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ILUMINACIÓN ARTIFICIAL Exterior
Elaboración: ISR - Universidad de Coimbra - Julio 2017 Traducción: Ecoserveis - Noviembre 2017
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Sobre Ecoserveis
• Asociación sin ánimo de lucro creada en 1992.
• Promovemos un modelo energético justo y sostenible, que construya puentes entre la tecnología y la sociedad, la investigación y la innovación para identificar las necesidades energéticas de la población y aportar soluciones efectivas.
• Investigación e innovación
• Formación especializada
• Divulgación
• Consultoría técnica y social
• Dinamización comunitaria
• Intervenciones energéticas
Nuestras líneas de actuación ¿Quiénes somos?
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Tipos de Luz
Térmicas
Incandescente (Conventional)
Halógenas Incandescentes • Alto Voltage • Bajo Voltage
Descarga de Gas
Alta Presión • Sodio • Mercurio
Baja Presión • Sodio • Mercurio
(fluorescente)
Estado Sólido
LED
OLED
EN AZUL – Tipos de alumbrado usados comúnmente para iluminación exterior
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• Consiste en un filamento montado en vacío o en un gas inerte (uno que no reaccione químicamente con el filamento);
• El tungsteno es el principal material para filamentos, porque es fácil de trabajar, tiene una presión de vapor baja y un punto de fusión alto;
• La luz se produce al pasar una corriente eléctrica a través del filamento de tungsteno y utiliza el efecto Joule 𝑖𝑖2𝑅𝑅 para elevar suficientemente la temperatura del filamento y producir la incandescencia (luz visible y mucho calor);
Tipos de Lámparas Radiadores Térmicos - Bombillas Incandescentes
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Ventajas
• Luz brillante. • Excelente renderizado de color. • No hay un tiempo de calentamiento hasta alcanzar el flujo máximo. • Fácilmente regulables.
Inconvenientes
• Baja eficiencia (7-8%), y por ello, alto consumo (entre 2 y 4 veces mayor que otras tecnologías).
• Vida útil corta (normalmente entre 2.000 y 4.000 horas). • Alta temperatura en la superfície de la bombilla (puede quemar al
tocarla). • Pese al bajo precio inicial, sale mucho más caro al usuario final, en
comparación con los costes de ciclo de vida de otras tecnologías.
Tipos de Lámparas Radiadores térmicos – Bombillas Halógenas Incandescentes
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Tipos de lámparas Radiadores térmicos – Lámparas incandescentes
Características Cantidad usual para Incandescentes
Cantidad usual para Halógenas
Rango de Eficacia Luminosa 8 - 17 lm/W 11 - 21 lm/W
Vida Útil 1.000 – 1.500 h 2.000 – 3.000 h
Índice de Renderizado de Color 100 100
Temperatura Correlacionada de
Color 2.600 – 2.800 K 2.800 – 3.200 K
Regulable? Sí Sí
Especificación típica de rendimiento
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Tipos de Lámparas Lámparas de Descarga de Gas
• La presión del gas dentro del tubo de descarga está cerca del vacío (alrededor de 10−5 atmósferas).
• La temperatura de funcionamiento es relativamente baja y la duración de la lámpara es relativamente larga.
• Ejemplos: • Lámparas de sodio de baja
presión • Fluorescentes (mercurio a baja
presión) • Neón
• Presión de gas desde 5 kPa hasta más de la presión atmosférica.
• Ejemplos: • Lámparas de halogenuros metálicos • Lámparas de sodio a alta presión • Lámparas de vapor de mercurio a
alta presión.
Lámparas de baja presión Lámparas de alta presión
Una Lámpara de Descarga de Gas es una fuente de luz que genera luz mediante la creación de una descarga eléctrica a través de un gas ionizado, un plasma.
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Tipos de Lámparas Lámparas de Descarga de Gas
Lámparas de Sodio a Baja Presión
• La lámpara de sodio de baja presión genera luz a partir de una descarga del vapor de sodio a baja presión (0,7 - 1 Pa).
• Gran eficacia : entre 150 y 200 lm/W. • Los modelos varian entre 18 y 180 W. • Tiempo de vida entre 16000 y 23000
horas. • Iluminación monocromática que produce
una reproducción de color muy pobre (<5).
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Tipos de Lámparas Bombillas de Descarga de Gas
Bombillas de Sodio de Alta Presión
• Las bombillas de sodio de alta presión (HPS) funcionan a una presión entre 5-10 kPa.
• Una mayor presión de sodio mejora el renderizado del color, pero disminuye la eficacia: de 100 a 125 lm/W dependiendo del tamaño.
• Modelos entre 35 – 1000 W. • Tienen una vida útil entre 20.000 y 24.000 horas.
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Tipos de Lámparas Bombillas de Descarga de Gas
Bombillas con Mercurio a Alta Presión
• Utilizan un arco a través de mercurio vaporizado en un tubo de alta presión para crear una luz muy brillante directamente desde el propio arco.
• Modelos en un rango entre 35 - 2000 W. • Eficacia típica: de 45 a 55 lm/W. • Tienen una vida útil entre 20.000 y 24.000
horas.
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Tipos de Lámparas Bombillas de Descarga de Gas
Bombillas de halogenuros metálicos de alta presión
• Las bombillas de halogenuros metálicos son similares a las bombillas de vapor de mercurio, pero utilizan aditivos de haluro metálico dentro del tubo de arco junto con el mercurio y el argón. Estos aditivos permiten que la bombilla produzca una luz más visible por vatio con una reproducción de color mejor.
• 80 – 100 lumens por watt • Tienen una vida útil entre 10.000 y 20.000
horas.
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Tipos de Lámparas Bombillas de Descarga de Gas
Bombillas de Mercurio de Alta Presión - Bombillas de Halogenuros Metálicos
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Tipos de Lámparas Lámparas de descarga
Caracteristicas Sodio a Baja Presión
Vapor de Mercurio
Sodio a Alta Presión
Halogenuros Metálicos
Rango de Eficacia
Luminosa 150 - 200 lm/W 45 - 55 lm/W 105 - 125 lm/W 80 - 100 lm/W
Vida Útil 16.000 – 23.000 h 20.000 h 20.000 –
24.000 h 10.000 – 20.000 h
Índice de Renderizado
de Color <5 15 - 50 25 65 - 85
Temperatura Correlacionada
de Color
1.800 – 2.000 K
3.900 – 5.700 K
2.000 – 2.100 K
4.000 – 5.000 K
Regulable? Si el balasto es regulable
Si el balasto es regulable
Si el balasto es regulable
Si el balasto es regulable
Gas Discharge Typical Performance Specification
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Tipos de Lámparas Bombillas de Descarga de Gas
Ventajas
• Mayor vida útil que las bombillas halógenas incandescentes. • Son más eficientes que las bombillas incandescentes. • Coste moderado, aunque los LED están alcanzando precios similares. • Luz difusa (buena para iluminación general, reduciendo sombras duras)
Inconvenientes
• Contienen mercurio. • Necesitan un tiempo de calentamiento hasta brillar por completo. • El parpadeo de alta frecuencia puede ser irritante para los humanos
(tensión ocular, dolores de cabeza, migrañas). • No tiene el mejor índice de representación de color (CRI). • No es la mejor tecnología para regular su intensidad. • Parpadeo irritante al final del ciclo de vida
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• Un diodo emisor de luz (LED), también conocido como SSL (iluminación de estado sólido), es un dispositivo electrónico que produce luz cuando pasa una corriente eléctrica a través de él.
• Un diodo es una unión semiconductora que, una vez excitada, permite que la corriente atraviese la unión, conduciendo a la emisión de luz blanca.
• Los LED son la tecnología de iluminación blanca más eficiente del mercado. • Un diodo emisor de luz orgánico (OLED) está hecho con compuestos orgánicos que
se iluminan cuando se les alimenta con electricidad. Debido a que pueden hacerse extremadamente delgados, flexibles y pequeños, se usan en pantallas de TV, teléfonos móviles y luces de techo.
Tipos de Lámparas Bombillas de Estado Sólido – LEDs y OLEDs
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Tipos de Lámparas LEDs
Caracteristicas Bombilla LED Típica Luminaria LED Típica
Rango de Eficacia Luminosa 60 - 130 lm/W 80 - 150 lm/W
Vida Útil 15.000 – 30.000 h 20.000 – 60.000 h
Índice de Renderizado de Color 70 - 95 80 – 95
Temperatura Correlacionada de Color 2.700 – 6.500 K 2.700 – 6.500 K
Regulable? Si el controlador es regulable
Si el controlador es regulable
Especificaciones Técnicas Típicas
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Ventajas
• Tecnología que puede tener eficiencia Clase A +, A ++ • Los LED tienen, de lejos, la vida más larga de todas las tecnologías de
iluminación • Menor coste de propiedad. • Tecnología extremadamente flexible para fines estéticos y de control. • La temperatura baja en funcionamiento evita cualquier posibilidad de
quemadura al tacto. • En comparación con otras tecnologías, los LED soportan muchos más
ciclos de conmutación y se iluminan de inmediato.
Inconvenientes
• Su costo inicial es algo mayor que el de otras tecnologías (pero los precios son cada vez más bajos) y se compensa más bien por su bajo consumo de electricidad.
• Los LED son sensibles a la temperatura. La eficacia y la vida útil se reducen fuertemente si las bombillas se sobrecalientan.
Tipos de Lámparas LEDs
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Qué es una Luminaria? De acuerdo con la Norma EN 60598-1, una luminaria puede definirse como un aparato de iluminación que distribuye, filtra o transforma la luz emitida por una lámpara o lámparas, incluidos todos sus componentes necesarios para sostener, fijar y proteger las lámparas (a excepción de las lámparas mismas ) En caso de que surja la necesidad, los circuitos auxiliares junto con los medios para la conexión a la fuente de alimentación también pueden integrarse en la luminaria.
Luminarias
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Una luminaria de alumbrado público tradicional incluye los siguientes componentes: 1. Carcasa que contiene todas las partes y el balasto/controlador. 2. Sistema óptico que controla y distribuye el flujo luminoso de la fuente de luz. 3. Lámparas (también llamadas fuentes de luz) y su respectivo portalámparas o toma de corriente 4. Soporte para sostener la luminaria en la posición correcta
Luminarias
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El sistema óptico de las luminarias puede contener:
Reflectores utilizados para redirigir y dar forma al haz de luz. Los espejos reflectores crean múltiples imágenes de la fuente de luz, que se utilizan para crear un patrón de luminancia relativamente uniforme en la superficie que se ilumina. Refractores, que redirigen la luz de la lámpara y la luz del reflector, además de proporcionar una protección adicional contra daños externos. Difusor: forma la cubierta de la luminaria en la dirección de la radiación luminosa. Puede usarse para mejorar la comodidad visual.
Luminarias Sistema Óptico
Aplicable a las int
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Porque hay tantas luminarias y tan diferentes? • Cada luminaria está diseñada para dirigir la luz a la ubicación
deseada, creando el entorno visual requerido sin causar deslumbramiento o incomodidad. Las luminarias están adaptadas para muchas tareas y entornos humanos diferentes.
• Hay muchos tipos de luminarias, opacas o translúcidas, y pueden variar mucho según el tipo de fuente de luz que tengan.
Luminarias
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Luminarias
La eficiencia de la luminaria es proporcionada por todos los fabricantes acreditados en sus descripciones técnicas y se conoce como la relación de salida de luz (LOR) de la luminaria. La eficiencia se ve afectada por:
• La forma de la lámpara; • La reflectancia de los materiales • El número de lámparas que contiene la luminaria
LOR es la relación entre la luz emitida de una luminaria ∅𝑜𝑜𝑜𝑜𝑡𝑡 y la luz total que emiten las lámparas desnudas ∅ 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 que contiene. Es preferente escoger la luminaria con la mayor LOR.
𝐿𝐿𝐿𝐿𝑅𝑅 =∅𝑜𝑜𝑜𝑜𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑒𝑒 𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑙𝑙𝑜𝑜𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙
∅𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙
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Luminarias
El factor de eficacia de la luminaria (LEF, por sus siglas en inglés), también conocido como relación de eficacia de la luminaria, mide la salida (en lumen) de un dispositivo en función de la potencia de entrada, permitiendo las comparaciones entre dispositivos. Cuanto mayor sea el LEF, más eficiente será la luminaria.
𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿 =𝐿𝐿𝐿𝐿𝑅𝑅 × ∅𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 × η𝑑𝑑𝑙𝑙𝑙𝑙𝑑𝑑𝑒𝑒𝑙𝑙
𝑃𝑃𝑙𝑙𝑙𝑙
ηdriver - Eficiencia del balasto o del controlador LED
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Clasificación de Luminarias
La clasificación de las luminarias del C.I.E. se basa en tres propiedades básicas de las luminarias: 1. La intensidad a la que la luz de la luminaria se distribuye a lo largo del haz:
el "tiro" de la luminaria.
2. La cantidad de diseminación lateral de la luz, a lo ancho de su trayectoria: la “dispersión" de la luminaria.
3. El alcance de la instalación para controlar el deslumbramiento producido por la luminaria: el "control" de la luminaria.
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Clasificación de Luminarias
El tiro se define por el ángulo ϒmax que forma el eje del haz de luz con el plano vertical hacia abajo. El eje del haz está definido por la dirección de la bisectriz del ángulo formado por dos direcciones del 90% de Imax en el plano vertical de identidad máxima.
Curva polar de intensidad luminosa en el plano que contiene la intensidad luminosa máxima, indicada por el ángulo utilizado para determinar el tiro.
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Clasificación de Luminarias
La dispersión se define por el posicionamiento de la línea, que va en paralelo con el eje del haz. Teóricamente, no toca el lado más lejano del 90% Imax en su dirección. El posicionamiento de esta línea está definido por el ángulo ϒ90.
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Clasificación de Luminarias
En esta figura, se muestran los tres grados de tiro y dispersión. h - altura del montaje de la luminaria.
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Clasificación de Luminarias
El control está definido por el índice específico, la luminaria SLI, determinada por las características de la luminaria.
𝑆𝑆𝐿𝐿𝑆𝑆 = 13,84 − 3,31 × log 𝑆𝑆80 + 1,3 × log�𝑆𝑆80𝑆𝑆88�0,5
− 0,08 × log𝑆𝑆80𝑆𝑆88
+ 1,29 × log 𝐴𝐴
Donde, Ixx - Intensidad luminosa en un ángulo de elevación xx°, en un plano paralelo al eje de la calzada (cd). A - Área de emisión de luz para las luminarias (m2) proyectada en la dirección de la elevación a 76°.
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Clasificación de Luminarias
El control también se clasifica en tres niveles: • SLI < 2 : control leve. • 4 ≥ SLI ≥2 control moderado. • SLI > 4 control estricto.
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• Hay dos tipos de balastos eléctricos: balastos electrónicos y balastros magnéticos.
• Un balasto tiene dos funciones principales. Enciende la lámpara y controla la operación de la lámpara. Según sus características, también pueden: transformar el voltaje, atenuar la lámpara y corregir el factor de potencia.
• Todas las lámparas de descarga, incluidas las lámparas fluorescentes, necesitan un balasto para funcionar.
Balastos
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Balastos Electrónicos • Controlan la tensión de arranque y las corrientes durante el funcionamiento de las
lámparas de descarga de gas. • Utilizan la tecnología de estado sólido para operar a una frecuencia muy alta
(aproximadamente 30 kHz), lo que resulta en una mayor conservación de energía, ya que hay una menor pérdida de potencia y una mayor eficacia de la lámpara.
• Estos balastos también pueden mejorar el factor de potencia.
Balastos
Clases de Balastos según su Eficiencia Clase A1 Balastos electrónicos regulables Clase A2 Balastos electrónicos con pérdidas reducidas Clase A3 Balastos electrónicos Clase B1 Balastos magnéticos con muy pocas pérdidas Clase B2 Balastos magnéticos con pocas pérdidas
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Balastos Magnéticos • Usan una reactancia magnética para controlar la corriente eléctrica y para
encender la lámpara. • Son una tecnología antigua, con un núcleo de placas de acero envueltas en
bobinados de cobre. Las pérdidas por efecto Joule que se producen en los bobinados de cobre, y las pérdidas magnéticas en el núcleo de hierro, incrementan las pérdidas de potencia entre un 10 y un 25%. Este valor dependerá de la dimensión y la construcción del balasto.
Balastos
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Balastos
Clases de Balastos según su Eficiencia Clase A1 Balastos electrónicos regulables Clase A2 Balastos electrónicos con pérdidas reducidas Clase A3 Balastos electrónicos Clase B1 Balastos magnéticos con muy pocas pérdidas Clase B2 Balastos magnéticos con pocas pérdidas
Los balastos regulables se consideran de clase A1 si cumplen los siguientes requisitos: - Emitiendo el 100% de luz, el balasto cumple al menos las exigencias de A3; - ajustando la luz al 25%, la potencia consumida total es igual o inferior al 50% de la potencia que consume al ajustarse al 100% de luz; - el lastre debe poder reducir la luz al 10% o menos respecto a la luz máxima que puede emitir. Los balastos magnéticos pertenecientes a las categorías de eficiencia energética B1 y B2 tienen un alambre de cobre más grueso y un núcleo de hierro sujeto a menor disipación de potencia, reduciendo las pérdidas internas. Los balastos electrónicos (A1, A2 y A3) incluso reducen el consumo de energía de los circuitos del balasto de la lámpara a menos de la potencia nominal de la lámpara a 50Hz. Esto es causado por el aumento de la eficiencia de la lámpara a altas frecuencias (> 20kHz), dando lugar a un 10% menos de potencia y una disminución de las pérdidas del balasto.
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Ventajas
• La salida de las lámparas se degrada más lentamente
• Se elimina el parpadeo de la lámpara
• Funcionamiento con múltiples lámparas (1 a 4)
• Larga vida útil
Ventajas • Los materiales pueden
reciclarse fácilmente • Bajo coste inicial
Balastos Electrónicos Balastos Magnéticos
Inconvenientes
• Pueden causar distorsión harmónica
Inconvenientes
• Menos eficientes • Más pesados que los
balastos electrónicos • Más ruidosos que los
balastos electrónicos
Balastos
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Una unidad que se encuentra entre la fuente de alimentación y el (los) módulo (s) de LED para proporcionar les el voltaje y corriente apropiados. El controlador también se llama equipo de control electrónico.
Controladores
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La vida útil de un controlador de LED está determinada por la vida útil de los componentes electrónicos individuales que lo componen. El enlace débil, en particular, suelen ser los condensadores electrolíticos. El electrolito que contienen es típicamente un gel que se evapora gradualmente durante la vida del componente. La velocidad de evaporación depende de la temperatura dentro del controlador, que, a su vez, se correlaciona con la temperatura externa de la caja del controlador. Las temperaturas de funcionamiento altas aceleran la evaporación y, por lo tanto, acortan la vida útil del condensador.
Controladores
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Socios de Premium Light Pro
Financiado por la Comisión de la Unión Europea (UE) en el marco del programa Horizonte 2020
Socios de la UE
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Socios de Premium Light Pro
Nombre País Organización Email Bernd Schäppi Austria Austrian Energy Agency
www.energyagency.at
Michal Stasa República Checa SEVEn
www.svn.cz
Caspar Kofod Dinamarca EnergyPiano [email protected] Anibal T. De Almeida Portugal Institute for Systems and
Robotics, University of Coimbra [email protected]
Stewart Muir Reino Unido Energy Saving Trust
www.energysavingtrust.org.uk/
Boris Demrovski Alemania CO2ONLINE
www.co2online.de
Andrea Roscetti Italia Politecnico Milano http://www.energia.polimi.it/index.php
Aniol Esquerra España Ecoserveis
www.ecoserveis.net
Łukasz Rajek Polonia FEWE The Polish Foundation for Energy Efficiency
www.fewe.pl
