Arquitectura - La Luz y la Iluminación Artificial

ARQUITECTURA
LA LUZ Y LA ILUMINACION ARTIFICIAL
Ha sido creciente la importancia de la iluminación en la arquitectura. Los avances
tecnológicos en el campo de la luminotecnia amplían las posibilidades de diseño de un
ambiente, luminosamente funcional, energéticamente funcional, energéticamente eficaz e
integrado en la arquitectura.
El ser humano requiere el diseño de un ambiente confortable, que otorgue relevante
importancia a la iluminación artificial.
NATURALEZA DE LA LUZ
La luz es una forma de energía radiante electromagnética que se propaga en el espacio
vacío y a través de los cuerpos que llamamos transparentes, como un movimiento
undulatorio transversal.
Las ondas electromagnéticas son variaciones de campos eléctricos y magnéticos
originados por cargas en movimiento.
Al campo eléctrico se lo denomina con la letra E y al magnético con la letra H, estos dos
campos son perpendiculares entre si, representándose gráficamente como indica la fig. :
La radiación se origina fundamentalmente por movimientos de los electrones de los
átomos al pasar de un nivel energético de valor E1 a otro inferior E2, en este proceso se
emite un “quanto” de energía electromagnética de valor :
E = E1 - E2 = h . v
Donde :
E1 - E2 = diferencia de energía de los respectivos niveles en que se sitúa el electrón.
h = constante de Plank = 6,626176 . 10-34Js.
v = frecuencia de la onda electromagnética.
La velocidad de la luz en el vacío (c) es :
c = 3 . 108 m/s = 300000 Km./seg.
El ojo humano, entre las muchísimas ondas electromagnéticas solo percibe como luz
aquellas cuya frecuencia están comprendidas entre 4 .1014 Hz y 7,5 . 1014 Hz. A esta
pequeña región se la denomina porción visible del espectro electromagnético.
RADIACION LUMINOSA (ESPECTRO VISIBLE).
Formada por una banda muy estrecha de ondas electromagnéticas a las que es sensible
la retina del ojo. Se extiende desde una longitud de onda de 780mm hasta390mm y
frecuencias de
3,8 . 1014Hz y 7,7 . 1014Hz.
Según su longitud de onda o su frecuencia, la luz produce en nuestra retina diferentes
sensaciones que llamamos colores.
PROPIEDADES OPTICAS DE LA MATERIA.
Al incidir la luz sobre la superficie de separación de dos medios una parte de la energía
radiante incidente se refleja otra es transmitida o refractada y una tercera parte es
absorbida por el segundo medio y en general se disipa en forma de calor.
Denominamos :
ϑ a la reflectancia de la superficie ϑ = Er / E (1 > ϑ > 0)
τ a la transmitancia de una lamina τ = Et / E (1 > τ > 0)
α a la absortancia de la superficie α = Ea /E (α = 1 . τ . ϑ)
REFLECCION.
La luz que incide sobre la superficie es devuelta hacia el medio primitivo en mayor o
menor proporción todas las superficies reflejan parte de la luz que reciben y su color
depende de la longitud de onda de la luz que las mismas reflejen.
La reflexión puede ser especular, difusa, o mixta. La mayor parte de las superficies
producen reflexiones difusas o sea que devuelven luz en todas direcciones.
Si las superficie reflectante es muy lisa como la de un metal pulido, la superficie de un
liquido o de un vidrio, se produce una reflexión especular.
Las superficies semi-mates poseen una reflexión intermedia entre regular y difusa
llamada mixta.
El factor de reflectancia indica el porcentaje de luz recibida que vuelve a la superficie.
TRANSMISIÓN.
Se denomina transmisión al paso de los rayos de luz a través de un medio sin que se
produzca ninguna alteración de la frecuencia de sus componentes monocromáticos
cuando un rayo de luz llega a una superficie de separación entre dos medios y es
reflejado y/o absorbido totalmente (τ = 0) estamos ante un material opaco.
Si parte de la luz es transmitida a través del segundo medio estamos ante un material
transmisor o transparente (τ = 0).
El haz emitido puede seguir una transmisión regular en este caso se dice que el medio
es transparente, como por ejemplo el vidrio o cristal claro.
Si el haz se abre en todas direcciones siguiendo una transmisión difusa estaremos ante
un material traslucido.
REFRACCION.
Cuando un rayo de luz sale de un medio y entra en otro cambia su dirección. Este
cambio se debe a que la velocidad de la luz, disminuye si el medio es mas denso que el
anterior, y aumenta en caso contrario, este cambio de velocidad va siempre acompañado
de una desviación del rayo luminoso que se conoce como refracción.
Indice de refracción : Es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío (c) y la
velocidad de la luz ( de una determinada longitud de onda) en dicha sustancia.
La refractancia, absortancia y transmitancia son muy importantes en el ámbito
arquitectónico ya que permite estudiar y conocer el comportamiento de los materiales en
relación con la radiación luminosa.
MAGNITUDES FOTOMETRICAS.
Flujo luminoso : es la relación entre la energía luminosa Q emitida en un tiempo ∆T y
dicho intervalo de tiempo.
F = Q / ∆T ( F = lumen = lm )
Intensidad luminosa : es la relación entre el flujo F abarcado por una ángulo sólido ω y
dicho ángulo sólido.
I = F / ω = lm / st ( I = candela = cd )
Iluminacia : sea una pequeña superficie ∆S y ∆F el flujo luminoso que incide sobre ella,
se define como “iluminancia” en dicha superficie :
E = ∆F / ∆S
Si la iluminacion es la misma en toda la superficie S y F es el flujo que incide sobre ella
la expresión anterior queda :
E = F / S = lm / m2 = lux (lx)
La iluminacia también recibe el nombre de “nivel de iluminación”.
Luminancia :Las
lamparas
incandescentes
al
desnudo
son
manantiales
aproximadamente puntuales, basta el concepto de intensidad, para la mayor parte de los
cálculos de iluminación producidos por manantiales luminosos artificiales.
La introducción de globos esmerilados , pantallas difusoras etc.., ha echo que la mayor
parte de los manantiales sean extensos en vez de puntuales y haya adquirido importancia
creciente una propiedad de tales manantiales llamada “luminancia”.
Se denomina luminancia de un manantial extenso, en un punto de una superficie y una
determinada dirección a la intensidad luminosa por unidad de superficie emisora.
β = I / ∆S = cd / m2 = nit
ILUMINACION EN UN PUNTO PRODUCIDA POR UNA FUENTE PUNTUAL.
Las fuentes luminosas se clasifican en :
Puntuales ; cuando se observa o se mide desde una distancia aproximadamente igual a
cinco veces la mayor dimensión de la fuente.
Extensas : El cielo, los cielorrasos iluminados, etc..
LEY DE LA INVERSA DEL CUADRADO DE LA DISTANCIA.
La iluminancia en un punto de la superficie es directamente proporcional a la
intensidad luminosa en esa dirección e inversamente proporcional al cuadrado de la
distancia del punto a la fuente.
LEY DEL COSENO.
La iluminancia en un punto de una superficie es directamente proporcional al
coseno del ángulo de incidencia formado por la normal a la superficie y la recta que
une al punto con la fuente luminosa.
DIAFRAGMA DE DISTRIBUCION DE INTENSIDAD LUMINOSA (DIAGRAMA POLAR).
Son curvas que representan la distribución de la intensidad luminosa de una luminaria
en una dirección determinada y en un plano de referencia que contiene dicha dirección.
Estos diafragmas se aplican en el calculo de la iluminancia en un punto ya que permiten
determinar la intensidad luminosa en cualquier dirección si se conoce el ángulo que forma
esa dirección con el eje óptico.
Las intensidades luminosas emitidas por una lampara se representan gráficamente con
un vector originado en un punto considerado como centro emisor, orientado en una
dirección determinada y cuyo valor viene dado por su longitud en la correspondiente
escala. Si se une los extremos de los infinitos vectores así se obtiene un cuerpo de
revolución en el espacio. Si a este cuerpo se lo corta por cualquiera de los infinitos planos
que contiene al eje de simetría, se obtiene una curva de distribución de intensidades
luminosas o diagrama polar. Si la luminaria es simétrica se toman dos ejes y se
determinan los diagramas de distribución en las dos direcciones de la luminaria.
CARACTERISTICAS DE LA SENSACION VISUAL.
La percepción óptica de objetos y sucesos del mundo exterior se debe
fundamentalmente a sensaciones diferenciales. El ojo distingue las excitaciones luminosas
por su claridad, color, posición relativa en el espacio y sucesión en el tiempo.
La acción fundamental del ojo es la comparación de luminancias.
SENSACION DE CONTRASTE.
Es decir la diferencia entre claro y oscuro, es muy importante ya que para distinguir un
objeto necesitamos que se presente mas claro o mas oscuro que el medio que lo rodea.
Esta sensación varia con la iluminación, brillo, tamaño del objeto y la claridad del
espacio circundante.
SENSACION DE COLOR.
La sensación de color producida producida por el flujo luminoso tiene tres
características :
-Matiz : permite clasificar una sensación luminosa como roja, verde, azul, etc.. Esta
directamente relacionada con la longitud de onda.
-Saturación : describe el grado en el cual de separa de un gris neutro y se aproxima a
un color puro del espectro. El grado de saturación depende de la pureza del color.
-Brillo : la sensación de brillo se puede explicar de la siguiente forma : imaginemos una
gama de grises neutros que van desde el blanco en un extremo de la escala al negro en
el otro extremo el blanco evoca la máxima sensación de brillo.
CONFORT VISUAL.
Se considera al confort visual como lo contrario a fatiga visual o sea la disminución del
rendimiento del sistema visual a causa de una sobre carga en sus funciones, pero a veces
se extiende el concepto para alcanzar aspectos subjetivos, apenas la mera ausencia del
cansancio físico ocular.
DIFICULTAD DE LA TAREA VISUAL.
Los estudios realizados sobre los distintos tipos de tarea visuales han dado lugar a las
tablas de luminancias, visualmente se trabaja con niveles de luminancias requeridas.
DESLUMBRAMIENTO.
Se define como deslumbramiento a la existencia de luminancias excesivas o luminancias
desproporcionadas dentro de la visión.
El deslumbramiento directo se evita con la utilización de luminarias con baja
luminancias, o el simple apantallamiento de las lamparas que impiden su visión directa, el
deslumbramiento indirecto no siempre se puede evitar completamente dado que la
reflectancia de los objetos es indispensable para poder percibirlos. No obstante este
fenómeno se puede minimizar modificando la geometría del sistema de iluminación.
RELACIONES DE LUMINANCIA.
Un buen rendimiento visual requiere adecuadas relaciones de luminancias en todo el
campo visual. Las recomendaciones sobre relaciones máximas para conseguir un
ambiente confortable varían para los diferentes espacios, pero en general no debe
superar una relación de 1 a 3 entre la tarea y su entorno próximo.
MODELADO.
El modelado es el nombre que recibe el conjunto de contrastes de luces y sombras
creado por el sistema de iluminación : el modelado se acentúa si solo se dispone una o
dos fuentes muy puntuales ya que provocan sombras bruscas. Lo que proporciona una
sensación mayor de volumen al modelar el espacio.
RENDIMIENTO CROMATICO.
El rendimiento cromático de las fuentes luminosas pueden afectar gravemente al
rendimiento visual de las tareas cuando en estas sea muy importante la discriminación
cromática.
FUENTES LUMINOSAS.
Las actualmente en uso se pueden agrupar en :
lamparas incandescentes
lamparas de descarga
Dos características muy importantes de las lamparas son su rendimiento luminoso y su
rendimiento de color.
RENDIMIENTO LUMINOSO.
En todas las fuentes luminosas primarias artificiales se suministra energía y se obtiene
radiación.
La energía radiante emitida por unidad de tiempo se denomina potencia radiante o flujo
radiante. La parte de flujo radiante que afecta al ojo se denomina flujo luminoso,
definimos :
Rend. Luminoso = Flujo luminoso (lm) / Flujo radiante (w)
El rendimiento luminoso expresa una propiedad de una muestra de flujo radiante. El
mismo termino se aplica también a un manantial luminoso tal como una lampara
incandescente o un tubo fluorescente, pero con significados algo distintos, que se expresa
como rendimiento luminosos total y se define así :
Rend. Luminoso total = Flujo luminoso (lm) / Potencia
eléctrica (w)
TEMPERATURA DE COLOR RENDIMIENTO CROMATICO.
Este termino se utiliza para describir el color de una fuente luminosa comparándola con
el de un cuerpo negro.
La temperatura de color de una fuente luminosa es la temperatura absoluta T del cuerpo
negro cuyas radiaciones producen la misma sensación de color que la fuente luminosa.
Para poder describir el rendimiento cromático de una fuente se utiliza el termino
apariencia de color de una fuente luminosa que viene dada por el tinte cromático que
toma una superficie blanca cuando se ilumina con dicha fuente. Se dice que la fuente es :
cálida : cuando su temperatura de color es inferior a los 3000 K.
fría : cuando su temperatura de color es superior a los 5000 K.
neutra : cuando su temperatura de color esta entre estos valores.
LAMPARAS INCANDESCENTES.
La incandescencia se consigue haciendo circular una corriente eléctrica a través de la
resistencia del filamento metálico. Estas lamparas producen radiación a partir del
calentamiento de un filamento que emite sobre todo radiaciones infrarrojas, son de baja
eficacia. Su rendimiento luminoso es de 20 lm/w como máximo.
Existen numerosos tipos de estas lamparas entre algunas de ellas están : lamparas
reflectoras, lamparas dicroicas, lamparas halógenas, etc...
LAMPARAS DE DESCARGA.
Componen el otro grupo de lamparas artificiales, dentro del cual por su importancia
veremos las lamparas fluorescentes.
La eficacia de este tipo de lamparas es aproximadamente el triple de la eficacia de las
incandescentes esto es alrededor de los 60 lm/w.
En general producen una luz muy fría debido al predominio de las radiaciones azules, sin
embargo la tecnología permite hoy en día tener tubos de luz mas cálidos con mayor
rendimiento cromático, a costa de menor eficacia.
Otras lamparas fluorescentes son : lamparas fluorescentes compactas, lamparas
fluorescentes trifósforo.
LAMPARAS DE VAPOR DE MERCURIO.
Funcionan mediante una descarga a través del vapor de mercurio contenido a alta
presión razón por la que requiere un tubo de cristal mas resistente como el cuarzo.
Su eficacia es el doble que el de las lamparas incandescentes.
LAMPARAS DE HALOGENUROS METALICOS.
Son básicamente lamparas de vapor de mercurio a las que se la añaden halogenuros
tales como talio, indio y otros.
Tienen mayor eficacia y menor vida útil que las de vapor de mercurio.
LAMPARAS DE VAPOR DE SODIO.
Han sido las primeras lamparas de descarga desarrolladas y su eficacia es alrededor de
180 lm/w, el rendimiento cromático es el mas bajo. Por su costo solo se usa para iluminar
calles, plazas, lugares donde no existen exigencia cromáticas.
ACONDICIONAMIENTO LUMINOSO.
Iluminación natural :
Las funciones de la iluminación natural son :
permitir el desarrollo adecuado de las actividades visuales.
darle al interior un aspecto natural que exige un adecuado confort.
logra un contacto con el interior.
también reducir lo mínimo posible el consumo de energía
La iluminación que alcanza el sol en el cenit en verano es de 100.000 lx.
En el caso de iluminación interior, el problema a resolver es la determinación de las
dimensiones, forma y disposición de las aberturas, como también características de los
interiores.
Iluminación artificial :
Un correcto diseño de iluminación debe estar fundamentalmente en un buen
conocimiento tanto de los criterios de diseño como de los sistemas de iluminación
existentes.
Los tipos de alumbrados a usar dependen del trabajo que se va a realizar en el espacio
en cuestión.
Sistemas de iluminación :
Requiere un conocimiento previo de los diferentes tipos de luminarias. Clasificación de
luminarias :
intensivas
Directas
extensivas
Semi-directas.
Directas/Indirecta.
Semi-inderecta.
Indirecta.
Difusa.
CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE ILUMINACION.
Este termino se utiliza para describir el efecto de la combinación de un tipo particular de
luminaria aplicada de una manera determinada en un local determinado.
Iluminación general.
Iluminación localizada o suplementaria.
Iluminación combinada.
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