Apunte_Iluminacion2

Vista previa del material en texto

Unidad temática Nro. 3 
 
Iluminación 
 
Diseño de alumbrado interno 
 
Método de las Cavidades Zonales 
 
Este método es el recomendado por la Illuminating Engineering Society of North America 
desde 1964.La Argentina adoptó el mismo luego de analizar otros, como el método del 
Lumen adoptado por Asociación de Luminotecnia Alemana. 
Este método es mucho más preciso que el método del Lumen, pero tiene el inconveniente 
de requerir una tabla de coeficientes de utilización para cada luminaria, información que los 
fabricantes actuales no están entregando. De hecho, muchos datos fotométricos de 
lámparas y luminarias habituales años atrás, hoy no son de fácil acceso, o no se publican, o 
simplemente no existen. Se adjuntaran ejemplos de luminarias con datos fotométricos, para 
tener de referencia y poder trabajar. 
El método consiste en dividir el local a iluminar en tres cavidades cada una de las cuales 
queda caracterizada por un índice que se calcula teniendo en cuenta las dimensiones de las 
mismas. 
 
La idea es reemplazar la distribución del flujo emitido por las luminarias y sus interreflexiones 
en las cavidades de cielorraso y piso, por planos equivalentes con sus respectivas 
reflectancias efectivas o equivalentes. 
La mayoría de los cálculos manuales se basan en la expresión de la iluminancia: E=F/S. Por 
lo tanto, el flujo luminoso que debe emitir el sistema de iluminación será igual al nivel de 
iluminación o iluminancia (E) requerido en el plano de trabajo, por el área de ese plano de 
trabajo. 
F = E.S 
Esta fórmula no tiene en cuenta los rendimientos, de la lámpara, de la luminaria, del local, 
etc. De hecho, otra diferencia entre métodos, es como determinar este rendimiento total del 
sistema. 
 2 
Para este método en particular, la fórmula a emplear es la siguiente: 
 
 
 
 
Donde: 
Ft: Flujo total del sistema (lm). Es igual al flujo que emite cada luminaria (F) por el número de 
luminarias (N). 
Em: Nivel de iluminación media o iluminancia media sobre el plano de trabajo (lux). 
a . l: Área del plano de trabajo (m2) 
Cu´: Coeficiente de utilización corregido. Expresa cuanto del flujo emitido por las lámparas, 
realmente llega al plano de trabajo. 
fm: factor de mantenimiento. Tiene en cuenta la limpieza de las luminarias, y el decaimiento 
del flujo de las lámparas en el tiempo. Se toman valores de 0,6 a 0,8, en función de los 
conceptos anteriores. Si la limpieza es buena y las lámparas no decaen demasiado, se 
suelen tomar valores de 0,75/0,80. 
 
Pasos del método: 
1. Determinar el nivel de iluminación media ( Em ) 
2. Definir tipo de lámpara, luminaria y sistema de iluminación 
3. Determinar índices de cavidades 
K1 = 5.h1.(a+l)/a.l 
K2 = 5.h2.(a+l)/a.l = K1. h2/ h1 
K3 = 5.h3.(a+l)/a.l = K1. h3/ h1 
4. Obtener la reflectancia efectiva de cavidad cielorraso ρ2E 
5. Obtener la reflectancia efectiva de cavidad piso ρ3E 
6. Obtener el coeficiente de utilización ( Cu ) para ρ3E = 20% 
7. Corregir el coeficiente de utilización ( Cu ) para ρ3E real 
8. Determinar el flujo total ( F ), número de lámparas y luminarias 
9. Adoptar número de luminarias y calcular el nivel de iluminación media real 
 
Veamos un ejemplo: 
Supongamos una oficina donde se realizan trabajos generales. 
l: 8,3m / a: 7,5m / h: 3,9m / h1: 2,75m / h2: 0,4m / h3: 0,75m 
Grados de reflexión o reflectancia de superficies: 
ρ1 (pared): 50% (ej superficie de color claro) 
ρ2 (cielorraso/techo): 80% (ej superficie de color blanco) 
ρ3 (piso): 30% (ej superficie de color medio, piso de madera) 
 3 
 
 
1_ Para determinar el Em, debemos recurrir a las recomendaciones de normas y/o 
bibliografía especializada. En nuestro ejemplo recurrimos a la norma IRAM AADL j 20 06 
(utilizada por el decreto 351/79, que es la normativa de Seguridad e Higiene), donde la tabla 
1 nos dice, para trabajos comunes de oficina, 300 a 750 lux. Adoptamos 500 lux. La tabla 2 
nos da valores específicos mínimos requeridos en distintos establecimientos. 
2_Para este caso podemos adoptar una luminaria std apantallada para 2 tubos fluorescentes 
convencionales de 3000 lm cada uno (simil aula). Es decir que cada luminaria emitirá 6000 
lm. 
3_ K1 = 5.h1.(a+l)/a.l = 5.2,75. (7,5+8,3)/(7,5.8,3) = 3,5 
K2 = 5.h2.(a+l)/a.l = K1. h2/ h1= 3,5.0,4/2,75 = 0,51 
K3 = 5.h3.(a+l)/a.l = K1. h3/ h1= 3,5.0,75/2,75 = 0,95 
4_Para obtener la reflectancia efectiva de cavidad cielorraso ρ2E, se recurre a la siguiente 
tabla. 
Se ingresa con ρ2 (cielorraso): 80, ρ1 (pared): 50, e índice K2= 0,51 
ρ2E= 73% 
En el caso de no encontrar valores exactos en la tabla será necesario interpolar o extrapolar 
con los valores más cercanos. Siempre es importante observar dichos valores y cómo 
influyen en el cálculo, para saber donde es necesario hacer un cálculo exacto y donde se 
puede hacer una estimación para no perder tiempo innecesariamente. 
5_Para obtener la reflectancia efectiva de cavidad piso ρ3E, se recurre a la misma tabla. 
Se ingresa con ρ3 (piso): 30, ρ1 (pared): 50, e índice K3= 0,95 
Ρ3E= 27% 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 4 
 
 
6_ Para obtener el coeficiente de utilización ( Cu ) es necesario recurrir a las tablas 
desarrolladas para tal fin que debería proveernos el fabricante. En nuestro ejemplo, es la 
tabla A, correspondiente a la luminaria adoptada. 
Se ingresa con ρ2E (efectiva cielorraso): 73, ρ1 (pared): 50, e índice K1= 3,51 
 5 
Cu = 0,51 
 
7_Si observan la parte inferior derecha de la tabla indica que la misma es válida para 
reflectancia efectiva de cavidad piso ρ3E=20%, pero en nuestro cálculo, ρ3E = 27%; por lo 
tanto, debe corregirse (Cu´) con la tabla superior. 
Esta tabla nos da factores de corrección para ρ3E = 10% y 30%. 
Si ρ3E > 20%, el factor se multiplica (Cu´= Cu.f), y si ρ3E > 20%, el factor se divide (Cu´= Cu/f) 
Se ingresa con los mismos valores que a la tabla A, es decir ρ2E (efectiva cielorraso): 73, ρ1 
(pared): 50, e índice K1= 3,51. 
f = 1,05 (para ρ3E = 30% o 10%) 
Debemos hacer el siguiente análisis: 
Para ρ3E = 20% => f = 1 
Para ρ3E = 30% => f = 1,05 
Para ρ3E = 27% => interpolando f = 1,04 
Por ser ρ3E > 20% => Cu´= Cu.f = 0,51.1,04 => Cu´= 0,53 
 
 6 
8_ Reemplazamos en la fórmula para poder determinar el número de luminarias: 
 
 
 
 
 
 
 
 
N = 13 
9_Se debe adoptar una cantidad que permita una distribución uniforme en todo el local. 
 En este caso adoptamos 15 luminarias 
 
 
 
Como podemos observar en el dibujo, hay una regla práctica que consiste en ubicar las 
luminarias a una distancia de las paredes igual a la mitad de la distancia entre luminarias. 
 
Calculamos finalmente el Em que obtendremos con la cantidad de luminarias adoptadas: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Simplificaciones: 
 Si las luminarias se encuentran embutidas en el cielorraso => h2 = 0 y ρ2E = ρ2. 
 Si el plano de trabajo es el piso => h3 = 0 y ρ3E = ρ3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 7 
Diseño de alumbrado externo: 
 
En sus comienzos, se orientaba a la iluminación para la correcta circulación de los vehículos. 
Hoy el diseño de alumbrado externo implica un concepto mucho más amplio: diseño 
arquitectónico, publicidad, actividades nocturnas, seguridad. 
En una planta industrial, podemos tener alumbrado externo para estacionamientos, 
depósitos, entradas y salidas, calles internas, seguridad perimetral, publicidad. 
Cuando se trata de alumbrado externo, cada actividad tiene sus particularidades en cuanto 
al diseño de la iluminación. Esto lo pueden investigar en la bibliografía recomendada. A 
modo de ejemplo, vamos comentar las particularidades del diseño de un túnel largo: 
 
Alumbrado de túneles: 
El conductor que se acerca a la entrada de un túnel durante el día debe adaptar sus ojos del 
alto nivel de luminancia que prevalece en el exterior a la del interior. Si el túnel es largo yel 
nivel de luminancia dentro de él es mucho más bajo, el túnel se presenta como un hueco 
negro donde no es visible ningún detalle interior. Para hacer visible los obstáculos hay que 
aumentar el nivel de luminancia en su entrada (zona umbral). 
El nivel de luminancia requerido dependerá de la luminancia externa, es decir del brillo de 
los alrededores del túnel. 
Una metodología, seria bajar el nivel de luminancias externas. Por ej: utilizar materiales 
oscuros no reflectivos para todas las superficies en la zona cercana al túnel incluida la 
calzada, plantar árboles para disminuir el brillo del cielo. 
La máxima luminancia externa (que corresponde a una E horizontal de 100.000lux), varía 
entre 3000 a 8000cd/m2. La luminancia en la zona umbral debe ser por lo menos un 10% del 
valor externo. 
La longitud de la zona umbral depende de la velocidad máx. permitida en el túnel, en general 
es de 40 a 80m para velocidades de 50 a 100km/h. 
Se requieren aproximadamente 15 segundos para que el ojo se adapte de 8000 (L luz 
diurna) a 15 cd/m2 (L zona central del túnel). 
La salida es más sencilla ya que la adaptación de un L bajo a uno alto, es rápida. 
Las luminarias no están altas en el túnel, hay que tener mucho cuidado con el 
deslumbramiento. Sobre todo en la zona central mas oscura, hay que usar luminarias 
apantalladas. 
Túnel corto no tiene inconveniente (el problema empieza cuando el conductor no ve luz 
diurna que entra del otro lado al túnel). 
A la noche todo este sistema adicional umbral debe apagarse (para no tener el problema del 
agujero negro a la salida del túnel). 
Se recomienda una hilera continua de lámparas fluorescente (hoy podrían ser lámparas led) 
a lo largo del túnel. Para el alumbrado adicional en zona umbral y de transición lámparas de 
vapor de sodio de baja presión (por su eficiencia), o led. 
 
 
Alumbrado público: 
 
El concepto es que el diseño se debe realizar de manera que siempre oriente y advierta al 
conductor, por ejemplo: 
 En curvas, se recomienda situar las luminarias en el exterior de las mismas 
 En autopistas de varias calzadas, se recomienda situar las luminarias en el tramo 
central, de esta forma el conductor puede ver la forma del camino. 
 8 
 Se recomienda cambiar el color de las lámparas en accesos y salidas 
 En los cruces conviene aumentar el nivel de iluminación 
 En cruces peligrosos se recurre a iluminar con proyectores situados sobre postes 
altos a mas de 20m, pues desorienta menos al conductor y proporciona una 
iluminación agradable y uniforme 
 En cruces peatonales las luminarias se deben colocar antes de estos, para que sean 
bien visibles tanto para conductores como peatones 
 
 
Métodos utilizados para alumbrado externo: 
 
A_ Cálculo de iluminancia o nivel de iluminación (E): 
Métodos basados en función del objeto a iluminar (ej: calles residenciales) 
 Método manual sencillo 
 Método del factor de utilización 
 Método punto por punto 
 Método de los nueve puntos 
 
B_ Cálculo de luminancia (L): 
Métodos basados en la reflexión de la luz en la calzada (ej: autopistas). Muy importante para 
evitar efectos de deslumbramiento sobre el conductor. 
 Método de la luminancia 
 Cálculo de la iluminancia semicilíndrica 
 
 
Método del factor de utilización: 
 
Se trata de un método muy sencillo que se puede resolver de forma manual, ideal para 
diseño de calles. En el TP lo pueden usar para calles internas y depósitos. 
 
 D 
 
 A2 
 
 A1 A 
 
 Área de diseño 
 
 9 
 
 
La expresión utilizada es: 
 
 
 
 
Donde: 
F: Flujo total de la luminaria (lm). En el área de diseño normalmente hay una sola luminaria, 
pero pueden existir 2 (ver disposiciones). 
Em: Nivel de iluminación media o iluminancia media sobre la calzada (plano de trabajo) (lux). 
La norma IRAM AADL J2022/2 indica: Em=40 lx (Av. Ppal.) / Em=16 lx (Av. Sec.) / Em=10 lx 
(calles residenciales) 
S: Área de diseño. Igual a: A (ancho de calzada) . D (distancia entre luminarias) (m2) 
Fu: Factor de utilización. Expresa cuanto del flujo emitido por las lámparas, realmente llega a 
la calzada. Fu = FA2 + FA1 
Se calcula recurriendo a las curvas de utilización (dato fotométrico que debería entregarnos 
el fabricante de la luminaria). Este gráfico tiene 2 curvas una para el lado de la acera o 
vereda y otro para el lado opuesto (llamado lado de calzada). 
Se toma el ancho del lado acera A2 en m y se divide por la altura de la luminaria H, para 
expresarlo como proporción de la misma. Se marca en el grafico (A2/H), y se traza una 
vertical hasta cortar la curva correspondiente, en ordenada al origen obtendremos el valor 
FA2. Luego se toma el ancho del lado calzada A1 y se procede de igual forma para obtener 
FA1. 
Fm: Factor de mantenimiento. Fm = F conservación. F suciedad. 
F conservación: tiene en cuenta el decaimiento del flujo luminoso durante la vida útil. Ej. 
Para lámpara Mezcla=0,8, para vapor de mercurio=0,8, para vapor de sodio alta 
presión=0,85, para vapor de sodio baja presión y led=0,9 
F suciedad. Depende de las características de la luminaria. Para luminaria hermética=0,8 a 
0,88, luminaria ventilada=0,7 a 0,9, luminaria abierta=0,65 a 0,75. 
Reemplazamos los valores en la fórmula y obtenemos el flujo mínimo que debería emitir la 
luminaria seleccionada. 
 
Verificación de uniformidad: 
La norma IRAM AADL J2022/2 también establece los valores de uniformidad a respetar: 
Emin/Em ≥ 0,5 ó Emin/Emax ≥ 0,25 (Av. Ppal.) / Emin/Em ≥ 0,25 ó Emin/Emax ≥ 0,125 (Av. 
Sec.y calles residenciales). 
La manera más simple de verificar esto de forma manual, es utilizando las curvas isolux. 
Curvas isolux: Si tomáramos un luxómetro y midiéramos el nivel de iluminación en cada 
punto de la calle, podríamos trazar curvas que nos permitan ver rápidamente hasta que 
 10 
zonas se mantienen determinadas iluminancias o niveles de iluminación. Son las curvas 
isolux. 
Se pueden expresar en valores absolutos definidas para una determinada lámpara (Flujo en 
lm) y una altura de montaje en m. 
 
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresión: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
También puede expresarse en valores relativos a la iluminancia máxima (100%) para cada 
altura de montaje. 
 
 
 
En este caso los valores reales de la iluminancia se calculan como: 
 
con 
 
siendo a, un parámetro suministrado con las gráficas. (Ø: es como expresan el flujo F otros 
autores) 
 
 11 
Retomando el cálculo, podemos usar estas curvas para posicionarnos en los puntos que 
consideramos como extremos del sistema y verificar la uniformidad. Si las curvas están 
expresadas en % se puede trabajar igual, ya que solo estamos comparando valores 
relativos, no necesitamos el valor real. 
 
 Posibles E min 
 
 
 
 
 
 E max 1 
 
E min: Supongamos que el Emin está en el punto 1 y según la curva nos indica 5%. 
Tendríamos entonces 5% por la luminaria graficada, más 5% por la luminaria lindera. 
E max: El máx. se encontrará en el punto donde el gráfico nos marque 100% (como las 
luminarias tienen un poco de inclinación, no siempre coincide con la proyección geométrica 
de la misma sobre la calzada), pero habrá que ver si en este punto tenemos influencia de las 
luminarias linderas o no. Supongamos que hasta ese punto llega la curva de 1% de las 
luminarias linderas. 
La verificación nos quedaría entonces: 
 
 
 
 
 
 
 
 
La norma nos pide: Emin/Emax ≥ 0,125 (Av. Sec.y calles residenciales). No verifica. 
Esto es algo habitual en este tipo de cálculos, se cumple con la E media, perono con la 
uniformidad. 
Para que cumpla, lo más fácil es bajar D, pero vamos a tener más luminarias (postes), con lo 
cual el proyecto es más caro. 
Otra opción es subir H, en ese caso tendré que verificar nuevamente si cumple el E medio, y 
también tendré un incremento de costo por la mayor altura, y quizás por mayor potencia de 
las lámparas para cumplir con el E medio. 
En casos como este ejemplo, donde la verificación de uniformidad esta cerca, conviene 
analizar que alternativas de luminarias hay en el mercado. Si conseguimos una luminaria 
que logre una iluminación un poco mas apantallada quizás permita verificar, sin cambiar 
ningún otro parámetro. 
 
Disposición de luminarias: 
 
 Unilateral: cuando A/H < 1 (A ≤ H) 
 Tresbolillo: 1 < A/H < 1,5 
 Enfrentadas: A/H > 1,5 
 12 
 Suspendida (en catenaria): luminarias colgadas en el medio de la calzada (cuando 
hay muchos árboles y se complica la disposición unilateral) 
 
Ejemplos catálogos luminarias externas. 
 
Presentación. 
Luminaria para iluminación PUBLICA cerrada. 
Propia para una lámpara de Vapor de Mercurio, Vapor Metálico ó Vapor de Sodio de 250(W) ó 400 
(W). 
El conjunto óptico está compuesto de un reflector de aluminio anodizado, siendo este regulable en su 
posición para lograr un mejor rendimiento de la luminaria, así como en una distribución de luz con 
excelente control de deslumbramiento. Está protegido por un vidrio plano temperado, cerrado con una 
junta de silicona fijada al cuerpo. El equipamiento auxiliar se aloja en una parte del cuerpo de la 
luminaria siendo este accesible a través de una tapa oscilante. 
Aplicaciones 
Iluminación de calles, avenidas, parques, estacionamientos, patios en general; locales sujetos a 
atmósferas agresivas, etc. 
Lámpara 
Vapor de mercurio HPL – N 250 (W) ó 400 (W) 
Vapor metálico HPI – T 250 (W) ó 400 (W) 
Vapor de sodio SON – T 250 (W) ó 400 (W) 
Equipamiento auxiliar 
Estas lámparas exigen equipamiento auxiliar: reactor ignitor y capacitor. 
 
 
 
 
 
 
 
 13 
 
 
HRP 822 (1 x HPL – N 250 W) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 14 
 
 
SRP 822 (1 x SON – T 250 W) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 15 
 
Diseño de alumbrado de emergencia: 
 
Luces de emergencia y carteles señalizadores. Señales “salida/salida de emergencia”, 
flechas. Altura: 2 a 2,5m del piso. Letras normalizadas blancas sobre fondo verde o 
luminosos. 
 Alumbrado de escape: Para evacuar. Mínimo 1 lux sobre rutas de escape. 
 Alumbrado de seguridad: Garantiza seguridad en tareas peligrosas, para evacuar de 
manera segura. 5% del alumbrado normal mínimo (ej. zona de trabajo con elementos 
cortantes, maquinas con volantes de inercia) 
 Alumbrado sustitutivo o de reserva: Alumbrado suficiente para continuar actividades de 
emergencia (ej. quirófano). 
Luminarias con alimentación independiente, muy importante autonomía en función de la 
actividad para permitir evacuación. 
Ubicar luminarias sobre peligros potenciales (ej: intersección de pasillos, cambios de nivel de 
piso, puertas de salida, escaleras). Ubicación min 2m para evitar deslumbramiento.