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CONCEPTOS BASICOS DE ILUMINACION
Documento de propiedad intelectual de Juan Pablo Jaramillo Patrón con derechos
reservados de autor. Mayo de 2016
|
Reducción de los costos globales.
�Inversión inicial �Consumos energéticos
�Vida de servicio �Mantenimiento
Respecto al Medio Ambiente.
� Reducción de la contaminación lumínica
� Reducción emisión de CO2
� Disminución de residuos
� Extender vida de servicio de los componentes
Entorno
6/3/2016 8
© Juan Pablo Jaramillo P., C.E.M.
© Juan Pablo Jaramillo P., C.E.M.
CONTENIDO
6/3/2016 9
6/3/2016 10
Iluminación para los FM
1.
¿Qué es la luz?
Composición Espectral de la Luz Visible
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The Lighting Measurement Handbook, Alex Ryer, International Light Technologies
https://en.wikipedia.org/wiki/Luminosity_function
Composición Espectral de la Luz Visible
6/3/2016 13
380nm 770nm
Energía
radiante
Composición Espectral de la Luz Visible
Composición espectral
de un incandescente
Composición espectral
de un fluorescente compacto
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400 500 600 700
Longitud de Onda (nanómetros)
En
erg
ía r
ela
tiva
0
50
100
150
200
Composición Espectral de la Luz Visible
• Las fuentes de luz artificial blanca son
la mezcla de colores continuos o
discretos.
• Dependiendo del tipo de fuente de
luz, la composición espectral cambia.
• Una forma simple de entender el
concepto de “composición espectral”
es pensar en que se refiere a los
colores que podemos ver, que luego se
combinan para hacer luz blanca.
Composición espectral
de un incandescente
Composición espectral
de un fluorescente compacto
6/3/2016 15
Composición Espectral de la Luz Visible
• Las curvas de distribución
espectral (SPD en inglés) le
dan al usuario un perfil
visual de las características
del color de una fuente de
luz.
• Se muestra solamente la
potencia radiada en el
rango de luz visible por el
ser humano (380 a 770nm)
Composición espectral
de un fluorescente compacto
Fuente: http://www.gelighting.com/LightingWeb/na/resources/tools/lamp-and-ballast/spectral-power-distribution-
curves.jsp
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• La tonalidad de la luz
blanca puede ser cálida,
fresca o fría.
• Esto es consecuencia de lo
citado en el concepto
anterior. Una fuente de luz
con mayor contenido de
colores naranja hace que
se vea más cálida.
cálida fresca fría
4 100K 6 500K2 700K
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• La luz blanca es la combinación
de colores percibida por el ojo
humano.
• Luces blancas con misma
apariencia pueden crearse con
diferentes distribuciones
espectrales de potencia.
• CCT o Correlación con la
“Temperatura” del Color, es la
temperatura en Kelvin (K) a la
cual, la luz emitida por un
cuerpo negro radiante, iguala la
luz emitida por una fuente
dada.
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LED Color Characteristics, US DOE, Building Technologies
Program, Jan 2012.
• El IRC (o CRI en inglés) es un valor
de 0 a 100, matemáticamente
calculado. Entre más alto, mejor.
• Mide qué tan bien una fuente de luz
reproduce ocho colores pastel
estándar con respecto a una fuente
de luz de referencia:
• Colores fríos contra luz solar en
unas condiciones dadas.
• Colores cálidos contra un patrón
incandescente.
• El IRC se especifica de acuerdo con
la actividad:
• Ra = 80 se usa en oficinas
• Ra = 90 es perfecto en retail
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LED Color Characteristics, US DOE, Building Technologies
Program, Jan 2012.
Definición del Lumen
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The IESNA Lighting Handbook. Eq 1-5
Un lumen representa por lo menos 1/683
Watios de potencia de luz visible, dependiendo
de la distribución espectral. � � 683 � ∑ λ � λ ∆λ �����
The Lighting Measurement Handbook, Alex Ryer, International
Light Technologies
Definición del Lumen
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The IESNA Lighting Handbook. Eq 1-5The Lighting Measurement Handbook, Alex Ryer, International
Light Technologies
Steradian: The solid angle subtended at the center of a sphere by an area on the surface
of the sphere equal to the square of the sphere radius.
2.
Las distintas fuentes de luz
Fuentes de Luz artificial que usan energía eléctrica
Fuentes de Luz artificial que usan energía eléctrica
IncandescentesIncandescentes
IncadescenteIncadescente
HalógenaHalógena
DescargaDescarga
CFLCFL LFLLFL HIDHID
MercurioMercurio
SodioSodio
QMHQMH
CMHCMH
PlasmaPlasma
InducciónInducción
Estado SólidoEstado Sólido
LEDLED
OLEDOLED
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Tipos de fuentes de luz
Eficacia
• Las fuentes de luz artificial
consumen energía eléctrica y la
transforman en luz y calor.
• La relación entre la cantidad de luz
emitida (Lúmenes) por cada Watio
de electricidad consumida se llama
eficacia. Se mide en lúmenes por
Watio (Lm/W).
• Entre más alto el valor de eficacia,
mejor.
Electricidad (Watios)Luz vista por el ser humano (Lm)
IR (calor no visible)
UV (no visible)
Pérdidas I2R
© Juan Pablo Jaramillo P., C.E.M.
Eficacia
http://apps1.eere.energy.gov/buildings/publications/pdfs/ssl/led_energy_efficiency.pdf
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Fuente de Luz Eficacia
Lumínica
(Lm/W)
Calor perdido
por radiación
%
Calor perdido
por convección
%
Calor perdido
por conducción
%
Incandescente 10 - 20 > 90 < 5 < 5
Fluorescente 75 - 90 40 40 20
HID 100 - 130 > 90 < 5 < 5
LED 60 - 110 < 5 < 5 > 90
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Gestión Térmica … Un cambio de paradigma
Eficacia
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Vida / Duración
B50 (horas) = tiempo para 50% que la mitad de
un lote de prueba sobreviva.
B = Burn
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La duración de una fuente es, al fin y al cabo,
una medida estadística.
Vida / Duración
• Ensayar un CFL toma de 10 000h toma 15 meses.
• Ensayar un LED de 50 000h toma 5 años. De ahí que se
ha optado por un modelo probabilístico para estimar la
vida útil de los LED
• B50: vida definida al 50% en que la muestra ha fallado
• B50: Vida promedio
% Vida
% M
ort
an
da
d
0 50 100
50
100
Lámparas tradicionales calificadas
con : 50% mortandad
Vida
Promedio
Vida ( h x 1000)
% M
an
ten
imie
nto
Lum
ínic
o
0 10 20
50
100
70
Vida Util
Lámparas LED calificadas con :
70% mantenimiento de flujo
• L70: vida definida con respecto al mantenimiento
del flujo en un punto dado del tiempo
• L70: Vida útil @ 70% mantenimiento flujo
Vida/Duración
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Cómo asignar un valor nominal a un producto.
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IEC 60969, draft August 2011:
RETILAP, Res. 180540 / 2010:
DESCRIPCION TECNICA
Lámpara Fluorescente compacta Spiral 26Tensión: 120V~ 60 Hz 485 mAConsumo total de energía: 26W
Eficacia total: 62 lm/W
Luminosidad: 1 600Lm
IRC/Temperatura de Color: 82 / 6 500KBase: E27Factor de potencia total: 0.5Distorsión de armónicas: < 150%Vida útil: 8 000 horas
3.
Requisitos más relevantes para luminarias
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Carcasa - superficie reflectiva y estructura
mecánica
Lámpara LFL
fuente lumínica)
Balasto Electrónico
(equipo eléctrico)+ +Sistema LFL + Balasto
• Eficacia: LPW del sistema (ó Factor Eficacia Balasto)
• Costos de mantenimiento: Menor $$$ - group
relamping
• Impacto medio-ambiental
• Controles de iluminación
Carcasa / Reflector
• Fotometría
• LLF (factor de pérdida
de luz)
• Seguridad (UL u otros)
Luminaria UltraStar
Modelo NH
Arquitectura de una luminaria
CBCP
Center Beam Candle Power
Imax 50% Imax50% Imax
Angulo de apertura
CBCPFuente: www.lrc.rpi.edu
CBCP
Descripción Código ANSI Angulo típico MR16 Angulo típico PAR16
Very Narrow Spot VNSP <7 <15
Narrow Spot NSP 5-15 15-30
Spot SP 16-22 30-60
Narrow Flood NFL 23-32 60-90
Flood FL 32-45 90-120
Wide Flood WFL 45-50 120-160
Very Wide Flood VWFL 60 + >160
http://www.eaglelight.com/category/lighting_tutorials.bulb_beam_angle ENERGY STAR Program Requirements for Lamps - Eligibility Criteria Version 2.0
Angulos de apertura definidos
Benchmark para cálculo de
equivalencia a halógenos
Diagrama de distribución de
intensidades perpendicular al eje
de las fuentes de luz
Diagrama de distribución de
intensidades paralelo al eje de las
fuentes de luz
Fuente: www.lrc.rpi.edu
Fotometría de una luminaria
Fotometría de una luminaria
http://apps1.eere.energy.gov/buildings/publications/pdfs/ssl/understanding_lm79_reports.pdf
The Lighting Measurement Handbook, Alex Ryer, International Light Technologies
Fotometría de una luminaria
Matríz Fotométrica
LM-63-2002: Se trata de un formato ASCII,
recomendado por IESNA, y ampliamente utilizado por los
fabricantes para presentar la información fotométrica de
una luminaria.
Se espera que el LM-79, será elevado a calidad de estándar ANSI próximamente
Fotometría
Absoluta
Angulos verticales
hasta 180°
Angulos Horizontales
hasta 90°
Valores en
candelas
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Desempeño Fotométrico LEDLM-79: Mediciones Electricas y
Fotométricas
Garantiza que
y que cumple con
las expectativas de los profesionales de la
iluminación.
Establece un procedimiento para medir:
• Flujo lumínico total
• Distribución de intensidad luminosa
• Eficacia lumínica
• Uniformidad espacial (cambio del color sobre un área
específica)
Se genera un test report que incluye lo
anteriormente citado, más todas las condiciones de
prueba incluyendo, pero no limitado a:
• Voltaje de prueba
• Temperatura ambiente
• Tiempo de estabilización
Lm-80: Desempeño estable a lo
largo de su vida
Asegura que los sistemas LED reclaman
y tienen color,
IRC y mantenimiento lumínico estables.
Asegura la existencia de una técnica de medición y
ensayo consistente para los parámetros LED sobre un
período de tiempo extendido basado de 6 000 horas.
Requiere tres (3) diferentes temperaturas de prueba
(Ts= temperatura de la carcasa del LED) a
, todas a una corriente
típica dada por el driver (e.g. 350 o 500mA).
Lúmenes, color, IRC, corriente, y Voltaje de forward
son registrados cada 1 000h, por 6 000h para 20
muestras.
El Método Técnico utiliza los datos del LM-80
como entrada a una técnica de predicción del
mantenimiento del flujo lumínico para los paquetes,
arreglos o módulos LED.
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http://www.mx-electronic.com/pdf/Drehspiegelengl.PDF
Mide la distribución espacial de la luz visible para el ojo humano en una posición angular específica.
Del griego:
Gonio = ángulo
Metro = medición
Instrumentos de Medición
htt
ps:
//e
n.w
ikip
ed
ia.o
rg/w
iki/
Inte
gra
tin
g_
sph
ere
#/m
ed
ia/F
ile
:Lu
min
an
ce_
Ch
am
be
r.jp
g
Una esfera de integración (también conocida como la esfera de Ulbricht) es un componente óptico
consistente en una cavidad esférica hueca con su interior cubierto por una pintura reflective difusa, con
pequeños orificios para puertos de entrada y salida.
Módulo de control de temperature ambiente: Provee control
en lazo cerrado al dispositivo de temperature para simplificar
los ensayos por IESNA LM-82.
El modulo AC mide la eficacia luminosa de los productos de
iluminación de acuerdo con los lineamientos IESNA LM-79,
entregando la eficacia lumínica (Lumens/Watt) y evalúa los
parámetros eléctricos clave como corriente, voltaje,
frecuencia, THD, factor de potencia, etc.
https://www.labsphere.com/site/assets/files/1446/illumiaplus_brochure.pdf
Instrumentos de Medición
Yokogawa 510 Series. http://tmi.yokogawa.com/files/uploaded/BU510_EN_050.pdf
http://www.konicaminolta.com/instruments/download/catalog/light/pdf/t10a_catalog_eng.pdf
• Ajuste a la curva de respuesta espectral V(λ)
• Corrección de coseno
• Algunos miden intensidad luminosa (candela) permitiendo
ingresar distancia
• Inclusión de múltiples sensores
Instrumentos de Medición
Cuando se evalúan condiciones de contraste excesivo o condiciones con
poco contraste, la debe considerarse en lugar de la
iluminancia. Los medidores de luminancia y los sistemas de fotometría de
luminancia de imágenes, permiten realizar la evaluación visual del ambiente
en unidades de intensidad luminosa por unidad de área (cd/m2)
www.lrc.rpi.edu www.pce-instruments.com
Instrumentos de Medición
Contenido de Mercurio y RoHS
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RETILAP Res. 180540:
305. 1 Contenido máximo de mercurio y
plomo. Las fuentes que utilicen mercurio y/o plomo, deben cumplir los
requerimientos sobre máximas cantidades permitidas de estos
elementos, establecidas en
el presente reglamento, acorde con disposiciones ambientales
internacionales. Igualmente los fabricantes e importadores de
estos productos deben atender la reglamentación sobre
disposición final, que para tal fin establezca la autoridad
ambiental.
Entonces, quien no cumple post-consumo, ¿cumple RETILAP?
Responsabilidad extendida del productor (REP).
MinAmbiente. Res. 1511 de 2010:
Artículo 14. Obligaciones de los productores.Para efectos de la formulación, presentación e implementación
de los Sistemas de Recolección Selectiva y Gestión Ambiental de
Residuos de Bombillas, se consideran obligaciones generales de
los productores las siguientes:
a) Formular y presentar para aprobación del Ministerio de
Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, los Sistemas de
Recolección Selectiva y Gestión Ambiental de Residuos de
Bombillas;
b) Alcanzar las metas mínimas de recolección establecidas en el
artículo 10 de la presente resolución;
6/3/2016 56
4.
Especificar un proyecto energéticamente eficiente
6/3/2016 57
Diseño de Iluminación (tres niveles):
1. Iluminación General
2. Iluminación de acento y decorativa
3. Iluminación para actividades
Diseño interior
Dependiendo de la aplicación, puede ser más apropiada la elección de la
luminaria de menos eficiencia, debido al potencial de deslumbramiento reducido.
Sistemas LED
Diseño interior
Diseño interior
Luminarias Fluorescentes
• En general, el mercado
utiliza Factor de Balasto
Normal para tubos T8.
• En tubos T5, el factor de
balasto es 1.00. No existe
alguna otra opción
disponible.
Luminarias Fluorescentes
Cálculos de Iluminación Interior.
= Número de Luminarias requeridasLuminancia requerida [Lx] x Area de trabajo [m2]
N:
Número de lámparas por luminaria
Las luminarias emiten
Plano de trabajo
(@ 0.70 – 0.90m)
La fracción de los lumens (%) que finalmente
alcanzan el PLANO de TRABAJO dependen del
Cálculos de Iluminación Interior.
El depende de tres variables:
• Eficiencia de la luminaria: Diseño y
materiales
• Reflectancia de las superficies del área
• Forma del área
El es información que cada fabricante debe
suministrar en sus catálogos. Debe estar
disponible.
La fracción que representa la cantidad de luz que
se pierde por suciedad, reducción del flujo
lumínico de las lámparas, etc., se define como
Cálculos de Iluminación Interior
Variable Factor Note
Ambient temperature 1.1 Air handling luminaire (lamp lumens depend on
ambient temperature 25°C optimal temp for T8,
35°C optimal for T5)
Voltage 1 below than or equal to rated temperature
Surface depreciation 0.95 Miro IV (use 0.93 if white painted)
Non standard components 0.87 Normal Ballast factor
(use 1.18 for High Ballast factor)
Lamp burnouts 0.9 Group replacement for fluorescent lamps
Lamp lumen depreciation 0.95 To convert from Initial to Mean lamp lumens
Luminaire Dirt Depreciation 0.9 Only 10% estimated
LLF 0.70
Cálculos de Iluminación Interior
Variable LLF Factor xa LFL LLF Factor xa LED
Ambient temperature 0.9 1.0
Voltage 1 1
Surface depreciation 0.95 1
Non standard components (Normal
Ballast Factor 0.87)
0.87 1
Lamp burnouts 0.9 1
Lamp lumen depreciation 0.95 1
Luminaire Dirt Depreciation 0.9 0.9
Otras variables (factor de seguridad) 1 0.9
LLF 0.57 0.81
Sistemas LFL
Lleva a la pregunta: ¿Cuál es el valor de Lúmenes válido para usarse en cálculos de iluminación?
La lámpara T5 es una lámpara de 35°C en un mundo estandarizado a 25°C
Sistemas LFL
Tipos de sistemas T5 HO con 1 lámpara:
• Cada diseño de luminaria maneja
la termodinámica de una manera
diferente
• Entre más confinada está la
luminaria, hay más claro
contenido.
Cálculos de Iluminación Interior
Cuando el fabricante no los suministra, existen tablas y handbooks de los cuales se puede extraer el CU.
��� � 5ℎ ����
���
h = altura desde el plano de trabajo hasta
la luminaria
Reflectancia efectiva
típica del piso
Reflectancia efectiva del techo
Reflectancia paredes
Cálculos de Iluminación Interior
Paso Actividades Comentarios
1 Obtener la información de la habitación: Dimensiones del
espacio y reflectancias de las superficies que lo encierran.
Las reflectancias dependen de los materiales y color
de pisos, paredes y techo
2 Determinar el RCR, FCR y CCR.
3 Determine las reflectancias efectivas de piso y techo. Si las luminarias están montadas pegadas al techo (a
ras o sobrepuestas, no hay que hacer nada).
En general, muchos asumen que la del piso es 20.
4 Determine en Coeficiente de Utilización (CU) Use las tablas de literatura del fabricante
5 Determine la iluminación requerida para el espacio En el caso del RETILAP, utilice la tabla 410.1
6 Determine el flujo de las lámparas a utilizar Lo recomendable es utilizar el producto de mayor
flujo y vida útil
7 Obtenga el LLF y finalmente, calcule el número de luminarias
requeridas
