ILUMINACIÓN DE CALIDAD: PÁGINA WEB/CD ROM PARA LOS

ILUMINACIÓN DE CALIDAD: PÁGINA WEB/CD ROM PARA LOS
ESTUDIANTES DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA DE LA ETSID
Gema Prats, Rafael Masot, Almudena Robert, Elena Gadea , Salvador Segui,
Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño
[email protected]
1. RESUMEN.
La calidad de la iluminación en la escuela y en el hogar es un factor muy
importante a la hora de determinar la velocidad, precisión y confort necesarios
para desarrollar las tareas visuales. La iluminación debería satisfacer a su vez
las necesidades psicológicas y emotivas de los alumnos así como influir
positivamente en su comportamiento y en la capacidad de atraer su atención y
mantenerla.
El artículo contiene un breve resumen de conceptos básicos en iluminación y
tipos de alumbrados. También presenta datos sobre los niveles de iluminación
de las salas de lectura de la propia Universidad Politécnica, así como de las
condiciones de iluminación disponibles en los lugares habituales de estudio de
los estudiantes -bibliotecas, salas de estudio, hogares-. Además se incluyen los
resultados de un cuestionario sobre el tipo de iluminación del que se dispone
en el hogar o lugar de trabajo según la actividad que se realice. El estudio
revela que en general la iluminación de estos lugares es inapropiada y
demuestra el desconocimiento generalizado acerca de las correctas
condiciones de iluminación.
Como parte de una asignatura titulada “Iluminación”, incluida dentro de la
titulación de Ingeniería Técnica Electrónica, los autores de este artículo están
desarrollando un CD-ROM y una página web con información concerniente a
diferentes aspectos de la iluminación. El CD incluye el cuestionario con objeto
de ampliar la muestra de estudio y contrastar las conclusiones obtenidas.
Además permite al usuario descubrir si la calidad de la iluminación de que
dispone es adecuada y ofrece a su vez soluciones a problemas habituales.
El CD y la página web realizan una breve introducción a temas relacionados
con la calidad de la iluminación, un análisis sobre los tipos de lámparas
disponibles, sus características básicas, tipos de lámparas recomendadas para
interiores en función de la actividad, distribución de las mismas así como lo
necesario para alcanzar los niveles de iluminación ambiental adecuados para el
estudio. Se explica además cómo realizar mediciones de niveles de
iluminación. Se incluyen también en el CD y en la página web diferentes
prototipos a implementar por los estudiantes con objeto de medir la iluminación.
Palabras clave: condiciones de iluminación, calidad de iluminación, acceso a
páginas web de autoaprendizaje .
2. INTRODUCCIÓN
Un sistema de iluminación debe proporcionar un entorno visual óptimo, en las
distintas situaciones que se presentan al realizar una actividad específica. Ello
implica que se debe suministrar en el plano de trabajo la cantidad de luz
necesaria para realizar dicha actividad, facilitar los contrastes lumínicos para
una adecuada percepción de los objetos, eliminar las fuentes de
deslumbramiento y los brillos incontrolados que producen fatiga visual y
disponer de fuentes de luz con una reproducción cromática adecuada [1].
Algunos conceptos [2] útiles para el estudio de las fuentes luminosas son:
El flujo luminoso es la cantidad de luz que produce sensación luminosa en el
ojo humano, emitida por una fuente de luz por unidad de tiempo y se mide en
lúmenes (lm).
La iluminancia o nivel de iluminación es la densidad de flujo luminoso sobre
una superficie (lm/m2), su unidad es el lux, y es una medida de la radiación
luminosa emitida por la lámpara.
La eficiencia luminosa, cociente entre el flujo luminoso (lm) y la potencia
absorbida (W), permite hablar de lámparas en términos de rendimiento
lumínico.
La distribución del flujo luminoso emitido es un factor relevante en la
selección de las luminarias a utili zar y proporciona una clasificación de las
mismas dependiendo de que la iluminación lograda sea directa, semidirecta,
directa-indirecta (o general difusa), semiindirecta o indirecta [3]. La pertenencia
a uno u otro grupo depende de los porcentajes del flujo luminoso emitido que
se dirigen hacia abajo o hacia arriba de la luminaria.
El tipo de iluminación utilizado depende de las necesidades de la actividad a
realizar. Para aplicaciones donde interese principalmente la cantidad de
iluminación, tales como en aulas, bibliotecas, escritorios y laboratorios, se
requieren luminarias con distribución luminosa directa.
Por otra parte, en función de la disposición de las luminarias en el local, el
alumbrado de interiores se clasifica, según [3] en los siguientes grupos:
Alumbrado general: proporciona una iluminación uniforme en todo el
habitáculo.
Alumbrado general localizado: similar al primero pero limitado a las zonas de
trabajo donde se necesita alto nivel de iluminación.
Alumbrado suplementario: se focaliza en los puntos específicos de trabajo y
se complementa con el alumbrado general o general localizado.
3. TIPOS DE LÁMPARAS
La lámpara es el componente esencial del sistema de iluminación, ya que es la
encargada de producir luz. La selección de la lámpara se realiza en función de
sus parámetros característicos [2] que son principalmente dos:
1. La temperatura de color (ºK) o apariencia de color, que permite
clasificarla en fría, intermedia o cálida.
2. El rendimiento de color (IRC). Es un número entre 0 y 100 que nos dice
lo fiable que es una lámpara para la reproducción de los colores. Las
luces de rendimiento bajo (menos de 80) no son capaces de reproducir
los colores fielmente.
En el mercado existen numerosos tipos de lámparas [4] aptas para la
iluminación de interiores, en las que varía, entre otros factores, la duración de
la lámpara o vida útil, el consumo y la calidad de la luz que emiten.
Las lámparas de incandescencia son las más tradicionales de todas [4]. Su luz
es de gran calidad y de muy buena reproducción cromática, debido a su gran
rendimiento de color. Su eficiencia luminosa es muy baja (10-20 lm/W) y su
duración limitada (1000 horas). La enorme difusión de estas lámparas se debe
a su sencillez de utilización, su bajo coste y su elevada flexibilidad.
Las lámparas halógenas [4] son un 30% más eficaces que las incandescentes
por su mayor temperatura de funcionamiento. Proporcionan una luz más blanca
y nítida, lo que permite una perfecta discriminación del color, y poseen una vida
útil de unas 2000 horas.
Por último, las lámparas fluorescentes [4] ofrecen una buena calidad de luz y
una reproducción natural de los colores. Su consumo energético es muy
reducido y su duración de ocho a diez veces mayor que las incandescentes
(unas 10.000 horas). Dentro de esta clase se encuentran las lámparas
fluorescentes compactas, con tamaños, formas y distribución de luz
equiparables a las incandescentes, pero con características de duración y
ahorro de energía propias de una lámpara fluorescente.
Las lámparas fluorescentes se utilizan exclusivamente para la iluminación de
las aulas mientras que la mayoría de las lámparas usadas por los estudiantes
son lámparas de incandescencia, según se verá posteriormente.
4. ILUMINACIÓN DE CALIDAD EN LOS CENTROS EDUCATIVOS
La iluminación en las dependencias de los centros de enseñanza [5] debe
basarse en un alumbrado general, que proporcione un nivel de iluminación
uniforme en todo el local, independientemente de la ubicación de profesores y
alumnos. En salas de estudio y bibliotecas se recomienda combinar un
alumbrado general de intensidad media con uno suplementario dispuesto sobre
el escritorio.
En aulas y laboratorios se aconseja una apariencia de color intermedia, sobre
todo si existe aportación de luz natural, y un rendimiento de color entre 70 y 85.
En cuanto al nivel de iluminación requerido, cuyo incremento mejora
notablemente el rendimiento visual, existe una gran dispersión entre los niveles
óptimos normalizados por distintos países. Para los centros de enseñanza se
establece un rango de 500 – 700 lux para aulas, salas de reunión y bibliotecas,
y de 700 – 1.000 lux en laboratorios y aulas de dibujo. En bibliotecas y salas de
estudio donde se utiliza alumbrado suplementario la relación entre los niveles
de iluminación del lugar de trabajo y su entorno inmediato debe ser menor de
3:1 y entre el lugar de trabajo y sus alrededores inferior a 10:1. Este requisito
influye en el confort del proceso visual.
Otro aspecto a tener en cuenta es que se debe evitar el deslumbramiento, que
depende del tipo, posición e iluminancia de las luminarias y viene limitado por
los valores de iluminancia admisibles.
Todo lo indicado lleva a concluir que las lámparas más adecuadas para la
iluminación de aulas y laboratorios son las fluorescentes, ya que proporcionan
un nivel de iluminación uniforme, una luz de buena calidad y una reproducción
natural de los colores. Las luminarias deben disponer de elementos de control
de la luz (preferentemente rejillas) para la reducción del deslumbramiento. La
disposición más conveniente de las luminarias es en líneas rectas, paralelas a
la dirección principal de visión y a las paredes en que se encuentran las
ventanas. En cualquier caso, debe evitarse la visión directa de las lámparas y
la formación de reflexiones molestas sobre la superficie de la pizarra.
5. RESULTADOS EXPERIMENTALES EN LAS AULAS
Se procedió a la medición de la luz artificial generada por lámparas
fluorescentes instaladas en 20 aulas de la ETSID, exponiéndose los resultados
en la siguiente tabla :
Iluminación estándar en las aulas (sin luz natural)
Sobre la pizarra: 300 lux
Mesas de los estudiantes: 500 lux
Mesa del profesor: 460 lux.
Tabla1
Éstos valores están justo en el límite inferior de los niveles óptimos
recomendados (500-700 luxes). Ello es debido a dos causas principales:
-
Los alumbrados están demasiado elevados sobre las mesas. Una
solución a este problema sería bajar un poco los alumbrados del techo
mediante el empleo de cadenas más largas que las actuales. El nivel de
la iluminación aumentaría hasta los 1000 lux bajando apenas un metro la
suspensión de las mismas.
-
El envejecimiento de los alumbrados. Las bombillas proporcionan menos
luz a medida que van envejeciendo.
Afortunadamente, la utilización conjunta de estos alumbrados junto con
iluminación natural hace que los niveles de iluminación en las aulas sea
generalmente el adecuado. No obstante debe tenerse en consideración que las
clases en las universidades españolas suelen comenzar alrededor de las 8 AM
y finalizar pasadas las 9 PM. Este horario implica que en determinadas
estaciones del año se carezca de iluminación natural para ciertas franjas del
horario lectivo. Por ello se deben tomar medidas para asegurarse que las
aulas están dotadas de suficiente luz artificial, especialmente en las que se
imparten asignaturas relacionadas con el dibujo técnico, donde los niveles de
iluminación mínimos aconsejados deben estar cercanos a los 1000 lux.
Se ha realizado una encuesta a los alumnos de la especialidad de electrónica
de la ETSID durante el curso pasado. Esta encuesta se llevó a cabo mediante
un cuestionario de 20 preguntas con objeto de conocer la calidad de la
iluminación de que disponen los alumnos tanto en las aulas como en sus
lugares de estudio. El estudio reveló que el 75% de los estudiantes
consideraban la iluminación de las clases y de los laboratorios adecuada,
aunque se quejaban con frecue ncia del bajo nivel de iluminación de las pizarras
y de los reflejos que habitualmente se producen en las mismas (véase el
gráfico 1).
¿Consideras adecuado el nivel de iluminación
de las aulas y de los laboratorios?
17%
Reflejos en la
pizarra
Nivel de iluminación inadecuado
en las pizarras
8%
Bueno
75%
Gráfico 1
6. ILUMINACIÓN EN LOS LUGARES DE ESTUDIO
La iluminación en las estancias del hogar dedicadas al estudio debe de estar
constituida por una combinación de alumbrado general junto con lámparas
suplementarias situadas sobre el escritorio o mesa de dibujo. Las actividades
que pueden llevarse a cabo en este lugar pueden ser muy variadas, desde
tareas que requieren un acusado esfuerzo visual, como el dibujo técnico hasta
la lectura de ocio.
En el hogar se prefieren apariencias de color cálidas y rendimientos de color
óptimos con valores entre 80 y 100.
Los niveles de iluminación aconsejados en las estancias de los hogares se
establecen alrededor de los 100-300 lux, mientas que en las estancias
dedicadas al estudio se recomiendan valores de 500-700 lux. La relación entre
los niveles de iluminación del plano de trabajo y de los alrededores inmediatos
debe mantener una relación de 3:1. Además la relación de iluminación entre la
zona de trabajo y los alrededores más alejados debe mantenerse en
proporciones cercanas a 10:1. El nivel de confort aumenta a medida que los
contrastes se reducen, tal y como se ha comentado anteriormente.
La selección de un tipo de iluminación general para las áreas de estudio
depende de las preferencias del usuario. No obstante, la selección de la
iluminación suplementaria debe llevarse a cabo teniendo en cuenta que las
lámparas incandescentes generan cierta cantidad de calor. Este problema
puede resolverse empleando lámparas fluorescentes compactas.
7. RESULTADOS EXPERIMENTALES EN LUGARES DE ESTUDIO
Una parte de las preguntas incluidas en el cuestionario realizado a los alumnos
eran acerca de sus lugares y horarios habituales de estudio con el objeto de
valorar sus conocimientos respecto a este tema. Además se preguntaba por el
tipo de iluminación, tipo de lámparas y su potencia, y los niveles de iluminación
de los que disponen con el fin de saber la situación real de los alumnos. Del
análisis de estos resultados se desprende:
(a) Conocimientos previos sobre iluminación en los lugares de estudio:
El 72 % de los encuestados no sabían que la iluminación adecuada para el
estudio se compone de un alumbrado general complementado con
iluminación intensa puntual. De esta mayoría, el 34% consideraba que la
mejor iluminación para el estudio era una iluminación indirecta y que la
utilización de iluminación local más intensa era innecesaria. El 38% restante
creían que lo más adecuado para el estudio era una iluminación local
intensa, sin la necesidad de iluminación general para evitar contrastes
bruscos.
Sólo el 25% de los encuestados conocían los niveles de iluminación
adecuados para el estudio (1000 lux), y únicamente el 12% conocían los
niveles recomendados para tareas relacionadas con el dibujo (1500 lux).
Todo esto pone de manifiesto que el conocimiento que tienen los
estudiantes en temas de iluminación es muy pobre.
(b) Respecto al tipo de lámparas utilizadas y su potencia:
Para el alumbrado general la mayoría de los estudiantes (79%) opta por las
lámparas incandescentes mientras que para el alumbrado localizado se
reparten entre bombillas incandescentes (55%) y halógenos (30%) (ver
gráficos 2 y 3).
Tipos de lámparas en alumbrado general
Tipos de lámparas para estudio
Ahorro energético
Fluorescentes
6%
Fluorescentes
6%
9% Halogenas
35%
Incandescentes
79%
Incandescentes
Gráfico 2.Tipos de bombillas usadas en
lámparas de lectura de alumbrado general
5%
bombillas de ahorro energético
10%
30%
Halogenas
20%
Incandescentes con bombilla azul
Gráfico 3.Tipos de bombillas usadas en
lámparas de lectura de escritorio
Aproximadamente la mitad de las lámparas halógenas usadas como luz de
lectura tiene una potencia de 50W, mientras que la otra mitad se distribuye
igualmente entre lámparas de 20W, de 30W, y de 40W. La potencia de las
lámparas de ahorro energético se divide igualmente entre 20W y 9W. La
mayoría de las lámparas fluorescentes son de 11W, mientras que la
potencia más común para las lámparas incandescentes es de 60W. Estos
valores están dentro de la gama que ofrece un suficiente nivel de
iluminación, aunque como se analizará posteriormente son inadecuados
para el estudio, es decir, se produce una iluminación de mala calidad.
(c) Niveles de iluminación:
Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores, los niveles de
iluminación en las zonas de estudio deberían rondar los 1000 lux, siendo la
iluminación adecuada en los alrededores de unos 300 lux. Sin embargo la
encuesta realizada revela que el 71% de los estudiantes tienen una
iluminación en las proximidades del plano de estudio alrededor de los 100
lux y sólo un 13% disponen de niveles de iluminación adecuados (ver
gráfico 4).
Niveles de iluminación en el plano de trabajo
25%
% estudiantes
20%
15%
10%
5%
0%
0-100
200300
400500
600700
800900
10001100
12001300
14001500
16001700
18001900
Lux
Gráfico 4
Estos niveles de luz se podrían ver mejorados por la luz natural pero si
tenemos en cuenta que más del 70% de los encuestados prefieren estudiar
entre las 4 PM y las 8 PM y que el periodo lectivo se detiene durante el verano,
se concluye que los estudiantes deben de mejorar los niveles de luz artificial a
fin de que sean adecuados para poder realizar sus tareas de forma que
obtengan el máximo rendimiento del tiempo invertido.
8. MATERIAL MULTIMEDIA: CD INTERACTIVO DE DIVULGACIÓN DE
CONCEPTOS BÁSICOS DE ILUMINACIÓN.
De los resultados del cuestionario analizados en el anterior punto se desprende
el gran desconocimiento que existe por parte del alumnado sobre conceptos
básicos de luminotecnia y cómo puede influir este desconocimiento en el
rendimiento de su trabajo. Con objeto de difundir entre los alumnos los
conceptos básicos explicados anteriormente, de manera que obtengan los
mejores resultados posibles de su esfuerzo intelectual se está confeccionando
un CD.
Este CD-ROM en principio está orientado a alumnos de electrónica de la
ETSID, aunque puede ser utilizado por todo aquel interesado en mejorar la
calidad de su iluminación.
Respecto a los contenidos del CD son los que se muestran en el gráfico 5. La
apertura del CD-ROM carga directamente una página con el test sobre
iluminación en el lugar de estudio que se desea realizar a los alumnos para
valorar su nivel de conocimientos previos al uso del CD. Existe la posibilidad de
salir del test y pasar a un menú de contenidos para usuarios que ya lo hayan
realizado. La opción ENVIAR envía los resultados del test a un servidor que se
encarga de acumular estadísticas a fin de incrementar la muestra tomada en el
presente estudio.
Una vez el usuario ha finalizado con el test podrá acceder al menú de
contenidos que incluye la visualización de los resultados de su test y más
información relevante que se detalla a continuación.
En los resultados del test el usuario podrá comprobar cuan lejos ha estado de
las respuestas correctas y obtendrá recomendaciones para mejorar la
iluminación en su lugar de estudio. Desde aquí es posible enlazar con el
servidor de estadísticas.
Para aquellos usuarios a quienes el test les haya despertado el interés, se les
ofrece la oportunidad de aprender nociones básicas sobre luminotecnia. Estos
usuarios podrán profundizar en temas como:
-
La psicofísica de la visión, o cómo influencia la iluminación sobre la visión
humana, cómo factores como la insuficiencia de iluminación, la reflexión o el
deslumbramiento, pueden afectar negativamente a la visión, provocando
efectos secundarios que inciden directamente sobre la salud del individuo,
bien sea fatiga ocular, dolores de cabeza, etc.
-
La fotometría, que recorre las magnitudes físicas y unidades que permiten
evaluar los fenómenos luminosos, tales como el flujo luminoso, la
iluminancia, y la eficiencia luminosa. Muestra asimismo los distintos tipos de
gráficos y diagramas de iluminación que pueden encontrarse en el mercado,
como las curvas de distribución luminosa, los diagramas isocandela y las
curvas isolux.
-
Lámparas y luminarias, que repasan los distintos tipos de iluminación que
pueden ofrecerse en un entorno, es decir, general o localizada, y la forma
de focalizar dicha iluminación, utilizando distintos tipos de alumbrado como
iluminación directa o indirecta. Se describirán los tipos de lámparas que
existen en el mercado, su principio físico de funcionamiento, rendimiento y
vida útil, así como los tipos de luminarias y su función en la distribución de
la luz emitida por la lámpara.
-
Los niveles de iluminación, proporcionados en función de las actividades
que se van a realizar en el local a iluminar. Se muestran tanto los niveles de
iluminación recomendados por las múltiples bibliografías, como aquellos
niveles de iluminación recogidos en la normativa legal vigente aplicable a
temas de alumbrado.
Una vez sentadas las bases sobre luminotecnia, el usuario puede abordar la
iluminación en el estudio. Para ello se detallan niveles de iluminación
recomendados distinguiendo el tipo de actividad y se indican posibles
distribuciones de luminarias para obtener dichos niveles tanto en las aulas,
bibliotecas como en el lugar de estudio. Los alumnos pueden consultar
fotografías donde se presentan ejemplos de configuraciones de iluminación
apropiadas y desaconsejadas. Para poder realizar el diseño de la iluminación
adecuada se introduce el diseño de iluminación de interiores especificándose
tanto los métodos como herramientas de libre distribución para su cálculo. Por
último, se pueden consultar las medidas tomadas en la Universidad Politécnica
y las conclusiones que se desprenden de las mismas y que forman parte del
presente artículo.
TEST
e-mail
BBDD
Resultados del
test
La luz y la visión
Luminotecnia
Fotometría
Lámparas y
luminarias
Niveles de
iluminación
Tipos de lámparas
Tipos de luminarias
Tipos de iluminación
Nivel de iluminación
recomendado
Distribución de luminarias
La luz en el
estudio
Ejemplos
7
Diseño de iluminación en
interiores
Resultados de
medidas en UPV
Luxómetro
Herramientas de
medida
Circuitos analógicos
Programa de cálculo
Curiosidades
Aprende más
Enlaces
Bibliografía
Gráfico 5
Dado que el usuario al que se dirige este CD es un alumno de electrónica se
han presentado distintas herramientas para medir los niveles de luz de forma
que puedan cumplimentar el test. Por una parte se explica la herramienta
comercial para la medida de luz, el luxómetro, y se incluyen enlaces a
catálogos comerciales. Por otra parte se indican otros métodos para obtener
dichos niveles. Para ello se incluye el montaje de un circuito electrónico básico
basado en una LDR y la tabla de equivalencias entre voltios medidos y luxes.
Además sería posible utilizar uno de los programas de cálculo para obtener los
niveles de luz a partir de los datos de potencia de las lámparas y su distribución
espacial.
Por último se incluye la bibliografía utilizada, enlaces a páginas de internet
interesantes y a curiosidades como el efecto de la luz en las plantas y animales
de acuario, o cómo medir el nivel de luz a partir del fotómetro incorporado en
las cámaras de fotos.
9. CONCLUSIONES
En el presente artículo se han esbozado algunas pautas a seguir para
conseguir una iluminación de calidad en las aulas y zonas de estudio. A su vez
se han propuesto algunas soluciones para mejorar los niveles de iluminación
en aulas, como bajar un poco la altura de las luminarias sobre el plano de
trabajo.
El estudio realizado a través de una encuesta a los alumnos de la ETSID revela
la falta de conocimiento de los requisitos para una iluminación de calidad en las
zonas de estudio, lo cual se traduce en deficiencias en a
l iluminación de las
mismas.
Teniendo en cuenta este hecho y los efectos derivados de una iluminación de
mala calidad, se ha optado por confeccionar un CD con el objeto de que los
estudiantes sean informados sobre la influencia de unos buenos niveles de
iluminación en la efectividad del estudio, evalúen su nivel de conocimientos
respecto de este tema y dispongan de una guía sobre cómo conseguir estos
niveles.
9. REFERENCIAS
[1] C. Jiménez. Oficinas (Manuales de luminotecnia). Ed. Ceac, D.L. 1997.
[2] J. Roger, M. Riera y C.Roldán. Tecnología Eléctrica. Ed. Síntesis, D.L.
2000.
[3] A. Castejón y G. Santamaría. Tecnología Eléctrica. Ed. McGraw-Hill, D.L.
1993.
[4] Spectrum. Catálogo General de Lámparas 2000. General Electric Lighting,
2000.
[5] L. C. Fernández Salazar. Técnicas y aplicaciones de la iluminación. Ed.
McGraw-Hill, D.L. 1992.