Fuentes de luz y equipos auxiliares

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.

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.

Imagen - Eficacia Luminosa

El rendimiento luminoso tiene la fórmula:

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

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.

Imagen - Distribución espectral (Fuente: OSRAM)

 

Temperatura del color

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.

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:

 

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 T_c 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.

Imagen - Curva de Kruithof (Fuente: OSRAM)

 

Índice de reproducción cromática (IRC)

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:

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

 

 

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.

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.

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.

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.

Imagen - Posicion Funcionamiento (Fuente: McGraw-Hill)

 

Tipologia y Nomenclatura casquillos

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:

• E corresponde al casquillo tipo Edison. Sistema de rosca elevado y poca profundidad. La lámpara queda anclada con pocos giros y es capaz de soportar el peso de la lámpara.
• B o BA corresponde al casquillo tipo Bayoneta o Swan. Sistema que fija la lámpara al casquillo mediante un muelle que fija la lámpara al girar 18º aproximadamente.
• G corresponde al casquillo conocido como Bi-pin. Sistema que ancla la lámpara por medio de los dos pin que tiene el casquillo y que se introducen en el portalamparas.
• R corresponde al dole casquillo. Sistema para lámparas horizontales con doble casquillo para anclar la lámpara por ambos lados.

Cuando el primer carácter de la nomenclatura es seguido por otra consonante significa que:

• X el casquillo está reforzado.
• U tiene protección de emisión calorífica trasera.
• Z especial para lámparas de alta emisión calorífica trasera.

- El segundo indica el diámetro del portalámparas en mm

- El tercero indica el número de contactos donde:

• s corresponde a contacto sencillo.
• d corresponde a contacto doble.
• q corresponde a contacto cuádruple.

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.

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

 

Principio Físico de las fuentes de luz

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.

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.

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.

Tabla - Simbología de las lámparas (Fuente: SITECO)