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MÉTODOS DE ILUMINACIÓN

Iluminación general

Consiste en el suministro de luz en forma uniforme sobre el plano de trabajo de un ambiente en particular.

(El plano de trabajo, normalmente se considera a 80 cm por encima del suelo)

Iluminación localizada

Existen ciertas actividades que además de la iluminación general requieren un tipo de iluminación localizada.

Iluminación suplementaria

Es un caso particular de la iluminación localizada pero restringido a un área exclusiva de actividad visual.

Alumbrado de interiores

Alumbrado directo: Del 90 al 100% del flujo luminoso producido se dirige al plano de utilización y del 0 al 10% hacia arriba, es decir el techo del local.

Alumbrado semidirecto: Del 60 al 90% del flujo luminoso está dirigida hacia abajo y del 10 al 40% hacia arriba.

Alumbrado difuso: 40 al 60% del flujo luminoso dirigido hacia arriba y hacia abajo.

Alumbrado Semi-indirecto: 60 al 90% del flujo luminoso dirigido hacia arriba.

Alumbrado indirecto: 90 al 100% dirigido hacia arriba.

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LEYES FUNDAMENTALES DE LA LUMINOTECNIA

Ley de la inversa de los cuadrados

La iluminación E (lux) en un punto P que dista d(m) del foco, es directamente proporcional a la intensidad de iluminación I (cd) en la dirección del punto e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia existente entre la fuente de luz y la superficie iluminada S; es decir : E = I / d2

Esto presupone que:

• Que el foco de luz está lo suficientemente alejado, para ser considerado punto.

• Que la superficie es perpendicular a la dirección del rayo luminoso.

Ley del coseno

Cuando la superficie no es perpendicular a la dirección de la intensidad de iluminación, el rayo incidente forma un ángulo a con la normal a dicha superficie; entonces la iluminación en un punto P estará dada por la relación: E = I cos a/D2

En este caso la superficie interceptada por el haz de rayos luminosos es mayor que cuando la superficie es perpendicular al rayo, siendo menor la iluminación o densidad de flujo. La superficie interceptada es proporcional al coseno de a

Cuando el foco está situado a una altura H sobre la superficie a iluminar, la iluminación E en un punto P situado sobre esa superficie, formando el rayo incidente un ángulo a con la normal, siendo I la intensidad de iluminación en esa dirección: E = I cos3a/ H2

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Cálculo de alumbrado de interiores

Método de Punto por Punto Es un proceso analítico de cómputo luminotécnico que presenta un elevado grado de precisión para determinar la iluminación puntual sobre el plano horizontal, vertical y normal al haz de incidencia. Este método se basa en la cantidad real de luz que se produce en un “punto” del área iluminada. En la siguiente figura: r = distancia de la luminaria al punto. h = altura o distancia vertical de la luminaria al plano horizontal que contiene al punto P. a =distancia desde el pto al plano vertical α = ángulo entre el rayo luminoso y la vertical que pasa x la luminaria. I = Intensidad de flujo luminoso, según la dirección del punto a la fuente. Puede obtenerse de los diagramas polares de la luminaria proporcionados x el fabricante. EV = iluminación en el plano vertical EH = iluminación en plano horizontal EN = iluminación en el plano normal Aplicando la ley del cuadrado de la distancia, la iluminación en el punto P es: EV = I.sen3α / a2 ; EH = I.cos3α / h2 ; EN = I. cos2α / h2

Notas:

El método «Punto por Punto» se utiliza con fuentes de luz puntuales (lámparas incandescentes y de descarga) pero no tubos fluorescentes.

Para utilizar el método del punto por punto se necesita conocer previamente:

* las características fotométricas de las lámparas

* las características fotométricas de las luminarias empleadas

* la disposición de las luminarias sobre la planta del local

* la altura de estas sobre el plano de trabajo.

Problemas de aplicación

1. Una lámpara de alta intensidad que emite 25000 cd en el centro de su haz luminoso, está orientada a 60º hacia un punto sobre el piso a 20 m de distancia. ¿Cuál es el nivel de iluminación resultante en este punto?

2. Calcular la intensidad luminosa que debe tener un foco, de manera que la iluminación de 5 lux en la dirección de un punto situado a una distancia horizontal de 8 m de la vertical que está a una altura de 7 m.

3. Calcular el nivel de iluminación en lux en un punto P del plano de trabajo, en un ambiente donde se tiene 3 lámparas de alta intensidad, que emite cada uno 25000 cd

en el centro de su haz luminoso. El plano de trabajo se encuentra a una distancia de 10 m de cada lámpara.

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Método de los lúmenes

Denominado también: Sistema General o Método del Factor de utilización, Este método, es utilizado mayormente para en la iluminación de interiores, una forma muy práctica y sencilla de calcular el nivel medio de la iluminancia en una instalación de alumbrado general. Con este método, se calcula el flujo luminoso total necesario ФT y con este dato se determina el número de luminarias. La fórmula a emplear es:

ФT = Em . S / FU . FM Donde: ФT = flujo luminoso que un determinado local o zona necesita en lúmenes Em = Nivel de iluminación medio en Lux S = Superficie a iluminar (en m2) FU = Factor de utilización; es la relación entre el flujo luminoso recibido por un cuerpo y el flujo emitido por la fuente luminosa. Lo proporciona el fabricante de la luminaria. FM = Factor de mantenimiento; Es el cociente que indica el grado de conservación de una luminaria, también depende del grado de suciedad y limpieza periódica del local. Cálculo del Número de luminarias (NL): NL = ФT / n. ФL Donde: n = número de lámparas que tiene la luminaria ФL = flujo luminoso de una lámpara (se toma del catálogo)

Para la aplicación de éste método, se debe seguir los siguientes pasos:

1. Estudiar las características del ambiente

2. Definir el sistema de alumbrado

3. Definir el nivel de iluminación (lux)

4. Seleccionar el tipo de luminaria

5. Calcular el flujo útil

6. Definir el plano de trabajo y altura de las luminarias

7. Cálculo del flujo total considerando el factor de mantenimiento y coeficiente de utilización.

8. Cálculo del flujo por luminaria

9. Determinar la distribución de las luminarias

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Ejemplo de aplicación

Se tiene que iluminar un aula de dimensiones 4 m. de ancho por 6 m. de alto por 2,6 m. de alto con luminarias tipo downlight con dos lámparas fluorescentes cada una. Los acabados de dicha aula son paredes de yeso blanco, suelo de terrazo gris oscuro y falso techo de placas de cartón-yeso acústicas perforadas.

Determinar el número de luminarias que se necesita y cómo colocarlas para obtener un nivel adecuado de iluminación uniforme.

Solución:

Asumimos una altura de trabajo igual a 0.85 m

El nivel de iluminación para un aula, según

tablas es de 300 lux. El tipo de lámpara a

Utilizar es fluorescente tipo downligt:

Determinación de los factores de utilización y de mantenimiento:

El factor de utilización se obtiene de tablas suministradas por el fabricante.

Un ejemplo de este tipo de tabla es el siguiente:

Para el factor de mantenimiento o de conservación de la instalación, se considera:

Ambiente Factor de mantenimiento

Limpio 0.8

Sucio 0.6

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Reemplazando datos, se obtiene:

ФT = Em . S / FU . FM = 300x4x6 / 0.96x0.8 = 7200 / 0.77 = 9350 lúmenes

Es el flujo luminoso que se requiere en el aula

Cálculo del número de luminarias:

NL = ФT / n. ФL = 9350 / 2x 2400 = 1.94 ≈ 2 luminarias

Se recuerda que n = 2, es decir 2 lámparas por luminaria.

Para el emplazamiento de las luminarias, se debe distribuir sobre la planta del aula y esto implica calcular la distancia a la que se deben instalar para iluminar uniformemente.

Para un local rectangular, las luminarias se deben repartir de forma uniforme en filas paralelas a los ejes de simetría, según las siguientes fórmulas:

No. De filas de luminarias a lo ancho del local a:

No. De columnas de luminarias a lo largo del local, b:

Ejemplo de distribución uniforme de luminarias:

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Para el aula: Nancho = √1.94x4/6 = 1.13 ≈ 1 → No. De filas de luminarias a lo ancho

Nlargo = 1.13 x (6/4) = 1.70 ≈ 2 → No. De columnas de luminarias a lo largo del aula.

La distribución de luminarias y su esquema de colocación, será:

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iluminación en ambientes exteriores

Ambientes exteriores: Son ambientes sometidos a la intemperie en los que por su naturaleza no es posible implantar sistemas de iluminación cenitales; estas limitaciones obligan a soluciones laterales mediante disposiciones lineales o concentradas en luminarias; así por ejemplo; áreas de parqueo, vías de comunicación, plazas, áreas industriales, campos deportivos, etc., etc.

Cómputo luminotécnico para ambientes exteriores por el método de los lúmenes

La finalidad de este método es calcular la distancia de separación adecuada entre las luminarias que garantice un nivel de iluminancia medio determinado por la normativa. La ecuación básica utilizada, en este método es:

E = N(BL)(UF)(MF)(OV)(TF)(LF) / A

Donde:

E = Nivel de iluminación en lux

N = Número de luminarias

BL = Emisión luminosa de cada luminaria en lumen (ФL )

UF = Factor de utilización (ƞ)

MF = Factor de mantenimiento

OV = Factor de sobretensión(considerar solo en luminarias filamento incandescente)

TF = Factor de temperatura (en lámparas fluorescentes, si ↑ TF, ↓ rendimiento)

LF = Factor de lámpara (relación entre los lúmenes emitidos entre los lúmenes

especificados en el catálogo)

A = Área de la superficie a ser iluminada

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Consideraciones respecto a UF

En la iluminación de vías públicas, el factor de utilización (UF), es una medida del rendimiento del conjunto lámpara-luminaria y se define como el cociente entre el flujo útil, el que llega a la calzada, y el emitido por la lámpara; es decir:

UF = Фutil /Фlámpara = ƞ

Normalmente, se representa mediante curvas que suministran los fabricantes de las lámparas y luminarias. Estas curvas se las encuentra en función del cociente: Ancho de la calle / altura (A/H) que es la más habitual, o también en función de los ángulos y1 e y2 el lado calzada y acera respectivamente.

Factor de Mantenimiento (FM)

Está en función de las características de la zona (contaminación, tráfico, mantenimiento, etc). Generalmente es difícil de evaluar y se recomienda tomar un valor no superior a 0.8 (habitualmente 0.7).

Iluminación de carreteras

Una de las actividades importantes del quehacer humano es el transporte de persona y productos inclusive en horas de la noche; entonces las carreteras deben tener un nivel óptimo de iluminación que asegure la comodidad visual y protección a los usuarios, fundamentalmente, proporcionar condiciones óptimas de visibilidad para identificar rápidamente las características físicas de la vía, su señalización y todos los obstáculos móviles o fijos que pudieran presentarse.

Características de la vía Luminaria abierta Luminaria cerrada

Limpia 0.75 0.80

Media 0.68 0.70

Sucia 0.65 0.68

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Clasificación de las carreteras

Previo al cómputo luminotécnico, es necesario clasificar las carreteras en función del tráfico vehicular en horas de la noche (desde la entrada hasta la salida del sol) Según el servicio de caminos de nuestro país, la clasificación de las carreteras y el nivel mínimo de iluminación, son:

TRAFICO VEHICULOS/HORA

Muy ligero Menos de 150

Ligero 150 – 500

Medio 500 – 1200

Pesado 1200 – 2400

Muy pesado

2400 – 4000

Máximo Más de 4000

NIVEL MÍNIMO DE ILUMINACION (LUX)

TRAFICO DE TRÁFICO VEHICULAR

PEATONES MUY LIGERO LIGERO MEDIO PESADO

PESADO 9 12 15 18

MEDIO 6 9 12 15

NULO 3 6 9 12

Utilización de luminarias en vías y carreteras

Generalmente se emplean lámparas de descarga, preferentemente de sodio y mercurio, eventualmente en vías secundarias lámparas incandescente y aun fluorescentes.

Actualmente por razones de eficiencia energética se utilizan lámparas LED y también lámparas que utilizan energía solar.

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Utilización de luminarias en vías y carreteras

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Operación y Mantenimiento de luminarias de alumbrado exterior

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Aspectos de seguridad en labores de mantenimiento en alumbrado público

Se deben tomar todas las medidas de seguridad para prevenir accidentes como ser:

Delimitación del lugar de trabajo y señalización

Inspección previa de los postes y estructuras y las puestas a tierra

Dotación de Equipos de Protección Personal, incluyendo sistemas anticaídas

Aplicar las cinco reglas de oro de la seguridad eléctrica

Inspección y utilización correcta de escaleras

Observar y acatar las disposiciones sobre distancias de seguridad

Cumplimiento de normativa para trabajos en espacios confinados

Disposición de las luminarias

a.Unilateral: La luminarias se disponen únicamente en uno de los márgenes de la vía con lo que una zona de la calzada queda mucho más iluminada que la otra. Se caracteriza por ser económica, pero de baja calidad de alumbrado; se utiliza en zonas rurales o vías poco transitadas.

b. Al tresbolillo: Se basa en la alternancia de las luminarias a ambos lados de la calzada. Esta solución es aceptable y relativamente económica, aunque la uniformidad es deficiente y además es antiestética.

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c. Pareada: Las luminarias se sitúan enfrentadas, una a cada lado de la vía. Esta solución es la que mejor resultado da desde el punto de vista de la uniformidad de iluminación.

d. Doble axial: En el caso de vías con medianas o calzadas muy anchas, puede colocarse en el centro de las mismas un báculo que se bifurque en dos luminarias de forma que cada una de ellas ilumine uno de los lados. Esta solución abarata los costos de instalación y obra civil, aunque desvía el tráfico hacia los carriles más iluminados, con la consiguiente reducción de la capacidad de la vía.

Altura del báculo de alumbrado

Para determinar la altura del báculo, se debe considerar el nivel de iluminación deseado o la uniformidad necesaria. Para su cálculo se emplea el factor de altura R, que relaciona la altura del punto de luz con la anchura de la vía a iluminar, es decir:

R = altura del punto de luz / anchura de la vía

El valor de R varía según la disposición adoptada:

DISPOSICION R

Unilateral 0,85 a 1,0

Tres bolillo 0,50 a 0,66

Pareada 0,3 a 0,50

.

Otra característica para determinar la altura del báculo es a través del flujo luminoso característico de la lámpara o luminaria.

La siguiente tabla muestra una buena aproximación:

FLUJO ( lúmenes) Altura (m)

3000 a 9000 6,50 a 7, 50

9000 a 19000 7,50 a 9,0

Mayor a 19000 Mayor a 9

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Clases de protección IP contra el contacto y la penetración de agua y suciedad Los equipos eléctricos utilizados en diversas aplicaciones, tienen q trabajar de manera segura durante su vida útil y bajo condiciones ambientales adversas. El polvo y la humedad no siempre se pueden evitar, así como la presencia de cuerpos extraños. Las distintas clases de protección fijan, en qué medida se puede exponer un aparato eléctrico en condiciones ambientales adversas, sin ser dañado o sin representar un riesgo de seguridad o para la salud.

La base de clasificación se representa a través de la expresión: IP X Y Z, donde:

El 1er dígito X: grado de protección contra contacto e ingreso de cuerpos extraños.

El 2do dígito Y: grado de protección contra el ingreso de agua

El 3er dígito Z: grado protección complementaria, bajo condiciones específicas instal.

El dígito X, tiene las siguientes posibilidades:

0: Sin protección

1: Protección contra cuerpos extraños, con diámetro mayor a 50 mm

2: Protección contra cuerpos extraños, con diámetro mayor a 12 mm

3: Protección contra cuerpos extraños, con diámetro mayor a 2,5 mm

4: Protección contra cuerpos extraños, con diámetro mayor a 1 mm

5: Protección completa contra contacto, contra sedimentación polvo en su interior

6: Protección completa contra contacto, contra penetración de polvo

El dígito Y, tiene las siguientes posibilidades:

0: Sin protección contra el agua

1: Protegido contra gotas que caen verticalmente

2: Protegido contra gotas que caen oblicuamente (15º respecto a la vertical)

3: Protegido contra agua pulverizada (hasta 60º con respecto a la vertical)

4: Protegido contra salpicaduras de agua

5: Protegido contra los chorros de agua

6: Penetración contra la penetración de agua en caso de una inundación

7: Penetración contra la penetración de agua, sumergiéndolo

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Catálogo 9-IOME, Lámpara NK-400

Características constructivas

Aplicaciones :

• Recomendado en la iluminación de vialidades

primarias, periféricos, viaductos, circuitos,

parques, estacionamientos, áreas industriales,

residenciales y comerciales.

• Grado de protección IP 66, en dispositivo óptico

y en alojamiento del equipo eléctrico.

• Protegida contra polvos y partículas corrosivas

o sedimentos perjudiciales, contra lanzamientos

de agua en todas direcciones.

• Cuerpo y tapa fabricados de aluminio inyectado

a presión. Con acabado en resina de poliéster de

alta resistencia y curado al horno color gris.

• Con sistema de cierre hermético, mediante un

clip metálico anticorrosivo.

• Tornillos en acero inoxidable.

http://www.iome.com.mx/catalogos/catalogo_iome09-10.pdf

Aspectos de mantenimiento

La necesidad de mantto. del sistema de iluminación se determina por los siguiente:

Reducción del flujo luminoso de la lámpara por las horas de funcionamiento

Fallas en las lámparas

Acumulación de la suciedad en las lámparas y luminarias

Degradación de las componentes ópticas de la lámpara.

Mantenimiento preventivo

Inspección del estado de los soportes ( corrosión, anclajes, tapas, etc).

Inspección de las luminarias, cajas de conexiones eléctricas, etc.

Inspección tendido eléctrico

Comprobación de la intensidad de iluminación

Mantenimiento correctivo

Sustitución de lámparas

Sustitución o reparación de las luminarias

Sustitución y/o ajuste del sistema de programación y/o encendido

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PRACTICA No. 6

1. Investigar sobre cálculo luminotécnico para alumbrado interior basado en las «Cavidades zonales» e incluir un ejemplo de aplicación.

2. Investigar sobre metodología para el cálculo luminotécnico de alumbrado de túneles.

3. Investigar sobre criterios y metodología para el cálculo luminotécnico para campos deportivos, ejemplos: Cancha de futbol, de tenis y baloncesto.

4. Investigar sobre la constitución y criterios de aplicación de proyectores de luz

5. Investigar sobre aspectos de seguridad y medio ambiente durante la instalación del sistema de alumbrado en edificios, carreteras, campos deportivos, áreas residenciales y peatonales.

6. Investigar sobre el «Método de los nueve puntos» utilizado en la iluminación de

vías.

Fecha de presentación y defensa: Jueves Martes 27/05/2014.