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OPTICA Y FOTOMETRIA
DISEÑO Y EFICIENCIA EN SISTEMAS DE ILUMINACION 2006
OPTICA Y FOTOMETRIA
En Luminotecnia, los conceptos de Optica y Fotometríaestán íntimamente relacionados. La óptica es la especialidad que estudia y desarrolla la parte de la luminaria encargada de distribuir la luz en el espacio; es de alguna manera el “corazón” de la luminaria.
La fotometría, por su parte, es la encargada de evaluarel comportamiento de dicha óptica, su eficiencia, suforma de distribuír la luz en el espacio y con cuantaintensidad lo hace en cada sector. En una palabra, y para continuar con la analogía anterior, la fotometría esel “electrocardiograma” de la luminaria.
En Luminotecnia, la óptica esuna especialidad en la que el experto debe tener sólidos co-nocimientos no solo de físicasino también de luminotecniaen general, tanto teóricoscomo prácticos, a los efectosde poder crear la luminaria queel diseñador requiere.
El louver doble parabólicoutilizado en los ejemplos, esuna clara demostración de lo que es posible lograr con unaóptica adecuada.
El louver doble parabólico es una óp-tica diseñada para que la luminaria no emita luz por encima del ángulo de 65ºcon la vertical.
Esto es a los efectos de que las lumina-rias no se reflejen en las pantallas de los monitores de las PCs.
(Ver “Iluminación de Oficinas”)
Máx. 65º
OPTICA
La óptica en el rendimiento de la luminariaReflectores más eficientes
En los ejemplos de esta página se puede observar como el pobre ren-dimiento de una luminaria ha podido ser mejorado en un 23% y concentrar su distribución luminosa tan solo corrigiendo el reflector.
En función del tamañode la fuente de luz.El tamaño de la fuente de luzes un elemento sumamenteimportante en en el rendimiento de una luminaria.En el ejemplo se puedeobservar como un tubofluorescente de 38mm de diámetro en un reflector parabólico concentradoimpide la salida de una grancantidad de rayos de luzdebido a su gran tamaño.Esto además produce un recalentamiento del tubo, quitándole rendimiento.
La óptica en el rendimiento de la luminaria
La óptica en el rendimiento de la luminariaEn función de la eficiencia y el tamaño de la fuente de luz.También es importante el ren-dimiento de la fuente de luz.Un tubo fluorescente tipo T5 no solo tiene menor diámetro sinotambién mayor rendimientolumínico en términos de lúmenes por watt comparadocon un T8.El ejemplo muestra lasestadísticas registradas sobreesta luminaria de espejoasimétrico tan solo por haberreemplazado el original tubo T8 por un nuevo T5. (origen USA)
FOTOMETRIA
Como ya se ha dicho anterior-mente, la fotometría es la partede la Luminotecnia encargadade “valorizar“ el comportamientode una óptica. En realidad, unamedición no es otra cosa queasignarle núme-ros a un objetosiguiendo ciertas reglas.
Así por ejemplo, la fotometríanos dirá del rendimiento, la luminancia, el coeficiente de utilización, etc. de una luminariacon su óptica.
ANGULO PLANO PLANO PLANO γ C= 90º C= 30º C= 60º
0 289.4 289.4 289.4
5 288.3 291.5 293.0
10 285.1 290.2
15 276.8 288.3
20 265.1 282.2
25 250.5
30 232.1
ANGULOS VERTICALES “γ”
γ= 30º
C= 270º
C= 90ºC= 180º
C= 0ºC= 330º
SEMIPLANOS VERTICALES “C”
Los semiplanos “C” cortan a la luminaria como “gajos” de una
naranja
Los ángulos “γ” son radiales y arrancan del vértice superior de
cada “gajo” con el de 0º en la base.
Planos y ángulos de medición fotométrica C= 270º
C= 300º
C= 0ºC= 30º
C= 60º
C= 90º
C = 240º C= 120º
C= 210ºC= 180º
C= 150º
C= 330º
EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO
El ensayo fotometrico de unaluminaria se realiza en labo-
ratorios especializados. En la Argentina hay 3 laboratorios
oficiales adecuadamente equi-pados que realizan este trabajo y
emiten un informe oficial del ensayo.
Este informe es el único docu-mento válido a la hora de
justificar el comportamiento de una luminaria frente al comitenteo la dirección de obra. También
es la fuente de la cual se extraerán los datos fotométricosa introducir en los softwares de
cálculo.
Tabla de Distribución de Intensidades LuminosasEL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO
Al igual que en la mayoría de lospaíses, (salvo USA) en la Argentina las tablas de intensidades luminosasse presentan en candelas para 1000 lm. (cd/1000 lm). La cantidad de planos “C” que se presentan en los ensayos no estánormalizada, pero como mínimo se muestran los de 0º, 45º y 90º, a pesar que en laboratorio se midentodos los planos de la luminaria.
La Curva de Distribución Luminosa
En realidad, este sería el “electrocardiograma” de la luminaria del que se habló
anteriormente. Es un medio porel cual se grafica la distribuciónde las intensidades luminosas
de la tabla.Para luminarias de interiores se
emplea un diagrama polar, mientras que en los proyectoresse representa en uno ortogonal.
Habitualmente se muestran 2 curvas: la del plano transversal
en línea llena y la del longitudinal en línea punteada.
EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO
Ejemplo de localización de la intensidadluminosa del ángulo “γ” de 30º en el plano “C”de 0º (transversal). Lo habitual es que los valores se muestren en candelas para 1000 lm, no obstante, algunos laboratorios lospresentan en porcentajes de la intensidad máxima como en el presentecaso, pero siempre para cd/1000 lm (o cd/1Klm).
La Curva de Distribución LuminosaEL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO
La Curva de Distribución Luminosa
Para aclarar aún más el concepto, se muestra aquí
el mismo ejemplo de localización anterior pero
representado en un espacio tridimensional.Como ya se mencionó, hay que imaginarse los
planos “C” como gajos de una naranja, a la cual
cortamos por la mitad en sentido horizontal y
tendremos a la vista losPlanos “C” como planos
“horizontales”.
I 0º Horizontal, 30º Vertical = 304,4 cd
C= 0º
C= 90º C= 60º C= 30º
EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO
La Curva de Distribución LuminosaEL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO
Ejemplo de localización de laintensidad luminosa del ángulo “γ”de 45º en el plano “C”de 90º(longitudinal).
La La CurvaCurva de de DistribuciDistribucióónn LuminosaLuminosa
I 90º Horizontal, 45º Vertical = 145,9 cd
C= 0º
C= 90º C= 60º C= 30º
Nuevamente se muestra en
representacióntridimensional la loca-
lización de la páginaanterior esta vez
sobre el plano “C” de 90º, es decir, el plano
longitudinal de la luminaria.
EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO
El El DiagramaDiagrama de de DistribuciDistribucióónn del del Flujo ZonalZonalEL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO
El diagrama de distribución del flujozonal muestra claramente de quemanera se distribuye el flujo luminosoen el espacio. Se presenta un detallepor intervalos de 10º y la cantidad de flujo luminoso que contiene cada unode sus ángulos sólidos. Además, en la última columna se indica el porcentaje de cada intervalo en forma acumulativa, de tal modo que el valor final, no es otra cosa que el rendimiento total.
La tabla de Luminancias Medias
Esta tabla presenta los valores de luminancias en cd/m²/Klm. Normalmentese proporciona para los planos horizontal y longitudinal. Los ángulosimplicados en esta tabla son los más significativos considerando la visiónde una persona sentada dentro de un local. En esas condiciones, la únicamanera de tener una luminaria en la visual por debajo de un ángulo de 45ºcon la vertical es si se la mira ex profeso, lo cual escapa al propósito del presente estudio.
EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO
AnAnáálisislisis del del RendimientoRendimiento de la de la LuminariaLuminariaEL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO
Como ya se dijo antes, el rendimiento de la luminaria es el resultado de la distribución del flujo luminoso en el espacio considerando los ángulos de 0º a 180º. A los efectos de esta información, el rendimiento total de la luminaria se divide en hemisferio inferior (0º a 90º) y hemisferio superior (90º a 180º). Los porcentajes se dan para cada uno de ellos por separado y también como total. En el ejemplo, y tratandose de una luminaria de emisión directa total, el porcentaje en el hemisferio superior es obviamente 0%.
100 %
100 % 100 %
30 % 30 %
η = 100 % η = 60 %
RENDIMIENTO DE LA LUMINARIA
100 %
100 %
100 %100 %
Como se puede observar en la placa anterior, no todoel flujo luminoso generado por la fuente de luz esentregado finalmente por la luminaria.
Dentro del artefacto se producen una cantidad de pérdidas producto de absorciones de los materialesreflectores, interreflecciones, razones de diseño, etc.
El rendimiento o eficiencia de una luminaria se simboliza con la letra griega “η” (también “ε”) y se determina por la fórmula:
η = Lúmenes que salen de la luminariaLúmenes generados las lámparas
RENDIMIENTO DE LA LUMINARIA
x 100
60º
90º270º
300º
240º
210º 180º 150º
120º
60º
90º270º
300º
240º
210º 180º 150º
120º
Cd/1000 LmCd/1000 Lm
η= 59% η= 59%
0º 30º
270º
300º
330º
240º
210º 180º 150º
0º
270º
300º
330º
240º
210º 180º 150º
η= 59%
RENDIMIENTO DE LA LUMINARIAR
ESPU
EST
AR
ESPU
EST
A
330º
¿CUAL DE ESTAS LUMINARIAS TIENE MAS RENDIMIENTO?
Cd/1000 Lm
60º
90º
120º
CLICKCLICKη= 59%
0º 30º 30º330º 0º
30º
60º
90º
120º
Cd/1000 Lm
Como se ha visto, el rendimiento de la luminaria es un valor quese desprende del ensayo fotométrico y por ende de la maneraen que dicha luminaria desitribuye la luz en el espacio. Es un dato proporcionado por el laboratorio.
Solamente considera la absorción dentro de la luminaria. No indica de ninguna manera si la luminaria se adecua o no a una determinada aplicación..
El rendimiento de la luminaria es un dato quepuede llevar a confusiones. Se debe utilizar sólocon el pleno conocimiento de su significado!
ATENCION!ATENCION!RENDIMIENTO DE LA LUMINARIA
El rendimiento o eficiencia de una luminaria es un dato útil cuando se lo utiliza junto con la curva de distribución luminosa de dicha luminaria o con el diagrama de flujo de la misma.
Para analizar objetivamente el comportamiento de una luminaria, lo ideal escontar con el Código de Flujo CIE de la misma.
Esta información indica los flujos zonales para los conos de 41,4º; 60º; 75.5º; 90º y 180º o sea el rendimiento total.
Para la fotometría utilizada en los ejemplos de este capítulo, el Código de Flujo CIE sería 73 - 100 - 100 - 100 - 59.
De esta manera, esta típica luminaria con “louver” doble parabólico podríaser fácilmente comparable con otra de sus mismas características y evaluarasí cual rendirá más en el cálculo final.
CONCLUSION
RENDIMIENTO DE LA LUMINARIA
EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIOLa La TablaTabla de de CoeficientesCoeficientes de de UtilizaciUtilizacióónn
Se trata de otra de las importantesinformaciones que ofrece el reportefotométrico del Laboratorio y es un
dato imprescindible para realizar un cálculo lumínico correcto. (Ver “Métodos de Cálculo”)
Dado que obviamente se trata de valores que se desprenden de la
distribución de intensidadesluminosas de la luminaria, estosdatos son exclusivos para cada
luminaria en particular y el fabricante tiene la obligación de
proporcionarlos.
En el informe, esta tabla se encuentra junto a otras dos que se refieren a las luminancias de las paredes y de la cavidad techo. Estas dos últimas no tienen prácticamente aplicación en los cálculos manualesfundamentalmente por lo poco que se requiere ese tipo de información.
No obstante, si se utiliza un software de cálculo, generalmente estainformación es calculada automáticamente y puede visualizarse junto con el resto de la información (output). (Ver “Mátodos de Cálculo”)
EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIOLa Tabla de Coeficientes de Utilización
El Diagrama de SöllnerEste diagrama también
forma parte del informey representa una
evaluación del deslumbramiento directo
de la luminaria. Los Valores de la Tabla de
Luminancias medias se introducen como se veráen la página siguiente y
su interpretación se explica en la próxina.
EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO
Los valores de LuminanciasMedias de la tabla se
introducirán en el diagramapero en candelas/m²
absolutas para el total del flujo luminoso instalado.
6000 lm
Como la luminaria medida está equipada con dos tubos fluorescentes standard de 3000 lm cada uno, los valores tabulados deberán multiplicarse por 6; es decir, 2 x 3000 lm= 6 Klm. Así por ejemplo, 661.4 x 6= 3968.4 cd/m². Al igual que en la curva de distribución luminosa, el plano transversal será en línea llena y el longit., punteada.
El El DiagramaDiagrama de de SSööllnerllnerEL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO
REFERENCIAS:La interpretación del diagrama de
Söllner es simple. La Clase de local seleccionada se elegirá de las opcio-
nes que se muestran a la derecha. Se busca dicha Clase en los renglones del
encabezamiento del diagrama y siguiendo dicho renglón se ubica el
nivel de iluminación de cálculo.
Ej: Clase 1: 500 lux. Desde la columnade ese cuadro parte una de las líneas
del ábaco. Si las curvas de luminanciade la luminaria se mentienen por
debajo de dicha línea, la luminaria se encuentra dentro de la Clase; si la
corta en algún punto, a partir de éste la luminaria comenzará a ser molesta.
El Diagrama de SöllnerEL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO
6000 lmSiguiendo el ejemplo plan-teado en la placa anterior, se puede observar (en trazosazules) que tanto para el pla-no transversal como para el longitudinal la luminariacumple plenamente Clase 1.
Se puede ver en trazo naranjaque el punto conflictivo máspróximo estaría a 50º si el local del ejemplo estuvierailuminado con 2000 lux.
Una vez más queda demos-trado que el louver doble pa-rabólico es absolutamenteantideslumbrante.
El Diagrama de Söllner
EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO