Diapositiva 1 - Web del Profesor

Luminotecnia
Prof. Luz Stella Moreno Martín
Tema II
Fotometría
• Luminotecnia
Es la ciencia que estudia las distintas formas de
producción de luz, así como su control y aplicación
Atenas-Grecia
Denver
Petersburg
Paris
Niagara
Las Vegas
Chicago
Londres
Moscú
Washington
Singapore
Vienna
Colonia
Venezuela
• Angulo Sólido
Es la zona del espacio limitada por una
superficie cónica.
ω = S2
R
Estereoradian sr
• Flujo Luminoso
Es la cantidad total de luz emitida o radiada,
En un segundo, en todas las direcciones. Por
consiguiente, el flujo luminoso de una fuente
es la energía radiada que recibe el ojo medio
humano según su curva de sensibilidad y que
transforma en luz durante un segundo.
1 watt-luz a 555nm = 683 lm
Φ = Flujo Luminoso (lm)
Lámpara de incandescencia de 60W
Lámpara fluorescente de 65W, “Blanca”
Lámpara halógena de 1000W
Lámpara de vapor de mercurio 125W
Lámpara de sodio de 1000W
730 lm
5.100 lm
22.000 lm
5.600 lm
120.000 lm
• Intensidad Luminosa
Es el flujo emitido en una dirección dada por
unidad de ángulo sólido (esteroradián). Es la
cantidad en la cual se describe la potencia de
una fuente o superficie iluminada para emitir
luz en una dirección determinada.
I = Intensidad Luminosa (cd) = Φ
ω
• Iluminancia
Es la densidad de flujo luminoso en un punto
de una superficie, en otras palabras, es el
flujo luminoso recibido por una superficie
E = Iluminancia (lx) =
Φ
S
Mediodía en verano
100.000 Lux
Mediodía en invierno
20.000 Lux
Oficina bien iluminada
Calle bien iluminada
Luna llena con cielo claro
400 a 800 Lux
20 Lux
0,25 a 0,50 Luz
• Luminancia
Es la intensidad de la luz emitida en una dirección
dada por área proyectada de una superficie
luminosa o reflectante. O también, es la relación
entre la intensidad luminosa y la superficie
aparente vista por el ojo en una dirección
determinada.
L = Luminancia (cd/m2) =
I_
Sapar
=
I _
S*cosα
• Superficie aparente
Se conoce por superficie aparente Saparente vista
desde una dirección determinada a la proyección
de una superficie S sobre un plano perpendicular
a dicha dirección.
Saparente= S*cosα
• Rendimiento luminoso o eficiencia
luminosa
El rendimiento luminoso expresa el rendimiento
energético de una lámpara y mide la calidad de
la fuente como un instrumento destinado a producir
luz por la transformación de energía eléctrica en
energía radiante visible.
ε =
Ф_ = Lumen/Watio = lm/W
P
Tipo de Lámpara
Potencia
(W)
Rendimiento
Luminoso (lm/W)
Incandescente común 40W/220V
40
11
Fluorescente L 40W/220V
40
80
Mercurio de alta presión 400W
400
58
Halogenuros metálicos 400W
360
78
Sodio a alta presión 400W
400
120
Sodio a baja presión 180W
180
183
• Cantidad de Luz
Es denominada también energía luminosa, es la
energía radiante producida por un manantial de
luz, o el flujo luminoso que es capaz de dar un
flash fotográfico o para comparar diferentes
lámparas según la luz que emiten durante un cierto
periodo de tiempo. Su símbolo es Q y su unidad es
el lumen por segundo (lm·s).
Q = Cantidad de luz (lm*h) = Ф * t
• Coeficiente de utilización
Es la relación entre el flujo luminoso recibido por
un cuerpo o superficie ΦS y el flujo emitido por la
luminosa Φ.
η=
Фs
Ф
• Reflectancia
Es la relación entre el flujo luminoso reflejado por
una superficie Φr y el flujo recibido en la superficie
ΦS.
ρ=
Фr
ФS
• Absortancia
Es la relación entre el flujo luminoso absorbido por
una superficie Φa y el flujo recibido en la superficie
ΦS.
α=
Фa
ФS
• Transmitancia
Es la relación entre el flujo luminoso transmitido por
una superficie Φt y el flujo recibido en la superficie
ΦS.
τ=
Фt
ФS
• Factor de uniformidad media
Es la relación entre la iluminación mínima y la media,
medidas en la superficie iluminada por una instalación
de alumbrado
Um =
Emin
Emed
• Factor de uniformidad extrema
Es la relación entre la iluminación mínima y la máxima,
medidas en la superficie iluminada por una instalación
de alumbrado
Ue =
Emin
Emax
• Factor de uniformidad longitudinal
Es la relación entre la luminancia mínima y la máxima
longitudinal, medidas en la superficie iluminada por
una instalación de alumbrado
Ul =
Lminlongitudinal
Lmaxlongitudinal
• Factor de uniformidad global
Es la relación entre la luminancia mínima y la media,
medidas en la superficie iluminada por una
instalación de alumbrado
Uo=
Lmin
Lmed
• Factor de mantenimiento
Es coeficiente que determina el grado de conservación
de una instalación de alumbrado.
Fm= Fpl*Fdl*Ft*Fe*Fc
De donde:
- Fpl: factor posición lámpara.
- Fdl: factor depreciación lámpara.
- Ft: factor temperatura.
- Fe: factor equipo de encendido.
- Fc: factor conservación de la instalación.
• Magnitudes y Fórmulas
Magnitud
Flujo Luminoso
Intensidad
Luminosa
Iluminancia
(nivel
Iluminación)
Luminancia
Eficacia
luminoso
de
Fórmula
Unidad
Φ
Lm
I = Φ/ω
Cd
E = Φ/S
lux
L = I/(S*cosα)
cd/m2
ε = Φ/W
lm/W
Magnitud
Reflectancia
Absortancia
Transmitancia
Factor
uniformidad
Media
Factor
uniformidad
extrema
Fórmula
ρ=
α=
τ=
Um =
Ue =
Unidad
Фr
%
ФS
Фa
%
ФS
Фt
%
ФS
Emin
%
Emed
Emin
Emax
%
Magnitud
Factor
uniformidad
longitudinal
Factor
uniformidad
global
Factor de
mantenimiento
Fórmula
Ul =
Lminlongitudinal
Unidad
%
Lmaxlongitudinal
Uo =
Lmin
%
Lmed
Fm = Fpl*Fdl*Ft*
Fe*Fc
%
• Leyes Básicas en Luminotecnia
• Ley de la inversa de los cuadrados:
"La iluminación en un punto de un plano
perpendicular a la línea que une el punto
y la fuente, es igual a la intensidad luminosa
de la fuente en la dirección del punto,
dividida por el cuadrado de la distancia
entre punto y fuente".
E =
I_
r2
Demostración
I = E1*r1
2
I = E2*r2 2
E2*r22
= E1*r1
2
E1 = r2 2
E2 r12
• Ley del coseno del ángulo de incidencia:
La luminancia en un punto cualquiera de una superficie es proporcional
al coseno del ángulo de incidencia de los rayos luminosos en el punto
iluminado
Ep =
I
*cosα
2
r
Demostración
I
Ep = 2*cos3α
h
• Iluminancia normal, horizontal y vertical:

Iluminancia normal:

Iluminancia horizontal:

Iluminancia vertical:
EN =
I
r2
EH =
I
*cos3α
2
h
Ev =
Demostración
I
2α
*senα*cos
h2
• Relaciones de iluminancia:
a) Vertical/Horizontal
EV ≥ 0,25
EH
b) Vectorial/esférica
E
ES
ES =
Φ .
4*π*r2
E =
Φ .
π*r2
c) Cilíndrica/horizontal
0,3 ≤ EC ≤ 3
EH
d) Vertical/Semicilindrica
0,8 ≤
Ev
≤ 1,3
Esemicil
0
modelado muy duro
π/2=1,57 modelado muy suave
Φ
ω
• Ley de Lambert:
“Esta Ley considera que una superficie luminosa
considerada como un punto, presenta un brillo
constante (luminancia constante), cualquiera sea
la dirección de observación”.
I1 = Imáx*cosα1
I2 = Imáx*cosα2
I = Imáx*cosα
L=
I
ds*cosα
I *cosα1
I1
= máx
=
ds*cosα1
ds*cosα1
Imáx
ds
Imáx*cosα2
I
2
L2 =
=
=
ds*cosα
ds*cosα2
2
Imáx
ds
L1 =
L=
Imáx
ds
• Representación gráfica de las magnitudes
luminosas
• Sistema de coordenadas cartesianas:
y
x
• Sistema de coordenadas polares:
• Plano o corte longitudinal y transversal
• Plano o corte de Imax o principal
• Centro óptico de la luminaria
• Apertura del haz de luz
• Angulo de inclinación de la luminaria:
• Curvas polares:
Son gráficos que expresan el reparto de
intensidades en un plano determinado. Estos
gráficos son los más usados, en ellos se indican
los repartos de intensidades en planos que
pasan por el eje vertical de la luminaria; se
representa en un solo plano si la distribución
es simétrica rotacional.
Ireal = Φlámpara* Igráfico
1000
De haz extensivo
De haz intensivo
Cuando hay simetría a uno o dos ejes, o no la
hay, se acostumbran a representar las curvas
de los planos del corte longitudinal y
transversal de la luminaria.
Dependiendo de su dirección, puede ser:
 Omnidireccionales

Bidireccionales

Unidireccionales
• Sólidos fotométricos:
Es el volumen formado mediante diversas
curvas polares, correspondiente a distintos
planos, la cual determina la distribución en
el espacio de toda la luminaria.
• Matrix de intensidades:
También es posible encontrar estos datos en unas
tablas llamadas matriz de intensidades luminosas
donde para cada pareja de valores de C y 
obtenemos un valor de I normalizado para una
lámpara de flujo de 1000 lm.
Matrix del tipo C-γ de una luminaria de alumbrado público
Matrix del tipo V-H de un reflector
• Curvas isolux:
Son un conjunto de curvas que unen puntos de
una superficie con el mismo valor de iluminación.
Son análogas a las curvas de nivel de los planos
topográficos, pero en lugar de expresarse en
metros indican lux.
I(C,)
EH = h2
*cos3α
Φ
K = 1000*h2
Demostración
• Diagramas Cartesianos:
También denominado diagrama rectangular. Se
utiliza cuando se trata de expresar gráficamente
las características de los proyectores. Los planos
utilizados son los mismos que se indican en el caso
de las curvas polares.
• Diagramas isocandelas:
Es la representación gráfica del conjunto de valores
de intensidades que se suministran en la matriz de
intensidades, se efectúa mediante las curvas
resultantes de la unión de los puntos de igual
intensidad.
Diagrama isocandelas de alumbrado público
Diagrama isocandelas rectangular de un reflector
• Curvas del coeficiente de utilización:
El coeficiente de utilización es el cociente entre
el flujo útil y el flujo emitido por la lámpara.
El coeficiente de utilización es de gran ayuda, para
el cálculo aproximado. Las curvas del coeficiente
de utilización, son el porcentaje del flujo luminoso
de la luminaria que incide en una determinada
superficie. Se aplican a las luminarias de alumbrado
público, y se obtienen a partir de las curvas isolux
unitarias, integrando el flujo en zonas paralelas al
eje longitudinal de la calzada.
η*Ф*fm
Emed = A*d
Equipos usados en luminotecnia
Equipos para medición
• Goniofotómetro
Es un equipo para realizar las medidas de las intensidades
en cualquier dirección en el espacio. Proporciona
información en dos coordenadas angulares.
• Goniofotómetro tipo A
• Goniofotómetro tipo B
• Goniofotómetro tipo C
• Luxómetro
Es un instrumento de medición que permite medir simple
y rápidamente la iluminancia real y no subjetiva de un
ambiente. La unidad de medida es lux (lx). Contiene una
célula fotoeléctrica que capta la luz y la convierte en
impulsos eléctricos
• Luminancimetro
Es un instrumento capaz de medir luminancias en cualquier
ambiente. La unidad de medida es cd/m2. La medida en
este equipo no depende sólo del punto a medir, sino de la
dirección, es por esto que el aparato se debe orientar en la
dirección a la superficie que se desea medir.
• Espectroscopio
Es un instrumento que sirve para medir las propiedades
de la luz en una determinada porción del espectro
electromagnético.
• Esfera de Ulbrich
Es un equipo que tiene la función de medir el flujo luminoso.
Consiste en una esfera hueca pintada de blanco opaco con
índice de reflexión del 80%, con un orificio para realizar la
medida del flujo luminoso.
Equipos para Pruebas
• Máquina Vibratoria
Es un equipo diseñado con la finalidad de determinar la
resistencia de las luminarias sometidas a esta prueba. Es
un equipo que tiene la función de crear vibración
controlada con el propósito de simular las presiones y
vibraciones debido a las cargas a la que será sometida la
luminaria en el poste por la acción del viento y los
movimientos del poste por tráfico pesado a su alrededor
(puentes elevados).
• Cámara de Polvo
Es una caja metálica hermética diseñada para realizar
pruebas a la luminaria y determinar si esta es totalmente
hermética o únicamente está protegida contra ingreso
limitado de polvo, esta prueba generalmente se realiza a
las luminarias de alumbrado público.
• Cámara de Lluvia
Este equipo permite determinar el grado de hermeticidad
de las luminarias al agua, está compuesto por un sistema
de regaderas que suministran agua a la luminaria a prueba
a una presión adecuada.
• Péndulo de Impacto
Este equipo se utiliza para determinar el grado de
protección que presenta la luminaria contra daños
mecánicos o resistencia a los impactos.
Índice de Protección IPXXX
Número
Primer Número: Grado de
protección contra los
elementos externos
Segundo Número:
Grado de protección
contra la entrada de
humedad
Tercer Número:
Grado de resistencia
a los impactos
0
No protegido contra el
contacto accidental y el
contacto con cuerpos externos
No protegido contra la
humedad
____
1
Protegido contra objetos
sólidos de diámetro superior a
50 mm
Las gotas de agua no
deben tener efectos
perjudiciales
Energía máxima que
soporta 0,225 Joule
2
Contra contacto de dedos con
partes bajo tensión y contra
penetración de objetos sólidos
de diámetro superior a 12 mm
Las gota de agua no
deben tener efectos
perjudiciales
Energía máxima que
soporta 0,375 Joule
3
Contra contacto con piezas bajo
tensión a través de
herramienta, cables u objetos
de grosor superior a 2,5mm y
contra penetración de objetos
sólidos de diámetro superior a
2,5 mm
El agua que cae en un
ángulo de hasta 60º no
debe tener efectos
perjudiciales
Energía máxima que
soporta 0,5 Joule
4
Contra contacto con piezas bajo
tensión a través de
herramientas, cables u objetos
de grosos superior a 1 mm y
contra penetración de objetos
sólidos de diámetro superior a 1
mm
Las salpicaduras de agua
procedentes de cualquier
dirección no deben tener
efectos perjudiciales
_____
5
Protección completa contra
contacto con partes bajo tensión
y contra acumulación perjudicial
de polvo pero no hasta el punto
de afectar el funcionamiento
El agua proyectada por
una tobera desde
cualquier dirección no
debe tener efectos
perjudiciales (diámetro de
la tobera: 6,3 mm, presión
30 KPa)
Energía máxima que
soporta 2 Joule
6
Protección completa contra
contacto con partes bajo tensión
y contra penetración de polvo
El agua proyectada por
una tobera desde
cualquier dirección no
debe tener efectos
perjudiciales (diámetro de
la tobera: 12,5 mm;
presión 100 KPa)
_____
7
_____
_____
Energía máxima que
soporta 6 Joule
9
_____
_____
Energía máxima que
soporta 20 Joule