Sebastián Fernández - Instituto de Ingeniería Eléctrica

GRUPO DE FOTOMETRÍA E ILUMINACIÓN
Alumbrado público
● Objetivo
● Tecnologías consolidadas
● Tecnologías nuevas
● Las comparamos
● Cómo evaluarlas y cómo elegir
● Cómo medimos la luz
● Lúmenes fotópicos, escotópicos, ¿mesópicos?
● LabFot
Alumbrado público
● Fin
●
Iluminar de forma adecuada
●
●
●
●
●
nivel
distribución
color
Requerir el mínimo mantenimiento posible
Minimizar el impacto ambiental desde fabricación
hasta disposición final
Tecnologías
disponibles
● Consolidadas
●
●
●
Mercurio AP
Sodio AP, BP
Halogenuros metálicos
● Y las que irrumpen en el mix
●
●
LED
Inducción magnética
Mercurio AP
● De salida hace años
● Superada por
halogenuros
metálicos
Sodio BP
● La de mayor eficacia y peor IRC
● Muy poco uso
Sodio AP
● Compromiso entre
mercurio y sodio BP:
●
●
Alta eficacia
IRC malo pero no tanto
como sodio BP
● Estrella en iluminación
vial hasta hace pocos
años
Halogenuros
metálicos
● Son lámparas de mercurio
halogenadas
● Muy buen IRC
● Eficacia mas baja que sodio
AP
● Ópticamente muy versátiles
● Capacidad muy alta de
emisión de flujo
● Uso en alumbrado público:
limitado a donde se requiere
buena reproducción cromática
LED
● Versatilidad óptica
● Vida útil
● Muy buen IRC
● Color seleccionable
según tipo (RGB)
● Eficacia: ha alcanzado
al sodio AP
● Pero:
●
●
Temperatura
Costo
Inducción magnética
● Idem fluorescentes, pero sin
electrodos:
●
Vida útil muy extendida
● Pero:
●
●
Requieren fuente AF
Lámparas voluminosas, poco versátiles ópticamente
● Eficacia: como las lámparas fluorescentes
● Muy buen IRC
● Utilidad en lugares donde hay imposibilidad de
mantenimiento
Eficacia, IRC,
duración
lm/W
IRC
Vida (h)
Incandescente
10-20
100
1000*
Mercurio AP
40-55
60
15000
Sodio BP
150-200
0
18000
Sodio AP
90-140
20-30
20000-32000
HM
80-120
60-90
10000-20000
LED
80-120
70-80
50000**
IM
55-85
70-80
65000-100000**
* valor de mercado, halógenas 2000-4000 horas
** lámpara, no el equipo auxiliar
lm/W vs IRC
Salud,
disposición final
● No contienen mercurio:
●
●
Sodio BP
LED
● Emiten UV:
●
●
●
●
Mercurio AP
Halogenuros metálicos
Inducción magnética
LED: muy poco, nada si es RGB
Reencendido,
ciclado
● Ciclado
●
●
●
Inducción magnética: aceptable
LED: excelente
resto: limitado
● Reencendido
●
●
Inducción magnética, LED: instantáneo
resto: de 3 a 20 minutos
Depreciación de
flujo
● Inducción magnética
●
●
Menor que consolidadas
~10% a 12000 horas
● LED
●
●
La menor
~5% a 12000 horas
¿Cómo elegir?
¿Cómo evaluar?
● Se debe tener en cuenta
●
●
Qué se desea iluminar
Qué requisitos/restricciones hay
●
●
¿Proyecto nuevo o retrofitting?
No existe tecnología superior en todos los
parámetros
● Sobre la tecnología a elegir
●
●
●
Impacto fabricación
Impacto durante el uso
Impacto de la disposición final
Durante el uso
● Necesidad de mantenimiento
● Consumo → se mide en forma sencilla
● Resultado → medición de la luz producida
●
●
¿Qué es la luz visible?
¿Cómo se mide?
RADIACIÓN
ELECTROMAGNÉTICA
OJO
LUZ
Medición y
percepción de la luz
Sebastián Fernández
Instituto de Ingeniería Eléctrica
Facultad de Ingeniería
Universidad de la República
Medición de luz
¿lm/w?
¿lx?
Sebastián Fernández | [email protected]
3 conceptos
1. Proceso de visión y fotometría
2. Curva de sensibilidad del ojo y su variación con
la luminosidad
3. Espectro de emisión se diferentes tecnologías
Sebastián Fernández | [email protected]
¿Para qué?
•
Entender diferencias en medición de luminancia
•
Percepción de luminancia con fuentes de luz y
condiciones diferentes
Sebastián Fernández | [email protected]
1. Visión y fotometría
Observador percibe
radiación reflejada
Curva sensibilidad del ojo
"Eyesensitivity" by Skatebiker, vector by Adam Rędzikowski
Unidades fotométricas:
Radiación ponderada por Curva Sensibilidad
Sebastián Fernández | [email protected]
2. Curva sensibilidad
nivel luminancia
percibida
visión
curva
eficiencia
> 5 cd/m2
fotópica
V
< 5cd/m2
> 0.005 cd/m2
mesópica
< 0.005 cd/m2
escotópica
CIE 1924, 1978
Vm
CIE 2010
V’
CIE 1951
C.R. Nave, Georgia State University
Curva cambia con la luminosidad percibida
Sebastián Fernández | [email protected]
2. Curva sensibilidad
Visión mesópica (CIE 191:2010)
•
•
•
m depende de
luminancia percibida
calculo de m: proceso
iterativo
aumento gradual de
sensibilidad hacia los
azules
Vmes(m) = [m.V + (1-m).V’ ] . K(m)
L > 5 cd/m2 : m = 1
L < 0.005 cd/m2 : m = 0
Sebastián Fernández | [email protected]
3. Espectro de emisión
Luz blanca con diferente distribución de potencia a lo
largo del espectro.
Sebastián Fernández | [email protected]
Diferencias medición lx
6 lx
13 lx
9 lx
Sebastián Fernández | [email protected]
Esquema equipos medición
Sebastián Fernández | [email protected]
Experimento
Comparar medición de equipos ante diferentes tecnologías
Sebastián Fernández | [email protected]
Resultados
Se calibra con incandescente => poco error
Diferente composición espectral => diferente error
Sebastián Fernández | [email protected]
Resultados
Diferencia de hasta un 50% entre equipos
Sebastián Fernández | [email protected]
Espectro vs V
Errores en aproximación de V
más evidentes en algunos espectros
Sebastián Fernández | [email protected]
Conclusiones
•
Calibrar equipos para cada tipo de fuente
•
Hay veces que no es suficiente:
•
•
Misma tecnología diferente composición
espectral (leds cálidos y fríos)
•
Mezcla de tecnologías en un mismo ambiente
Espectroradiometro me brinda más información
Sebastián Fernández | [email protected]
Percepción de luminancia
Escuchado: ”Si bien el equipo mide X lx,
hay que multiplicarlo por Y%
porque es luz blanca y el ojo la percibe más"
Sebastián Fernández | [email protected]
Eficiencia dependiendo de
condiciones de visión
Led blanco frío
•
•
Sodio
Valores fotometricos ponderados para visión escotópica, dan
más favorables al led.
PERO, generalmente estamos en fotópica y comienzos de
mesópica.
Sebastián Fernández | [email protected]
Relación S/P
Led blanco frío
S/P led blánco frío = 2 a 2.25
Sodio
S/P sodio alta presión = 0.45 a 0.70
P = flujo ponderado con V (visión fotópica)
S = flujo ponderado con V’ (visión escotópica)
S/P me da una idea de la cantidad de potencia en longitudes
de onda de los azules Sebastián Fernández | [email protected]
CIE 191:2010
Factor de corrección de medidas fotópicas depende de:
1. relación S/P de la fuente
2. Luminancia percibida en ese escenario
Sebastián Fernández | [email protected]
Luminancia percibida
Comité CIE JTC1 trabajando en definir condiciones de visión
mesópica, campo de visión, guía aplicación CIE 191:2010
Sebastián Fernández | [email protected]
Conclusiones
•
Consenso de CIE sobre visión mesópica
•
No es sencillo cuantificar efecto visión mesópica
(dependencia de espectro, escenario y campo de
visión). Se esta trabajando actualmente.
•
No se pierde por proyectar con luces con mayor S/P.
Luminacia percibida será mayor o igual a la medida.
•
En el futuro podrá utilizarse para ajustar flujo luminaria
de acuerdo a luminancia del entorno (ahorro extra)
Sebastián Fernández | [email protected]
Pupilumenes
0,78
pupillumenes = lumenes.(S/P)
Berman, S. , 1991
Cambio en visión depende de
luminancia percibida
no de la fuente de luz.
**NO USAR PUPILÚMENES**
Sebastián Fernández | [email protected]
LabFot-IIE-FING
Universidad de la República
Facultad de Ingeniería
Instituto de Ingeniería Eléctrica
Departamento de Potencia
Laboratorio de Fotometría e Iluminación
Otros departamentos
Otros institutos
Otras facultades
ANTECEDENTES EN
FOTOMETRÍA
● Trayectoria con mas
de medio siglo de
historia
● Etapa actual: Grupo
de Fotometría e
Iluminación
trabajando en forma
ininterrumpida
desde 1996
INSTALACIONES DEL
LABORATORIO
●
Sala de
caracterización
eléctrica y
fotométrica de
lámparas
ESFERA DE ULBRICHT
SADE E INSTRUMENTOS
INSTALACIONES DEL
LABORATORIO
● Equipamiento de la sala
●
●
●
●
●
Esfera integradora
Luxímetro de alta
precisión LMT S1000
Lámparas patrón y de
referencia
Vatímetros y multímetros
SADE (Sistema de
automatización de
ensayos)
LÁMPARAS PATRÓN
INSTALACIONES DEL
LABORATORIO
● Sala negra
●
●
Goniofotómetro C-g
Banco fotométrico
GONIOFOTÓMETRO
BANCO FOTOMÉTRICO
INSTALACIONES DEL
LABORATORIO
● Sala de ensayos IP
●
●
●
Cámara de polvo (IP5x, IP6x)
Equipo de lluvia (IPx3)
Boquilla normalizada para
ensayo de chorro (IPx5)
CÁMARA DE POLVO
EQUIPO DE LLUVIA
INSTALACIONES DEL
LABORATORIO
● Sala de envejecimiento
de lámparas
ENVEJECIMIENTO DE LÁMPARAS
BANCO DE EQUIPOS AUXILIARES
LAB. DE
EFICIENCIA DE LFC
● Motivación
●
Eficiencia Energética
●
●
●
Etiquetado de lámparas
Necesidad de laboratorio en
plaza
Laboratorio Fotometría IIE
realizaba estos ensayos pero
●
●
Sin capacidad de absorber
demanda
Sin capacidad de
envejecimiento de 2000 horas
INSTALACIONES
NUEVAS
● Salas de envejecimiento
●
●
●
●
Control automatizado
Ambiente controlado
Alimentación controlada
Capacidad
●
100 h
●
●
200 puntos → 10 modelos
2000 h
●
400 puntos → 20 modelos
INSTALACIONES
NUEVAS
● Salas de envejecimiento,
equipamiento:
●
●
●
●
3 reguladores de tensión
10 kVA c/u
3 tableros de control
3 parrillas 200 portalámparas
c/u
5 equipos de aire
acondicionado 24000 BTU/h
INSTALACIONES
NUEVAS
● Sala de ensayos
●
●
●
Ambiente controlado
Equipamiento para
lograr régimen
simultáneo de 20
lámparas
Realización de
ensayos: manual
INSTALACIONES
NUEVAS
● Sala de ensayos,
equipamiento:
●
●
●
●
●
●
2 esferas integradoras
2 luxímetros
Lámparas incandescentes de
referencia + fuentes DC
2 wattímetros
Fuente AC/DC regulable de
baja distorsión
Medidor de temp. de color
INSTALACIONES
NUEVAS
● Desafíos futuros
●
●
●
●
●
●
Adquisición de algunos equipos faltantes (ej. registrador
de temperatura)
Ajustes operativos a equipamiento desarrollado y
fabricado por el Grupo y el Taller del IIE
Automatización de la ejecución de ensayos
Automatización de la generación de informes de ensayo
Acreditación del ensayo de LFC según UNIT 1160
Adecuación / ampliación de las instalaciones para
realizar ensayos completos a lámparas LED
SERVICIOS
OFRECIDOS
● Luminarias
●
●
●
●
●
Distribución de intensidad luminosa
Cálculo de flujo por integración
Medida de flujo en esfera integradora
Determinación del rendimiento fotométrico (cuando
es posible, no en LED)
Grado IP
● Ensayo de balizas viales según UNIT 1114
● Ensayo de semáforos
SERVICIOS
OFRECIDOS
● Curvas fotométricas de lámparas u otras
fuentes luminosas
● Medida de características eléctricas y flujo
luminoso en esfera de Ulbricht
● Ensayos de grado IP (cifras 3 y 5 de agua,
cifras 5 y 6 de polvo)
● Ensayo de LFC según UNIT 1160
SERVICIOS
OFRECIDOS
● Ensayo de lámparas de mercurio de alta
presión (norma IEC 60188)
● Ensayo de lámparas de sodio de alta presión
(norma IEC 60662)
● Ensayo de balastos para lámparas de descarga
a alta presión (normas IEC 60922, 60923)
● Calibración de luxómetros
● Ensayos especiales a pedido del cliente
Muchas gracias
● El Grupo de Fotometría e Iluminación queda a
vuestra disposición por cualquier consulta:
[email protected]
● Encargado del Laboratorio:
Ing. Nicolás Rivero
[email protected]
● Ing. Sebastián Fernández
[email protected]