22 Oct
Instalaciones de Alumbrado 5
5-1 La luz
La luz puede ser considerada como una manifestación de la enegía en forma de radiaciones electromagnéticas de determinadas longitudes de onda, perceptibles por el ojo humano.
A la transmisión de energía a través del espacio se denomina radiación.
La idea de la luz del día es blanca y que la percibimos en forma sencilla y única, no es cierta, pues en realidad está compuesta por un conjunto de radiaciones electromagnéticas.
Experimentalmente puede observarse que un rayo de luz blanca, al atravesar un prisma triangular de vidrio transparente se descompone en una banda continua de colores que contiene todos los del arco iris, los cuales son radiados dentro de una determinada zona del espectro electromagnético.
5-2 Producción y transmisión de la luz
La luz se puede producir de varias formas. Las más representativas con relación a las lámparas de eléctricas son:
··Calentamiento de cuerpos sólidos hasta alanzar se grado de incandescencia, que es el fundamento de las lámparas incandescentes.
·Provocando una descarga eléctrica entre dos placas o electrodos situados en el seno de un gas o un vapor metálico, fundamento de las lámparas de descarga.
De cualquier forma la producción de la luz es una transformación de la energía.
La luz se transmite a distancia a través del espacio por medio de ondas similares a las formadas en el agua cuando se lanza un objeto en una piscina.
Estas ondas concentricas se propagan a lo largo y ancho de la piscina, formando crestas y valles, amortiguandose en el recorrido hasta desaparecer.
Gracias a las mismas, el efecto del choque del objeto sobre el agua se aprecia desde lejos del lugar donde se ha producido.
Las ondas del agua y las luminosas tienen en común que sus efectos pueden percibirse a distancia, diferenciandose en que las ondas del agua precisan este elemento, mientras las ondas luminosas no necesitan de ningún medio material para su propagación, aunque también se pueden transmitir a través de líquidos o cuerpos sólidos, como por ejemplo ña fibra óptica. Así, la luz que recibimos del sol en forma de ondas llega hasta nosotros atravesando el espacio vacío que existe entre los planetas y al entrar en contacto con la atmósfera se transmite a través de los gases que la forman.
Otra diferencia importante es que las ondas del agua solo se transmiten en dos dimensiones (largo y ancho) mientras que las luminosas se transmiten en tres dimensiones (largo, ancho y alto).
Resumiendo, la transmisión de la luz se realiza por medio de ondas a distancia a través del espacio en todas las direcciones.
Las características físicas fundamentales de la radiación luminosa son la longitud de onda y la velocidad de propagación (300.000 Km por segundo). La unidad de longitud de onda empleada en luminotécnia es el nanómetro de símbolo nm.
5-3 Magnitudes luminosas fundamentales.
En luminotécnia intervienen dos elementos básicos: la fuente productora de la luz y el objeto o espacio a iluminar.
Las magnitude y unidades de medida fundamentales son las siguientes:
··Fujo luminoso.
·Rendimiento luminoso.
·Cantidad de luz.
·Intensidad luminosa.
·Iluminancia.
·Luminancia.
5-3-1 Flujo luminoso. (Potencia luminosa)
El flujo luminoso es la cantidad de energía radiada o emitida por una fuente en todas las direcciones, por unidad de tiempo.
El flujo luminoso se representa por la letra griega Φ (fi), siendo su unidad el lumen (lm) que como unidad de potencia, corresponde a 1/680 W emitidos en la longitud de onda de 555 nm, a la cual la sensibilidad del ojo es máxima.
| Tipo de lampara | Flujo luminoso (lm) |
|---|---|
| Bicicleta | 18 |
| Incandescente Standar de 100 W | 1.380 |
| Fluorescente 40 W | 3.200 |
| Mercurio de alte presión 400 W | 23.000 |
| Halogenuros metálicos 400W | 28.000 |
| Sodio a alta presión Na 400 W | 48.000 |
| Sodio a baja presión Na 180 W | 31.500 |
| Magnesio AG 3 | 450.000 |
5-3-2 Rendimiento luminoso o coeficiente de eficacia luminosa
La energía transformada por los manantiales luminosos no se puede aprovechar totalmente para la producción de luz. Por ejemplo, una lámpara incandescente consume una determinada energía eléctric que se transforma en energía radiante, de la cual solo una pequeña parte es percibida por el ojo en forma de luz, mientras que el resto se pierde en calor y en flujo no luminoso.
El rendimiento luminoso o coeficiente de eficacia luminosa indica el flujo que emite una fuente de luz por cada unidad de potencia eléctrica consumida para su obtención.
El rendimiento luminoso se representa por la letra griega η (eta), siendo su unidad el lumen por vatio (lm/W).
La fórmula que expresa el rendimiento luminoso es:
Si se lograse fabricar una lámpara que transformara sin pérdidas toda la potencia eléctrica consumida en luz de una longitud de onda de 555 nm, ésta lámpara tendría el mayor rendimiento luminoso posible, cuyo valor sería de 680 lm/ W, pero como sólo una pequeña parte es transformada en luz, los rendimientos luminosos obtenidos hasta ahora para las distintas lámparas quedan muy por debajo de ese valor, presentando diferencias notables entre las mismas, como puede apreciarse en la tabla:
| Tipo de lámpara | Potencia nominal (W) | Rendimiento luminoso (lm/W) |
|---|---|---|
| Incandescente Standard 40W/220 V | 40 | 11 |
| Fluorescente 40 W (blanco frío) | 40 | 80 |
| Mercurio a alta presión 400W | 400 | 58 |
| Halogenuros Metálicos 400W | 360 | 78 |
| Sodio a alta presión Na 400W | 400 | 120 |
| Sodio a baja presión Na 180 W | 180 | 175 |
Ejemplo de cálculo de rendimiento luminoso.
Un tubo fluorescente de 50 W, que emite un flujo luminoso de 3.200 lúmenes tiene un rendimiento luminoso de:
El rendimiento luminoso se suele dar también para las lámparas de descarga, respecto al consumo de potencia de la lámpara con equipo auxiliar.
5-3-3 Cantidad de luz (energía luminosa)
DE forma análoga a la energía electrica que se determina por la potencia eléctrica en la unidad de tiempo, la cantidad de luz o energía luminosa se determina por la potencia luminosa o flujo emitido en la unidad de tiempo.
La cantidad de luz se representa por la letra Q, siendo su unidad el lumen por hora (lmh).
La fórmula que expresa la cantidad de luz es:
5-3-4 Intensidad luminosa
La intensidad luminosa es la relación entre el flujo luminoso emitido por una fuente de luz en una dirección por unidad de ángulo sólido en esa misma dirección. Este ángulo sólido se mide en estreorradiantes (sr) y corresponde a un casquete esférico cuya superficie es igual al cuadrado del radio de la esfera. Su unidad es la candela.
La fórmula que expresa la intensidad luminosa es:
Siendo:
I: Intensidad luminosa en candelas (cd).
Φ: Flujo luminoso.
ω: ángulo sólido en estereorradiantes (sr).
Las fuentes de luz utilizadas en la práctica tienen una superficie luminosa más o menos grande, cuya intensidad de radiación se ve afectada por la propia construcción de la fuente, presentando valores diversos en las distintas direcciones. La forma más práctica y sencilla de definir la distribución luminosa de una lámpara, o de un equipo de iluminación, consiste en representar gráficamente dicha distribución mediante unas curvas denominadas de distribución luminosa o curvas fotométricas de intensidades, que no son otra cosa que la representación gráfica de las medidas de las intensidades luminosas efectuadas según las distintas direcciones que parten del centro de la lámpara o luminaria.
5-3-5 Representación gráfica de la intensidad luminosa
El conjunto de la intensidad luminosa de una fuente de luz en todas las direcciones constituye lo que se conoce como distribución luminosa.
Con aparatos especiales (como el goniofotómetro) se puede determinar la intensidad luminosa de una fuente de luz en todas las direcciones del espacio con relación a un eje vertical. Si representamos por medio de vectores la intensidad luminosa de una fuente de luz en las infinitas direcciones del espacio, creamos un volumen que representa el valor del flujo total emitido por la fuente.
El sólido que obtenemos recibe el nombre de sólido fotométrico.
Si hacemos pasar un plano por el eje de simetría de la fuente luminosa, obtenemos una sección limitada por una curva fotométrica o curva de distribución luminosa.
Mediante la curva fotométrica de una fuente de luz se puede determinar con exactitud la intensidad luminosa en cualquier dirección, dato necesario para algunos cálculos de iluminación.
Las direcciones del espacio por las cuales se radia una intensidad luminosa las podemos determinar por dos coordenadas. Uno de los sistemas de coordenadas más usado para la obtención de curvas fotométricas es el «C-y».
,
Las curvas fotométricas se dan referidas a un flujo luminoso emitido de 1000 lm 
y como el caso más general es que la fuente de luz emita un flujo superior
los valores de la intensidad luminosa correspondientes se hallan mediante una regla de tres simple.
Ejemplo:
Si un tubo fluorescente tiene un flujo luminoso de 3.200 lúmenes, los valores de la intensidad luminosa deducidos de su curva fotométrica dada para 1.000 lúmenes, habrá que multiplicarlos por el factor 3,2 hallado de la relación 3.200/1.000, para obtener el verdadero valor.
Cuando alojamos una lámpara en un reflector, se distorsiona su flujo proporcionando un volumen cuya forma es distinta, ya que depende de las características propias del reflector. Por consiguiente, las curvas de distribución según los distintos planos son diferentes.
curva de disribución fotométrica simétrica
curva de disribución fotométrica asimétrica
5-3-6 Iluminancia
La iluminancia se define como la relación entre el flujo luminoso que recibe una superficie y su área. Su símbolo es E y su unidad el lux.
La fórmula que expresa la iluminancia es:
La iluminancia contituye un dato importante para valorar el nivel de iluminación que existe en un puesto de trabajo, en una superficie de un recinto, en una calle, etc.
En la tabla se pueden observar distintos valores de iluminancia según la zona de medida.
La medida de la iluminancia se realiza por medio de un aparato especial denominado luxómetro.
Nivel de iluminación
| Tipo de alumbrado | Iluminancias (lux) |
|---|---|
| Mediodía de verano al aire libre, con cielo despejado. | 100.000 |
| Mediodía de verano al aire libre, con cielo cubierto. | 20.000 |
| Puesto de trabajo bien iluminado en un recinto interior. | 1.000 |
| Buen alumbrado público. | 20 a 40 |
| noche de luna llena. | 0,25 |
| Noche de luna nueva (luz de las estrellas) | 0,01 |
5-3-7 Luminancia
La luminancia es la que produce en el órgano visual la sensación de claridad (brillo), pues la luz no se hace visible hasta que es reflejada por los cuerpos. La mayor o menor claridad con que vemos los objetos iluminados, depende de su luminancia.
La luminancia se representa por la letra L, siendo su unidad la candela por metro cuadrado (cd/m2) llamada nit (nt), con un submúltiplo, la candela por centímetro cuadrado (cd/cm2) empleada para fuentes de elevadas luminancias.
La fórmula que expresa la luminancia es:
Siendo:
la superficie aparente.
La medida de luminancia se realiza por medio de un aparato llamado luminancímetro de constitución similar al luxómetro.
| Tipo de fuente de luz | luminancia |
|---|---|
| Sol | 150.000 cd/cm2 |
| Cielo despejado | 0,3 a 0,5 cd/cm2 |
| Cielo descubierto | 0.03 a 0.5 cd/cm2 |
| Luna | 0,25 cd/ cm2 |
| Llama de una vela de cera | 0,7 cd/cm2 |
| Lámpara incandescente clara | 100 a 200 cd/cm2 |
| Lámpara incandescente mate | 5 a 50 cd/cm2 |
| Lámpara incandescente opal | 1 a 5 cd/cm2 |
| Lámpara fluorescente 40W/20 | 0,75 cd/cm2 |
5-3-8 Temperatura de color
La temperatura de color es una expresón que se utiliza para indicar el color de una fuente de luz por comparación de ésta con el color del cuerpo negro, es decir del «radiante perfecto teórico» (objeto cuya emisión de luz es debido únicamente a su temperatura). Como cualquier otro cuerpo incandescente, el cuerpo negro cambia de color a medida que aumenta su temperatura, adquiriendo al principio el tono de un rojo sin brillo, para luego alcanzar el rojo claro, el naranja, el amarillo y finalmente el blanco, el blanco azulado y el azul.
El color, por ejemplo, de la llama de una vela, es similar al de un cuerpo calentado a unos 1800K1, y la llama se dice entonces, que tiene una temperatura de color de 1.800K.
Por tanto, la temperatura de color no es en realidad una medida de temperatura. define solo color y solo puede ser aplicada a fuentes de luz que tengan una gran semejanza de color con el cuerpo negro. La equivalencia práctica entre apariencia de color y temperatura de color se establece según la tabla:
Grupo de apariencia de color | Apariencia de color | Temperatura de color (K) |
|---|---|---|
| 1 | cálida | por debajo de 3.300 |
| 2 | intermedio | de 3.300 a 5.300 |
| 3 | frío | por encima de 5.300 |
5-3-9 Ïndice de reproducción cromática (IRC)
El dato de temperatura de color se refier únicamente al color de la luz, pero no a su composición espectral que resulta decisiva para la producción de colores. Así, dos fuentes de luz pueden tener un color muy parecido y poseer al mismo tiempo una propiedades de reproducción cromática muy diferentes.
El índice de reproducción cromática (IRC) caracteriza la capacidad de reproducción cromática de los objetos iluminados con una fuente de luz. El IRC ofrece una indicación de la capacidad de la fuente de la luz para reproducir colores normalizados, en comparación con la reproducción proporcionada por una luz patrón de referencia.
| Fuentes luminosas | Ie(K) | IRC | |
|---|---|---|---|
| Cielo azul | 10.000 a 30.000 | 85 a 100(grupo 1) | |
| Cielo nublado | 7.000 | 85 a 100(grupo 1) | |
| Luz solar día | 6.000 |
| |
Lámparas de descarga (excepto Na): Luz de (halogenuros) Blanco neutral Blanco cálido | 6.000 3.000 a 5.000menos de 3.000 | 96 a 100 (grupo 1) 70 a 84 (grupo 2) 40 a 69 (grupo 3) | |
| Lámpara de descarga (Na) | 2.900 | ||
| Lámpara incandescente | 2.100 a 3.200 |
| |
| Lámpara holográfica | 3.400 |
| |
| Llama de vela o bujía | 1.800 |
|
| Magnitud | Símbolo | Unidad | Relación de la unidad | Relaciones |
|---|---|---|---|---|
| Flujo luminoso | Φ | Lumen (lm) | Flujo emitido en un ángulo sólido unidad por una fuente con una intensidad luminosa de una candela | Φ=Iω |
Rendimiento luminoso | η | Lumen por vatio (lm/W) | Flujo luminoso emitido por unidad de potencia |  |
| Cantidad de luz | Q | Lumen por segundo (lms) Lumen por hora (lmh) | Flujo luminoso emitido por unidad de tiempo |  |
| Intensidad luminosa | I | Candela (cd) | 1/60 de la intensidad luminosa por cm2 del «cuerpo negro» a la temperatura de fusión del platino (2.046ºK) | ω |
| Iluminancia | E | Lux (lx) | Flujo luminoso de un lumen que recibe una superficie de 1 m2. |  |
| Luminancia | L | Candela por m2 (cd/m2) Candela por cm2 (cd/cm2) | Intensidad luminosa de una candela por unidad de superficie |  |
5-4 Reflexión, transmisión y absorción
Al iluminar un cuerpo, una parte de la luz que llega al mismo es reflejada por una superficie, otra parte se transmite atravesándolo, y una tercera parte queda absorbida por el material que lo compone. Por tanto, el flujo luminoso incidente o total se reparte de la forma siguiente:
Siendo:
:Flujo luminoso incidente.
: Flujo luminoso reflejado.
Flujo luminoso transmitido.
: Flujo luminoso absorbido.
Se llama factor de reflexión, designado por la letra griega ρ (ro), a la relación entre el flujo luminoso reflejado (Φρ) y el incidente (Φi)
Se llama factor de transmisión, designado por la letra griega τ, a la relación entre el flujo luminoso transmitido Φτ y el incidente Φi.
Se llama factor de absorción, designado por la letra griega alfa α, a la relación entre le flujo luminoso absorbido Φα y el incidente Φi.
Al ser en cada caso el flujo incidente mayor, los factores de reflexión, transmision y absorción son siempre menores que la unidad. Por otra parte, para un determinado material la suma de los tres factores es siempre igual a la unidad.
En el caso que solo se produzcan reflexión y absorción
Un factor de reflexión de 0,3 quiere decir que de la luz incidente se refleja una parte equivalente al 30%.
5-5 Lámpara de vapor de mercurio de alta presión
La producción de la luz en este tipo de lámparas se basa en el principio de la luminiscencia obtenida por la descarga eléctrica en el seno de mercurio gasificado. La parte fundamental de la lámpara de mercurio la constituye la ampolla de vidrio interior, en la que se produce la descarga, esta ampolla es de vidrio de cuarzo para soportar las altas temperaturas que se producen en su interior. Fundidos en cada extremo contiene dos electrodos de wolframio, uno principal impregnado de material emisivo de electrones y otro auxiliar de encendido, conectado a través de una resistencia óhmica de alto valor y también contiene unos miligramos de mercurio puro y gas argón para facilitar la descarga.
La ampolla exterior, de forma elipsoidal y vidrio resistente a los cambios bruscos de temperatura, sirve de soporte al tubo de descarga, proporcionandole un aislamiento térmico, a la vez que evita la oxidación atmosférica de las partes metálicas. Interiormente está cubierto de una sustancia fluorescente que, activada por las radiaciones ultravioleta del arco de mercurio, emite radiaciones rojas, las cuales se suman al espectro del mercurio falto de ellas, completándolo, es decir, corrogiendo el color de su luz.
El espacio comprendido entre el tubo de descarga y la ampolla exterior está relleno de un gas neutro a presión inferior a la atmosférica, para evitar la formación de arco entre las partes metálicas en el interior de la ampolla.
Al conestar la lámpara a la red, a través de la reactancia o balasto, se produce una descarga entre el electrodo principal y el auxiliarde encendido. Ésta descarga ioniza el argón haciéndolo conductor a la vez que disminuye la resistencia eléctrica del espacio comprendido entre los dos electrodos principales, hasta un valor que permite que se establezca una descarga eléctrica entre ellos, en ese momento, la corriente que circula a través de la resistencia de encendido es prácticamente nula. El calor generado por ésta descarga vaporiza el mercurio como conductor principal de la descarga.
Los valores nominales de la lámpara no se obtienen hasta pasados cuatro o cinco minutos de haber sido conectada a la red. Su rendimiento luminoso oscila entre 40 y 65 Lm/w. Una vez apagada la lámpara no puede encenderse hasta pasado un tiempo de enfriamiento muy similar al de encendido.
Su empleo está principalmente indicado para alumbrado público exterior, y para el interior de naves de fabricación. Pero tras la entrada en vigor del Reglamento de Eficiencia Energética en Instalacioens de Alumbrado Exterior (REEAE-5.11.3), las lámparas utilizadas en este tipo de instalaciones tendrán una eficacia luminosa superior a 40 Lm/W, para alumbrado de vigilancia y seguridad nocturna, señales, anuncios luminosos y 65 Lm/W, para alumbrao vial específico y ornamental. Con lo cual no todas las lámparas de mercirio cumplirán con este Reglamento.
Práctica de ampliación 5.1
Este tipo de instalación es muy usual en naves industriales y alumbrado de vías públicas. Al realizar el montaje de las lámparas de vapor de mercurio se debe tener presente que estas emiten gran cantidad de radiaciones ultravioleta, perjudicial para la vista, por lo que no deben encenderse si no se dispone de luminaria que incorpore cristal intermedio.
Los interruptores o conmutadores empleados en instalaciones de Lámparas de descarga se deberán dimensionar al doble de la intensidad de arranque de los equipos empleados, debido a las extracorrientes de conexión y desconexion; por ejemplo, un condensador de 10 microfaradios puede tomar del orden de 100 A durante 25 microsegundos al conectarse a la línea de 220 V.
Procedimiento:
1. Ralizar el aprovisionamiento del material preciso para la realización de la práctica, según hoja de materiales
2. Relacionar las cajas de derivación del esquema de cajas, con la del esquema unifilar de la planta
3. Realizar el esquema de montaje y conexionado de las cajas
4. Proceder al montaje de acuerdo al esquema realizado, prestando especial atención al conexionado de la fase en el punto central del portalámparas.
5. Realizar la conexión y puesta en marcha de la instalación. Se debe recordar que la lámpara tardará unos minutos en encender totalmente, no debiendo accionar repetidamente el interruptor de encendido SI.
6.Confeccionar el presupuesto de acuerdo al modelo de hoja de presupuesto
5.6 Lámparas de halogenuros metálicos
Las lámparas de halogenuros metálicos son lámparas de vapor de mercurio a alta presión a las que se ha añadido yoduros metálicos además de mercurio consiguiendo con ello rendimientos luminosos superiores y mejores propiedades de reproducción cromática que con lámparas de vapor de mercurio convencionales.
La constitución y el funcionamiento de este tipo de lámparas es parecida a las de vapor de mercurio a alta presión. El rendimiento de éstas lámparas puede alcanzar valores de 95 Lm/W, su luz es de color blanco. El tiempo de arranque es de 3 a 8 minutos y el de enfriamiento de unos 5 minutos. Algunos modelos permiten un reencendido inmediato con lámparas en caliente (inmediatamente después de apagar), empleando para ello tensiones de choque del orden de 35 a 60 kV.
Instalación de una lámpara de halogenuros metálicos.
El campo de aplicación de éstas lámparas es muy amplio pudiendo ser empleado tanto en alumbrado exterior como interior. Su elevado rendimiento luminoso, unido a su buena reproduccón cromática, hacen a estas lámparas las más aconsejables par aquellas iluminaciones de calidad donde se precise un ambiente de vida y color, tales como escenarios cinematográficos, estudios, campos deportivos, etc.
Los interruptores o conmutadores empleados en instalaciones de lámparas de descarga se deberán dimensionar al doble de la intensidad de arranque de los equipos empleados, debido a las extracorrientes de conexión y desconexión.
Procedimiento.
1. Realizar el aprovisionamiento del material preciso para la realización de la práctica, según hoja de materiales
2. Realizar las cajas de derivación del esquema de cajas con la del esquema unifilar de planta
3. Realizar el esquema de montaje y conexionado de las cajas
4. Proceder al montaje de acuerdo al esquema realizado, prestando especial atención al conexionado de la fase en el punto central del portalámparas.
5. Realizar la conexión y puesta en marcha de la instalación. Se debe recordar que la lámpara tardará unos minutos en encender totalmente, no debiendo accionar repetidamente el interruptor de encendido S1.
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