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.
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.
El rendimiento luminoso tiene la fórmula:
Donde:
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.
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.
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 |
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.
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 |
Por ejemplo, es muy distinto el IRC necesario en una tienda de ropa que una carretera.
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 |
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.
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.
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.
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.
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.
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.
La vida individual se define como el tiempo transcurrido, en horas, hasta que la lámpara deja de funcionar, en unas condiciones específicas.
La vida nominal indica el número de horas de funcionamiento de la lámpara en condiciones normales.
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.
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.
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.
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.
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:
Cuando el primer carácter de la nomenclatura es seguido por otra consonante significa que:
- 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.
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.
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.
En la Tabla 6 se describen los símbolos utilizados en los catálogos para cada una de las lámparas.