa que una carretera.

    TiendaRopa y carretera

    Imagen - Comparación IRC

    Aunque el IRC es un parámetro independiente de la temperatura del color, ambos parámetros son necesarios para definir la calidad cromática de la fuente de luz.

     

    Fuente luminosa Temperatura de color (K) IRC
    Cielo azul 10.000 a 30.000 85 a 100
    Cielo nublado 7.000 85 a 100
    Luz solar día 6.000 85 a 100
    Lámpara de descarga de sodio 2.900 menos de 40
    Lámpara incandescente normal 2.400 - 2.900 100
    Lámpara incandescente halógena 3.100 - 3.200 100
    Flurescentes 2.700-7.200 52 - 95
    Vapor de mercurio alta presión 4.000 - 5.000 40 - 60
    Vapor de mercurio halogenuros metálicos 4.000 - 6.000 70 - 90
    Vapor de sodio baja presión 1.800 1
    Vapor de sodio alta presión 1.900 - 2.200 25 - 70
    Llama de vela 1.800 46 a 69

    Tabla - Índices de reproducción cromáticos

     

    Tiempo de encendido

    El tiempo de encendido es el tiempo necesario de las lámparas para llegar al nivel estable de flujo luminoso, arrancando en frío. Se expresa en minutos o segundos. No todas las lámparas necesitan un tiempo de encendido, por ejemplo las lámparas de incandescencia llegan a pleno rendimiento en el mimso momento de encendido, en cambio las lámparas de descarga e inducción necesitan un tiempo para llegar al máximo.

     

    Tiempo de reencendido

    El tiempo de reencendido es el tiempo necesario, en las lámparas de descarga, que existe entre el enfriamiento de la lámpara y su posterior encendido.

     

    Depreciación Luminosa

    La depreciación luminosa es la disminución del flujo luminoso emitido por una lámpara a lo largo de su vida útil.

    Se puede expresar en % del flujo inicial o de manera gráfica en Horas/Flujo como se observa en la Imagen 6.

    Depreciación luminosa

    Imagen - Curva depreciación luminosa de una lámpara incandescente (Fuente: PHILIPS)

    La Tabla 7 muestra la vida nominal de distintas lámparas y el porcentaje de depreciación luminosa cuando está al 50% y 100% de la vida nominal.

    Depreciación luminosa

    Tabla - Vida nominal y depreciación luminosa para distintos tipos de lámparas (Fuente: Narendran et al., 2000)

     

    Vida media

    La vida media se define como el número de horas de funcionamiento para el que han fallado el 50% de las lámparas analizadas trabajando en unas condiciones determinadas.

     

    Vida útil

    La vida útil de una lámpara se define como el número de horas de funcionamiento antes de sufrir una depreciación del 30%. Este parámetro se utiliza para establecer las fechas en las que se deben sustituir las lámparas, porque llegados al fin de la vida úitl de la lámpara, es más económico cambiar las lámparas a mantenerlas.

     

    Vida individual

    La vida individual se define como el tiempo transcurrido, en horas, hasta que la lámpara deja de funcionar, en unas condiciones específicas.

     

    Vida nominal

    La vida nominal indica el número de horas de funcionamiento de la lámpara en condiciones normales.

     

    Desviación de la tensión nominal

    Cualquier desviación que se produzca sobre la tensión nominal afecta negativamente a la lámpara, produciendo un envejecimiento prematuro de la lámpara o un exceso de consumo.

    La curva de la Imagen 8 muestra como al aumentar el valor de la tensión, aumenta el rendimiento luminoso pero disminuye la vida útil de la lámpara.

    Gráfica desviación tension nominal

    Imagen - Desviación de la tensión de alimentación de una lámpara incandescente (Fuente: Juan Guasch Farrás)

     

    Temperatura ambiente

    Las lámparas están diseñadas para funcionar a temperaturas comprendidas entre -30ºC y 50ºC. Pero depende del tipo de fuente y luminaria el valor de la temperatura ambiente óptimo para no deteriorar la lámpara.

     

    Número de encendidos

    El número de encendidos es el número de veces que se enciende una lámpara y afecta principalmente a la vida de las lámparas de descarga.

     

    Posición de funcionamiento

    Las características de las lámparas en función de su posición las define el fabricante. Una posición equivocada influye negativamente sobre el flujo lumínico y su vida útil
    La posición de funcionamiento puede estar definida con un dibujo, como el de la imagen 8 o indicado como por ejemplo p20 que significa paralelo +/- 20º u Horizontal.

    Gráfica desviación tension nominal

    Imagen - Posicion Funcionamiento (Fuente: McGraw-Hill)

     

    Tipologia y Nomenclatura casquillos

    Los casquillos tienen la función de establecer la conexión eléctrica a través del portalámparas, que es el soporte que fijala lámpara a la luminaria

    El material depende de los requisitos térmicos y mecánicos de las lámparasm pero normalmente son de latón, aluminio o níquel.

    Existen una gran variedad de casquillos, necesaria para adaptarse a las características propias de la lámpara, tensión de red, potencia, etc.. La nomenclatura utilizada en los casquillos describe las características propias del casquillo. Normalmente está compuesta por tres caracteres:

    - El primero corresponde con el tipo de casquillos que se utiliza. Por ejemplo:

    - El segundo indica el diámetro del portalámparas en mm

    - El tercero indica el número de contactos donde:

    De modo que un casquillo del tipo GX16d corresponde a un casquillo bi-pin reforzado de 16 mm con doble contacto. Y un casquillo E27 corresponde a un casquillo de rosca Edison de 27 mm. En la Imagen 9 se muestra una gran variedad de tipos de casquillo. Cada fuente de luz utilizará unos tipos de casquillo determinados como se desbribirá en la descripción de las tipologias de las fuentes de luz.

    Tipos de Casquillo Tipos de Casquillo

    Imagen - Nomenclatura Casquillos (Fuente: LIF (Lighting Industry Federation Limited))

     

    Principio Físico de las fuentes de luz

    Para conseguir luz artificial debe existir una transformación de energía eléctrica a energía radiante. Los dos métodos de transformación más utilizados son: la termorradiación y la luminiscencia.

    Un ejemplo de termorradiación natural es la luz que proporcionan el Sol y las estrellas. De manera artificial la termorradiación se basa en la radiación de luz por parte de un cuerpo caliente. Se puede conseguir por combustión de una sustancia sólida, líquida o gasosa, como por ejemplo una antorcha o una lámpara de aceite. O también se puede conseguir haciendo pasar corriente eléctrica a través de un hilo conductor que alcance temperaturas tan elevadas que emitan radiaciones en el espectro visible por el ojo. A este sistema pertenecen las fuentes de luz incandescentes.
    La termorradiación también proporciona una gran radiación térmica. Este aspecto puede ser muy negativo si se quiere iluminar un espacio cerrado sin ventilación y no se hace uso de luminarias que ayuden a ventilar dicho calor.

    Dentro del principio de la luminiscencia la luz se puede obtener por bioluminiscencia, catoluminiscencia, fotoluminiscencia, etc. Pero muchas de ellas tienen un rendimiento tan bajo que no es rentable su uso. El procedimiento más utilizado es el de la electrolumiscencia.
    La electroluminiscencia se basa en el paso de corriente eléctrica a través de las moléculas de un gas de relleno o un material sólido. Las lámparas de descarga y los LEDs proporcionan luz por este procedimiento.

    La Imagen 10 muestra un cuadro con la relación entre los agentes físicos naturales y artificiales que intervienen en la producción de luz.

    Lampara termorradiacion

    Imagen - Cuadro producción de luz (Fuente: Manual de iluminación INDAL)

     

    Tipologías de las fuentes de luz

    En primer lugar, para describir las tipologías de las fuentes de luz se hará referencia a la nomenclatura de los modelos actuales en el mercado de cada una de ella. Por este motivo en esta introducción, se indican las nomenclaturas unificadas que extisten para las fuentes de luz. Aunque cada fabricante dará un nombre propio a cada tipo de lámpara.
    El código genérico más utilizado es el código creado por la CIE en el año 1993. Es conocido por las siglas ILCOS (International Lamp Coding System). Y en el año 1994 la Asociación Electrotécnica Alemana, la ZVEI, también creó un sistema de codificación de fuentes de luz, llamado LBS.

    En la Tabla 5 se describen los códigos de identificación ILCOS y ZVEI con sus diferencias.

    Nomenclatura Fuentes de Luz ILCOS vs ZVEI

    Tabla - Nomenclatura Fuentes de Luz ILCOS vs ZVEI (Fuernte: THORN)

    En la Tabla 6 se describen los símbolos utilizados en los catálogos para cada una de las lámparas.

    Simbología de las lámparas

    Tabla - Simbología de las lámparas (Fuente: SITECO)

    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

    Uniformidad | x

    La uniformidad hace referencia a la iluminancia proporcionada sobre la superficie de referencia, generalmente la iluminancia no será uniforme, pero es una magnitud importante para el confort y la visión.

    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 General (Uo) | x

    Relación entre la luminancia mínima y la luminancia media de una instalación

    Más información

    Uniformidad longitudinal (UL) | x

    Relación la luminancia mínima y máxima longitudinal de una instalación

    Más información

    Uniformidad extrema (Ue) | x

    Relación la iluminancia mínima y máxima de una instalación

    Más información

    Uniformidad media (Um) | x

    Relación la iluminancia mínima y la iluminancia media 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


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