Calculo de LúmenesMétodo de iluminación media (método de los lúmenes) El cálculo de la iluminación en un punto de una superficie por el uso de la curva de distribución de candelas de una luminaria, indica sólo la iluminación producida directamente por la luminaria: en el interior de un local, la iluminación en un punto sobre una superficie horizontal se obtiene no sólo por el flujo recibido directamente desde la luminaria, sino también por el reflejado desde el techo y las paredes laterales por encima de la superficie. El techo y las paredes reciben flujo luminoso de la luminaria, parte de este flujo es reflejado según la naturaleza de la superficie y las características espectrales del flujo incidente. Después de una o más reflexiones, una parte de dicho flujo puede recibirse eventualmente en la superficie horizontal considerada. La superficie investigada se denomina generalmente el plano de trabajo y puede ser un plano real (como la superficie de una mesa) o un plano imaginario a una distancia determinada sobre el suelo. Si el flujo que incide sobre el plano de trabajo se divide por el flujo emitido por el elemento de iluminación, la relación puede denominarse Factor de Utilización para la unidad determinada y la sala particular considerada. Coeficiente del local: La fracción del flujo luminoso emergente de un grupo de elementos de iluminación que llega al plano de trabajo depende de las proporciones del local y los factores de reflexión de las diversas superficies del mismo. Una sala alta y angosta tiene una absorción de la luz por las paredes mayor que una sala ancha y relativamente baja. Para las salas cuadradas, el índice del local mediante dos ecuaciones distintas: una para los sistema de iluminación indirecta donde el techo es el manantial en todo lo que se refiere a las interreflexiones dentro de la sala, y otra para los sistemas directos en términos de la altura de montaje de los elementos de iluminación. Además, se establece el índice del local en términos de las dimensiones verticales sobre el plano de trabajo, así tenemos para los sistemas indirectos: (7.16) Donde: h t : Altura del techo sobre el plano de trabajo K ind : Coeficiente del local, para sistemas indirectos Para los sistemas directos: (7.17) Donde: h : Altura de la superficie de la luminaria K dir : Coeficiente del local para los sistemas directos Para los sistemas de iluminación indirectos, el techo es el manantial luminoso de la sala y por esto es por lo que la altura considera al valorar el coeficiente del local es la del techo. En los sistemas de iluminación directa en los cuales el flujo luminoso es emitido por el elemento de iluminación, la altura del techo tiene una importancia relativamente pequeña en sentido vertical descendente y la altura de montajes el criterio para evaluar el coeficiente del local. Muchos elementos de iluminación no son completamente directos o indirectos en su forma de distribución del flujo. Sin embargo, los datos fotométricos especifican generalmente las fracciones del flujo por encima y por debajo de la horizontal finalmente obtenemos: (7.18) Donde: I L : Índice del local K 1 : Cuantifica el flujo luminoso hacia arriba K 2 : Cuantifica el flujo luminoso hacia abajo Factor de utilización: Las variables consideradas para cada tipo de elemento de iluminación son el índice del local, el factor de reflexión del techo, y el factor de reflexión de la pared. Los ensayos han demostrado que el factor de reflexión del suelo ejerce poco efecto sobre la iluminación cuando es menor del 40 %. Con factores de reflexión mayores, especialmente si el techo y las paredes laterales están también muy iluminados, los coeficientes de distribución (factor de utilización) pueden aumentar hasta un 15 %. Todos los resultados del método de los lúmenes usados actualmente se refieren a este factor de reflexión del suelo, sin mencionar, generalmente, su magnitud. Debe descontarse algo por la perdida de luz emitida por las lámparas a causa de su envejecimiento, así como por el polvo y la suciedad que se acumula en el elemento de iluminación, incluso con una limpieza a fondo. La iluminación al cabo de un cierto tiempo (mantenida), producida por un elemento medio en condiciones medias de limpieza, es del orden del 70 % del valor original. Algunos elementos de iluminación puede que no sean susceptibles de recoger polvo en superficies que rebajen la eficiencia lumínica de la unidad. Para estas instalaciones puede usarse un valor de mantenimiento mas elevado. Para otros, especialmente tipos indirectos y aquellos en que la frecuencia de limpieza sea escasa, el factor de mantenimiento puede ser considerablemente inferior al 70 %. Para cada tipo de elemento de iluminación de la tabla X (anexos), se dan los coeficientes de mantenimiento en condiciones de suciedad y servicio de limpieza buenas, medias y malas, y coeficiente de utilización. Resumiendo las condiciones establecidas en forma de ecuación, se obtiene: (7.19) Donde: : Flujo luminoso (lumen inicial por lámpara) E : Nivel de iluminación (iluminación media al cabo de cierto tiempo de trabajo en lux) n : Numero total de lámparas K u : Factor de utilización K m : Factor de mantenimiento Método de cavidad zonales. El método de cavidades zonales esta basado sobre la teoría de que la iluminación media es igual al flujo que incide sobre el plano de trabajo dividido por el área sobre la cual se distribuye. Este avance en el calculo del factor de utilización se caracteriza principalmente por la introducción de medios, por los cuales pueden calcularse estos para muchas condiciones variables, que antiguamente o bien se ignoraban o se establecían como valores o relaciones fijos. El nuevo sistema considera la habilitación real como constituida por una cavidad de techo por encima de las luminarias, una cavidad de suelo debajo del plano de trabajo y una cavidad de habitación situada entre los dos (figura Nº 7.20) En el caso general, están presentes todas estas cavidades. En el caso de luminarias empotradas o salientes, la cavidad de techo es simplemente el techo. Cuando se ha de determinar la iluminación sobre el suelo, la cavidad de suelo se convierte en el suelo. Ahora es posible calcular las relaciones numéricas denominadas “relación de cavidad” que pueden usarse para determinar la reflectancia eficaz del suelo y el techo y a continuación hallar el coeficiente de utilización. Las etapas básicas en el cálculo de cualquier iluminación media son las siguientes: • Determinar las relaciones de cavidad para las tres cavidades indicadas en la figura Nº 7.20. (7.20) (7.21) (7.22) Donde: ? h : Razón de cavidad de la habitación ? c : Razón de cavidad del techo ? p : Razón de cavidad del suelo l : Largo del local (m) : Ancho del local (m) h h : Altura útil de la habitación h c : Altura de la cavidad del cielo h p : Altura de la cavidad del piso • Obtener la reflectancia eficaz de la cavidad del techo ? cc para la combinación de la reflectancia del techo y la pared a emplear mediante la tabla XII (anexo). Nótese que, para iluminarías empotradas o aplicadas al techo ? c =0 y la reflectancia de techo puede usarse como reflectancia eficaz de la cavidad. A menos que haya de calcularse la iluminación inicial, las reflectancias de techo y pared deben ser consideradas como reflectancias permanentes. • Obtener la reflectancia eficaz de la cavidad de suelo ? fc por combinación de las reflectancia del suelo y pared a emplear mediante la tabla XII (anexo). A no ser que haya de calcularse la iluminancia inicial, las reflectancias de suelo y pared se consideran como reflectancias permanentes. • Obtener el coeficiente de utilización de la luminaria para una condición de reflecancia eficaz de la cavidad del suelo del 20 % mediante la tabla XIII (anexo), interpolando entre los valores tabulados los necesarios para equilibrar el tamaño de la habitación con las combinaciones de reflectancia de techo y pared. • Si la reflectancia eficaz de la cavidad de suelo ? fc obtenida en la etapa 3 difiere significativamente del 20 % obténgase un factor mediante la tabla XIV a ó XIV b (anexo). Multiplicar el coeficiente de utilización por este factor. • Obtener el coeficiente de mantenimiento, mediante la siguiente formula: (7.23) Donde: K m : Coeficiente de mantenimiento K l : Factor de depreciación por uso de la lámpara (factor que considera el envejecimiento del elemento que produce la luz) K d : Factor de depreciación por mantención de equipo (factor que considera la suciedad sobre la luminaria, dado por figura 13, (anexo) K r : Factor de mantenimiento de paredes (factor que considera la limpieza del recinto paredes, dado por figura 14 y tabla XV, (anexo) K q : Factor que considera el porcentaje de lámpara quemadas Finalmente, se utiliza la ecuación Nº 7.24. (7.24) Donde: : Flujo luminoso (lumen iniciales por lámparas) E : Nivel de iluminación (iluminación media al cabo de cierto tiempo de trabajo en lux) n : Numero total de lámparas K u : Factor de utilización K m : Factor de mantenimiento Método del punto por punto Este método permite conocer los valores de iluminancia en puntos concretos. Consideraremos que la iluminancia en un punto es la suma de la luz proveniente de dos fuentes, componente directa, producida por la luz que llaga al plano de trabajo directamente de las luminarias, y otra indirecta o reflejada procedente de la reflexión de la luz de las luminarias en el techo, paredes y demás superficies del local. En la figura Nº 7.21 podemos ver que solo unos pocos rayos de luz serán perpendiculares al plano de trabajo, mientras que el resto serán oblicuos. Esto quiere decir que de la luz incidente sobre un punto, solo una parte servirá para luminar el plano de trabajo y el resto iluminara el plano vertical a la dirección incidente en dicho punto. Luz directa Luz indirecta proveniente del techo Luz indirecta proveniente de las paredes En general, para hacernos una idea de la distribución de la iluminancia nos bastará con conocer los valores de la iluminancia sobre el plano de trabajo; es decir, la iluminancia horizontal (ecuación Nº 7.25). Sólo nos interesará conocer la iluminancia vertical (ecuación Nº 7.26) en casos en que se necesite tener un buen modelado de la forma de los objetos (deportes de competición, escaparates, estudios de televisión y cine, retransmisiones deportivas) o iluminar objetos en posición vertical (obras de arte, cuadros, esculturas, pizarras, fachadas, etc.). (7.25) (7.26) Para utilizar el método del punto por punto necesitamos conocer previamente las características fotométricas de las lámparas y luminarias empleadas, la disposición de las mismas sobre la planta del local y la altura de estas sobre el plano de trabajo. Una vez conocidos todos estos elementos podemos empezar a calcular las iluminancias. Mientras más puntos calculemos más información tendremos sobre la distribución de la luz. EJEMPLO Dimensión y datos del local Largo Ancho Alto Color de las paredes Mantenimiento de la iluminación 15 m 10 m 4m Oscuras Malo Se considera que la iluminación recomendada por los manuales se consigue con iluminación general más una iluminación complementaria en el lugar de trabajo. No debe existir efecto de deslumbramiento. Conceptos básicos Introducción En la actualidad, los centros laborales y lugares en que vivimos o nos encontramos, son algo más que un mero lugar de trabajo u ocio, son entornos en los que las personas y sus necesidades deben ser puntos de máxima atención para el diseñador de iluminación. Por lo tanto se exige que las soluciones tomadas en una instalación de iluminación sean parte de un conjunto, soluciones que generen ambientes agradables, ergonómicamente correctos y energéticamente racionales. Los factores fundamentales que se deben tener en cuenta al realizar el diseño de una instalación son los siguientes: • Iluminancias requeridas (niveles de flujo luminoso (lux) que inciden en una superficie) Uniformidad de la repartición de las iluminancias. Limitación de deslumbramiento Limitación del contraste de luminancias. Color de la luz y la reproducción cromática Selección del tipo de iluminación, de las fuentes de luz y de las luminarias. • • • • • Por lo tanto es importante tener en cuenta la cantidad y calidad de luz necesaria, siempre en función de la dependencia que se va a iluminar y de la actividad que en ella se realizará. Como elementos de un sistema de iluminación tenemos: • Fuente de luz. Tipo de lámpara utilizada, que nos permitirá conocer las necesidades eléctricas. Luminaria. Sirve para aumentar el flujo luminoso, evitar el deslumbramiento y viene condicionada por el tipo de iluminación y fuente de luz escogida. Sistema de control y regulación de la luminaria. • • El tamaño del objeto es el factor que generalmente tiene mas importancia en el proceso visual. Cuando más grande es un objeto con relación al ángulo visual mas rápidamente puede ser visto, la persona que acerca a un objeto para verlo con mas claridad esta inconscientemente haciendo uso del factor tamaño, al aumentar el ángulo visual. Luminancia (brillo fotométrico) Uno de los factores primordiales para la visibilidad es la luminancia. La de un objeto depende de la intensidad de la luz que incide sobre él y de la proporción de esta que se refleja en dirección del ojo. Una superficie blanca tendrá un brillo mucho mayor que la misma iluminación, sin embargo añadiendo suficiente luz a una superficie oscura, es posible hacerla tan brillante como una blanca, cuanto más oscuro es un objeto o una labor visual, más grande es la iluminación necesaria para conseguir igual brillo y en ciertas circunstancias parecidas, para la misma visibilidad Contraste Tan importante para la visión es el nivel general de luminancia como el contraste de luminancia o color entre el objeto visual y su fondo. Los altos niveles de iluminación compensan parcialmente los contrastes de bajo brillo y resulta de gran ayuda cuando no pueden evitarse las condiciones de deficiencia de contraste Tiempo La visión no es un proceso instantáneo; requiere tiempo, puede recurrirse a la cámara fotográfica para ilustrarlo. Es posible tomar una fotografía con una luz muy tenue si la exposición es suficientemente larga, pero para una exposición muy rápida es necesario emplear una gran cantidad de luz El ojo puede ver detalles muy pequeños con niveles muy bajos de iluminación, si se da tiempo suficiente y se prescinde de la fatiga visual, pero para una visión rápida se requiere mas luz El factor tiempo es importante, sobre todo cuando el objeto esta en movimiento. Los niveles altos de iluminación hace de hecho que los objetos parezcan moverse mas lentamente, lo que aumenta en gran medida su visibilidad. El flujo luminoso Es la cantidad de luz emitida por una fuente luminosa en la unidad de tiempo, y la unidad de medida de este es “Lumen”. El flujo luminoso se denota por la letra griega Ø. La iluminancia o iluminación Es el flujo luminoso por unidad de superficie, también se puede decir que la iluminación de una superficie es el flujo luminoso que cubre cada unidad de la misma. La iluminación se denota con la letra E y se mide en lux. Lux = lumen Es decir: E Flujo luminoso = Ø m ² Unidad de superficie S La iluminación es lo principal para un proyecto de instalación de alumbrado y esta se mide con un LUXÓMETRO. La eficiencia luminosa. Es la eficiencia de una fuente luminosa a la relación entre el flujo emitido (Ø), expresado en lumen y la potencia eléctrica (P) absorbida expresada en vatios. Tipos de iluminación de interiores Según la radiación del flujo luminoso emitido por debajo de un plano horizontal que pase por el eje de la luminaria. Directa: Con una dirección al objeto de 100% a 90% y una dirección contraria de 0% a 10%. Semi-directa: Con una dirección al objeto de 90% a 60% y una dirección contraria de 10% a 40%. Directa-indirecta o mixta: Con una dirección al objeto de 60% a 40% y una dirección contraria de 40% a 60%. Semi-indirecta: Con una dirección al objeto de 40% a 10% y una dirección contraria 60% a 90% Indirecta : Con una dirección al objeto de 10% a 0% y una dirección contraria de 90% a 100%. Alumbrado General Las luminarias (generalmente colocadas simétricamente) que proporcionan un nivel de iluminación razonablemente uniforme a toda una zona constituyen un sistema de alumbrado general. Un buen sistema de alumbrado general hace posible el cambio de desplazamiento de la maquinaria sin necesidad de alterar el alumbrado, y así mismo permiten la utilización total de la superficie de suelo. En algunos procesos de fabricación pueden iluminarse suficientemente solo mediante un buen sistema de alumbrado general, mientras otros requieren un alumbrado suplementario en maquinas determinadas o en lugares de trabajo, incluso cuando se suministra luz localizada para una tarea determinada, se requiere por razones de seguridad un sistema de alumbrado especial, como también para mantener relaciones razonables de brillo en toda el área. Cuando las zonas tales como bancos de trabajo están pegadas a la pared, se proveerán de una líneas de luminarias. Zonas de gran altura de techo En las zonas de gran altura de techo los trabajos se realizan generalmente con objetos tridimensionales mas bien grandes, de características de reflexión difusa. En estas circunstancias la tarea visual no es difícil ni se presenta ningún problema de deslumbramiento reflejado. Zonas de Poca Altura Las tareas visuales son más frecuentes en las zonas de poca altura de techo que en las de gran altura. El alumbrado suplementario puede ser útil para determinar el tamaño óptimo y el brillo del objeto a fin de procurar la mejor visibilidad Diseño de luminarias Las luminarias utilizadas para el alumbrado general en zonas de poca altura son casi siempre del tipo directo o semi-directo, normalmente fluorescente las lámparas pueden estar protegidas por rejillas, lucernas, u otros dispositivos. Todos estos accesorios aumentan la comodidad visual siendo normalmente las rejillas las más efectivas en zonas donde el techo está pintado de blanco o de otro color claro, las relaciones de brillo entre el techo y las luminarias son considerablemente más bajas cuando se usan luminarias semi-directas en lugar de directas. La luz dirigida hacia arriba en las unidades fluorescentes semi-directas provienen generalmente de ranuras u orificios en la parte superior reflector. Las aberturas no solo permiten el paso de la luz, sino que también proporcionan una salida para las corrientes de aire creadas por convección de vida al calor de la lámpara. Esta ventilación enfría las lámparas y aumenta el rendimiento de las luminarias, pues las lámparas funcionan a una temperatura, más baja y en consecuencia más eficaces. Alumbrado suplementario El alumbrado suplementario se añade al general para tareas visuales difíciles o procesos de inspección que no pueden iluminarse satisfactoria o prácticamente con el alumbrado general, puede ser, según las necesidades, una cantidad adicional de luz en un punto o en una zona especifica El calculo de una instalación de alumbrado suplementario requiere un análisis detenido del detalle que ha de verse y del tipo y colocación del alumbrado que proporcionara la mejor visibilidad al trabajador sin causar deslumbramiento a otras personas. También es necesario coordinar el alumbrado suplementario con el general, de tal manera que se mantengan relaciones razonables de brillo entre la tarea visual y sus alrededores inmediatos. Mantenimiento Un programa bien planeado y bien ejecutado del mantenimiento del alumbrado es de primordial importancia para sacar el mayor partido posible del dinero invertido o empleado en hacer funcionar un sistema de alumbrado industrial. Los resultados se traducen en mayor cantidad de luz por unidad monetaria, en el orgullo de los propietarios y en la mejora de la moral a causa de la apariencia más limpia. Factor de mantenimiento Hay tres elementos de mantenimiento que son variables y que afectan a la cantidad de flujo luminoso útil. Depreciación luminosa de la lámpara. Perdida por acumulación de polvo y suciedad sobre la lámpara y superficie reflectora y transmisora de la luminaria. Perdidas de luz reflejada en las paredes y techos. Factor de mantenimiento bueno Factor de mantenimiento medio Factor de mantenimiento malo 0.7 a 0.75 Condiciones atmosféricas buenas, buen mantenimiento 0.6 a 0.7 Condiciones atmosféricas menos limpias, mantenimiento con poca frecuencia. 0.5 a 0.6 Condiciones atmosféricas bastante sucias, mantenimiento deficiente Factor de utilización Es la relación que existe entre el flujo luminoso que llega al plano de trabajo y el flujo total que emiten las lámparas instaladas. Muy importante, complejo y difícil de calcular. Depende de, el valor adecuado del nivel de iluminación, el sistema de alumbrado, las luminarias, las dimensiones del local, la reflexión de techos paredes y pisos, y el factor de mantenimiento. Los fabricantes proporcionan valores tabulados para varias situaciones con sus luminarias Desarrollo de la consigna La NTE, define el alumbrado interior como iluminación general y uniforme de locales de forma rectangular con equipos de incandescencia o fluorescencia, dispuestos en forma simétrica respecto a los ejes de simetría del local, formando mallas rectangulares de lados iguales entre si y paralelos a los del local. Dimensión y datos del local Largo Ancho Alto Color de las paredes Mantenimiento de la iluminación 15 m 10 m 4m Oscuras Malo Se aplicara el método de los lúmenes para calcular el nivel medio de lux. PASOS 1. Se obtiene la información sobre: Rectangular Bobinados de motores Sin información Forma y configuración del local Tipo de tareas a realizar Sistemas de climatización calefacción y otros tipos de conductos Tensión de eléctrica alimentación de la red 220 V CA Estator y rotor de motores Características y tipo de objeto a iluminar 2. Se fija el nivel de iluminación a obtener en el plano de trabajo según tabla 21.7 Que es el comparable a una imprenta en la comprobación de colores, con un nivel de iluminación 1200 lux en la zona de trabajo, y la iluminación general debe ser de un 70% del plano de trabajo según recomendaciones de los manuales. Entonces la iluminación general debe ser de al menos 840 lux. Por lo tanto se trabajara con los 840 lux de la iluminación general. 3. Se determina el sistema de alumbrado y el tipo de luminaria. En función de la información previa y el comportamiento de las lámparas y luminarias. Adopto que el techo es de tipo cielo raso suspendido con una altura de 4 m. Como casi en todos los talleres la estructura del techo es alta (4 metros), la iluminación general tendrá que ser del tipo directa con rejilla difusora para evitar encandilamientos. Estas luminarias tendrán que ser colocadas a intervalos regulares y simétricos con respecto al local. Luego se contara con un alumbrado complementario localizado para las zonas de trabajo, con lámparas que provean una buena reproducción de colores. 4. Se determina el factor de mantenimiento. Por mención en el inciso, sabemos que el mantenimiento de las luminarias es malo. Por lo tanto se adopta un factor (fm) de 0.50, que corresponde a una condición atmosférica sucia y de mantenimiento deficiente. 5. Se calcula el índice del local según la clase de alumbrado y formulas. Para luminarias directas, semindirectas, directas-indirectas, y general difusa: Calculado para la iluminación general Relación del local = ( A . L )/( H . ( A + L) ) Donde: A = 4 m = Ancho del local en metros L = 15 m = Longitud de local en metros H =(4 m – 0.85 m)= 3.15 m = Altura del montaje en metros Relación del local = (4 x 15)/( 3.15 x (4 + 15))= 1.0025 6. Con el índice del local, el tipo de luminaria y el factor de reflexión de techos y paredes, determinamos de la tabla 21.9 (hallada en el anexo) el factor de utilización (Fu). El índice del local según la tabla 21.8 y la relación del local es H (de 0.9 a 1.12). Tipo de luminaria: luminaria directa con rejilla difusora Factor de reflexión de paredes y techo: como el color de las paredes es oscuro adopto de la tabla 21.5 el factor de reflexión 5-20 % para colores marrón, verde, azul y oscuros Por lo tanto de la tabla 21.9, el factor de utilización es de Fm = 0.39 7. Calculamos el flujo total Θ t a instalar (el que deben aportar las luminarias). Θ t = ( E . L . A)/( Fm . Fu ) donde: E = Nivel de iluminación en lux L = Largo del local en metros A = Ancho del local en metros Fm = Factor de mantenimiento Fu = Factor de utilización = 840 lux = 15 m = 10 m = 0.5 = 0.39 Θ t = ( 840 LX . 15 m . 10 m)/( 0.5 x 0.39 ) = 646.16 K lux.m2 8. Una vez calculado el flujo total Θ t, como conocemos el flujo que nos aporta cada luminaria Θ i, podemos calcular el número de luminarias: N = Θ t /Θ i Las lámparas fluorescentes elegidas son de “General Electric” de 40 Watts, Blanco 3500 ºK , con un flujo luminoso de 3200 Lumens. Cada luminaria tiene 4 fluorescentes. luminarias N = Θ t /Θ i = (646.16 K lux.m2 )/( 4 x 3.2 K lux.m2 ) = 50.48 N = 50 luminarias 9. Distribuimos las luminarias en filas por columnas comprobando que la distancia entre ellas no es superior a la que resulta de multiplicar el factor que se indica en la tabla 21.9 por la altura del montaje. Distancia máxima es Dm = 1 x H = 1 x 3.15 m = 3.15 m Entonces las distribuimos en 5 filas por 10 columnas. Comprobación: Da = A / 5 = 10 m / 5 = 2 m < 3.15 m Dl = L / 13 = 15 m / 10 = 1.5 m < 3.15 m El largo de cada luminaria es de 1.25 m. Esquema de distribución de la iluminación general Martin Obed Felix Tarin 3°G