monografia iluminacion estadios
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA INFORME MONOGRÁFICO PRESENTADO POR EL BACHILLER: HUALLPA PALOMINO OSCAR PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE: INGENIERO ELECTRICISTA “DISEÑO DEL ALUMBRADO DE UN CAMPO DEPORTIVO DE FUTBOL MEDIANTE EL SOFTWARE DIALUX”
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MONOGRAFIA
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
INFORME MONOGRÁFICO
PRESENTADO POR EL BACHILLER:
HUALLPA PALOMINO OSCAR
PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO ELECTRICISTA
HUANCAYO-PERÚ
2011
“DISEÑO DEL ALUMBRADO DE UN CAMPO
DEPORTIVO DE FUTBOL MEDIANTE EL
SOFTWARE DIALUX”
II
DEDICATORIA
Esta monografía la dedico con todo amor y cariño a ti Dios que me diste la
oportunidad de vivir y regalarme una familia maravillosa. Con mucho amor
principalmente a mis Padres que me dieron la vida y han estado conmigo
en todo momento, gracias por todo papá y mamá por darme una carrera
para mi futuro y creer en mí, a mis hermanos por estar conmigo y
apoyarme siempre, los quiero mucho. A los Ingenieros por confiar en mí,
por tener paciencia necesaria porque sin sus enseñanzas durante estos
años de travesía universitaria no hubiera logrado nada, muchas gracias
por todo.
III
ÍNDICE
CAPITULO I
LA LUZ
1.1 Generalidades..................................................................................2
1.2 Características de las ondas............................................................3
1.3 Espectro de frecuencias...................................................................5
CAPITULO II
EL OJO
2.1 El ojo humano como órgano receptor de luz....................................9
2.2 Descripción estructural del ojo.......................................................10
2.3 Formación de imágenes.................................................................12
2.4 Curva de sensibilidad del ojo..........................................................13
2.5 Acomodación..................................................................................14
2.6 Contraste........................................................................................15
2.7 Adaptación.....................................................................................17
2.8 Deslumbramiento...........................................................................18
CAPITULO III
PROPIEDADES ÓPTICAS DE LA MATERIA
3.1 Generalidades................................................................................21
3.2 Reflexión........................................................................................22
3.3 Transmisión....................................................................................25
3.4 Absorción.......................................................................................27
3.5 Refracción......................................................................................28
IV
CAPITULO IV
EL COLOR
4.1 Generalidades................................................................................31
4.2 Clasificación de los colores según el diagrama cromático C.I.E.. . .32
4.3 Temperatura de color (tc)................................................................34
4.4 Índice de rendimiento de color (IRC)..............................................35
4.5 Efectos psíquicos de los colores y su armonía...............................36
CAPITULO V
MAGNITUDES LUMINOSAS
5.1 Flujo luminoso (potencia luminosa)................................................39
5.2 Cantidad de luz (energía luminosa)................................................40
5.3 Intensidad luminosa........................................................................41
5.4 Iluminancia (nivel de iluminación)...................................................42
5.5 Luminancia.....................................................................................43
CAPITULO VI
PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE ALUMBRADO
6.1 Ley de la inversa del cuadrado de la distancia...............................46
6.2 Ley del coseno...............................................................................47
6.3 Iluminación normal, horizontal, vertical y en planos inclinados......49
CAPITULO VII
LUMINARIAS
7.1 Generalidades................................................................................52
7.2 Clasificación de luminarias por el grado de protección eléctrica....53
V
7.3 Clasificación de luminarias por condiciones operativas.................53
7.4 Grado de inflamabilidad de la superficie de montaje......................56
7.5 Clasificación de las luminarias por sus condiciones de servicio.....57
7.5.1. Luminarias para instalaciones de iluminación interior..........57
7.5.2. Luminarias para instalaciones de iluminación pública .........58
7.5.3. L. para instalaciones de iluminación por proyección............59
7.6 Datos básicos fotométricos............................................................63
7.6.1 Centro fotométrico.................................................................63
7.6.2. Sistemas de coordenadas fotométricas................................64
7.7 Eficiencia de las luminarias............................................................65
CAPITULO VIII
LÁMPARAS
8.1 Generalidades................................................................................66
8.2 Termorradiación.............................................................................66
8.3 Luminiscencia.................................................................................68
8.4 Lámparas.......................................................................................76
8.4.1 Lámparas halógenas de wolframio......................................76
8.4.2 Lámparas fluorescentes.......................................................78
8.4.3 Lámparas de vapor de mercurio a alta presión....................81
8.4.4 Lámparas de halogenuros metálicos...................................87
CAPITULO IX
DISEÑO DEL ALUMBRADO
9.1 Generalidades................................................................................92
VI
9.2 Objetivos........................................................................................93
9.3 Indicadores.....................................................................................94
9.4 Niveles de iluminación....................................................................95
9.5 Iluminancias horizontales (Eh)........................................................96
9.6 Iluminancias verticales (Ev).............................................................99
9.7 Uniformidad (U1 y U2)....................................................................100
9.8 Deslumbramiento (Gr)..................................................................102
9.9 Modelado......................................................................................104
9.10 Percepción del color (Ra)..............................................................105
9.11 Selección......................................................................................107
9.12 Lámparas.....................................................................................107
9.13 Disposición...................................................................................108
9.14 Parpadeo......................................................................................111
9.15 Alumbrado de emergencia...........................................................111
9.14 Calculo de iluminancias horizontales...........................................112
CAPITULO X
APLICACIÓN DEL SOFTWARE DIALux
10.1 Cálculo y simulación.....................................................................113
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
VII
RESUMEN
Para la iluminación recomendada en campos deportivos se dan valores
mínimos y recomendaciones a considerarse, referentes a la iluminación
nominal, a la uniformidad, y al tipo de lámpara correspondientes.
Para los diferentes tipos de deportes se dan en la Tablas los niveles de
iluminación nominal horizontal recomendados. El nivel de iluminación
nominal horizontal es el valor medio recomendado de la iluminación sobre
el campo deportivo. A fin de que la iluminación nominal para las
condiciones promedio de operación de las instalaciones de alumbrado se
mantenga, el valor de la iluminación nominal recomendado se debe
afectar por el factor de mantenimiento.
El nivel de iluminación medio no debe ser menor que 0.8 veces la
iluminación nominal. El plano de medida para la iluminación nominal debe
estar a 1 m sobre el campo deportivo. Para cada tipo de deporte se dan
los valores de iluminación nominal horizontal para entrenamiento y
competencia. Los mayores valores para las competencias toman en
consideración también las exigencias de visibilidad de los espectadores.
Se dan los limites para la uniformidad puntual del nivel de iluminación
horizontal Gh = Eh min / Eh sobre los campos deportivos.
Del mismo se debe tener en cuenta el tipo de lámparas, a fin de facilitar la
selección de la fuente de luz más conveniente. Las propiedades de
VIII
reproducción del color de las lámparas deben corresponder en el caso de
instalaciones para competencias o entretenimiento.
Para este trabajo se utilizó el DIALux, es un software gratuito para el
cálculo y la visualización de proyectos de iluminación. Este programa es
del Instituto Alemán de Luminotecnia Aplicada (Deutsches Institut für
angewandte Lichttechnik) DIAL. El software DIALux permite el análisis
cuantitativo rápido y sin problemas de un proyecto, y cuenta con una
funcionalidad sencilla de renderización 3D. El formato de datos ULD para
luminarias comprende la geometría 3D de la luminaria, la distribución de
intensidad luminosa y la descripción del artículo. Los paquetes PlugIn de
los fabricantes de luminarias comprenden datos de planificación
adicionales, como lo son el factor de mantenimiento o los valores UGR
(Índice de Deslumbramiento Unificado).
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo monográfico trata del diseño del alumbrado deportivo
de un campo de futbol, para ello se ha utilizado el software de cálculo de
iluminación DIALux.
Los capitulo que sirvieron de marco teórico son: capítulo I que trata sobre
la luz, el capítulo II sobre el ojo, el capítulo III sobre las propiedades
ópticas de la materia, el capítulo IV sobre el color, el capitulo V sobre las
magnitudes luminosas, el capítulo VI sobre principios fundamentales de
alumbrado, el capítulo VII sobre las luminarias y el capítulo VIII sobre las
lámparas.
En el capitulo IX, se las pautas del diseño del alumbrado en campos
deportivos de futbol.
En el capitulo X, se presentan los resultados de la simulación del diseño
con la aplicación del software DIALux.
Se llegó a calcular el nivel adecuado del alumbrado que se debe utilizar
en las diferentes partes de un campo deportivo de futbol.
CAPITULO I
LA LUZ
1.1 GENERALIDADES
Las ondas electromagnéticas propagan energía producida por
oscilaciones de campos eléctricos y magnéticos y no necesitan un medio
material de propagación. Por ejemplo, la luz. Dentro de las diferentes
formas de propagación de las ondas se definen diversos regímenes.
Desde el punto de vista de la luminotecnia, nos interesa el régimen
periódico, que se define como aquel que se repite a intervalos regulares
de tiempo y que se expresa graficamente mediante varias formas de
onda. Aquí, la forma de la onda representa oscilaciones como fenómenos
en los que la magnitud física es función periódica de una variable
independiente (el tiempo), cuyo valor medio es nulo. Es decir, se trata de
funciones armónicas simples o fundamentales, como el seno o el coseno,
de una sola variable, unidimensional y transversales (se propagan
perpendicularmente a la dirección en que vibran las partículas).
3
En definitiva, existe un conjunto muy amplio de fenómenos físicos,
eléctricos y electromagnéticos, entre los que se incluye la electricidad, la
luz, el sonido, las ondas hertzianas o el oleaje del mar, cuyas
características quedan determinadas mediante el estudio de las ondas
sinusoidales.
De ahí que se utilice el concepto de radiación de las ondas y las
características que las definen.
1.2 CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS
Longitud de Onda (λ)
Se define como la distancia recorrida por la onda en un periodo. En una
onda transversal se puede definir como la distancia entre dos máximos
consecutivos o entre otros dos puntos cualesquiera que se encuentren en
la misma fase. Este parámetro queda determinado mediante el producto
de la velocidad de propagación (V), por el tiempo que tarda en realizar un
ciclo (Periodo T):
λ = V x T (m/s x s = m)
4
Frecuencia ( f )
Se define como el número de periodos que tienen lugar en la unidad de
tiempo. Como el periodo es inverso de la frecuencia, T = 1 / f , la ecuación
anterior se transforma en:
Λ = V / f ( m / s x 1 / s-1 = m)
La frecuencia es fija e independiente del medio por el que se propaga la
onda, y por ello es una característica importante para clasificar las ondas
electromagnéticas.
Velocidad de propagación (V)
La velocidad de propagación depende del tipo de onda, de la elasticidad
del medio y de su rigidez. Si el medio es homogéneo e isótropo, la
velocidad de propagación es la misma en todas las direcciones.
Por ejemplo, la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas
en el vacío es de 300.000 km/s = 3 · 108 m/s.
1.3 ESPECTRO DE FRECUENCIAS
Dado que las radiaciones electromagnéticas son de la misma naturaleza y
todas se propagan en el vacío a la misma velocidad (v = 3x108 m/s), las
características que las diferencia es su longitud de onda, o lo que es lo
mismo, su frecuencia ( V = λ x f ).
5
Entre las radiaciones electromagnéticas debemos incluir los Rayos
Gamma, Rayos X, Radiación Ultravioleta, Luz, Rayos Infrarrojos,
Microondas, Ondas de Radio y otras radiaciones. El ojo humano es
sensible a la radiación electromagnética con longitudes de onda
comprendidas entre 380 y 780 nm aproximadamente, margen que se
denomina luz visible. Las longitudes de onda más cortas del espectro
visible corresponden a la luz violeta y la más larga a la luz roja, y entre
estos extremos se encuentran todos los colores del arco iris. Las ondas
electromagnéticas con longitudes de onda ligeramente inferiores a las de
la luz visible se denominan rayos ultravioleta, y las que poseen longitudes
de onda ligeramente superiores, se conocen como ondas infrarrojas.
La radiación térmica emitida por los cuerpos a temperaturas ordinarias
está situada en la región infrarroja del espectro electromagnético. No
existen límites en las longitudes de onda de la radiación electromagnética;
es decir, todas las longitudes de onda (o frecuencias) son teóricamente
posibles.
6
Hay que tener en cuenta que los intervalos de longitud de onda (o de
frecuencia) en los que se divide el espectro electromagnético no están a
veces bien definidos y frecuentemente se solapan. Por ejemplo, la ondas
electromagnéticas con longitudes de onda del orden de 0,1 nm suelen
denominarse Rayos X, pero si se originan a partir de la radiactividad
nuclear, se llaman Rayos Gamma.
Los fabricantes de lámparas suelen dar las curvas radioespectrométricas
con valores comprendidos entre 380 nm. y 780 nm.
Radiación de una fuente con espectro continuo
Todo cuerpo, a cualquier temperatura que no sea el cero absoluto, irradia
energía según un amplio campo de longitud de onda. Esta radiación se
denomina incandescencia o radiación de temperatura. Son fuentes de luz
artificial incandescente:
• La llama de una combustión, como la vela, candil, etc.
• Un lingote o barra de acero caliente al rojo vivo.
• El filamento de la lámpara de incandescencia, como fuente más
común de producir luz artificial.
El término incandescencia se aplica a los tipos de radiación asociados
con la temperatura.
Para saber cómo está distribuida la potencia radiada entre las longitudes
de onda, se utiliza el espectrorradiómetro. La función
espectrorradiométrica o curva de distribución espectral que se obtiene se
7
indica en la figura, en la que en abscisas se sitúan las longitudes de onda
en nm y en ordenadas los valores relativos de energía respecto a la
máxima radiada que se toma como el 100%.
La energía radiante de una fuente de descarga gaseosa, como la de
vapor de sodio, vapor de mercurio, argón, neón, etc., consiste en una
radiación integrada por pequeños intervalos de longitud de onda que se
denominan picos de emisión.
Cada gas tiene una longitud de onda característica de su radiación, que
depende de la estructura molecular del gas a través del cual tiene lugar la
descarga.
Este tipo de descarga se denomina comúnmente luminiscencia y se
caracteriza porque son tipos de radiación independientes de la
temperatura.
8
Las fuentes luminosas o lámparas de descarga más usuales son los tubos
fluorescentes, los de vapor de mercurio, los de vapor de sodio y los de
inducción.
Al igual que con la incandescencia, se obtiene la curva de distribución
espectral mediante el espectrorradiómetro. La función
espectrorradiométrica que se obtiene se indica en la figura, indicando en
abscisas las longitudes de onda en nm y en ordenadas los valores
relativos de energía respecto a la máxima radiada que se toma como el
100%.
También se suele dar en ordenadas la potencia específica en mW/nm de
longitud de onda.
CAPITULO II
EL OJO
2.1 EL OJO HUMANO COMO ÓRGANO RECEPTOR DE
LUZ
El ojo es el órgano fisiológico del sentido de la vista, mediante el cual se
experimentan las sensaciones de luz y color. Para que se realice el
proceso de la iluminación, como acción y efecto de iluminar y ver, se
requieren tres agentes:
1. La fuente productora de luz o radiación luminosa.
2. Un objeto a iluminar que necesitamos que sea visible.
3. El ojo, que recibe la energía luminosa y la transforma en imágenes
que son enviadas al cerebro para su interpretación.
El estudio y descripción de los componentes del ojo, así como el proceso
que se realiza desde que la luz le llega y pasa por las vías y centros
visuales hasta que es interpretada por el cerebro, nos llevaría al campo
10
de la neurofisiología. Aquí describiremos y expondremos algunos
comportamientos y conceptos del sentido de la vista, cuyo conocimiento
es indispensable y contribuye a un mejor diseño de las instalaciones de
iluminación.
2.2 DESCRIPCIÓN ESTRUCTURAL DEL OJO
El ojo está constituido principalmente por los siguientes elementos:
a) Globo ocular: Cámara que tiene como función principal la formación de
la imagen en la retina.
b) Córnea: Tiene la misión de recibir y transmitir las impresiones visuales
y constituye el componente óptico refractor fundamental del ojo.
c) Cristalino: Es una lente biconvexa, transparente e incolora situado tras
el iris. Membrana elástica cambia su forma para enfocar los objetivos.
d) Iris: Lámina circular situada frente al cristalino y muy pigmentada.
Contraer la pupila controlando la cantidad de luz que pasa al cristalino.
e) Pupila: Orificio circular situado en el centro del iris y a través del cual
pasan los rayos luminosos. La abertura de este orificio la controla el
iris y su constricción se llama miosis y la dilatación midriasis.
f) Retina: Es la película interna posterior del ojo constituida por una
membrana nerviosa, expansión del nervio óptico, que tiene la función
de recibir y transmitir imágenes o impresiones visuales.
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g) Conos: Células fotosensibles de la retina o fotorreceptores que se
encuentran principalmente en la fóvea. Son muy sensibles a los
colores y casi insensibles a la luz. De ahí que cumplan la función de
discriminar los detalles finos y la de percibir los colores.
h) Bastones o bastoncillos: Células fotosensibles de la retina o
fotorreceptores que se encuentran sólo fuera de la fóvea y más
concentrados en la periferia. Son muy sensibles a la luz y al
movimiento, y casi insensibles al color. De ahí que la misión de los
bastones sea la de percibir la mayor o menor claridad con que están
iluminados los objetos.
12
2.3 FORMACIÓN DE IMÁGENES
El campo visual del hombre está limitado por un ángulo de unos 130º en
sentido vertical y de unos 180º en sentido horizontal.
De los objetos iluminados o con luz propia situados en el campo de visual
parten rayos luminosos que atraviesan la córnea y el humor acuoso. El
iris, mediante la abertura de la pupila, controla la cantidad de luz que se
refracta a través del cristalino para incidir finalmente en la retina, donde el
pigmento fotosensible de los fotorreceptores la registran en imágenes
invertidas y mucho más pequeñas de lo natural, al igual que ocurre en la
cámara fotográfica. Una vez recibidas y formadas las imágenes en la
retina, a través del nervio óptico, son enviados al cerebro, que se encarga
de interpretarlas y rectificar su posición.
13
2.4 CURVA DE SENSIBILIDAD DEL OJO
Las radiaciones de longitud de onda comprendidas entre 380 nm
(ultravioleta) y 780 nm. (infrarrojos) son transformadas por el ojo en luz.
Fuera de esta gama el ojo no ve, es ciego y no percibe nada. Todas las
fuentes luminosas tienen su propia radiación o mezcla de ellas
comprendida dentro de dichos límites.
La luz blanca del medio día soleado es suma de todas las longitudes de
onda del espectro visible. Si las hacemos llegar al ojo
independientemente y con la misma energía, se obtiene una curva como
la de la Figura siguiente, que ha sido elaborada por la C.I.E. (Comisión
Internacional de Iluminación (Commission Internationale de l´Eclairage))
realizando medidas en gran número de personas.
2.5 ACOMODACIÓN
Es la capacidad que tiene el ojo para ajustarse automáticamente a las
diferentes distancias de los objetos, y obtener de esta forma imágenes
14
nítidas en la retina. Este ajuste se efectúa variando la curvatura del
cristalino y con ello la distancia focal por la contracción o distensión de los
músculos ciliares. Si el objetivo se encuentra próximo al ojo, la curvatura
del cristalino se hace mayor que cuando está lejos. En la máquina
fotográfica el ajuste se hace variando la distancia entre el objetivo y la
película sensible.
La acomodación o enfoque es más fácil con altas luminancias
(iluminaciones) que obligan a una adaptación de la pupila o modificación
del diafragma en sentido de cierre. El resultado común de esta acción es
el aumento de la profundidad del campo, o lo que es lo mismo, visión
nítida de objetos a diferente distancia del ojo o la cámara.
La capacidad de acomodación del ojo disminuye con la edad a
consecuencia del endurecimiento del cristalino.
2.6 CONTRASTE
Todos los objetos son percibidos por los contrastes de color y de
luminancia que presentan las distintas partes de su superficie entre sí y
en relación al fondo en que aparece el objeto.
Para niveles de iluminación suficientemente elevados, el ojo normal es
sensible a los colores, mientras que para bajos niveles de iluminación los
objetos son percibidos fundamentalmente por el contraste de luminancias
que presentan con relación al fondo. La diferencia de luminancia entre
objeto que se observa y su espacio inmediato, es lo que se conoce por
15
contraste. En la figura la superficie del objeto tiene una luminacia “L0” y la
superficie de fondo una luminancia “Lf”, por tanto se llama contraste “K” a
la diferencia de estas dos luminancias, divididas por la de fondo, es decir:
K = ( L0 - Lf ) / Lf
“K” es, por tanto, un valor relativo entre luminancias.
El contraste K puede adquirir los siguientes valores:
Contraste positivo (objeto claro) 0 < K <∞
Contraste negativo (objeto oscuro) -1 < K < 0
En los ejemplos de la figura, a) presenta un contrate fácil de distinguir,
mientras que b) y c) ofrecen mayor dificultad.
También existe un contraste de colores. En la Tabla podemos ver unos
ejemplos.
16
Sensibilidad al contraste
Se trata de un concepto derivado del anterior que equivale al mínimo
contraste de luminancias que puede ser percibido por el ojo humano.
Matemáticamente sería el inverso del contraste.
G = Lf / ( L0 - Lf ) = 1 / K
Por consiguiente, la mayor sensibilidad a los contrates que pueden
lograrse es aproximadamente:
G = 1 / 0.01 = 100
Sin embargo, en las condiciones encontradas normalmente en la práctica,
la sensibilidad a los contrastes es bastante más pequeña por las causas
antes expuestas.
2.7 ADAPTACIÓN
Es la capacidad que tiene el ojo para ajustarse automáticamente a las
diferentes iluminaciones de los objetos. Consiste en el ajuste del tamaño
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de la pupila para que la luminancia proyectada en la retina sea de un valor
tolerable por las células sensibles. Si la iluminación es muy intensa, la
pupila se contrae reduciendo la luz que llega al cristalino, y si es escasa,
se dilata para captarla en mayor cantidad. En iluminaciones de valores
muy altos, la pupila se reduce a un diámetro de aproximadamente 2 mm.,
y en iluminaciones muy bajas, se abre hasta aproximadamente 8 mm.
Cuando se pasa de un local con mucha iluminancia a otro completamente
a oscuras, el ojo se ve sometido a un proceso de adaptación para cuyo
ajuste total necesita unos 30 minutos; mientras que por el contrario,
cuando se pasa de un local a oscuras a otro con mucha iluminancia, dicho
periodo es de unos segundos.
Curva de fotosensibilidad relativa del ojo respecto al tiempo de adaptación
2.8 DESLUMBRAMIENTO
Es un fenómeno de la visión que produce molestia o disminución en la
capacidad para distinguir objetos, o ambas cosas a la vez, debido a una
inadecuada distribución o escalonamiento de luminancias, o como
consecuencia de contrastes excesivos en el espacio o en el tiempo.
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Este fenómeno actúa sobre la retina del ojo en la cual produce una
enérgica reacción fotoquímica, insensibilizándola durante un cierto
tiempo, transcurrido el cual vuelve a recuperarse.
Los efectos que origina el deslumbramiento pueden ser de tipo
psicológico (molesto) o de tipo fisiológico (perturbador). En cuanto a la
forma de producirse puede ser directo como el proveniente de fuentes
luminosas (lámparas, luminarias o ventanas), que se encuentren situadas
dentro del campo visual, o reflejado por superficies de gran reflectancia,
especialmente superficies especulares como las del metal pulido.
Las superficies que no sean completamente mates dan lugar, por
reflexión de la luz, a imágenes más o menos netas de los focos
luminosos. Incluso si su luminancia no es excesiva, estas imágenes son
casi siempre molestas cuando se encuentran en el campo visual y,
especialmente, en la región central de este campo.
19
Según lo expuesto, se evitará en lo posible toda clase de superficies
pulidas innecesarias (cristales sobre las mesas, etc.). En el caso que se
utilicen superficies semi-pulidas (encerados) se iluminarán por medio de
fuentes con la menor luminancia posible y cuya posición se calcule en
función de los reflejos que puedan obtenerse (filtros, rejillas, difusores,
etc.).
En casos especiales, las imágenes que proporcionan reflexión podrán ser
útiles (visión por efecto de silueta, examen de defectos en superficies
pulidas, composición de imprenta, etc.).
CAPITULO III
PROPIEDADES OPTICAS DE LA MATERIA
3.1 GENERALIDADES
Cuando un rayo de luz se propaga por un medio y alcanza el límite que lo
separa de un segundo medio, puede suceder, que retorne al primero
(reflexión), o que lo atraviese y que ingrese al segundo medio donde parte
se convertirá en otra forma de energía (absorción) y parte no cambiará
(transmisión).
Dos, o los tres de dichos fenómenos ocurren simultáneamente, y como la
energía no se puede destruir, la suma de la energía transmitida,
absorbida y reflejada debe ser igual a la energía incidente.
Por lo tanto, la aplicación de la luz en la forma más conveniente exige un
control y una distribución que se consigue modificando sus características
a merced a los fenómenos físicos de reflexión, absorción y transmisión de
la luz, sin olvidarnos de otro cuarto factor conocido como refracción.
21
3.2 REFLEXIÓN
Cuando unas ondas de cualquier tipo inciden sobre una barrera plana
como un espejo, se generan nuevas ondas que se mueven alejándose de
la barrera. Este fenómeno se denomina reflexión.
Cuando la luz es reflejada por una superficie, un porcentaje de dicha luz
se pierde debido al fenómeno de absorción. La relación entre la luz
reflejada y la luz incidente se denomina reflectancia de la superficie.
Cualquier superficie que no es completamente negra puede reflejar luz.
La cantidad de luz que refleja y la forma en que dicha luz es reflejada se
determina por las propiedades de reflexión de la superficie. Se distinguen
cuatro tipos de reflexiones, a saber: reflexión especular, reflexión
compuesta, reflexión difusa y reflexión mixta.
Reflexión especular. Se produce cuando la superficie reflectora es lisa.
Dicha reflexión obedece a dos leyes fundamentales:
1. El rayo incidente, el rayo reflejado y el normal a la superficie en un
punto de incidencia se trazan en un mismo plano.
2. El ángulo de incidencia (i) es igual al ángulo de reflexión (r).
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Reflexión compuesta. A diferencia de lo que ocurre en la reflexión
especular, no hay imagen de espejo de la fuente de luz, pero el ángulo de
intensidad máxima reflejada es igual al ángulo de incidencia. Esta
reflexión ocurre cuando la superficie es irregular o rugosa.
Reflexión difusa. Se produce cuando la luz que incide sobre una
superficie es reflejada en todas las direcciones, siendo el rayo normal a la
superficie el de mayor intensidad.
Este tipo de reflexión se produce en superficies como el papel blanco
mate, las paredes y cielos rasos de yeso, la nieve, etc.
23
Reflexión mixta. Es una reflexión intermedia entre la especular y la
difusa, en la que parte del haz incidente se refleja y parte se difunde. Este
tipo de reflexión la presentan los metales no pulidos, el papel brillante y
las superficies barnizadas.
Tabla. Factor de reflexión para luz blanca día.
24
3.3 TRANSMISIÓN
Es el paso de una radiación a través de un medio sin cambio de
frecuencia de las radiaciones monocromáticas que la componen. Este
fenómeno es característico de ciertos tipos de vidrios, cristales, plásticos,
agua y otros líquidos, y del aire.
Al atravesar el material, parte de la luz se pierde debido a la reflexión en
la superficie del medio siguiente y parte se absorbe. La relación entre la
luz transmitida y la luz incidente se denomina transmitancia del material.
En la transmisión se pueden diferenciar tres tipos: regular, difusa y mixta.
Transmisión regular. En esta transmisión, el haz que incide sobre un
medio, la atraviesa y sale de él como tal haz. Los medios que cumplen
esta propiedad, se les denomina cuerpos “transparentes” y permiten ver
con nitidez los objetos colocados detrás de ellos.
Transmisión difusa. Transmisión en la que el haz incidente se difunde
por el medio, saliendo del mismo en múltiples direcciones. A estos medios
se les denomina “traslúcidos” y los más conocidos son los cristales
25
esmerilados y los vidrios orgánicos opalizados. Los objetos colocados
detrás de ellos no son distinguidos con precisión.
Transmisión mixta. Es una forma de transición de la transmisión,
intermedia entre la regular y la difusa. Se presenta en vidrios orgánicos,
vidrios orgánicos de pulidos y cristales de superficie labrada. Aunque la
difusión del haz de luz no es completa, los objetos no se pueden observar
claramente detrás del mismo aunque sí su posición.
3.4 ABSORCIÓN
Se denomina absorción a la transformación de la energía radiante en otra
forma de energía, generalmente en forma de calor. Este fenómeno es una
característica de todas las superficies que no son completamente
reflectoras, y de los materiales que no son totalmente transparentes. La
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relación entre la luz absorbida y la luz incidente se denomina absortancia
del material. La absorción de ciertas longitudes de onda de luz se
denomina absorción selectiva. En general, los objetos de color le deben
su color a la absorción selectiva.
3.5 REFRACCIÓN
Al pasar de un medio a otro, el rayo de luz puede cambiar su dirección.
Dicho cambio, se produce por una alteración en la velocidad de la luz. La
misma disminuye si la densidad del nuevo medio es mayor, y aumenta si
es menor. Este cambio de velocidad y de dirección se denomina
refracción. Existen dos leyes de refracción:
1. Cuando la onda pasa de un medio a otro, el rayo incidente, el rayo
refractado y la normal a la superficie de separación de los medios en
el punto de incidencia, están en el mismo plano.
2. La razón del seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de
refracción es una constante para los medios comprendidos.
Dicha constante se denomina índice de refracción, n, para ambos medios.
La segunda ley de refracción generalmente se denomina Ley de Snell.
n1 x sen α1 = n2 x sen α2
sen α1 / sen α2= n1 / n2 =n
n1 = índice de refracción del primer medio.
n2 = índice de refracción del segundo medio.
27
a1 = ángulo de incidencia.
a2 = ángulo de refracción.
Cuando el primer medio es el aire, n1 = 1, la fórmula es:
sen α1 = n2 x sen α2
Refracción en el límite entre dos medios.
La distancia D en la figura se conoce como desplazamiento. Dicho
desplazamiento depende del ángulo de incidencia y del índice de
refracción. Cuando el rayo de incidencia es perpendicular a la superficie,
la refracción y el desplazamiento equivalen a cero.
La refracción varía según la longitud de onda. Las ondas cortas (como la
azul y la violeta) se transmiten más que las ondas largas (como por
ejemplo las rojas). Este fenómeno se utiliza para separar la luz blanca en
sus colores componentes atravesando un prisma de refracción. El grado
de la separación de color, que depende del ángulo de incidencia y de las
propiedades refractivas del material del prisma, se denomina dispersión.
CAPITULO IV
EL COLOR
4.1 GENERALIDADES
El color es una interpretación subjetiva psicofisiológica del espectro
electromagnético visible. Las sensaciones luminosas o imágenes que se
producen en nuestra retina, al enviarlas al cerebro, son interpretadas
como un conjunto de sensaciones monocromáticas que constituyen el
color de la luz. El sentido de la vista no analiza individualmente cada
radiación o sensación cromática. A cada radiación le corresponde una
denominación de color, según la clasificación del espectro de frecuencias.
Distinguimos a los objetos por el color asignado según sus propiedades
ópticas, pero en ellos ni se produce ni tienen color. Lo que sí tienen son
propiedades ópticas de reflejar, refractar y absorber los colores de la luz
que reciben, es decir: el conjunto de sensaciones monocromáticas
aditivas que nuestro cerebro interpreta como color de un objeto depende
29
de la composición espectral de la luz con que se ilumina y de las
propiedades ópticas que posea el objeto para reflejarla, refractarla o
absorberla.
Fue Newton el primero en descubrir la descomposición de la luz blanca en
el conjunto de colores que forma el arco iris. Al hacer pasar un haz de luz
blanca a través de un prisma obtuvo el efecto que se indica en la figura.
Descomposición de la luz blanca en el espectro del arco iris.
4.2 CLASIFICACIÓN DE LOS COLORES SEGÚN EL
DIAGRAMA CROMÁTICO C.I.E.
La evaluación subjetiva de las superficies de los objetos, tal y como son
percibidas por el ojo, se interpretan en función de los atributos o
cualidades del color. Éstas son:
a) Claridad o esplendor: Radiación luminosa que recibimos según la
iluminancia que posea el objeto. Un objeto es más claro cuanto más
30
se aleja su color del negro en la escala de grises. Hace referencia a la
intensidad.
b) Tono o matiz: Nombre común del color (rojo, amarillo, verde, etc.).
Hace referencia a la longitud de onda.
c) Pureza o saturación: La proporción en que un color está mezclado
con el blanco. Hace referencia a la pureza espectral.
Para evitar la evaluación subjetiva del color existe el diagrama cromático
en forma de triángulo, aprobado por la C.I.E., que se emplea para tratar
cuantitativamente las fuentes de luz, las superficies coloreadas, las
pinturas, los filtros luminosos, etc.
31
Diagrama cromático de la C.I.E.
4.3 TEMPERATURA DE COLOR (TC)
En el diagrama cromático C.I.E. se ha dibujado la curva que representa el
color que emite el cuerpo negro en función de su temperatura. Se llama
curva de temperatura de color del cuerpo negro, TC.
La temperatura de color es una expresión que se utiliza para indicar el
color de una fuente de luz por comparación de ésta con el color del
cuerpo negro, o sea del “radiante perfecto teórico” (objeto cuya emisión
de luz es debida únicamente a su temperatura). Como cualquier otro
cuerpo incandescente, el cuerpo negro cambia de color a medida que
aumenta su temperatura, adquiriendo al principio, el tono de un rojo sin
brillo, para luego alcanzar el rojo claro, el naranja, el amarillo y finalmente
el blanco, el blanco azulado y el azul. El color, por ejemplo, de la llama de
una vela, es similar al de un cuerpo negro calentado a unos 1 800 K, y la
llama se dice entonces, que tiene una “temperatura de color” de 1 800 K.
Las lámparas incandescentes tienen una temperatura de color
comprendida entre los 2 700 y 3 200 K, según el tipo, por lo que su punto
de color determinado por las correspondientes coordenadas queda
situado prácticamente sobre la curva del cuerpo negro. Esta temperatura
no tiene relación alguna con la del filamento incandescente.
32
Por lo tanto la temperatura de color no es en realidad una medida de
temperatura. Define sólo color y sólo puede ser aplicada a fuentes de luz
que tengan una gran semejanza de color con el cuerpo negro.
La equivalencia práctica entre apariencia de color y temperatura de color,
se establece convencionalmente según la Tabla.
4.4 ÍNDICE DE RENDIMIENTO DE COLOR (IRC)
El dato de temperatura de color se refiere únicamente al color de la luz,
pero no a su composición espectral que resulta decisiva para la
reproducción de colores. Así, dos fuentes de luz pueden tener un color
muy parecido y poseer al mismo tiempo unas propiedades de
reproducción cromática muy diferentes.
33
El índice de reproducción cromática (IRC), caracteriza la capacidad de
reproducción cromática de los objetos iluminados con una fuente de luz.
El IRC ofrece una indicación de la capacidad de la fuente de la luz para
reproducir colores normalizados, en comparación con la reproducción
proporcionada por una luz patrón de referencia.
Grupos de rendimiento de color en las lámparas
Para simplificar las especificaciones de los índices de rendimiento en
color de las lámparas que se utilizan en iluminación, se han introducido
grupos de rendimiento en color como se indica en la Tabla
4.5 EFECTOS PSÍQUICOS DE LOS COLORES Y SU
ARMONÍA
Está comprobado que el color del medio ambiente produce en el
observador reacciones psíquicas o emocionales. Por ello, el emplear los
34
colores de forma adecuada es un tema del mayor interés para los
psicólogos, arquitectos, luminotécnicos y decoradores.
No se pueden establecer reglas fijas para la elección del color apropiado
con el fin de conseguir un efecto determinado, pues cada caso requiere
ser tratado de una forma particular. Sin embargo, existe una serie de
experiencias en las que se ha comprobado las sensaciones que producen
en el individuo determinados colores. Una de las primeras sensaciones es
la de calor o frío, de aquí que se hable de “colores cálidos” y “colores
fríos”. Los colores cálidos son los que en el espectro visible van desde el
rojo al amarillo verdoso, y los fríos desde el verde al azul.
Un color será más cálido o más frío según sea su tendencia hacia el rojo
o hacia el azul, respectivamente.
Los colores cálidos son dinámicos, excitantes y producen una sensación
de proximidad, mientras que los colores fríos calman y descansan,
produciendo una sensación de lejanía.
Asimismo, la claridad del color también tiene sus efectos psicológicos. Los
colores claros animan y dan sensación de ligereza, mientras que los
colores oscuros deprimen y producen sensación de pesadez.
Cuando se combinan dos o más colores y producen un efecto agradable,
se dice que armonizan. La armonía de colores se produce, pues,
mediante la elección de una combinación de colores que es agradable y
hasta placentera para el observador en una situación determinada.
35
De todo lo anterior, se deduce que el conocimiento de la curva de
distribución espectral de las fuentes de luz es imprescindible para
conseguir el efecto cromático deseado.
CAPITULO V
MAGNITUDES LUMINOSAS
5.1 FLUJO LUMINOSO (POTENCIA LUMINOSA)
El alumbrado deportivo se realiza teniendo en cuenta las necesidades
específicas que surgen de la práctica de los deportes. En este alumbrado
se recurre al uso de torres, mástiles, postes etc. para ubicar los puntos de
luz (proyectores por lo general).
La energía transformada por los manantiales luminosos no se puede
aprovechar totalmente para la producción de luz. Por ejemplo, una
lámpara incandescente consume una determinada energía eléctrica que
transforma en energía radiante, de la cual sólo una pequeña parte
(alrededor del 10%) es percibida por el ojo humano en forma de luz,
mientras que el resto se pierde en calor.
El flujo luminoso que produce una fuente de luz es la cantidad total de luz
emitida o radiada, en un segundo, en todas las direcciones.
37
De una forma más precisa, se llama flujo luminoso de una fuente a la
energía radiada que recibe el ojo medio humano según su curva de
sensibilidad y que transforma en luz durante un segundo.
El flujo luminoso se representa por la letra griega Φ y su unidad es el
lumen (lm).
Rendimiento luminoso (Eficacia luminosa)
El rendimiento luminoso de una fuente de luz, indica el flujo que emite la
misma por cada unidad de potencia eléctrica consumida para su
obtención. Se representa por la letra griega e, siendo su unidad el
lumen/watio (lm/W).
La fórmula que expresa la eficacia luminosa es:
ε = Φ / P ( lm / W)
Si se lograse fabricar una lámpara que transformara sin pérdidas toda la
potencia eléctrica consumida en luz a una longitud de onda de 555 nm,
esta lámpara tendría el mayor rendimiento posible, cuyo valor sería 683
lm/W.
5.2 CANTIDAD DE LUZ (ENERGÍA LUMINOSA)
De forma análoga a la energía eléctrica que se determina por la potencia
eléctrica en la unidad de tiempo, la cantidad de luz o energía luminosa se
determina por la potencia luminosa o flujo luminoso emitido en la unidad
de tiempo.
38
La cantidad de luz se representa por la letra Q, y su unidad es el lumen
por hora (lm x h).
La fórmula que expresa la cantidad de luz es:
Q = Φ x t (lm x h)
5.3 INTENSIDAD LUMINOSA
Esta magnitud se entiende únicamente referida a una determinada
dirección y contenida en un ángulo sólido w.
El estereorradián se define como el ángulo sólido que corresponde a un
casquete esférico cuya superficie es igual al cuadrado del radio de la
esfera.
La intensidad luminosa de una fuente de luz es igual al flujo emitido en
una dirección por unidad de ángulo sólido en esa dirección.
Su símbolo es I, su unidad es la candela (cd), y la fórmula que la expresa:
Ι = Φ / ω ( lm / sr )
39
La candela se define como la intensidad luminosa de una fuente puntual
que emite un flujo luminoso de un lumen en un ángulo sólido de un
estereorradián (sr).
Según el S.I., también se define candela como la intensidad luminosa, en
una dirección dada, de una fuente que emite una radiación
monocromática de frecuencia 540·1012 Hz y cuya intensidad energética en
dicha dirección es 1/683 vatios por estereorradián.
5.4 ILUMINANCIA (NIVEL DE ILUMINACIÓN)
La iluminancia o nivel de iluminación de una superficie es la relación entre
el flujo luminoso que recibe la superficie y su área. Se simboliza por la
letra E, y su unidad es el lux (lx).
La fórmula que expresa la iluminancia es:
E = Φ / S ( lx = lm / m2 )
Se deduce de la fórmula que cuanto mayor sea el flujo luminoso incidente
sobre una superficie, mayor será su iluminancia, y que, para un mismo
flujo luminoso incidente, la iluminancia será tanto mayor en la medida en
que disminuya la superficie.
Según el S.I., el lux se define como la iluminancia de una superficie que
recibe un flujo luminoso de un lumen, repartido sobre un metro cuadrado
de superficie.
40
Medida del nivel de iluminación
La medida del nivel de iluminación se realiza por medio de un aparato
especial denominado luxómetro, que consiste en una célula fotoélectrica
que, al incidir la luz sobre su superficie, genera una débil corriente
eléctrica que aumenta en función de la luz incidente.
Medidor de nivel de luz (Luxometro).
Dicha corriente se mide con un miliamperímetro, de forma analógica o
digital, calibrado directamente en lux.
5.5 LUMINANCIA
Se llama Luminancia al efecto de luminosidad que produce una superficie
en la retina del ojo, tanto si procede de una fuente primaria que produce
luz, como si procede de una fuente secundaria o superficie que refleja luz.
La luminancia mide brillo de las fuentes luminosas primarias y de las
fuentes que constituyen los objetos iluminados. Este término ha sustituido
a los conceptos de brillo y densidad de iluminación, aunque como
concepto nos interesa recordar que el ojo no ve colores sino brillo, como
41
atributo del color. La percepción de la luz es realmente la percepción de
diferencias de luminancias. Se puede decir, por lo tanto, que el ojo ve
diferencias de luminancias y no de iluminación (a igual iluminación,
diferentes objetos tienen luminancia distinta porque tienen distinto poder
de reflexión).
La luminancia de una superficie iluminada es el cociente entre la
intensidad luminosa de una fuente de luz, en una dirección, y la superficie
de la fuente proyectada según dicha dirección. El área proyectada es la
vista por el observador en la dirección de observación. Se calcula
multiplicando la superficie real iluminada por el coseno del ángulo que
forma su normal y la dirección de la intensidad luminosa.
Se representa por la letra L, siendo su unidad la candela/m2 llamada “nit”
(nt). La fórmula que la expresa es la siguiente:
L = I / ( S x cos β )
Donde: S x cosβ = Superficie aparente.
La luminancia es independiente de la distancia de observación.
42
Medida de la luminancia
La medida de la luminancia se realiza por medio de un aparato especial
llamado luminancímetro o nitómetro. Se basa en dos sistemas ópticos,
uno de dirección y otro de medición.
El de dirección se orienta de forma que la imagen coincida con el punto a
medir, la luz que llega una vez orientado se ve convertida en corriente
eléctrica y recogida en lectura analógica o digital, siendo los valores
medidos en cd/m2.
Medidor de la luminancia (luminancímetro o nitómetro).
CAPITULO VI
PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE ALUMBRADO
6.1 LEY DE LA INVERSA DEL CUADRADO DE LA
DISTANCIA
Se ha comprobado que las iluminancias producidas por las fuentes de luz
disminuyen inversamente con el cuadrado de la distancia desde el plano a
iluminar a la fuente. Se expresa por la fórmula siguiente:
E = I / d2 (lx)
Donde Ε es el nivel de iluminación en lux (lx), Ι es la intensidad de la
fuente en candelas (cd), y d es la distancia de la fuente de luz al plano
receptor perpendicular. De esta forma podemos establecer la relación de
iluminancias Ε1 y Ε2 que hay entre dos planos separados una distancia d y
D de la fuente de luz respectivamente:
Ε1 x d2 = Ε2 x D2
Ε1 / Ε2 = D2 / d2
44
Esta ley se cumple cuando se trata de una fuente puntual de superficies
perpendiculares a la dirección del flujo luminoso. Sin embargo, se puede
suponer que la ley es lo suficientemente exacta cuando la distancia a la
que se toma la medición es, por lo menos, cinco veces la máxima
dimensión de la luminaria (la distancia es grande con relación al tamaño
de la zona fuente de luz).
Distribución del flujo luminoso sobre distintas superficies.
6.2 LEY DEL COSENO
En el caso anterior la superficie estaba situada perpendicularmente a la
dirección de los rayos luminosos, pero cuando forma con ésta un
determinado ángulo a, la fórmula de la ley de la inversa del cuadrado de
la distancia hay que multiplicarla por el coseno del ángulo correspondiente
cuya expresión constituye la llamada ley del coseno, que se expresa
como:
Ε = Ι x cos α / d2 (lx)
45
“La iluminancia en un punto cualquiera de una superficie es proporcional
al coseno del ángulo de incidencia de los rayos luminosos en el punto
iluminado”. Si se representan dos fuentes de luz F y F´ con igual
intensidad luminosa (I) y a la misma distancia (d) del punto P a la fuente F
con un ángulo de incidencia a igual a cero, corresponde un cos0 = 1, y
produce una iluminación en el punto P de valor:
Εp = Ι x cos 0 / d2 = Ι x 1 / d2
Ep = Ι / d2
De la misma forma el F´ con un ángulo α = 60°, al que corresponde el
cos60° = 0.5, producirá en el mismo punto una iluminación de valor:
Ε’p = Ι x cos 60° / d2 = Ι x 0.5 / d2
E’p = Ι / 2d2
46
6.3 ILUMINACIÓN NORMAL, HORIZONTAL, VERTICAL Y
EN PLANOS INCLINADOS
En la figura la fuente F ilumina tres planos situados en posiciones normal,
horizontal y vertical respecto al mismo. Cada uno de ellos tendrá una
iluminancia llamada:
EN = Iluminancia normal; EH = Iluminancia horizontal; EV = Iluminancia
vertical.
Vamos a determinar la iluminancia normal, horizontal y vertical para el
punto M de la figura.
47
Iluminación normal
Aplicamos la ley de la inversa del cuadrado de la distancia: EN = Iα / d2
(lux) donde Iα es la intensidad luminosa bajo el ángulo a. Prácticamente,
sólo se considera la iluminancia normal de un punto en el caso que éste
se encuentre situado en la vertical de la fuente sobre el plano horizontal
(punto M1), por lo que la fórmula anterior se convierte en: EN = Iα / h2 (lux)
y también cuando está situado en línea recta con la fuente sobre el plano
vertical (punto M2), siendo la iluminancia: EN = Iα / a2 (lux)
Iluminación horizontal
Si aplicamos directamente la ley del coseno, tenemos que:
EH = EN x Cos α = Iα x cos α / d2 (lx)
Esta expresión la podemos expresar en relación con la altura h que existe
entre la fuente F y el punto M ( d = h / cos α ): ΕH = Ια x cos3α / d2 (lx)
Iluminación vertical
En este caso también aplicamos directamente la ley del coseno, y
obtenemos que: ΕV = ΕN x cos β (lx)
Entre los ángulos α y β existe una relación sencilla, ya que ambos
pertenecen a un triángulo rectángulo.
α + β + 90° = 180° Þ β = 90° - α
Aplicando relaciones trigonométricas:
cos β = cos (90° - α) = cos 90° x cos α + sen 90° x sen α
48
Por lo tanto, cosβ = senα. Sustituimos este valor en la expresión y
obtenemos que: ΕV = ΕN x sen α (lx) Þ ΕV = Iα x sen α / d2
Podemos expresar la ecuación en función de la altura h que existe entre
la fuente F y el punto M.
ΕV = Iα x cos2α x sen α / h2 (lx)
Iluminación en planos inclinados
El plano vertical puede cambiar a través de un ángulo como el que
aparece en la figura. Dicho ángulo es el que forma el plano vertical que
contiene al punto P con el plano de incidencia de la luz.
Teniendo esto en cuenta, la expresión anterior se transforma en:
ΕPI = Iα x cos2 α x sen α x cos g / h2 (lx)
h es la altura vertical de la fuente de luz sobre el plano horizontal que
contiene al punto P.
Iluminancia en el punto P.
CAPITULO VII
LUMINARIAS
7.1 GENERALIDADES
Con independencia de otras definiciones que puedan ser más o menos
descriptivas, podríamos definir la luminaria como un objeto formado por
un conjunto de elementos destinados a proporcionar una adecuada
radiación luminosa de origen eléctrico. La materialización de esos
elementos pasa en cada caso por la conjunción entre un buen diseño
formal y una razonable economía de medios.
Al primero corresponde resolver el control luminoso según las
necesidades, que es el fin primordial; un control térmico que haga estable
su funcionamiento; y un control eléctrico que ofrezca las debidas
garantías al usuario. Al segundo corresponde prever un producto de
fabricación sólida y eficaz; una relativa sencillez en su instalación; y un
mínimo mantenimiento durante su uso.
50
En cuanto a los elementos genéricos más característicos, cabe mencionar
la carcasa o armadura, el equipo eléctrico, el reflector, la celosía o difusor
y el filtro.
7.2 CLASIFICACIÓN DE LUMINARIAS POR EL GRADO DE
PROTECCIÓN ELÉCTRICA
Las luminarias deben asegurar la protección de las personas contra los
contactos eléctricos. Según el grado de aislamiento eléctrico, las
luminarias pueden clasificarse como:
Clase 0: Luminaria con aislamiento funcional, pero sin aislamiento
doble ni reforzado en su totalidad y sin conexión a tierra.
Clase I: Luminaria con al menos aislamiento funcional en su totalidad
y con el terminal o contacto de conexión a tierra.
Clase II: Luminaria con aislamiento doble y/o aislamiento reforzado
en su totalidad y sin provisión para descarga a tierra.
Clase III: Luminaria diseñada para ser conectada a circuitos de voltaje
extra-bajo, y que no tiene circuitos, ni internos ni externos, que operen a
un voltaje que no sea el extra-bajo de seguridad.
7.3 CLASIFICACIÓN DE LUMINARIAS POR
CONDICIONES OPERATIVAS
El sistema IP (International Protection – Protección Internacional) fijado
por la UNE-EN 60598 clasifica las luminarias de acuerdo con el grado de
51
protección que poseen contra el ingreso de cuerpos extraños, polvo y
humedad. El término cuerpos extraños incluye aquellos elementos
herramientas y dedos que entran en contacto con las partes que llevan
energía. La designación para indicar los grados de protección consiste en
las letras características de IP seguidas por dos números (tres números
en Francia) que indican el cumplimiento de las condiciones establecidas
en las tablas 1., 2. y 3. El primero de estos números es una indicación de
la protección contra el ingreso de cuerpos extraños y polvo, el segundo
número indica el grado de sellado para evitar el ingreso de agua, mientras
que el tercer número en el sistema francés indica el grado de resistencia a
los impactos.
52
En lugar de esta tercera cifra, también es de aplicación la Norma EN-
50102 sobre “Grados de Protección proporcionados por las envolventes
de materiales eléctricos contra impactos mecánicos externos (código IK)”.
En dicha Norma, el grado de protección proporcionado por una
envolvente contra los impactos se indica mediante el código IK de la
siguiente forma:
- Letras del código (protección mecánica internacional): IK
- Grupo de cifras características: De 00 a 10
Cada grupo de cifras características representa un valor de la energía de
impacto, cuya correspondencia se presenta en la Tabla 4.
7.4 GRADO DE INFLAMABILIDAD DE LA SUPERFICIE DE
MONTAJE
Las luminarias no pueden ser montadas sobre cualquier superficie
conveniente. La inflamabilidad de esa superficie y la temperatura del
53
cuerpo de la luminaria imponen ciertas restricciones al respecto.
Naturalmente, si la superficie es no-combustible, no existe ningún
problema. A los fines de la clasificación, la EN-60598 define a las
superficies inflamables como normalmente inflamables o fácilmente
inflamables. La clasificación normalmente inflamable hace referencia a
aquellos materiales cuya temperatura de ignición es de al menos 200 ºC y
que no se debilitan ni deforman a esa temperatura. La clasificación
fácilmente inflamable hace referencia a aquellos materiales que no
pueden ser clasificados como normalmente inflamables o no-
combustibles. Los materiales de esta categoría no pueden ser utilizados
como superficie de montaje para luminarias. El montaje suspendido es la
única alternativa en estos casos. En la Tabla 5 se puede observar la
clasificación de montaje que se ha hecho sobre la base de estos
requerimientos.
7.5 CLASIFICACIÓN DE LAS LUMINARIAS POR SUS
CONDICIONES DE SERVICIO
7.5.1. Luminarias para instalaciones de iluminación interior
Entendemos que dentro de este grupo están las luminarias destinadas a
la iluminación de locales y naves dedicadas a centros comerciales,
54
industrias, oficinas, edificios docentes, instalaciones deportivas cubiertas,
etc. Por lo tanto, este tipo de alumbrado trata de dotar de la iluminación
adecuada a aquellos lugares donde se desarrolla una actividad laboral o
docente.
Las luminarias para la iluminación general de interiores se encuentran
clasificadas por la C.I.E. de acuerdo con el porcentaje de flujo luminoso
total distribuido por encima y por debajo del plano horizontal.
55
A su vez, con respecto a la simetría del flujo emitido, se puede hacer una
clasificación en dos grupos:
1. Luminarias de distribución simétrica: Aquellas en las que el flujo
luminoso se reparte de forma simétrica respecto al eje de simetría y la
distribución espacial de las intensidades luminosas se puede
representar en una sola curva fotométrica.
2. Luminarias de distribución asimétrica: Son aquellas en las que el
flujo luminoso se distribuye de forma no simétrica respecto al eje de
simetría y la distribución espacial de las intensidades luminosas se
expresa mediante un sólido fotométrico o, parcialmente, con una curva
plana de dicho sólido según diversos planos característicos.
7.5.2. Luminarias para instalaciones de iluminación pública
La actual clasificación de luminarias de la C.I.E. que reemplaza a la
anterior se basa en tres propiedades básicas de las luminarias:
1. La extensión a la cual la luz de la luminaria se distribuye a lo largo de
un camino: El “alcance” de la luminaria.
2. La cantidad de diseminación lateral de la luz, a lo ancho de un camino:
La “apertura”.
3. El alcance de la instalación para controlar el deslumbramiento
producido por la luminaria: El “control” de la luminaria.
El alcance está definido por el ángulo γmax que forma el eje del haz con la
vertical que va hacia abajo. El eje del haz está definido por la dirección de
56
la bisectriz del ángulo formado por las dos direcciones de 90% Ιmax en el
plano vertical de intensidad máxima.
7.5.3. Luminarias para instalaciones de iluminación por proyección
Dentro de este tipo podemos encuadrar las destinadas a instalaciones
deportivas cubiertas y al aire libre, fachadas, áreas de trabajo, áreas de
vigilancia, etc.
Un proyector es una luminaria que concentra la luz en un ángulo sólido
determinado por un sistema óptico (espejos o lentes), para conseguir una
intensidad luminosa elevada.
Desde el punto de vista de la distribución de luz, los proyectores se
agrupan en tres grupos básicos: con simetría, de rotación simétricos y
asimétricos.
Los proyectores también se clasifican de acuerdo con la apertura de su
haz, como se observa en la Tabla. La apertura del haz de un proyector (o
ángulo de haz) se define como el ángulo, en un plano que contiene al eje
del haz, sobre el cual la intensidad luminosa disminuye hasta un
porcentaje determinado (generalmente 50% o 10%) de su valor pico.
Clasificación de la apertura del haz
57
Para un proyector con distribución de la intensidad de la luz
rotacionalmente simétrica (es decir, una distribución que permanece sin
cambios independientemente del plano que contiene al eje del haz que se
considere) se puede establecer una cifra para la apertura del haz, por
ejemplo 28° a ambos lados del eje del haz.
En los casos de distribución asimétrica, como la proporcionada por los
proyectores rectangulares, se dan dos cifras: por ejemplo 6°/24°, ya que
el haz se disemina en los dos planos mutuamente perpendiculares de
simetría (vertical y horizontal respectivamente). En ocasiones, la
distribución en el plano vertical de dichos proyectores es asimétrica con
relación al eje del haz. En ese caso, se dan dos cifras para la apertura del
haz en este plano: por ejemplo 5° - 8°/24°, esto es 5° por encima y 8° por
debajo del eje del haz y en el plano horizontal 12° a la izquierda y 12° a la
derecha del haz.
58
Información fotométrica que acompaña a los proyectores
Diagrama cartesiano
Estos diagramas son los obtenidos en las fotometrías realizadas sobre
proyectores, ya que nos facilitan la información para poder clasificar a los
mismos por su apertura de haz. Se representan generalmente bajo el
sistema de coordenadas B-b.
Aparecen representadas tres líneas que representan al plano vertical, al
plano horizontal y al 50% de la intensidad máxima (línea paralela al eje de
abscisas).
Diagrama isocandela
Con el fin de evitar coordenadas curvas, como sucede en el sistema de
ángulos sólidos, y para facilitar la lectura de las coordenadas, se trazan
éstas en un sistema rectangular.
59
Los ángulos de los planos C y B se dan sobre el eje horizontal, los
ángulos γ y β en el vertical. El diagrama puede compararse con el de
proyección acimutal, pero hay que tener en cuenta que:
• No hay relación lineal entre los rectángulos del diagrama y los ángulos
sólidos.
• Que la línea γ = 0 ó β = 0 representa en realidad un punto.
7.6 DATOS BÁSICOS FOTOMÉTRICOS
7.6.1 Centro fotométrico
La mayoría de los cálculos que se realizan se hacen bajo la suposición de
que las luminarias son fuentes de luz puntuales, por eso hay que buscar
un punto del espacio limitado por la luminaria que nos sitúe la fuente
luminosa puntual imaginaria equivalente.
60
Para ángulos próximos al nadir, prácticamente no existen diferencias
entre datos fotométricos de una misma luminaria dados por distintos
laboratorios de medida. Donde sí pueden existir diferencias es para
ángulos grandes, por ejemplo 80° y 88°, si no se establece de un modo
inequívoco dónde está situado el centro fotométrico de la luminaria.
El centro fotométrico es un punto de una luminaria o de una lámpara a
partir del cual se cumple mejor la ley de la inversa del cuadrado de la
distancia en la dirección de la intensidad máxima.
La C.I.E. ha establecido en sus publicaciones las reglas para localizar
dicho centro fotométrico para diferentes tipos de luminarias.
7.6.2. Sistemas de coordenadas fotométricas
Cada una de las direcciones del espacio por la cual se radia una
intensidad luminosa, queda determinada por dos coordenadas. En las
hojas de información fotométrica para luminarias de interior, alumbrado
público y proyectores, se utilizan principalmente las representaciones
obtenidas mediante tres sistemas de coordenadas, que son los más
usados normalmente. Dichos sistemas son los A-α, B-β y C-γ.
El sistema de coordenadas C-γ está definido en las publicaciones de la
C.I.E. Sin embargo, no hay un acuerdo internacional sobre la definición de
los sistemas A-α y B-β y los ensayos, para la obtención de estos dos
últimos, son distintos en función del país que los haga.
61
Cuando se aplica a la fotometría de estos tipos de luminarias el eje de
referencia es siempre vertical y dirigido hacia el punto más bajo (nadir).
Todos los sistemas constan de un haz de planos con un eje de
intersección, a veces llamado “eje de rotación”.
En cada caso una dirección en el espacio está caracterizada por un
ángulo medido entre dos planos y un ángulo medido en uno de los planos.
Los sistemas difieren entre sí con respecto a la orientación del eje de
intersección en el espacio en relación con el eje de la luminaria.
Para ensayar proyectores, se usan sistemas adaptados al eje horizontal,
pero su denominación varía en los diferentes países.
7.7 EFICIENCIA DE LAS LUMINARIAS
La eficiencia de una luminaria se encuentra expresada en términos de su
Índice de Salida de Luz (Light Output Radio – I.o.r.)*. A este índice se lo
define como la porción de salida de luz de la luminaria con respecto a la
suma de las salidas individuales de luz de las lámparas cuando éstas son
usadas fuera de la luminaria.
El índice de salida de luz definido de este modo es el “I.o.r.” total de la
luminaria y es igual a la suma de los “I.o.r.” hacia arriba y hacia abajo.
CAPITULO VIII
LÁMPARAS
8.1 GENERALIDADES
La luz se compone de radiaciones electromagnéticas en forma de ondas,
que pueden producirse de forma muy variada según las causas que la
provoquen. Si la causa se debe exclusivamente a la temperatura del
cuerpo radiante, el fenómeno se llama termorradiación, en todos los
demás casos luminiscencia.
8.2 TERMORRADIACIÓN
Se conoce con esta denominación la radiación (calor y luz) emitida por un
cuerpo caliente. La energía de esta radiación depende única y
exclusivamente de la capacidad calorífica del cuerpo radiante. La luz que
se obtiene va siempre acompañada de una cuantiosa radiación térmica
que, por lo general, constituye una fuente de pérdida de energía cuando
de lo que se trata es de producir luz.
63
Al calentar un trozo de carbón, hierro, oro, wolframio o cualquier otro
material, se obtiene una radiación visible que se aprecia por el color de
incandescencia que adquiere el cuerpo y que varía según la temperatura,
tal como se muestra en la Tabla.
Todas las leyes estudiadas y formuladas para el radiador ideal pueden
resumirse en una sola: “El porcentaje de radiación visible aumenta en
función de la temperatura del radiador”.
Como puede observarse en la figura, a los 6.500 K se obtiene el máximo
rendimiento y sería inútil aumentar la temperatura del radiador con la
pretensión de conseguir un rendimiento mayor al 40%.
64
8.3 LUMINISCENCIA
Con este nombre se conocen aquellos fenómenos luminosos cuya causa
no obedece exclusivamente a la temperatura de la sustancia luminiscente.
Dichos fenómenos se caracterizan porque sólo ciertas partículas de los
átomos de la materia, los electrones, son incitados a producir radiaciones
electromagnéticas. Para comprender dicho fenómeno de la luminiscencia
hemos de estudiar el átomo según el modelo atómico de Börh.
Según este modelo, cada átomo está formado por un núcleo atómico
positivo y por una envoltura de electrones negativos, distribuidos en
capas, que giran alrededor del núcleo siguiendo órbitas determinadas. En
el átomo normalmente existe un equilibrio eléctrico, es decir, el número de
cargas positivas es igual al número de cargas negativas (electrones). Este
equilibrio se denomina estado fundamental del electrón E, y para los
electrones de la órbita más interna, es idéntico a la línea de base f.
65
Si desde el exterior se suministra al átomo una determinada cantidad de
energía, se excita el electrón E y es desplazado de su órbita normal a la
siguiente o a otra más externa, absorbiendo así la cantidad de energía
suministrada. El electrón se sitúa a un nivel de energía superior (líneas de
nivel e1, e2, e3, etc.). Tras un corto tiempo de permanencia en este nivel,
el electrón salta de nuevo a su posición inicial (línea f) y emite la cantidad
de energía absorbida en un principio, generalmente en forma de radiación
electromagnética. Si la cantidad de energía suministrada es mayor, el
electrón E puede llegar a alcanzar instantáneamente una órbita más
externa. A consecuencia del mayor rango de energía conseguido, la
radiación emitida al volver el electrón a la base f será más rica en energía.
Por lo tanto, las distintas capas de energía corresponden a un nivel de
energía perfectamente determinado y por ello no pueden existir estados
intermedios. De aquí se deduce que para excitar a un átomo se necesita
una cantidad de energía exactamente determinada, la cual es emitida en
forma de radiación y/o desprendimiento de calor al recuperar el átomo su
forma fundamental.
La emisión de la energía transformada en este proceso desde el punto de
vista atómico, se produce en porciones o partes discontinuas
denominadas cuantos de energía (Böhr postuló que el electrón no podía
girar a cualquier distancia del núcleo, sino en ciertas órbitas solamente).
Sin embargo, en el campo de la Luminotecnia práctica, la luz emitida en
esa transformación se considera emitida de manera continua en forma de
66
ondas electromagnéticas, lo cual resulta aceptable para los casos
normales de su aplicación.
Mediante la teoría de los cuantos de energía formulada por Max Plank, se
demuestra que los distintos elementos químicos, al ser excitados, no
emiten un espectro continuo debido a la diferente estructura de sus capas
electrónicas, sino solamente longitudes de onda muy particulares (líneas)
dentro de todo el espectro electromagnético; estos espectros se conocen
con el nombre de espectros de líneas. Cada sustancia posee un espectro
de líneas característico, lo cual también ocurre con los gases
luminiscentes, como por ejemplo el vapor de sodio, cuyo espectro está
compuesto por una doble línea amarilla cuyas longitudes de onda
corresponden a 589 y 589.6 nm respectivamente. Según el procedimiento
físico empleado para excitar los átomos, el tipo de radiación y la forma en
que se emite se distinguen varias clases de luminiscencia.
Luz de descarga eléctrica en el seno de un gas
En todos los gases, principalmente los que contienen las lámparas de
descarga, además de átomos de gas neutrales, se encuentran siempre
algunas cargas eléctricas libres (electrones).
Si en un tubo de descarga se aplica una corriente continua al ánodo A (+)
y al cátodo C (-), se crea entre A y C un campo eléctrico que acelera las
cargas negativas (electrones) y las precipita hacia el ánodo. Al alcanzar
un electrón una determinada velocidad, posee ya energía cinética
67
suficiente para excitar un átomo de gas. Si la velocidad del electrón al
chocar con el átomo del gas es aún mayor, el impacto puede provocar
incluso el desprendimiento de un electrón de la corteza atómica, con lo
cual el átomo queda con un electrón menos en su configuración, es decir,
se obtiene un ión positivo; este fenómeno se denomina ionización por
choque. De esta forma aumenta aún más el número de electrones libres,
pudiendo llegar incluso a aumentar torrencialmente si la corriente eléctrica
por ellos producida no se limita mediante una resistencia apropiada
(estabilizador). Junto con los electrones libres o desprendidos, se
encuentran también iones positivos que se desplazan en sentido contrario
al de los electrones, es decir hacia el cátodo, aunque debido a su
pequeña velocidad no pueden provocar ninguna excitación de otras
partículas gaseosas, sino que, por el contrario, transcurrido un breve
espacio de tiempo, toman de nuevo un electrón a cambio de una emisión
de energía.
Conforme con el gas noble o gas metálico con que se llene el recipiente
de descarga se obtendrán, mediante la excitación atómica anteriormente
citada, los espectros de líneas o colores de luz característicos del
elemento químico elegido. Por ejemplo, si el gas es neón, el color de la
luz es rojo-anaranjado, y si es vapor de mercurio blanco-azulado.
Todos estos fenómenos tienen lugar dentro de un volumen comprendido
entre dos electrodos, que queda limitado por la pared del recipiente de
descarga. Este volumen forma una columna gaseosa de descarga.
68
Si la alimentación del tubo de descarga se hace con corriente alterna en
vez de continua, los electrodos cambian periódicamente su función,
actuando unas veces de cátodo y otras de ánodo; pero, por lo demás, el
fenómeno de la producción luminosa es el mismo.
Las condiciones de la descarga eléctrica en el seno de un gas, para la
producción de luz, dependen fundamentalmente de la presión del gas o
vapor que exista en el interior del tubo de descarga, de ahí que se
distingan tres tipos de descarga: Descarga a baja presión, Descarga a
alta presión y Descarga a muy alta presión.
Cuanto más alta es la presión, las líneas espectrales se ensanchan
formando bandas cada vez mayores, con lo cual mejora el espectro
cromático. En las lámparas de vapor metálico se requiere vaporizar
primeramente el metal, que en frío se encuentra en estado sólido o
líquido; por ello se llenan estas lámparas con gas noble que es el primero
que se inflama, suministrando el calor necesario para la vaporización del
metal.
Descarga eléctrica a alta tensión entre electrodos fríos (tubos de
gases nobles)
Para suministrar la cantidad suficiente de electrones libres en este tipo de
descarga, se utilizan electrodos fríos construidos la mayoría de las veces
de chapa de cromo-níquel.
69
El llenado del tubo de descarga se hace con gases nobles como son el
neón, que emite una luz intensa de color rojo anaranjado o el helio que
emite una luz de color rosa-claro, y también con vapores metálicos,
especialmente el vapor de mercurio que emite una luz blanco-azulado y,
mezclado con el gas neón, una luz de color azul intenso.
Las tensiones de arranque y de funcionamiento son elevadas,
necesitándose de 600 a 1.000 voltios por metro de longitud. El consumo
de potencia media, también por metro de longitud, es de unos 33 W, con
un rendimiento luminoso de 2.5 a 5 lm/W:
Debido a este bajo rendimiento luminoso, los tubos de gas noble apenas
si han tenido aplicación en el alumbrado de interiores, pero sí han jugado
un papel importante en los anuncios luminosos, por la facilidad de poder
ser moldeados en forma de letras para rótulos.
Descarga eléctrica a baja tensión entre electrodos calientes
(lámparas de vapor metálico)
Si se introduce en un tubo de vidrio previamente evacuado una cierta
cantidad de sodio sólido o mercurio líquido y un gas noble para lograr
transformar el metal en vapor al producirse la descarga eléctrica, se
obtiene una descarga de vapor metálico en el seno de un gas, que puede
incluso provocarse a una tensión baja normal (220 V), con electrodos
precalentados o calentados (cátodos calientes). Las lámparas de vapor de
sodio y de vapor de mercurio funcionan según este principio.
70
De todo lo expuesto hasta ahora, se deduce que la luz emitida por las
lámparas de vapor metálico depende de forma decisiva del espectro de
líneas del vapor metálico elegido; así pues, la lámpara de vapor de sodio
da una luz monocromática de color amarillo-anaranjado, y la de vapor de
mercurio una luz verde-azulada. Los espectros discontinuos de estas
lámparas se mejoran por distintos medios:
En las de mercurio:
- Por combinación con luz incandescente (lámparas de luz mezcla).
- Por combinación con una capa fluorescente (lámparas de vapor de
mercurio, color corregido).
- Añadiendo halógenos metálicos (lámparas de vapor de halogenuros
metálicos).
En las de sodio:
- Por combinación con luz de mercurio en un recipiente de metal
transparente, a alta presión de llenado (lámparas de vapor de sodio a
alta presión).
Fotoluminiscencia (lámparas fluorescentes de baja presión)
Por fotoluminiscencia se entiende fundamentalmente la excitación a la
luminiscencia de determinadas sustancias mediante una radiación, la
mayoría de las veces radiación ultravioleta de onda corta. Las sustancias
luminiscentes empleadas sólo emiten luz mientras son excitadas por la
radiación ultravioleta de onda corta, la cual transforman en una radiación
71
de onda más larga (luz en el espectro visible). Como sustancias
luminiscentes se emplean, entre otras, el wolframato de calcio, wolframato
de magnesio, silicato de zinc, silicato de cadmio, borato de cadmio,
halofosfatos, etc. Cada una de estas sustancias luminiscentes emite un
determinado color de luz. Mediante una mezcla apropiada de estas
sustancias, se puede obtener prácticamente cualquier color de luz
compuesto que se desee. Si se consigue que la de emisión de cada uno
de los componentes cromáticos se superponga, se obtiene un espectro
continuo que, además, puede variar desde el blanco luz día hasta el
blanco cálido. Se llama “fluorescencia” a todos aquellos fenómenos de
luminiscencia en los que la radiación luminosa permanece mientras dura
la excitación. El caso contrario es la fosforescencia.
8.4 LÁMPARAS
Las lámparas que son recomendadas para uso de campos deportivos
son: halógenas de cuarzo-yodo, de descarga de alta presión de vapor de
mercurio con halogenuros metálicos y las de vapor de mercurio color
corregido y fluorescente para las gradas.
8.4.1 Lámparas halógenas de wolframio
Este tipo de lámparas pertenecen al tipo de incandescentes. La alta
temperatura del filamento de una lámpara incandescente normal causa
que las partículas de wolframio se evaporen y se condensen en la pared
de la ampolla, dando por resultado un oscurecimiento de la misma. Las
72
lámparas halógenas poseen un componente halógeno (yodo, cloro,
bromo) agregado al gas de relleno y trabajan con el ciclo regenerativo de
halógeno para prevenir el oscurecimiento.
El wolframio evaporado se combina con el halógeno para formar un
compuesto wolframio halógeno. A diferencia del vapor de wolframio, se
mantiene en forma de gas, siendo la temperatura de la ampolla
suficientemente elevada como para prevenir la condensación. Cuando
dicho gas se acerca al filamento incandescente, se descompone debido a
la elevada temperatura en wolframio, que se vuelve a depositar en el
filamento, y en halógeno, que continúa con su tarea dentro del ciclo
regenerativo.
La diferencia principal con una lámpara incandescente, aparte del aditivo
de halógeno mencionado anteriormente, está en la ampolla. Debido a que
la temperatura de la ampolla debe ser alta, las lámparas halógenas son
más pequeñas que las lámparas incandescentes normales. La envoltura
tubular está hecha de un vidrio de cuarzo especial. Desde su introducción,
las lámparas halógenas de wolframio han incursionado en casi todas las
73
aplicaciones donde se utilizaban las lámparas incandescentes. Las
ventajas de las lámparas halógenas de wolframio con respecto a las
lámparas incandescentes normales son: mayor durabilidad, mayor
eficiencia luminosa, menor tamaño, mayor temperatura de color y poca o
ninguna depreciación luminosa en el tiempo.
8.4.2 Lámparas fluorescentes
La lámpara fluorescente es una lámpara de descarga en vapor de
mercurio de baja presión, en la cual la luz se produce predominantemente
mediante polvos fluorescentes activados por la energía ultravioleta de la
descarga. La lámpara, generalmente con ampolla de forma tubular larga
con un electrodo sellado en cada terminal, contiene vapor de mercurio a
baja presión con una pequeña cantidad de gas inerte para el arranque y la
regulación del arco. La superficie interna de la ampolla está cubierta por
una sustancia luminiscente cuya composición determina la cantidad de luz
emitida y la temperatura de color de la lámpara.
Lámpara fluorescente
Lámpara Fluorescente
74
Las partes principales de la lámpara fluorescente son la ampolla, la capa
fluorescente, los electrodos, el gas de relleno y los casquillos.
Ampolla: La ampolla de una lámpara fluorescente normal está hecha de
vidrio cal-soda suavizado con óxido de hierro para controlar la transmisión
ultravioleta de onda corta.
Revestimientos fluorescentes: El factor más importante para determinar
las características de la luz de una lámpara fluorescente es el tipo y
composición del polvo fluorescente (o fósforo) utilizado. Éste fija la
temperatura de color (y como consecuencia la apariencia de color), el
índice de reproducción del color (IRC) y, en gran parte, la eficiencia
lumínica de la lámpara.
Tres grupos de fósforos se utilizan para producir las diferentes series de
lámparas con diferentes calidades de color (fósforos standard, tri-fósforos
y multi-fósforos).
Electrodos: Los electrodos de la lámpara, que poseen una capa de
material emisor adecuado, sirven para conducir la energía eléctrica a la
lámpara y proporciona los electrones necesarios para mantener la
descarga.
La mayoría de los tubos fluorescentes poseen electrodos que se
precalientan mediante una corriente eléctrica justo antes del encendido
(se llaman lámparas de electrodos precalentamiento siendo iniciado este
precalentado por un arrancador independiente).
75
Gas de relleno: El gas de relleno de una lámpara fluorescente consiste
en una mezcla de vapor de mercurio saturado y un gas inerte
amortiguador (argón y kripton).
Bajo condiciones operativas normales, el mercurio se encuentra en el
tubo de descarga tanto en forma líquida como de vapor. El mayor
rendimiento se logra con una presión de vapor de mercurio de alrededor
de 0.8 Pa., combinado con una presión del amortiguador de alrededor de
2500 Pa. (0.025 atmósferas). Bajo estas condiciones, alrededor de un
90% de la energía irradiada es emitida en la onda ultra-violeta de 253’7
nm.
En las lámparas fluorescentes, la temperatura de color está comprendida
entre 2700 K y 6500 K., con una curva de distribución espectral
discontinua que reproduce colores según la composición de la sustancia
fluorescente que recubre la pared interior del tubo.
Cada radiación luminosa total resultante es la suma de la radiación del
espectro discontinuo más la de una distribución espectral continua, cada
vez más eficaz con el empleo de fósforos especiales.
De esta forma se fabrican tubos fluorescentes con varias tonalidades de
luz e índices de reproducción cromáticos clasificados, según las normas
C.I.E. entre grandes grupos:
- Luz blanca día: TC > 5000 K.
- Blanco neutro: 5000 K ≥ TC ≥ 3000 K.
76
- Blanco cálido: TC < 3000 K.
En cada grupo existen varios tonos con una amplia variedad de
temperaturas de color e índices de reproducción cromático, según cada
fabricante, que cubren las necesidades de una amplia gama de
aplicaciones. Estas lámparas precisan un equipo auxiliar formado por un
balasto e ignitor (cebador), además de un condensador de compensación
para mejorar el factor de potencia.
Los valores nominales de funcionamiento se alcanzan al cabo de cinco
minutos. Cuando se apaga la lámpara, debido a la gran presión en el
quemador, necesita enfriarse entre cuatro y quince minutos para
encenderse nuevamente.
8.4.3 Lámparas de vapor de mercurio a alta presión
Desde su introducción, la lámpara de vapor de mercurio a alta presión ha
sido desarrollada a tal punto que la tecnología de iluminación es apenas
imaginable sin ella.
En estas lámparas la descarga se produce en un tubo de descarga de
cuarzo que contiene una pequeña cantidad de mercurio y un relleno de
gas inerte, generalmente argón, para ayudar al encendido. Una parte de
la radiación de la descarga ocurre en la región visible del espectro como
luz, pero una parte se emite también en la ultravioleta. Cubriendo la
superficie interna de la ampolla exterior, en la cual se encuentra el tubo de
descarga, con un polvo fluorescente que convierte esta radiación
77
ultravioleta en radiación visible, la lámpara ofrecerá mayor iluminación
que una versión similar sin dicha capa.
PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO
Cuando se examina el funcionamiento de la lámpara de mercurio de alta
presión, se deben considerar tres fases bien diferenciadas: ignición,
encendido y estabilización.
Ignición
La ignición se logra por medio de un electrodo auxiliar o de arranque,
ubicado muy cerca del electrodo principal y conectado al otro a través de
una resistencia de alto valor (25 kΩ). Cuando se enciende la lámpara, un
gradiente de alto voltaje ocurre entre los electrodos principales y de
arranque, e ioniza el gas de relleno de esta zona en forma de descarga
luminiscente, siendo la corriente limitada por una resistencia. La descarga
luminiscente luego se expande por todo el tubo de descarga bajo la
influencia del campo eléctrico entre los dos electrodos principales.
Cuando la descarga luminiscente alcanza el electrodo más distante, la
corriente aumenta en forma considerable. Como resultado, los electrodos
principales son caldeados hasta que la emisión aumenta lo suficiente
como para permitir que la descarga luminiscente cambie completamente a
una descarga de arco, sin que el electrodo auxiliar desempeñe otra
función en el proceso a causa de la alta resistencia conectada en serie
con él.
78
En esta etapa, la lámpara funciona como una descarga de baja presión
(semejante a la de una lámpara fluorescente). La descarga llena el tubo y
posee una apariencia azulada.
Encendido
Habiendo sido ejecutada la ionización del gas inerte, la lámpara aún no
quema en la forma deseada y no ofrece su máxima producción de luz,
hasta que el mercurio presente en el tubo de descarga esté
completamente vaporizado. Esto no ocurre hasta que haya transcurrido
un tiempo determinado, denominado tiempo de encendido. Como
resultado de la descarga de arco en el gas inerte se genera el caldeado
resultando un rápido aumento de temperatura dentro del tubo de
descarga. Esto causa la vaporización gradual del mercurio, aumentando
la presión del vapor y concentrando la descarga hacia una banda angosta
a lo largo del eje del tubo. Con un mayor aumento en la presión, la
energía radiada se concentra en forma progresiva en las líneas
espectrales de longitudes de onda mayores y se introduce una pequeña
porción de radiación continua, de manera tal que la luz se torna más
blanca. Con el tiempo, el arco logra un punto de estabilización y se dice
que la lámpara alcanza el punto de equilibrio termodinámico total. Todo el
mercurio entonces se evapora, y la descarga ocurre en vapor de mercurio
no saturado.
79
El tiempo de encendido, que se define como el tiempo necesario de la
lámpara desde el momento de ignición para alcanzar un 80% de su
producción máxima de luz, es de aproximadamente cuatro minutos.
Estabilización
La lámpara de mercurio de alta presión, como la gran mayoría de las
lámparas de descarga, posee una característica de resistencia negativa y,
por lo tanto, no puede operar por su cuenta en un circuito sin un balasto
adecuado para estabilizar el flujo de la corriente a través de ella.
PARTES PRINCIPALES
En la figura se pueden observar las partes principales de una lámpara de
vapor de mercurio a alta presión.
Lámpara de vapor de mercurio a alta presión.
80
Tubo de descarga y soporte: El tubo de descarga está hecho de cuarzo.
Presenta una baja absorción a la radiación ultravioleta y a la visible, y
posee la capacidad de soportar las altas temperaturas de trabajo
involucradas.
Electrodos: Cada electrodo principal se compone de una varilla de
wolframio, cuyo extremo se encuentra revestido por una serpentina de
wolframio impregnado con un material que favorece la emisión de
electrones. El electrodo auxiliar es simplemente un trozo de alambre de
molibdeno o wolframio colocado cerca de uno de los electrodos
principales y conectado al otro mediante una resistencia de 25 kΩ.
Ampolla exterior: Para lámparas de hasta 125 W de potencia, la ampolla
exterior puede ser de vidrio de cal-soda. Sin embargo, las lámparas de
potencias mayores se fabrican, generalmente, con vidrio duro de
borosilicato, ya que puede soportar temperaturas de trabajo mayores y
golpes térmicos. La ampolla exterior, que normalmente contiene un gas
inerte (argón o una mezcla de argón y nitrógeno), protege al tubo de
descarga de cambios en la temperatura ambiente y protege de corrosión
a los componentes de la lámpara.
Revestimiento de la ampolla: En la mayoría de las lámparas de
mercurio de alta presión, la superficie interna de la ampolla exterior está
cubierta por fósforo blanco para mejorar la reproducción de color de la
lámpara y para aumentar su flujo luminoso.
81
El fósforo convierte una gran parte de la energía ultravioleta radiada por la
descarga en radiación visible, predominantemente en el extremo rojo del
espectro.
Gas de relleno: El tubo de descarga está relleno de un gas inerte (argón)
y de una dosis precisa de mercurio destilado. El primero es necesario
para ayudar a originar la descarga y para asegurar una vida razonable
para los electrodos de emisión recubiertos.
La ampolla exterior está rellena de argón o una mezcla de argón y
nitrógeno a presión atmosférica. El agregado de nitrógeno sirve para
prevenir un arco eléctrico entre los soportes de alambre de la ampolla.
Estas lámparas precisan un equipo auxiliar que normalmente es un
balasto con resistencia inductiva o transformador de campo de dispersión,
además de un condensador de compensación.
Cuando la lámpara se apaga, no volverá a arrancar hasta que se haya
enfriado lo suficiente para bajar la presión del vapor al punto donde el
arco volverá a encenderse. Este periodo es de unos cinco minutos.
8.4.4 Lámparas de halogenuros metálicos
Son lámparas de vapor de vapor de mercurio a alta presión que además
contienen halogenuros de tierras raras como el Dysprosio (Dy), Holmio
(Ho) y el Tulio (Tm). Estos haluros son en parte vaporizados cuando la
lámpara alcanza su temperatura normal operativa. El vapor de haluros se
disocia después, dentro de la zona central caliente del arco, en halógeno
82
y en metal consiguiendo así aumentar considerablemente la eficacia
luminosa y aproximar el color al de la luz diurna solar. Se utilizan diversas
combinaciones de halogenuros (sodio, yodo, ozono) a los que se añade
escandio, talio, indio, litio, etc.
Lámparas de halogenuros metálicos.
Partes principales
Tubo de descarga: Es de cuarzo puro. A veces, se aplica una capa
blanca de óxido de circonio en la parte externa de las cavidades del
electrodo, para aumentar en ese punto la temperatura de la pared.
Electrodos: Son similares a los que lleva la lámpara de vapor de
mercurio a alta presión.
83
Ampolla externa: El vidrio externo de la ampolla de las lámparas de
halogenuros está hecho de vidrio duro o de cuarzo, y las hay que no
poseen ampolla externa.
La superficie interna de las ampollas con forma oval posee una capa de
fósforo para convertir la radiación ultravioleta de la descarga en radiación
visible. Sin embargo, los haluros empleados en la lámpara de halogenuro
metálico producen sólo una pequeña cantidad de ultra violeta, y
principalmente, está irradiada en la zona de longitud de onda ultra violeta
del espectro, donde la conversión en radiación visible es pobre.
Gas de relleno en el tubo de descarga: El tubo de descarga está relleno
de una mezcla de gases inertes (neón y argón o cripton-argón), una dosis
de mercurio y los haluros apropiados, de acuerdo con el tipo de lámpara.
Gas de relleno en la ampolla externa: La ampolla externa de una lámpara
de halogenuro metálico cuyo tubo de descarga está relleno de una mezcla
de neón-argón, también debe estar rellena de neón para que la presión de
neón que se encuentra dentro y fuera del tubo sea la misma. En caso de
que el tubo de descarga esté relleno de una mezcla cripton-argón, se
puede utilizar nitrógeno en la ampolla externa, o bien, esta última puede
ser eliminada.
Las condiciones de funcionamiento de las lámparas de halogenuros
metálicos son muy parecidas a las de vapor de mercurio convencional,
84
estando dispuestas para ser conectadas en serie con un balasto limitador
de la corriente, necesitando un condensador de compensación.
Debido a los halogenuros, la tensión de encendido de estas lámparas es
elevada, necesitando el empleo de un cebador o de un aparato de
encendido con tensiones de choque de 0.8 a 5 kV.
La mayoría de estas lámparas permiten un re-encendido inmediato con
las lámparas en caliente (después de apagadas), mediante el empleo de
tensiones de choque de 35 a 60 kV, si no, es necesario que se enfríen
entre cuatro y quince minutos para que se enciendan nuevamente.
CAPITULO IX
DISEÑO DEL ALUMBRADO
9.1 GENERALIDADES
El alumbrado deportivo se diseña teniendo en cuenta las necesidades
específicas que surgen de la práctica de los deportes. En este alumbrado
se recurre al uso de torres, mástiles, postes etc. para ubicar los puntos de
luz (proyectores por lo general). Cuando se realiza un proyecto de
iluminación de una instalación deportiva, hay que tener muy en cuenta el
programa de necesidades de dicha instalación.
Por lo general en las instalaciones deportivas podemos considerar los
siguientes agentes:
Jugadores.
Equipos técnicos (árbitros, jueces, entrenadores, etc.).
Espectadores.
Medios audiovisuales (Radio, TV, prensa, etc.).
86
Servicios.
Tanto los jugadores como los árbitros y jueces deben tener la posibilidad
de ver con precisión todo lo que sucede en la cancha o terreno de juego
para de este modo actuar correctamente.
Los espectadores, también tienen la necesidad de apreciar nítidamente
las circunstancias en que se desarrolla el juego dentro de un entorno
lumínico confortable, por lo tanto, deben poder ver claramente todo lo que
sucede no solo en el campo o cancha de juego sino en sus inmediaciones
y en su entorno más inmediato. El alumbrado también debe orientar a los
espectadores para que estos puedan entrar, salir y ocupar sus asientos
con total seguridad. La seguridad de los espectadores es uno de los
aspectos de mayor importancia en la iluminación deportiva.
87
Los medios audiovisuales que cubren la información de todo lo que
acontece en las instalaciones deportivas, tienen también unas exigencias
específicas que se deben verificar para asegurar la calidad de la imagen
(reproducción de color, texturas, etc.). La buena calidad de las imágenes
se debe asegurar tanto en los planos generales como en los primeros
planos de jugadores, árbitros y espectadores.
En la iluminación de instalaciones deportivas se distinguen los siguientes
niveles de iluminación:
Nivel recreativo (entrenamientos, actividades no competitivas y
competiciones nacionales).
Nivel profesional (entrenamientos profesionales, competiciones
nacionales, internacionales con intervención de medios audiovisuales,
etc.).
9.2 OBJETIVOS
El alumbrado de los campos de deporte, por lo expuesto, debe de estar
orientado a permitir:
Que los jugadores puedan actuar sin limitaciones visuales de ningún
tipo.
Que los espectadores puedan observar lo que acontece en las
canchas con total comodidad visual.
88
Que el alumbrado no manifieste ningún tipo de discordancia con el
diseño arquitectónico de los edificios deportivos y que contribuya a su
realce.
Que el alumbrado cumpla con los requisitos mínimos exigidos por los
medios de comunicación audiovisuales (TV en color, cine).
Que las gradas y otros recintos queden convenientemente iluminados.
Para alcanzar estos objetivos se hace necesario contar con niveles de
iluminación (vertical y horizontal) adecuados.
9.3 INDICADORES
Cuando se diseña el alumbrado de una instalación deportiva hay que
tener en cuenta el área a calcular y los valores que en dicho cálculo
adoptan los indicadores de EH, EV, U1 , U2, el GR. Ra , etc.
En el área de cálculo se organiza una retícula que se distribuye regular y
simétricamente sobre la totalidad de la cancha, terreno o campo de juego.
89
El número de puntos de la retícula (nudos de la red), deben ser al menos
de 14 x 21, para campos de dimensiones mínimas (65 x 105 metros), o de
un máximo de 15 x 22 para campos de dimensiones máximas (75 x 110
metros).
9.4 NIVELES DE ILUMINACIÓN
Para los diferentes niveles de actividad se hace necesario adoptar una
serie de requisitos que debe reunir la iluminación que conciernen tanto al
plano de iluminación horizontal (situado a nivel de terreno), y los planos
verticales donde se pueden localizar objetos verticales (jugadores,
árbitros, etc.). Los niveles de iluminación que se registran sobre el terreno
o el suelo de la cancha de juego se denominan Iluminancias horizontales
(EH). Estos niveles de iluminación determinan el estado de adaptación del
ojo del observador, este plano horizontal iluminado constituye el fondo
visual sobre el que se desarrolla la acción permitiendo la observación de
cuanto acontece a espectadores, jugadores, árbitros y medios
audiovisuales. En este plano horizontal se hace necesario por lo tanto
alcanzar un nivel de iluminación uniforme óptimo, que también repercute
en la seguridad de los espectadores cuando entran o salen de las gradas
o deambulan por los alrededores. En este plano horizontal, por todo lo
expuesto, se requiere un valor adecuado de Iluminancia Media (EM)
combinado con un indispensable alumbrado de seguridad que debe
actuar en el supuesto que se interrumpa el suministro de energía eléctrica
a la instalación principal.
90
Los valores de iluminación en los planos verticales influye mucho en la
calidad de las imágenes de TV o de filmación. Para asegurar una correcta
apreciación de la acción que discurre sobre el terreno o cancha de juego
(actuación de jugadores, árbitros, etc.), se precisa disponer de óptimos
niveles de Iluminación Vertical (EV) a una altura de 1.5 m sobre el plano
horizontal o terreno de juego. Los valores de la iluminación vertical
también influyen en la correcta visión de la pelota o del balón cuando
alcanza diferentes alturas sobre el terreno de juego.
Las iluminancias verticales solo se tienen en cuenta en el proyecto
cuando se considera la participación de los medios de comunicación
audiovisuales (TV y filmación).
9.5 ILUMINANCIAS HORIZONTALES (EH)
Los valores de Iluminancia horizontal recomendables, en general, para
instalaciones deportivas se recogen en la siguiente tabla de Iluminancias
horizontales medias para campos a nivel de terreno de juego. Los valores
de Iluminancia horizontal nunca pueden ser inferiores a los señalados en
esta tabla:
Actividad EH
(Lux)
NIVEL RECREATIVO
Entrenamientos 50
Encuentros no competitivos
100
Competición nacional 200
NIVEL PROFESIONAL
91
Entrenamientos 100
Competiciones nacionales 500
Los niveles de iluminación exigibles en las instalaciones deportivas
depende del tipo de actividad que se registre, de este modo se establece
la siguiente clasificación:
Estadios y pistas polideportivas: 200 a 500 lux.
Pistas de Tenis: 150 a 500 lux.
Piscinas al aire libre: 100 a 300 lux.
Frontones: 300 a 500 lux.
Pistas de entrenamiento: 100 a 200 lux.
Estadios de fútbol con menos de 5.000 espectadores: 100 a 200 lux.
Estadios de fútbol con 5000 a 15000 espectadores: 300 a 400 lux.
Estadios de fútbol con más de 15.000 espectadores: > 600 lux.
Retransmisiones de TV color: 1.400 lux. (En los encuentros
retransmitidos por TV en color, hay que contar con valores de
iluminación superiores a los 1.000 lux.)
Tal como se puede constatar, para gran parte de los deportes se exigen
unos valores iguales o superiores a los 500 lux de iluminancia horizontal.
92
Se debe mantener siempre sobre las gradas un nivel mínimo de
iluminación de 25 Lux, para favorecer la seguridad y la orientación de los
espectadores.
Una adecuada selección de valores de Iluminancia vertical facilita la
obtención de imágenes de óptima calidad para la TV, la TV de alta
definición (HDTV) y la filmación. Cuando se celebran competiciones
internacionales y torneos se precisa contar con unos niveles mínimos de
Iluminancia vertical hacia el lado de la cámara principal (a este lado se le
denomina "emergencia TV"), con el objeto de contar con suficientes
niveles de iluminación para garantizar la retransmisión.
Cuando las cámaras ocupan un posicionamiento indistinto, los planos
verticales donde se deben efectuar las mediciones deben situarse en
paralelo a las cuatro líneas laterales del campo de juego, y las mediciones
se deben efectuar a una altura de 1.5 metros sobre el nivel del terreno de
juego. Dichos planos deben ser rigurosamente verticales. Cuando las
cámaras ocupan posiciones fijas, los planos de medición de la iluminancia
vertical se sitúan en la dirección a dichas cámaras.
9.6 ILUMINANCIAS VERTICALES (EV)
Los valores de Iluminancia vertical EV media mantenida a una altura de
1.5 metros por encima del terreno de juego para la práctica del fútbol
(Deporte de velocidad media), vienen dados por la siguiente tabla:
93
Competiciones internacionales y torneos
Lado de la cámara principal
Lado de la cámara secundaria
TV nacional 1.000 Lux 700 Lux
TV internacional 1.400 Lux 1.000 Lux
HDTV 2.000 Lux 1.500 Lux
Emergencia TV 800 Lux 500 Lux
Para tomar imágenes adecuadas de las gradas se recomiendan que estas
tengan niveles de iluminación superiores al 15% de los recomendados
para los terrenos de juego.
La iluminancia vertical medida a una altura de 1,5 m para 63 puntos (la
cuadrícula que se recomienda para los campos de fútbol), debe ser de
1500 lux, cuando se prevean retransmisiones deportivas en TV color.
La iluminación vertical en estos supuestos siempre debe tener valores
superiores a la mitad de la iluminación horizontal.
9.7 UNIFORMIDAD (U1 y U2)
El proyecto de iluminación debe asegurar una buena uniformidad tanto en
los valores de iluminancias horizontales como los valores de iluminancias
94
verticales, a fin de evitar que los usuarios de las instalaciones y las
cámaras tengan problemas de ajuste de imagen para diferentes
direcciones de visión.
La uniformidad se puede dar como una relación entre iluminancia mínima
y máxima (U1) o una relación entre Iluminancia mínima y media (U2)
Los valores de la uniformidad que se deben adoptar en el proyecto de
iluminación en función de los niveles de actividad, vienen dados por la
siguiente tabla:
ActividadIluminancia Horizontal (EH) Iluminancia Vertical (EV)
U1 U2 U1 U2
NIVEL RECREATIVO
Entrenamientos 0.3 0.5 -- --
Encuentros no competitivos 0.4 0.6 -- --
Competición nacional. 0.5 0.7 -- --
NIVEL PROFESIONAL
Entrenamientos profesionales 0.4 0.6 -- --
Competición nacional 0.5 0.7 -- --
Competición internacional o nacional, torneos con cobertura de medios audiovisuales
TV nacional 0.5 0.7 0.3 0.5
TV internacional 0.6 0.7 0.4 0.6
HDTV. 0.7 0.8 0.6 0.7
Emergencia TV. 0.5 0.7 0.3 0.5
Cuando se pretende que las cámaras graven en condiciones óptimas de
iluminación, la relación de las iluminancias medias entre los planos
95
horizontal y vertical deben situarse entre los valores de 0.5 y 2 (0.5<= EH /
EV < = 2).
Siempre se recomienda que:
La relación de iluminancias verticales (máxima y mínima) no pueda ser
superior a 3/1.
La relación de iluminancias horizontales (máxima y mínima) no puede
ser superior a 2/1, recomendándose los siguientes valores: 5/1 para
campos de entrenamiento, 3/1 para competiciones deportivas, 2/1
para retransmisiones en TV en color.
Para alcanzar aceptables valores de uniformidad vertical se recomienda
elevar la altura de los mástiles a 20 a 30 m., o a valores superiores.
9.8 DESLUMBRAMIENTO (GR)
En lo referente al deslumbramiento, hay que recordar que cuando este se
produce, los espectadores, jugadores, árbitros, etc. Pueden experimentar
una pérdida de confort visual que puede incluso incapacitarlos para
apreciar con precisión las actuaciones que se estén desarrollando.
96
En la iluminación de las instalaciones deportivas, hay que emplear
lámparas de alta intensidad que producen mucho flujo luminoso, por lo
que se corre siempre el riesgo de producir deslumbramientos
perturbadores.
El enfoque y la adecuada selección de proyectores en lo referente a las
principales direcciones de visión, se deben cuidar cuando se pretende
gestionar correctamente el brillo ya que en la práctica de muchos
deportes los participantes deben mirar hacia arriba con cierta frecuencia
con el consiguiente peligro de deslumbramiento, por ello se hace preciso:
Ubicar los puntos de luz a cierta altura.
Reducir la dispersión del flujo luminoso.
Apantallar las luminarias.
Reducir las superficies de luminarias visibles:
En la mayoría de los deportes, los encuentros se resuelven con
desplazamientos de los jugadores en una dirección principal, en este
supuesto los puntos de luz deben de ser dispuestos en las bandas
laterales para evitar deslumbramientos, alcanzar una aceptable
modelación e incrementar los niveles de iluminación vertical. La
publicación nº 83 de la Comisión Internacional de L` Eclariage (CIE),
97
establece el modo en que debe calcularse el grado de deslumbramiento
(GR).
Para instalaciones deportivas se recomienda que el valor máximo de GR
sea de 50 (GR = 50), en una escala que vaya de 0 a 100. Este valor se
debe tomar a una altura de 1.5 metros sobre el terreno de juego en la
dirección del centro de las porterías y las dos intersecciones de las
bandas laterales con las bandas frontales donde se ubican estas. El
análisis de la luz dispersa que procede del exterior del recinto deportivo
debe efectuarse en el centro del campo a una altura de 1.5 metros,
mediante el cálculo del valor de la iluminancia de velo para 5 posiciones
(portería, intersección de bandas e intersección de bandas laterales con
línea de medio campo. En la iluminación de instalaciones deportivas hay
que tener en cuenta también, que aparte de los espectadores y los
jugadores, otras personas pueden sufrir deslumbramientos (conductores
en vías adyacentes, vecinos de casas próximas a los campos de
deportes, etc.). Para evitar el deslumbramiento se deben seleccionar
proyectores que emitan limitadas cantidades de flujo luminoso fuera del
haz principal y deben de enfocarse correctamente dichos proyectores.
9.9 MODELADO
Cuando se intenta distinguir con nitidez la forma y la textura de los objetos
que se iluminan, hay que intentar que el alumbrado produzca un correcto
modelado para que se pueda contemplar con agrado el deambular de los
98
jugadores, árbitros, jueces y técnicos, las trayectorias que tienen las
pelotas o los balones y el comportamiento de los espectadores alrededor
de los terrenos de juego. Un buen modelado permite también disponer a
los medios de comunicación de imágenes de alta calidad.
El modo en que se disponen y orientan los proyectores determina la
longitud y dureza de las sombras producidas por los elementos
iluminados. Se define como modelación a la capacidad que tiene la luz
para evidenciar la apariencia de los cuerpos sólidos.
La modelación puede ser:
De contraste (cuando se utiliza un solo proyector de haz estrecho).
Difusa (cuando se utilizan varios puntos de luz).
9.10 PERCEPCIÓN DEL COLOR (Ra)
Otro aspecto muy importante de la iluminación de instalaciones
deportivas, es la correcta percepción del color.
99
En la luz producida por las lámparas hay que distinguir aspectos como:
La apariencia del color de la luz emitida, que es la apariencia de color
producida por dicha luz. La apariencia del color (TC) que se mide en
grados Kelvin, varía entre los 2 000 y 6 000 K. Cuanto menor es la
temperatura de color más calida es la apariencia del color, cuanto más
alta es la temperatura de color más fría o azulada es la apariencia del
color.
El rendimiento de color de la luz, que es la capacidad que tiene la luz
emitida para emular el grado de reproducción de color de la luz solar.
El rendimiento del color se determina con el indicador Ra, cuando su
valor es de 100, el grado de emulación es el máximo. Cuanto mayor
sea el valor de Ra, más agradables resultará el entorno iluminado.
Ambos mencionados aspectos dependen de la distribución espectral en
diferentes longitudes de onda de la luz emitida.
Los valores mínimos del índice Ra, viene dado en la siguiente tabla:
Actividad Ra
NIVEL RECREATIVO
Entrenamiento = > 20
Deporte no competitivo = > 20 (preferible Ra = 65)
Competición nacional => 65
NIVEL DE ACTIVIDAD PROFESIONAL
Entrenamientos => 65
Competición nacional => 65
Competición internacional y torneos
100
TV nacional => 65 (preferible Ra = 90)
HDTV
Cuando se selecciona el tipo de lámparas y luminarias en alumbrado
deportivo hay que tener en cuenta:
La eficacia luminosa (lm / w).
La concentración del flujo luminoso por los proyectores.
El color de la luz producida y su rendimiento en color.
Tiempos de encendidos y reencendidos.
9.12 LÁMPARAS
Las lámparas más adecuadas para la iluminación de campos deportivos
son:
Las halógenas de cuarzo - yodo para niveles de iluminación por
debajo de los 300 lux.
101
Las de descarga a alta presión de vapor de mercurio con halogenuros
metálicos para niveles de iluminación por encima de los 300 lux.
Las de vapor de mercurio color corregido y fluorescente para las
gradas.
Las lámparas de vapor de sodio de alta presión tienen una temperatura
de color inapropiada para este tipo de alumbrado.
9.13 DISPOSICIÓN
Los puntos de luz en el alumbrado deportivo se pueden organizar de los
modos siguientes:
Sistema de cuatro esquinas (4 torres o mástiles), con proyectores
rectangulares para niveles de iluminación inferior a los 350 lux y
102
proyectores circulares para niveles superiores (competiciones
profesionales de carácter nacional e internacional).
Sistema lateral (2, 4, 6, y 8 postes por banda), para campos pequeños,
con proyectores rectangulares ubicados en torres o sobre
marquesinas. Se consiguen correctas disposiciones emplazando de 3
a 4 postes a lo largo de las bandas del terreno de juego.
Mixta (torres o mástiles en las cuatro esquinas y postes laterales).
Mixta con puntos de luz situados en la cubierta.
En los mástiles o postes se pueden colocar de 1 a 10 proyectores.
La altura de montaje para los campos pequeños y de entrenamiento debe
ser entre 15 y 25 m., para que el ángulo entre el plano horizontal de visión
y el plano que pasa por la luminaria desde el ojo humano no sea inferior a
25º. Una altura de 18 metros es la más recomendable en estos
supuestos. En los campos de fútbol de competición las torres deben tener
ALTURA DEL MONTAJE DEL PROYECTOR
LÍNEA CENTRAL DEL CAMPO
25º
103
unos 50 m. La altura de montaje para canchas de baloncesto, tenis, etc.,
debe ser de 9 a 12 m. La distancia entre los límites de los terrenos y la
base de las columnas de alumbrado no puede ser inferior a los 1,5 m.
En las disposiciones laterales, los puntos de luz se distancian de 3 a 5 m,
de la banda lateral. Cuando se disponen dos mástiles se ubican a 17,5 m
de los frontales. Cuando se colocan 6 se sitúan a 5 m de los frontales.
Cuando se trata de pistas de tenis, baloncesto, etc., en las disposiciones
laterales los mástiles se distancian de 3 a 4 m, de los laterales y a 5 m de
los frontales. En las disposiciones de cuatro torres en esquina, estas se
sitúan a 15 m de los laterales y 10 m, de los frontales Para evitar el efecto
estroboscopio hay que conectar las lámparas a diferentes fases.
Es conveniente utilizar en estos alumbrados circuitos con lámparas
halógenas de apoyo para las situaciones de emergencia, ya que las
lámparas de descarga, una vez suspendido el suministro eléctrico por
avería, no pueden ser encendidas de inmediato cuando se restablece el
suministro. Siempre hay que disponer de dos proyectores para iluminar la
misma zona, alimentados por circuitos diferentes, si falla uno siempre se
104
puede recurrir al otro. Las instalaciones deportivas deben contar siempre
con grupos electrógenos de emergencia.
9.14 PARPADEO
El parpadeo de las lámparas de descarga alimentadas con corriente
alterna se reduce conectando cada grupo de lámparas a cada una de las
tres fases de la red de electrificación.
9.15 ALUMBRADO DE EMERGENCIA
Cuando se produce un fallo del suministro de energía eléctrica se hace
necesario utilizar sistemas de seguridad alimentados por generadores
cuando se utilizan lámparas de descarga o equipos de baterías (cuando
se utilizan lámparas halógenas).
También se hace necesario disponer de un alumbrado de emergencia
para TV cuando se retransmiten partidos internacionales o torneos
haciendo uso si se estima oportuno de equipos de suministro de energía
eléctrica móviles secundarios. En este caso, el alumbrado de seguridad
para gradas y tribunas debe conectarse a estos equipos secundarios.
9.14 CALCULO DE ILUMINANCIAS HORIZONTALES
Para calcular el nivel medio de iluminancia horizontal exigido se utiliza la
siguiente fórmula:
EMed=Φ .FU .FC
S
105
Donde:
EMed : Iluminancia media exigible.
F : Flujo luminoso total
FU : Factor de utilización
FC : Factor de conservación
S : Superficie a iluminar.
CAPITULO X
APLICACIÓN DEL SOFTWARE DIALux
10.1 CÁLCULO Y SIMULACIÓN
Se quiere iluminar un campo de 68 m de ancho y 105 m de largo. Los
puntos de luz se ubican lateralmente a 17.5 m de los frontales del campo
(puntos 1, 2, 3 y 4) y a 5 m de los límites de este. Los puntos 5 y 6 se
emplazan en la continuación de la mediana del campo.
106
Los 6 mástiles para el alumbrado tienen 25 m de alto. En la iluminación
propuesta se utilizan proyectores del sistema de Arena Visión (MVF 404 –
1000 W 230V CAT 47) y Power Visión de Philips (MVF 024 2 kW MHND -
AL 2000 w). Se emplean por cada punto de luz, 9 proyectores cuadrados
Power Vision de Philips y 6 proyectores circulares Arena Visión, todos de
Philips. En la figura que se adjunta se ofrece información gráfica sobre la
aplicación del Dialux 4.9 en el cálculo del alumbrado del mencionado
campo de deportes.
Abrimos el programa Dialux 4.9 y elegimos Nuevo Proyecto exterior
donde tendremos el campo deportivo de futbol
Insertamos centros deportivos, campos de futbol:
107
Seleccionamos las 6 torres a colocar en el exterior del campo deportivo
de futbol el primero y cuarto estarán a 17.5 metros empezando del
extremo izquierdo del campo deportivo, el segundo y quinto estarán a
52.5 metros del extremo izquierdo del campo deportivo y el tercero y
sexto estarán a 87.5 metros del extremo izquierdo del campo deportivo de
futbol, a la vez cada torre esta a 5 metros de los laterales del campo
deportivo.
108
Pasamos a elegir las luminarias del catalogo Phillips del programa Dialux
4.9, los proyectores estaran a una altura de 25 metros del nivel del suelo y
entre luminarias a una distancia de 0.6 metros, insertaremos 6
proyectores circulares Arena Visión (MVF 404 – 1000 W 230V CAT 47) y
9 proyectores rectangulares Power Visión de Philips (MVF 024 2 kW
MHND - AL 2000 w) por cada torre.
Cada luminaria se coloca a diferentes ángulos para tener una buena
uniformidad de iluminación dentro del campo deportivo de futbol.
109
A continuación se grafican los resultados de iluminación, en el cual cada
luminaria están encendidas y podemos darnos cuenta que todo el campo
deportivo de futbol esta iluminado.
En la gama de colores podemos observar que si solo tenemos las
luminarias encendidas de una sola torre solo una parte estará bien
iluminada dando el color blanco.
110
Al iluminar todo el campo nos damos cuenta que todo el campo deportivo
es de color blanco.
Tenemos el grafico de valores en el cual la iluminación media es de 848
lux.
111
CONCLUSIONES
1. Para iluminar un estadio de futbol hay que tener en cuenta a quienes
participan en el espectáculo, desde los 22 jugadores y los tres árbitros
en una cancha de 100 por 70 m aproximadamente, hasta los
espectadores de sitio y de televisión, y para todos ellos hay que
planear niveles de iluminación satisfactorios.
2. Debe pensarse en una iluminación que cumpla en los planos
horizontal y vertical, en otras palabras, que alumbre al jugador por 360
grados; debe estar bien iluminado para que él pueda ver bien y se
siente seguro, que aprecie al frente y a los costados y que el rival lo
mire desde atrás; pero no menos importante es ver hacia arriba, por lo
balones en alto. Entonces se asegura que jugadores, árbitros y
cámaras de televisión desempeñen mejor su trabajo.
3. Asimismo, la iluminación debe cumplir con uniformidad, la cual refiere
al gradiente de luz que se tenga en la cancha, donde todos los puntos
tengan prácticamente la misma cantidad de luz de manera que no se
formen sombras, lo cual puede propiciar errores de apreciación en
jugadores, árbitros, espectadores y en cámaras de televisión.
4. Un aspecto más es el rendimiento de color, el cual debe ser arriba del
90%; la intensión es brindar las condiciones de iluminación lo más
cercanas a la luz de día, pues es así cuando el jugador desempeña
casi todas sus actividades. La temperatura de color debe ser de 4250
grados Kelvin, de acuerdo a lo que establece la FIFA para una
113
transmisión de televisión normal, y 5500 grados Kelvin en emisión en
Alta Definición.
5. El deslumbramiento es un aspecto crítico, pues si un portero es
deslumbrado puede terminar la jugada en gol; la FIFA también
establece niveles que beneficiarán a los participantes de un partido y a
la televisión.
6. Hay que tener en cuenta que cada deporte tiene características
especiales a las que debe adaptarse el alumbrado, por ejemplo, una
cancha de tenis es un espacio reducido, pero la pelota viaja a gran
velocidad; la cancha de futbol tiene dimensiones muy amplias y en
todos los sectores, incluso en el plano vertical, debe cumplir con
niveles de iluminación que permitan el mejor espectáculo.
RECOMENDACIONES
1. Al diseñar la iluminación de una instalación deportiva se deben tener
en cuenta la comodidad y el confort de los siguientes usuarios:
deportistas o jugadores, jueces o árbitros, espectadores y medios de
comunicación.
2. Los criterios de iluminación más importantes para la iluminación
deportiva son los siguientes: iluminación horizontal, iluminancia
vertical, uniformidad de iluminancia, deslumbramiento, modelado y
sombras y, apariencia del color y reproducción del color.
3. Las recomendaciones de diseño de iluminación deportiva son los
siguientes: nivel de iluminación horizontal (eh), la cantidad y calidad de
iluminación dependerá directamente de: el nivel básico de actividad,
según el nivel del juego, la rapidez del juego, la necesidad de
identificación de los participantes, la necesidad de identificación del
balón, la distancia entre el espectador y el terreno, el número de
espectadores
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
1. Manual de alumbrado Philips. Editorial Paraninfo. Madrid. 1994.
2. Manual del alumbrado Westinghouse. Editorial Dossat. S.A. Madrid.
1989.
3. Enríquez Harper, Gilberto. “Manual Práctico del Alumbrado”. Editorial
Limusa-Noriega. 2005.
4. Mazda Guía General 97 - 98.
5. Vitorio RE. Marcombo Boixareu. Editores. Barcelona. 1979.
6. J.A. Taboada. Manual de Luminotecnia OSRAM. Editorial Dossat. S.A.
Madrid. 1983. Pág. 320.
7. Manual del software DIALux 4.8.
