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ILUMINACIÓN (Capítulo VI)

Física aplicada a la arquitectura

Arq. Hernán Nottoli

Por Ing. Leslie Martínez

ILUMINACIÓN

Es conveniente aclarar que la iluminación

artificial es aquella creada por el hombre a

través de los distintos artefactos; y la natural la

que se origina en el Sol.

Comenzaremos por hablar acerca de la luz,

que es el fenómeno natural que da origen a la

iluminación.

La luz es de carácter dual, es decir, esta

compuesta por partículas llamadas fotones y

tiene naturaleza ondulatoria.


ILUMINACIÓN

La luz que percibimos abarca una serie de

matices en cuanto a colorido, que va desde el

rojo hasta el violeta, pasando por el amarillo

como color central.

Esta paleta multicolor recibe el nombre de

espectro luminoso y en él es posible clasificar a

cada color por su longitud de onda particular.


ILUMINACIÓN

Por “debajo” del rojo existen radiaciones que el

hombre no percibe con la vista: radiaciones

infrarrojas (I.R), pero que influyen notoriamente

en el diseño de un hábitat, ya que poseen

características térmicas - una significativa

cantidad de calor - y que son percibidas por el

sentido del tacto.

Las ondas que se encuentran por “encima” del

violeta, llamadas ultravioletas (U.V.),

responsables por ejemplo del tostado de la piel,

pero asimismo en el campo de lo constructivo,

de la degradación de ciertos materiales. Por Ing. Leslie Martínez

ILUMINACIÓN

Las membranas aislantes hidrófugas, ciertos

revestimientos, pigmentos de pinturas, etc. son

algunos de los ejemplos de materiales que se

deterioran al estar expuestos a la luz solar.


ILUMINACIÓN

Otra distintiva cualidad de la luz es su velocidad

de propagación, que es la mayor velocidad a

que se desplace un elemento conocida hasta

el día de hoy, y que es de 300.000 km/s

(En el Vacío)

Si bien existen diferentes valores de velocidad

de desplazamiento de la luz en diversos medios

materiales, la diferencia respecto de la cifra

antes mencionada es significativamente

escasa, lo cual hace irrelevante el dato para su

análisis desde el punto de vista de un

arquitecto o un diseñador.


ILUMINACIÓN

Dato destacable respecto de la velocidad de

la luz es su invariabilidad aún cuando la fuente

emisora esté en movimiento.

Cabe señalar que la rama de la física que

estudia el fenómeno luminoso, recibe el nombre

de “óptica”.

Suponemos que la luz emergente de una

fuente luminosa está compuesta por infinitos

”rayos” - lo que se denomina haz de luz y que

cada uno de esos rayos se puede estudiar por

separado. Por Ing. Leslie Martínez

ILUMINACIÓN

Los materiales al recibir la luz pueden

clasificarse en:

Opacos: No permiten el paso de la luz

( metales, maderas, mampostería, etc.)


ILUMINACIÓN

Transparentes: Dejan pasar la luz y no

distorsionan la dirección de los rayos, por lo

cual las imágenes no se deforman a través de

ellos (vidrios, acrílicos y policarbonatos)


ILUMINACIÓN

Translúcidos: Dejan pasar la luz, pero

distorsionan la dirección de los rayos, por lo

cual deforman las imágenes (mármol claro y

de baja densidad, vidrios, acrílicos y

policarbonatos)


ILUMINACIÓN

En el caso de materiales opacos, cuando la luz

incide en ellos, al no poder atravesarlos es

reflejada. Para los colores más claros, mayor

será la reflexión.

Cuanto menos brillante, más rugosa y más

obscura sea la superficie de incidencia, menor

será la cantidad de luz reflejada y en su mayor

parte será absorbida por el material.

En el caso de los materiales que permiten el

paso de la luz, el fenómeno que se produce

recibe el nombre de refracción. Por Ing. Leslie Martínez

Radiación luminosa La energía radiada bajo la forma de

oscilaciones del campo electromagnético,

constituye un flujo de energía que se denomina

flujo radiante.

Este tipo de radiaciones se propagan a la

velocidad de la luz en el vacío.

Como todo proceso que se propaga con

carácter oscilatorio, tiene una frecuencia de

oscilación f y una longitud de onda λ que

cumplen la condición:

Por Ing. Leslie Martínez 𝜆.f= 𝒄

Radiación luminosa

La radiación electromagnética puede

presentarse con longitudes de onda

comprendidas entre 1010𝜇𝑚 y 10−10𝜇𝑚.

A las ondas que responden a este fenómeno,

las denominamos espectro electromagnético.

Dentro del amplio espectro electromagnético,

existe un intervalo que se traduce en radiación

luminosa, y ese rango es la gama de radiación

electromagnética comprendida entre 0.38 μm

y 0.76 μm.


Radiación luminosa


Radiación luminosa

Dicha radiación luminosa es capaz de excitar la

retina del ojo y dar lugar, a través del

mecanismo de la visión, a la sensación de luz.

De acuerdo a lo anterior podemos definir como

luz, a la sensación obtenida a través del

mecanismo de la visión, como respuesta a la

excitación por radiación electromagnética con

longitudes de onda entre 0,38 μm y 0,76 μm.


Flujo luminoso Definiremos ahora como flujo luminoso (Φ), a la

potencia de la sensación de luz,

correspondiente a una potencia P de

excitación dada.

El flujo luminoso tiene como unidad el lumen

[lm] , por lo tanto el rendimiento visual (RV)

puede expresarse:


Flujo luminoso

Combinando las unidades vistas, se puede generar una curva que relacione funcionalmente esos parámetros.

Esa función se grafica en la llamada curva internacional de luminosidad.

Esta función muestra que el rendimiento visual del ojo no es el mismo para todas las longitudes de onda, que es más sensible a los colores intermedios del espectro visible (el color más destacable para el ojo humano es el amarillo), y que esta percepción se atenúa hacia los extremos del espectro de la radiación sensible a la vista.


Flujo luminoso


Intensidad del flujo luminoso La intensidad luminosa I, es la capacidad de

emitir luz, o la medida de la luz que emite

como fuente lumínica.

Existen múltiples unidades para medir este

parámetro, la más usada es la candela,

también llamada bujía internacional.

Se define en función del brillo que presenta el

platino a la temperatura de fusión.


Intensidad del flujo

luminoso

Si una fuente luminosa emite luz, en todas direcciones, de los rayos de luz que se distribuyen en forma esférica, pueden “independizarse” aquellos que inciden en una superficie de 1𝑚2, ubicada a 1𝑚 de distancia de la fuente emisora.

Este volumen virtual así generado, recibe el nombre de estereorradián o ángulo sólido.

La medida de un ángulo sólido ω en estereorradianes se define en base al área A que el ángulo determina en la superficie de una esfera de radio r con centro en el vértice del ángulo.



luminoso


Si el área fuese de

1𝑚2, y estuviera a 1𝑚

de distancia de la

fuente, para una

intensidad de una

candela, el flujo

luminoso incidente

en la superficie “A”

sería de 1 lumen.


luminoso


Esta idea nos permite expresar con otra

terminología la intensidad I, diciendo que es la

densidad angular de distribución del flujo, lo

que se traduce en la siguiente expresión:


luminoso


La intensidad tiene carácter direccional, y esta

es una cualidad con la que se caracteriza a la

distribución de luz de diversos artefactos de uso

en el hábitat, y que responde a su morfología,

diseño y tipo de materiales empleados en su

ejecución.

Si la fuente emite uniformemente en todas

direcciones, el diagrama representativo es

circular y la intensidad es igual para todas las

direcciones.


luminoso


En la práctica lo que más se asemeja a este

tipo de forma de emisión, es una lámpara

incandescente sin pantallas que interfieran su

emisión de luz (aunque es evidente que la base

roscada limita un sector de campo de su

distribución tridimensional).

Iluminación


Podemos definir como iluminación “E” del área

considerada, a la densidad superficial de

distribución del flujo incidente.

En otras palabras, una fuente luminosa de 1

candela (emite un flujo luminoso de 1 lumen),

producirá en una superficie de 1𝑚2 ubicada a

1𝑚 de distancia una iluminación de 1 lux.

Por tanto se define como lux [lx] a la unidad de

medida de la iluminación.


Relación entre iluminación e intensidad Como el 𝛷𝐴 incidente sobre el área A es el

mismo flujo 𝛷𝜔 emitido dentro del ángulo ω

correspondiente a “A” , tenemos:

Substituyendo en la expresión

se tiene:

Recordando el valor de I, resulta:

Iluminación e

Intensidad


El valor r corresponde a la distancia entre la

superficie iluminada y la fuente de luz. Todo ello

se considera para el caso de una superficie

esférica, donde todos los puntos están a igual

distancia de la fuente F.

Si se considera una superficie no esférica, la

distancia de cada punto a la fuente no se

interpreta ya como un radio, y la designamos

por d, nos queda:

Esta relación es conocida como ley general de

la fotometría.


Reflexión, absorción y transmisión Cuando consideramos un flujo Φi en un cierto

material, pueden producirse, en general, tres

tipos de procesos:

1. Una parte del flujo es reflejado = Φr

2. Una parte del flujo es absorbido = Φa

3. Una parte del flujo es transmitido por

transparencia = Φt


Reflexión, absorción y

transmisión

Se definen los siguientes coeficientes,

característicos del material considerado:

Coeficiente de reflexión:

Coeficiente de transmisión:

Coeficiente de absorción:

Donde Kr + Kt + Ka =1



transmisión

El coeficiente Kt es nulo para cuerpos opacos a

la luz.

El coeficiente Kr es nulo para una superficie

absolutamente negra.

El coeficiente Ka es nulo para cuerpos

absolutamente transparentes.



transmisión


Cuando un rayo luminoso i incidente sobre una

superficie plana es reflejado, lo hace según la

dirección r tal que:

𝜃𝑖 = 𝜃𝑟

Siendo éstos los ángulos de incidencia y de

reflexión, respectivamente, ambos tomados

respecto a la normal N al plano de incidencia.

El fenómeno de reflexión


El fenómeno de refracción Si el rayo luminoso i incide sobre la superficie de

un medio transparente, se propaga en el

mismo desviando la trayectoria inicial y

estamos frente al fenómeno de refracción.

El sentido de la desviación depende de si pasa

de un medio menos denso a uno más denso, o

inversamente.


La visión de objetos y colores

La visión es la que nos permite distinguir formas,

colores, movimientos, etc. que constituyan un

estímulo para nuestros ojos.

El flujo luminoso incidente en el ojo, proveniente

de los objetos del campo visual, penetra a

través de la pupila, similar a un diafragma de

máquina fotográfica y se refracta en el

cristalino, que es como en una lente biconvexa,

para llegar a la retina.


La visión de objetos y colores

El flujo luminoso emitido por los objetos en

dirección al ojo puede ser percibido en la

medida que los rayos de luz penetren en el

globo ocular.

Sería imposible percibir un rayo de luz que

pase frente a nuestros ojos, sin incidir en la

retina, y en realidad cuando “vemos” rayos

de luz (como los del Sol en un atardecer,

atravesando las nubes), en realidad lo que

percibimos en nuestro sentido de la vista es la

luz que esa imagen hace incidir en forma

directa en nuestra retina.


Conceptos generales sobre el color

Los diferentes colores no son otra cosa que las

diferentes sensaciones de luz con que el ojo

decodifica las distintas longitudes de onda de

la radiación luminosa incidente en la retina.

Podemos señalar ahora que cuando se

perciben en forma simultánea, todas esa

longitudes de onda, es cuando nuestro

cerebro recibe la sensación de ver el color

blanco.


Conceptos generales

sobre el color

El color negro significa la ausencia de sensación

visual, es decir que la potencia de radiación

incidente es nula en todas las longitudes de

onda de la gama visible.

Una radiación en una longitud de onda única se

dice que es monocromática, es decir se

corresponde con un único color.


Conceptos generales

sobre el color

Si sobre un objeto se reflejaran en la misma

proporción todas las longitudes de onda

incidentes de una fuente de luz blanca, la

superficie del objeto se verá blanca.

Si la superficie del cuerpo absorbe todas las

radiaciones incidentes en él, se verá de color

negro.

Pero si la superficie se ve de color rojo al

iluminarla con luz blanca, significa que solo

refleja la radiación correspondiente al rojo. Y por

supuesto diremos que la superficie “es roja”.


Conceptos generales

sobre el color


Conceptos generales

sobre el color

Por lo tanto, podemos generalizar el concepto

anterior, diciendo que normalmente

consideramos como color propio de un objeto,

al color con el que lo percibimos al iluminárselo

con luz blanca.

Es importante concluir que el color con que se

ve un objeto no es algo propio e invariable del

mismo, sino que depende de la composición

espectral de la luz incidente y de los factores de

reflexión y transmisión que correspondan.


Si un haz de luz blanca incide sobre un prisma

de refracción, cada longitud de onda

componente de esa luz incidente, sufrirá una

desviación distinta luego de atravesar el prisma:

Prisma de refracción


Conceptos generales

sobre el color

En el hecho constructivo los cerramientos

poseen características superficiales que les

confieren ciertas propiedades frente a la luz

que reciben y que les pueden imprimir su color,

tono y aspecto propios, tal el caso por ejemplo

del hormigón a la vista.

En otros casos, la terminación superficial se

obtiene por aplicación de películas

superficiales como tintas, pinturas, etc.

En el caso de las pinturas, éstas son en general

preparados líquidos de pigmentos

transparentes coloreados, en suspensión en un

medio transparente fluido incoloro.


Conceptos generales

sobre el color

De esta forma, cuando una película de pintura

cubre una superficie, el flujo luminosos enviado

sobre ella es reflejado y difundido después de

atravesar los pigmentos colorantes, que obran

como filtros.

Como el flujo luminoso que el filtro permite

llegar al ojo es precisamente aquel que no

absorbe, la superficie se ve del color no

absorbido.


Los colores se mezclan “aditivamente“ cuando

el color resultante contiene todas las

longitudes de onda de los colores

componentes.

Por su parte, los colores se mezclan

“sustractivamente“, si en el color resultante

falta algunas de las longitudes de onda

presentes en los colores componentes.

Mezclas aditivas y sustractivas


Podemos hacer una clasificación elemental

de los colores dividiendo el espectro total en

tres zonas:

En este caso designamos como colores

primarios aditivos a los representados por las

longitudes de onda centrales de cada zona.

Mezclas aditivas

y sustractivas


Si consideramos simultáneamente dos zonas

del espectro, llamamos colores primarios

sustractivos a los representados por las

longitudes de onda de las zonas centrales de

las zonas dobles.

El color magenta es en realidad un tipo de

morado púrpura que no existe directamente

en el espectro.

Mezclas aditivas

y sustractivas


Las mezclas aditivas realizadas con los colores

primarios dan los siguientes resultados:

• Mezclando primarios aditivos, se produce un

primario sustractivo. Rojo + Azul = Magenta

• La mezcla de los tres primarios aditivos da

por resultado blanco.

• La mezcla de un primario aditivo con el

primario sustractivo que es mezcla de los

otros dos da por resultado blanco. Azul + Amarillo = Blanco

Mezclas aditivas

y sustractivas


Las mezclas sustractivas realizadas con los

colores primarios dan los siguientes resultados:

• Mezclando primarios sustractivos, se produce

un primario aditivo.

Amarillo + Azul verdoso = Verde

• La mezcla de los primarios aditivos da por

resultado siempre negro.

Mezclas aditivas

y sustractivas

ILUMINACIÓN

ARTIFICIAL (Capítulo VII)




ILUMINACIÓN ARTIFICIAL Nos referimos a los artefactos que el

hombre ha creado para generar luz y que

tienen vigencia hoy en el campo del

diseño del hábitat.

Estos artefactos son alimentados por

electricidad.


En los cálculos del sistema de iluminación

de un espacio o edificio, es necesario

recordar que lamentablemente el

rendimiento de las “máquinas” que

generan luz, no es demasiado eficiente,

pues solo una pequeña porción de la

energía eléctrica logra ser transformada en

energía lumínica.

El resto se “pierde” en otras energías no

deseadas, tales como calor, radiaciones

varias, etc.


Este tema del rendimiento “η”, es

cuantificable.

Este parámetro se expresa a través de la

relación entre flujo de luz emitido, respecto

de la potencia eléctrica consumida.


La intensidad luminosa se refiere siempre a

una determinada dirección de un rayo de

luz, tal como la horizontal, la vertical o la de

un ángulo determinado respecto de la

vertical.

La fuente luminosa emite los rayos en forma

tridimensional y lo que pueden hacer los

diseñadores es generar artefactos o usar los

que los especialistas diseñan, aprovechando

los fenómenos de la luz.


En estas lámparas podemos definir la

intensidad luminosa horizontal media

(Ih), como la intensidad media en el

plano horizontal que pasa por el

centro luminoso de la lámpara.

La intensidad luminosa esférica media

(Ims) es la intensidad media de las

intensidades radiadas en todas las

direcciones, con la fuente como

centro.


Fs: Flujo luminoso en lúmenes

Llamamos lux ó metro-bujía, a la iluminación

incidente normal producida por una bujía a

una distancia de un metro.

Es decir, cuando la iluminación media de una

superficie de 1 m2, es de 1 lux, el flujo luminoso

proyectado sobre tal superficie es de 1 lumen,

por lo que la iluminación resulta de

1 lumen/m2.

A partir de ello podemos decir que la

iluminación media de una superficie en lux, es

igual al flujo luminoso en lúmenes que se

proyecta sobre la superficie, dividido por el

área en m2. Por Ing. Leslie Martínez


Se observa si no hay elementos que restrinjan

la emisión tridimensional de la luz, el flujo

luminoso total emitido por una fuente puntual

uniforme de una bujía es de 4π lúmenes.


La iluminación varía con el cuadrado de la

distancia, y en general:

“Para un flujo constante de luz, a mayor

distancia, la iluminación decrece y lo hace en razón inversa al cuadrado de la distancia”,

matemáticamente:


La cantidad proporcional de luz reflejada por

una superficie dada, depende de los siguientes

factores:

• La condición molecular o color de la

superficie.

• El ángulo de incidencia o ángulo que los

rayos forman con la normal a la superficie en el

punto de incidencia.

• La longitud de onda o color de los rayos

incidentes.

Si la superficie es rugosa, áspera o irregular en

su textura, los rayos reflejados son difundidos.


Con adecuada elección y disposición de

moléculas de una sustancia, puede lograrse

que sean reflejados los rayos de determinadas

frecuencias y absorbidos otros, lo que da lugar

al color de los objetos.

Por ejemplo una superficie que se pinta de rojo,

en realidad lo que recibe al pintarla, es un

pigmento que absorbe todos los colores del

espectro de la luz blanca, excepto el rojo, que

es devuelto a nuestra vista por el fenómeno de

reflexión.

Este comportamiento recibe el nombre de

reflexión selectiva.


La Ley general de la fotometría, corresponde

a la incidencia de rayos de luz oblicuos en

una superficie, que para nuestro ejemplo

puede ser un tablero de trabajo o una simple

mesa.


Donde:

• d : distancia de la fuente al plano de trabajo

• d’ : distancia de la fuente al punto P.

• 𝜶 : ángulo que forma la normal al plano de

trabajo, con la dirección del rayo luminoso

que incide en el punto P


Las lámparas fluorescentes se basan en la

propiedad que tienen ciertos gases de generar

luz cuando pasa electricidad a través de ellos.

Para ello es necesario que se le confieran ciertas

propiedades (como ionizarlos), que una vez

obtenidas hacen que el gas en el interior de

receptáculos de vidrio, emita luz de diversos

tonos y colores.

El mercado actual ha extendido la variedad de

gases que cumplen esa propiedad de

luminiscencia a otras sustancias (mercurio, neón,

etc.)


En otros casos se ha optimizado la emisión de

luz de las lámparas, proveyéndolas de

pantallas reflectoras propias, que mejoran su

rendimiento respecto de determinadas

direcciones.

A su vez, mediante la posición focal de la

fuente propiamente dicha respecto de la

pantalla parabólica reflejante, también es

posible variar el ángulo de emisión de lúmenes

en un determinado rango apto para distintos

usos (espacios generales, vidrieras, etc).

Por ejemplo las lámparas dicroicas.


Lámparas dicroicas:

Son lámparas halógenas

compactas dimerizables

(de bajo consumo, permiten regular la

intensidad de la luminosidad) y pueden

utilizarse en diversas aplicaciones.

Aplicaciones:

•Las lámparas dicroicas se recomiendan

especialmente para la iluminación

de acentuación, e iluminación decorativa

principalmente en residencias; pero también

puede utilizarse en comercios, hoteles y

restaurantes.


Iluminaciones recomendadas para ciertos tipos

de trabajo, con sus diferentes niveles de

requerimiento:

ILUMINACIÓN

NATURAL (Capítulo VIII)




Iluminación natural Es aquella no creada por el hombre y cuya fuente

es única y constante en nuestros tiempos, el Sol.

El sol está a una distancia promedio de 150.000.000

de Km. de la Tierra.

Su diámetro es de aproximadamente: 1.250.000 Km.

Su intensidad lumínica es de 2,3𝑥1027 Bujías y su

temperatura oscila en los 6.000 °C.


Iluminación natural

Al desplazamiento del Sol que se presenta a

nuestra vista desde un punto determinado de la

superficie terrestre, se lo denomina movimiento

aparente del Sol.

Como la Tierra es aproximadamente una

esfera, pasaremos a referirnos a un sistema de

coordenadas que, por situarse en una

superficie como la terrestre, adoptan ese mismo

nombre coordenadas esféricas.



Coordenadas Absolutas

Coordenadas que permiten situar un punto en la

superficie del globo terráqueo, el cual por

aproximación, posee esa forma de esfera.

Respondiendo a uno de los principales

movimientos de la Tierra, que es el de rotación

sobre si misma, es posible determinar dos

elementos básicos de referencia:

• El eje de rotación, que es el que une el Polo

Norte con el Polo Sur geográficos

• El plano del Ecuador, que es el plano

perpendicular al eje de rotación referido y que

pasa por el centro de la Tierra.




Este primer sistema de coordenadas esféricas

que presentamos es el de las llamadas

coordenadas absolutas, ya que dependen del

movimiento de rotación de la Tierra y no de la

posición del observador.

Algunas definiciones relativas al movimiento

de la Tierra respecto al Sol y a su rotación:

o Eclíptica

o Meridiano

o Paralelo

o Trópico

o Solsticio

o Equinoccio



Eclíptica: Es la curva cerrada que indica el

movimiento de la Tierra alrededor del Sol.

Meridiano: Relativo a la hora del mediodía.

Círculo máximo de la esfera celeste, que pasa

por los polos del mundo.



Paralelo: Es cada uno de los círculos menores

paralelos al Ecuador, descriptos en el globo

terráqueo y que sirven con los meridianos para

determinar la posición de cualquiera de sus

puntos o lugares, o en la esfera celeste.

Trópico: Es cada uno de los círculos menores que

se consideran en la Tierra o en la esfera celeste,

paralelos al Ecuador y que tocan a la eclíptica en

los puntos más alejados del Ecuador, de

intersección de la misma con el globo terráqueo.



Solsticio: Es cada uno de los puntos de la

eclíptica en los que el Sol alcanza sus

declinaciones máxima y mínima.

Equinoccio: Momento del año en que el Sol

forma un eje perpendicular con el ecuador la

Tierra.



Cenit: Es el punto más elevado que alcanza el sol

en su movimiento aparente diurno.

Nadir: Punto de la esfera celeste diametralmente

opuesta al cenit.

Mediocielo: Es el punto determinado por la

circunferencia del Ecuador con la circunferencia

que limita el plano meridiano en su parte superior.



Angulo horario: Es el arco de Ecuador,

comprendido entre el mediocielo y el pie del

círculo de declinación, medido de 0° a 360° o

de 0 horas a 24 horas en sentido retrógrado

(contrario a las agujas del reloj).

El ángulo horario es local, pues se mide a partir

del plano meridiano del lugar.



Coordenadas Locales Son aquellas referidas a la posición del

observador.

Es decir que para un sujeto ubicado en

Buenos Aires, por ejemplo, y suponiéndolo en

posición de pié, existirá una línea virtual que

pasa por sus pies y su cabeza y que

consecuentemente recibe el nombre de

vertical del lugar.

El plano principal es perpendicular a dicha

vertical y en consecuencia recibe el nombre

de plano horizontal o del horizonte.



Las coordenadas significativas que permiten

ubicar un punto (o un astro, incluido el Sol) en

este sistema son:

Azimut: Es el ángulo formado por el plano

vertical que pasa por el centro del cuerpo y el

plano del meridiano de referencia.

Altura: Es el ángulo medido sobre un círculo

máximo que pasa por el cenit y el nadir, y

formado por el punto de la superficie terrestre

o la visual a un astro y el plano del horizonte.



Al complemento de la altura de un astro, se le

llama distancia zenital del mismo.

.

EJEMPLO


Un cuerpo o edificio cuya cara principal mira al

Sol:

Datos:

Hs: altura solar = 48 grados

Azimut = N 20º W (norte, ángulo 20º , desviación hacia el O)

USO RACIONAL

DE LA ENERGÍA

(Capítulo IX)




Hemos visto variadas formas de energía, sus aplicaciones en el campo de la arquitectura, las instalaciones y los elementos constitutivos del hecho constructivo.

Pero, la gran pregunta es:

¿usamos racionalmente esas energías?


Desde los comienzos del planeta, hace

aproximadamente unos 4,500 millones de

años, la corteza primordial, cubierta por una

primitiva atmósfera de gases principalmente

formados por amoníaco (NH3(g)), gas metano

(CH4(g)) y vapor de agua (H2O(g)), tuvo que

esperar millones de años antes de alcanzar su

estado actual.

Hoy se constituye en un medio apto para la

vida, con una atmósfera, expuesta siempre a

nuevas modificaciones catastróficas por

acciones naturales o inducidas.


Historia


Pero recién hace unos 3,500 millones de años,

la vida hizo su aparición.

La persistente incidencia de los rayos ultra

violetas (UV) sobre la superficie del planeta,

provocó la fotodisociación del agua

(disociación en H y O) que la redujo a un ½ de

su volumen original.

El H2 se fugó al espacio exterior y la nueva

composición de gases entonces fue: vapor de

agua (H2O), nitrógeno (N2) y abundantes

cantidades de dióxido de carbono (CO2).

Historia


Un nuevo y revolucionario proceso, hizo que

parte del O2 se combinara en forma de O3

(ozono), formando paulatinamente un

paraguas protector contra los UV a 25 Km de

altura sobre el nivel del mar y

automáticamente el proceso de

fotodisociación se fue deteniendo

progresivamente.


Esta nueva atmósfera está formada

principalmente por N2, O2 y una pequeña

proporción de otros gases, entre ellos el CO2

notablemente disminuido a tan sólo un 0,03%.


Toda la energía que llega al planeta antes de

hacer su entrada a su atmósfera tiene un valor

constante, conocido como constante solar.

Su valor es de 1,94 cal/cm2 por minuto, valor

ideal de no existir barreras físicas reducen esa

ganancia energética.

Cuando la energía ingresa al planeta, el 60%

se pierde por reflexión en nubes, neblinas y

absorción propia de la atmósfera.


Tenemos distintas manifestaciones de la

energía, las que son convencionales

(desde el pasado hasta el presente

inclusive) y las no convencionales (aquellas

que actualmente están en avanzado

desarrollo y evolución).


Energías Convencionales

Se dividen en tres grupos diferenciados para

alcanzar una mayor claridad conceptual.

Estos grupos son:

• Contaminantes Ambientales

• No Contaminantes

• Contaminantes


Contaminantes Ambientales (no renovables)

En este primer grupo de energías

convencionales se ubican los hidrocarburos.

Estos compuestos están constituidos

exclusivamente por átomos de Carbono e

Hidrogeno, formando cadenas “abiertas” o

“cerradas”.

Estos hidrocarburos tienen una capacidad de

enlace peculiar, formando una diversa

cantidad de sustancias que resultan ser clave

en la estructura de la vida del planeta.


Los carbones minerales (carbón de piedra),

como la antracita y la hulla, de remotísimo

origen, resultaron de la lenta descomposición

de vegetales de selvas tropicales calurosas y

húmedas.

Estos vegetales enterrados a cierta

profundidad fueron secándose y reduciéndose

principalmente a celulosa. Posteriormente

sufrieron la pérdida de (O) e (H) con un

enriquecimiento progresivo de (C); resultando

ser más ricos cuanto más antiguos eran.


El petróleo es una mezcla de hidrocarburos

oxigenados, nitrogenados o sulfurados.

Los depósitos resultan de la descomposición

de materia orgánica depositada y presionada

entre mantos de capas geológicas profundas,

en forma de arcos convexos.

No existe en depósitos líquidos. Se encuentra

como gotitas dispersas en las capas de roca

porosa, cubierta a su vez por otras de rocas

esquísticas que impiden su escape. Al realizar

la perforación del estrato, el petróleo es

presionado violentamente por la roca que lo

rodea y emerge en forma de chorro.


Efecto Invernadero

La causa del llamado efecto invernadero: “es

provocado por el ingreso de la luz a un recinto

cerrado, al atravesar alguna sustancia que

actúa de elemento separador entre el exterior

y el interior”.

La interacción entre luz y sustancia modifica las

condiciones interiores incrementando la

energía térmica, acentuando así la diferencia

de temperatura entre ambos medios.


La luz, al igual que toda vibración del

espectro electromagnético, es de tipo

transversal.

Estas vibraciones tienen la propiedad de

atravesar ciertas sustancias transparentes,

relativamente opacas para otras longitudes

de onda (λ) como los IR (infrarrojos) y UV

(ultravioletas).


La constante penetración de la luz al interior

del ambiente va suministrando mayores

cantidades de energía, que al ser

absorbidas por los objetos, provoca un

aumento de la agitación molecular de sus

estructuras, emitiendo IR (todo buen

absorbente es buen emisor).

Pero esta nueva emisión en forma de IR,

tiene longitud de onda mayor a la de la luz

visible, característica que dificulta el

traspaso de la estructura intermedia (p.ej. un

vidrio), por lo cual quedan en gran medida

atrapados en el interior.


Siendo esta dificultad para el egreso, la

misma que se verificaba para su ingreso, se

produce entonces el fenómeno de efecto

térmico (aumento de la temperatura interior

del recinto) que es la que ha recibido el

nombre de efecto invernadero.

Finalmente la estabilidad se alcanza cuando

la energía luminosa entrante se compensa

con el exceso de IR del interior, generándose

un equilibrio en la temperatura interna del

recinto.


Cuanto mayor sea el espesor o densidad de la

sustancia interceptora, mayor será la diferencia

de temperaturas entre el interior y el exterior.

La propiedad que tiene el vidrio incoloro de

dejar pasar la luz, es lo que permite obtener un

aumento de temperatura en los invernaderos,

que conjuntamente con un grado de

humedad regulado, determina su microclima,

facilitando el mantenimiento de ciertos

vegetales.


De persistir en esta dirección, el desequilibrio

global actuará sobre la totalidad del sistema

en forma de retroalimentación positiva

imposible de controlar en el pequeño o

mediano plazo. Variaciones en el clima

modificarán los niveles del mar por

derretimiento de las masas de hielo polares.

El recalentamiento global favorecerá en

principio los incendios forestales → más

aumento de CO2 → mayor temperatura →

luego más incendios.


Las alteraciones por el efecto invernadero, a

nivel de macro sistema, alterarían el delicado

equilibrio del 0,03% de CO2 como justo

componente regulador térmico.

El aumento de energía térmica provocaría una

reacción global sin precedentes.

Los efectos a escala planetaria han comenzado

a manifestarse por causa de la polución

ambiental. Su generación obedece

fundamentalmente a las excesivas

emanaciones de CO2 volcadas a la atmósfera,

producto de irracionales procesos tecnológicos

e industriales.


Finalmente es probable que el aumento de

energía térmica superficial actúe sobre las

delgadas placas tectónicas favoreciendo la

frecuencia de terremotos, maremotos y

vulcanismo; todo ello difícil de predecir.

Recientes estudios permiten eclipsar los

pronósticos estimados para el año 2100, en que

aumentos de la temperatura global entre 1,8 y

3,5 °C pasarían a cifras aún más preocupantes,

que estarían comprendidas entre los 1,8 y 5,8 °C

de temperatura en superficie.


En consecuencia las catástrofes anunciadas serian:

• Aumento de concentración de CO2 (desde 1750 a la

fecha 31%.) • Aumento de la temperatura global durante el siglo XX,

(0,6° C)

• Aumento estimado de la temperatura durante el siglo XXI,

(2 a 6 °C).

• Aumento del nivel de los mares entre 0,09 cm a 0,88 cm.

• Deshielo de glaciares y profusión de témpanos Antárticos.

• Ciudades costeras sumergidas (N. Orleáns, Venecia,

Alejandría, Recife, Miami).

• Aumento de precipitaciones en la región pampeana

(un área geográfica situada en el centro-este de Argentina,

Uruguay y el sur del estado brasileño) en un 35%, afectando

los cultivos forrajeros.

• Mayor frecuencia de ciclones y huracanes.

• Proliferación de insectos y aumento de epidemias.


No contaminantes

En este segundo grupo de energías

convencionales se ubican:

1) Las represas hidroeléctricas

2) Aprovechamiento de la energía de las

mareas (mareomotriz)


Hidroeléctricas

Son aquellos emprendimientos destinados al

aprovechamiento de los saltos de agua o

cambios de nivel por medio de represas, que

transforman el trabajo realizado por la fuerza

de gravedad en movimiento impulsor de

generadores eléctricos.

Aunque no contaminante, la energía que

demanda este tipo de construcción es de

alto costo, pues no solo modifica su entorno

inmediato sino que su influencia se extiende a

escala regional.


Central Hidroeléctrica El Níspero

Esta ubicada a unos 45 km

al Este de la ciudad de Santa Rosa de Copán y

aproximadamente al S.O

de la ciudad de Santa

Bárbara.

Central Hidroeléctrica Francisco

Morazán (El cajón)


Mareomotrices

Son emprendimientos destinados al

aprovechamiento del flujo y reflujo inverso.

La diferencia de altura entre niveles del mar

resulta ser la fuerza impulsora aplicable a las

turbinas que mueven los generadores

eléctricos.

Este tipo de ingenio ha tenido realidad

efectiva en países como Francia.

Planta de energía mareomotriz de La Rance de 240 MW situada en el estuario del río Rance, en Bretaña, Francia, ha estado en funcionamiento desde el año 1966 siendo por tanto la estación de energía mareomotriz más antigua y la segunda más grande del mundo.


Contaminantes 1. Química

2. Atómica por fisión

1) Química:

Aquellos dispositivos que transforman la

energía química en eléctrica, conocidos como

acumuladores.

En términos generales, éstos pueden definirse

como dispositivos destinados a almacenar y

conservar la energía, hasta el instante que

según requerimientos debe ser utilizada.


En términos más específicos, de estos

dispositivos puede señalarse que están

referidos a la capacidad potencial que

tiene la energía química como para

transformarse en energía eléctrica.

En síntesis, la reacción química entre

componentes transforma la energía

química en eléctrica.


Este tipo de acumulador es de acción

electroquímica reversible y de recarga

económica, lo cual se logra haciendo pasar

una corriente eléctrica de dirección opuesta

a la de descarga.

Un acumulador de esta naturaleza tiene un

potencial de 2,0 V. Si se desea aumentar la

carga eléctrica se emplean 3 o 6 de estos

módulos conectados en serie, usando como

separadores habitualmente caucho entre

láminas de madera o fibra de vidrio,

obteniendo baterías de 6 o 12 V

respectivamente.


El resultado son las incómodas y pesadas

baterías de automóvil, con sus 6 aberturas

con tapa por módulo.

Esto conduce al aumento del espesor de

placas a fin de evitar su deformación,

provocada por el incremento de actividad

química y descarga eléctrica, lo que redunda

en un necesario aumento de masa y

volumen, lo cual constituye una característica

poco ventajosa.


Las pilas, son dispositivos

similares en su principio

a los anteriormente

mencionados.

Están confeccionadas

con metales de

diferente potencial,

separados entre sí por

una solución gelatinosa

ácida o alcalina como

electrolito.


Atómica por fisión

La Energía nuclear o energía atómica, es la

energía almacenada en los núcleos de los

átomos, en el momento de su formación, y la

que mantiene unidos a los protones y los

neutrones (Fuerzas nucleares fuertes y débiles)

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