CALCULO DE LUMENES

Calculo de Lúmenes Método de iluminación media (método de los lúmenes)

El cálculo de la iluminación en un punto de una superficie por el uso de la curva de distribución de candelas de una luminaria, indica sólo la iluminación producida directamente por la luminaria: en el interior de un local, la il uminación en un punto sobre una superficie horizontal se obtiene no sólo por el flujo recibido directamente desde la luminaria, sino también por el reflejado desde el techo y las paredes laterales por encima de la superficie. El techo y las paredes reciben flujo luminoso de la luminaria, parte de este flujo es reflejado según la naturaleza de la superficie y las características espectrales del flujo incidente. Después de una o más reflexiones, una parte de dicho flujo puede recibirse eventualmente en la superficie horizontal considerada. La superficie investigada se denomina generalmente el plano de trabajo y puede ser un plano real (como la superficie de una mesa) o un plano imaginario a una distancia determinada sobre el suelo. Si el flujo que incide sobre el plano de trabajo se divide por el flujo emitido por  el elemento de iluminación, la relación puede denominarse Factor de Utilización para la unidad determinada y la l a sala particular considerada. Coeficiente del local:

La fracción del flujo luminoso emergente de un grupo de elementos de iluminación que llega al plano de trabajo depende de las proporciones del local y los factores de reflexión de las diversas superficies del mismo. Una sala alta y angosta tiene una absorción de la luz por las paredes mayor que una sala ancha y relativamente baja. Para las salas cuadradas, el índice del local mediante dos ecuaciones distintas: una para los sistema de iluminación indirecta donde el techo es el manantial en todo lo que se refiere a las interreflexiones dentro de la sala, y otra para los sistemas directos en términos de la altura de montaje de los elementos de iluminación. Además, se establece el índice del local en términos de las dimensiones verticales sobre el plano de trabajo, así tenemos para los sistemas indirectos:

(7.16) Donde: h t : Altura del techo sobre el plano de trabajo K ind : Coeficiente del local, para sistemas indirectos Para los sistemas directos:

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(7.17) Donde: h : Altura de la superficie de la luminaria K dir : Coeficiente del local para los sistemas directos Para los sistemas de iluminación indirectos, el techo es el manantial luminoso de la sala y por esto es por lo que la altura considera al valorar el coeficiente del local es la del techo. En los sistemas de iluminación directa en los cuales el flujo luminoso es emitido por el elemento de iluminación, la altura del techo tiene una importancia relativamente pequeña en sentido vertical descendente y la altura de montajes el criterio para evaluar el coeficiente del local. Muchos elementos de iluminación no son completamente directos o indirectos en su forma de distribución del flujo. Sin embargo, los datos fotométricos especifican generalmente las fracciones del flujo por encima y por debajo de la horizontal finalmente obtenemos:

(7.18) Donde: I L : Índice del local K 1 : Cuantifica el flujo luminoso l uminoso hacia arriba K 2 : Cuantifica el flujo luminoso l uminoso hacia abajo Factor de utilización:

Las variables consideradas para cada tipo de elemento de iluminación son el índice del local, el factor de reflexión del techo, y el factor de reflexión de la pared. Los ensayos han demostrado que el factor de reflexión del suelo ejerce poco efecto sobre la iluminación cuando es menor del 40 %. Con factores de reflexión mayores, especialmente si el techo y las paredes laterales están también muy iluminados, los coeficientes de distribución (factor ( factor de utilización) pueden aumentar hasta un 15 %. Todos los resultados del método de los lúmenes usados actualmente se refieren a este factor de reflexión del suelo, sin

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cabo de un cierto tiempo (mantenida), producida por un elemento medio en condiciones medias de limpieza, es del orden del 70 % del valor original. Algunos elementos de iluminación puede que no sean susceptibles de recoger  polvo en superficies que rebajen la eficiencia lumínica de la unidad. Para estas instalaciones puede usarse un valor de mantenimiento mas elevado. Para otros, especialmente tipos indirectos y aquellos en que la frecuencia de limpieza sea escasa, el factor de mantenimiento puede ser considerablemente inferior al 70 %. Para cada tipo de elemento de iluminación de la tabla X (anexos), se dan los coeficientes de mantenimiento en condiciones de suciedad y servicio de limpieza buenas, medias y malas, y coeficiente de utilización. Resumiendo las condiciones establecidas en forma de ecuación, se obtiene:

(7.19) Donde: : Flujo luminoso (lumen inicial por lámpara) E : Nivel de iluminación (iluminación media al cabo de cierto tiempo de trabajo en lux) n : Numero total de lámparas K u : Factor de utilización K m : Factor de mantenimiento Método de cavidad zonales.

El método de cavidades zonales esta basado sobre la teoría de que la iluminación media es igual al flujo que incide sobre el plano de trabajo dividido por el área sobre la cual se distribuye. Este avance en el calculo del factor de utilización se caracteriza principalmente por la introducción de medios, por los cuales pueden calcularse estos para muchas condiciones variables, que antiguamente o bien se ignoraban o se establecían como valores o relaciones fijos. El nuevo sistema considera la habilitación real como constituida por una cavidad de techo por encima de las l as luminarias, una cavidad de suelo debajo del plano de trabajo y una cavidad de habitación situada entre los dos (figura Nº 7.20)

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En el caso general, están presentes todas estas cavidades. En el caso de luminarias empotradas o salientes, la cavidad de techo es simplemente el techo. Cuando se ha de determinar la iluminación sobre el suelo, la cavidad de suelo se convierte en el suelo. Ahora es posible calcular las relaciones numéricas denominadas “relación de cavidad” que pueden usarse para determinar la reflectancia refl ectancia eficaz del suelo y el techo y a continuación hallar el coeficiente de utilización. Las etapas básicas en el cálculo de cualquier iluminación media son las siguientes: • Determinar las relaciones relaciones de cavidad para las tres cavidades cavidades indicadas en la figura Nº 7.20.

(7.20)

(7.21)

(7.22)

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? c : Razón de cavidad del techo ? p : Razón de cavidad del suelo l : Largo del local (m) : Ancho del local (m) h h : Altura útil de la habitación h c : Altura de la cavidad del cielo h p : Altura de la cavidad del piso • Obtener la reflectancia reflectancia eficaz de la cavidad cavidad del techo ? cc para la combinación de la reflectancia del techo y la pared a emplear mediante la tabla XII (anexo). Nótese que, para iluminarías empotradas o aplicadas al techo ? c =0 y la reflectancia de techo puede usarse como reflectancia eficaz de la cavidad. A menos que haya de calcularse la iluminación inicial, las reflectancias de techo y pared deben ser consideradas como reflectancias permanentes. • Obtener la reflectancia eficaz de la cavidad cavidad de suelo ? fc por combinación combinación de las reflectancia del suelo y pared a emplear mediante la tabla XII (anexo). A no ser que haya de calcularse la iluminancia inicial, las reflectancias de suelo y pared se consideran como reflectancias permanentes. • Obtener el coeficiente coeficiente de utilización de la luminaria para una una condición de reflecancia eficaz de la cavidad del suelo del 20 % mediante la tabla XIII (anexo), interpolando entre los valores tabulados los necesarios para equilibrar  el tamaño de la habitación con las combinaciones de reflectancia de techo y pared. • Si la reflectancia eficaz de la cavidad cavidad de suelo ? fc obtenida en la etapa etapa 3 difiere significativamente del 20 % obténgase un factor mediante la tabla XIV a ó XIV b (anexo). Multiplicar el coeficiente de utilización por este factor. • Obtener el coeficiente coeficiente de mantenimiento, mediante mediante la siguiente formula: formula: (7.23) Donde: K m : Coeficiente de mantenimiento K l : Factor de depreciación por uso de la lámpara (factor que considera el

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K r : Factor de mantenimiento de paredes (factor que considera la limpieza del recinto paredes, dado por figura 14 y tabla XV, (anexo) K q : Factor que considera el porcentaje de lámpara quemadas

Finalmente, se utiliza la ecuación Nº 7.24.

(7.24) Donde: : Flujo luminoso (lumen iniciales por lámparas) E : Nivel de iluminación (iluminación media al cabo de cierto tiempo de trabajo en lux) n : Numero total de lámparas K u : Factor de utilización K m : Factor de mantenimiento Método del punto por punto

Este método permite conocer los valores de iluminancia en puntos concretos. Consideraremos que la iluminancia en un punto es la suma de la luz proveniente de dos fuentes, componente directa, producida por la luz que llaga al plano de trabajo directamente de las luminarias, y otra indirecta o reflejada procedente de la reflexión de la luz de las luminarias en el techo, paredes y demás superficies del local. En la figura Nº 7.21 podemos ver que solo unos pocos rayos de luz serán perpendiculares al plano de trabajo, mientras que el resto serán oblicuos. Esto quiere decir que de la luz incidente sobre un punto, solo una parte servirá para luminar el plano de trabajo y el resto iluminara el plano vertical a la dirección incidente en dicho punto.

Luz directa Luz indirecta proveniente del techo

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En general, para hacernos una idea de la distribución de la iluminancia nos bastará con conocer los valores de la iluminancia sobre el plano de trabajo; es decir, la iluminancia horizontal (ecuación Nº 7.25). Sólo nos interesará conocer  la iluminancia vertical (ecuación Nº 7.26) en casos en que se necesite tener un buen modelado de la forma de los objetos (deportes de competición, escaparates, estudios de televisión y cine, retransmisiones deportivas) o iluminar objetos en posición vertical (obras de arte, cuadros, esculturas, pizarras, fachadas, etc.).

(7.25)

(7.26) Para utilizar el método del punto por punto necesitamos conocer previamente las características fotométricas de las lámparas y luminarias empleadas, la disposición de las mismas sobre la planta del local y la altura de estas sobre el plano de trabajo. Una vez conocidos todos estos elementos podemos empezar  a calcular las iluminancias. Mientras más puntos calculemos más información tendremos sobre la distribución de la luz.

EJEMPLO Dimensión y datos del local

Largo Ancho Alto Color de las paredes Mantenimiento de la iluminación

15 m 10 m 4m Oscuras Malo

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conjunto, soluciones que generen ambientes agradables, ergonómicamente correctos y energéticamente racionales. Los factores fundamentales que se deben tener en cuenta al realizar el diseño de una instalación son los siguientes: •

Iluminancias requeridas (niveles de flujo luminoso (lux) que inciden en una superficie)

•

Uniformidad de la repartición de las iluminancias.

•

Limitación de deslumbramiento

•

Limitación del contraste de luminancias.

•

Color de la luz y la reproducción cromática

•

Selección del tipo de iluminación, de las fuentes de luz y de las luminarias.

Por Por lo tant tanto o es impo importa rtant nte e tene tenerr en cuen cuenta ta la cant cantid idad ad y calid calidad ad de luz luz necesaria, siempre en función de la dependencia que se va a iluminar y de la actividad que en ella se realizará. Como elementos de un sistema de iluminación tenemos: •

Fuente de luz. Tipo de lámpara utilizada, que nos permitirá conocer las

necesidades eléctricas. •

•

Luminaria.

Sirve para aumentar el flujo luminoso, evitar el deslum deslumbra bramie miento nto y viene viene condic condicion ionada ada por el tipo tipo de ilumin iluminaci ación ón y fuente de luz escogida. Sistema de control y regulación de la l a luminaria.

El tamaño del objeto es el factor que generalmente tiene mas importancia en el proceso visual. Cuando más grande es un objeto con relación al ángulo visual

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labor visual, más grande es la iluminación necesaria para conseguir igual brillo y en ciertas circunstancias parecidas, para la misma visibilidad Contraste

Tan Tan impo import rtan ante te para para la visi visión ón es el nivel nivel gene genera rall de lumi lumina nanc ncia ia como como el contraste de luminancia o color entre el objeto visual y su fondo. Los altos niveles de iluminación compensan parcialmente los contrastes de bajo brillo y resu resultlta a de gran gran ayud ayuda a cuan cuando do no pued pueden en evit evitar arse se las las condi ondici cion ones es de deficiencia de contraste Tiempo

La visión no es un proceso instantáneo; requiere tiempo, puede recurrirse a la cámara fotográfica para ilustrarlo. Es posible tomar una fotografía con una luz muy tenue si la exposición es suficientemente larga, pero para una exposición muy rápida es necesario emplear una gran cantidad de luz El ojo puede ver detalles muy pequeños con niveles muy bajos de iluminación, si se da tiempo suficiente y se prescinde de la fatiga visual, pero para una visión rápida se requiere mas luz El factor tiempo es importante, sobre todo cuando el objeto esta en movimiento. Los niveles altos de iluminación hace de hecho que los objetos parezcan moverse mas lentamente, lo que aumenta en gran medida su visibilidad. El flujo luminoso

Es la cantidad de luz emitida por una fuente luminosa en la unidad de tiempo, y la unidad de medida de este es “Lumen”. El flujo luminoso se denota por la letra griega Ø. La iluminancia o iluminación Es el flujo luminoso por unidad de superficie, también se puede decir que la iluminación de una superficie es el flujo luminoso que cubre cada unidad de la

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Es la eficiencia de una fuente luminosa a la relación entre el flujo emitido (Ø), expresado en lumen y la potencia eléctrica (P) absorbida expresada en vatios. Tipos de iluminación de interiores

Según la radiación del flujo luminoso emitido por debajo de un plano horizontal que pase por el eje de la luminaria. Directa: Con una dirección al objeto de 100% a 90% y una dirección contraria

de 0% a 10%. Semi-directa: Con una dirección al objeto de 90% a 60% y una dirección

contraria de 10% a 40%. Directa-indirecta o mixta: Con una dirección al objeto de 60% a 40% y una

dirección contraria de 40% a 60%. Semi-indirecta: Con una dirección al objeto de 40% a 10% y una dirección

contraria 60% a 90% Indirecta : Con una dirección al objeto de 10% a 0% y una dirección contraria

de 90% a 100%. Alumbrado General

Las luminarias (generalmente colocadas simétricamente) que proporcionan un nivel de iluminación razonablemente uniforme a toda una zona constituyen un sistema de alumbrado general. Un buen sistema de alumbrado general hace posible el cambio de desplazamiento de la maquinaria sin necesidad de alterar  el alumbrado, y así mismo permiten la utilización total de la superficie de suelo. En algunos procesos de fabricación pueden iluminarse suficientemente solo mediante un buen sistema de alumbrado general, mientras otros requieren un alumbrado suplementario en maquinas determinadas o en lugares de trabajo, incluso cuando se suministra luz localizada para una tarea determinada, se requiere por razones de seguridad un sistema de alumbrado especial, como también para mantener relaciones razonables de brillo en toda el área. Cuando las las zona zonass tale taless como como banc bancos os de trab trabaj ajo o está están n pega pegada dass a la pare pared, d, se

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determinar el tamaño óptimo y el brillo del objeto a fin de procurar la mejor  visibilidad Diseño de luminarias Las luminarias utilizadas para el alumbrado general en zonas de poca altura son casi siempre del tipo directo o semi-directo, normalmente fluorescente las lámparas pueden estar protegidas por rejillas, lucernas, u otros dispositivos. Todos estos accesorios aumentan la comodidad visual siendo normalmente las rejillas las más efectivas en zonas donde el techo está pintado de blanco o de otro color claro, las relaciones de brillo entre el techo y las luminarias son considera considerableme blemente nte más bajas cuando se usan luminarias luminarias semi-direc semi-directas tas en lugar de directas. La luz dirigida hacia arriba en las unidades fluorescentes semi semi-d -dir irec ecta tass prov provie iene nen n gene genera ralm lmen ente te de ranu ranura rass u orif orific icios ios en la part parte e superior reflector. Las aberturas no solo permiten el paso de la luz, sino que tambié también n propor proporcio cionan nan una una salid salida a para para las corrie corriente ntess de aire aire creada creadass por  convección de vida al calor de la lámpara. Esta ventilación enfría las lámparas y aumenta el rendimiento de las luminarias, pues las lámparas funcionan a una temperatura, más baja y en consecuencia más eficaces. Alumbrado suplementario

El alumbrado suplementario se añade al general para tareas visuales difíciles o procesos de inspección que no pueden iluminarse satisfactoria o prácticamente con el alumbrado general, puede ser, según las necesidades, una cantidad adicional de luz en un punto o en una zona especifica El calculo de una instalación de alumbrado suplementario requiere un análisis detenido del detalle que ha de verse y del tipo y colocación del alumbrado que proporcionara la mejor visibilidad al trabajador sin causar deslumbramiento a otras personas. También es necesario coordinar el alumbrado suplementario con el general, de tal manera que se mantengan relaciones razonables de brillo entre la tarea visual y sus alrededores inmediatos. Mantenimiento

Un programa bien planeado y bien ejecutado del mantenimiento del alumbrado

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

Perdida por acumulación de polvo y suciedad sobre la lámpara y superficie reflectora y transmisora de la luminaria.



Perdidas de luz reflejada en las paredes y techos.

Factor de mantenimiento bueno

Factor de mantenimiento medio

0.7 a 0.75 Condiciones Condiciones atmosféricas buenas, buen mantenimiento

0.6 a 0.7 Condiciones Condiciones atmosféricas menos limpias, mantenimiento mantenimiento con poca frecuencia.

Factor de mantenimiento malo

0.5 a 0.6 Condiciones Condiciones atmosféricas bastante sucias, mantenimiento mantenimiento deficiente

Factor de utilización

Es la relación que existe entre el flujo luminoso que llega al plano de trabajo y el flujo total que emiten las lámparas instaladas. Muy importante, complejo y difícil de calcular. Depende de, el valor adecuado del nivel de iluminación, el sistema de alumbrado, las luminarias, las dimensiones del local, la reflexión de techos paredes y pisos, y el factor de mantenimiento. Los fabricantes proporcionan valores tabulados para varias situaciones con sus luminarias Desarrollo de la consigna

La NTE, define el alumbrado interior como iluminación general y uniforme de locales de forma rectangular con equipos de incandescencia o fluorescencia, dispuestos en forma simétrica respecto a los ejes de simetría del local,

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Ten Tensión sión de eléctrica

alim alimen enta taci ció ón

de

la

red

Características y tipo de objeto a iluminar 

2.

220 V CA Estator y rotor de motores

Se fij fija a el niv nivel el de de ilum ilumin inac ació ión n a obte obtene nerr en el el plan plano o de tra traba bajo jo seg según ún tabla 21.7

Que es el comparable a una imprenta en la comprobación de colores, con un nivel de iluminación 1200 lux en la zona de trabajo, y la iluminación general debe ser de un 70% del plano de trabajo según recomendaciones de los manuales. Entonces la iluminación general debe ser de al menos 840 lux . Por lo tanto se trabajara con los 840 lux de la iluminación general. 3.

Se determina el sistema de alumbrado y el tipo de lum luminaria. ia. En función de la información previa y el comportamiento de las lámparas y luminarias.

Adopto que el techo es de tipo cielo raso suspendido con una altura de 4 m. Como casi en todos los talleres la estructura del techo es alta (4 metros), la iluminación general tendrá que ser del tipo directa con rejilla difusora para evit evitar ar enca encand ndililam amie ient ntos os.. Esta Estass lumi lumina nari rias as tend tendrá rán n que que ser ser colo coloca cada dass a intervalos regulares y simétricos con respecto al local. Luego se contara con un alumbrado complementario localizado para las zonas zonas de trabajo, trabajo, con lámparas que provean una buena reproducción de colores. 4

Se dete determ rmin ina a el fac facto torr de de mante anten nimie imient nto. o.

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El índice del local según la tabla 21.8 y la relación del local es H (de 0.9 a 1.12). Tipo de luminaria: luminaria directa con rejilla difusora Factor de reflexión de paredes y techo: como el color de las paredes es oscuro adopto de la tabla 21.5 el factor de reflexión 5-20 % para colores marrón, verde, azul y oscuros Por lo tanto de la tabla 21.9, el factor de utilización es de Fm = 0.39 7.

Calculamos el flujo total Θ t a instalar (el que deben aportar las luminarias). Θ

donde onde::

t = ( E . L . A)/( Fm . Fu )

E = Niv Nivel de ilum ilumin inac ació ión n en lux lux L = Largo del local en metros A = Ancho del local en metros Fm = Factor de mantenimiento Fu = Factor de utilización

= 840 840 lu lux = 15 m = 10 m = 0.5 = 0.39

t = ( 840 LX . 15 m . 10 m)/( 0.5 x 0.39 ) = 646.16 K lux.m2 8.

Una vez calculado el flujo total t, como conocemos el flujo que nos aporta cada luminaria i, podemos calcular el número de luminarias: N=

t/

i

Las lámparas fluorescentes elegidas son de “General Electric” de 40 Watts,

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Esquema de distribución de la iluminación general

Martin Obed Felix Tarin

3°G