Actuaciones recomendables en el alumbrado interior

A fondo
Artículo Técnico
Actuaciones
recomendables
en el alumbrado interior
(*) Por José Ignacio Urraca Piñeiro
ESPECIAL
Definir cómo los sistemas de iluminación LED pueden ser diseñados para iluminar instalaciones de
alumbrado interior bien de manera
muy uniforme o de forma desigual
es el reto que se ha marcado el autor
de este interesante artículo técnico.
José Ignacio Urraca Piñeiro, asesor
Técnico de Anfalum y un cualificado profesional en la materia, nos
acerca a esta realidad, reflexionando sobre todos los enfoques técnicos
posibles y apuntando una serie de
recomendaciones que merecen ser
tenidas muy en cuenta.
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D
ebido a su direccionabilidad,
los sistemas de iluminación
LED pueden diseñarse para
realizar las instalaciones de
alumbrado interior de manera muy uniforme o de
forma desigual. Un cierto
grado de uniformidad en la iluminación es una cualidad positiva, pero un alumbrado muy uniforme, según
el tipo de actividad, se considera negativo. Una sala parece más brillante cuando las distribuciones luminosas
son más dispares.
La apariencia de la sala podría resultar un problema
para las soluciones de iluminación LED. De acuerdo con
la Publicación CIE nº 205 del año 2013, ciertas partes del
campo de visión son significativas en la evaluación del
alumbrado, especialmente una banda horizontal de
aproximadamente 40o de ancho, centrada a la altura normal del ojo, constituye una parte importante del campo
de visión en la valoración de la apariencia de la sala.
También las superficies más distantes e incluso las
situadas en la periferia del espacio iluminado son primordiales, sin desdeñar la luminancia del techo que
ajustado control óptico que ofrecen los LED puede eliminar esta cualidad, a menos que los diseñadores de la
iluminación LED sean conscientes de la preponderancia
de la apariencia del local iluminado.
En orden a ello, se considera necesario que la iluminación interior mediante sistemas LED cumpla lo dispuesto en las tablas del capítulo 5 de la norma UNE-EN
12464-1, en cuanto a la iluminancia de las superficies
en el área de la tarea, uniformidad, deslumbramiento
(UGR), e índice de rendimiento de color (Ra), así como
ajustarse a lo establecido en la norma UNE-EN 12193
cuando se trate de instalaciones deportivas.
La iluminancia de las áreas circundantes inmediatas a
la superficie de la tarea puede ser más baja que la iluminancia de la tarea, pero sin que nunca resulte inferior a los
valores establecidos en la tabla 1 de la citada norma UNEEN 12464-1, con una uniformidad mínima de UO ≥ 0,40.
En el área de fondo debe alcanzarse una iluminación de un tercio (1/3) del valor de la del área
circundante inmediata, con una uniformidad mínima UO ≥ 0,10.
Además de todo ello, se recomiendan
determinadas actuaciones en lo que incumbe al brillo, modelado, sombras, consistencia y estabilidad de color, así como fatiga
visual, parpadeo y efectos estroboscópicos,
que seguidamente se especifican.
r
tiene repercusión en la evaluación del brillo de la sala,
considerando que la distribución de luminancias desempeña un papel sustancial en dicha valoración.
La luz procedente de los LED puede ser dirigida al
plano de trabajo, de forma que tanto la iluminancia general de la tarea como el alumbrado localizado es posible proporcionarlos con una gran eficacia luminosa y
eficiencia energética, dados los superiores factores de
utilización alcanzados con la iluminación LED respecto
al alumbrado, por ejemplo, con lámparas de descarga.
Sin embargo, teniendo en cuenta la direccionabilidad de la luz emitida por los LED, los niveles de luminancia vertical en los locales podrían caer, en comparación
con las condiciones de iluminación producidas por una
solución de alumbrado convencional que facilita una iluminancia de la tarea equivalente a la de los sistemas LED.
Las soluciones con lámparas fluorescentes son más
difíciles de controlar ópticamente, pero la luz propagada
de forma dispersa frecuentemente resulta útil, porque
incluye los planos verticales del espacio iluminado. El
Brillo
Las luminarias, fuentes de luz (lámparas y LED)
ventanas, lucernarios, etc., situadas en la línea
de visión de las personas deben tener un brillo
controlado, por lo que se recomienda que la
luminancia para ángulos de visión críticos (de
45o a 85o) sea inferior a 1500 cd/m2.
Para áreas con pantallas de ordenador o
con monitores de televisión se estima aconsejable que
las luminarias, fuentes de luz, ventanas claraboyas, etc.,
tengan una luminancia inferior a 500 cd/m2 para ángulos mayores de 65o tomados desde la vertical.
Modelado
Se define como la capacidad de la iluminación para
destacar formas y texturas, que pueden hacerse más
evidentes utilizando la iluminación direccional o de
acento como suplemento imprescindible de la iluminación general (difusa), por lo que los criterios de modelado son de gran significación.
La iluminación de acento, entendida como la direccional instalada para realzar un determinado elemento
(producto, mueble, talla, etc.) y dirigir la atención de las
personas para su observación, como complemento de
la iluminación general, permite resaltar acertadamente
los objetos y sus características.
Aumentando o disminuyendo la intensidad de la
iluminación se puede crear un variado patrón de luces
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50 lux con una uniformidad Uo ≥ 0,10 en un plano horizontal a una altura concreta, por ejemplo, 1,2 m para
personas sentadas y 1,6 m para personas de pie.
No obstante, en áreas donde la buena comunicación
visual es importante, especialmente en oficinas, áreas de
reunión y de educación, la iluminancia cilíndrica media
(Ec) no debería resultar inferior a 150 lux con Uo ≥ 0,10.
En lo que atañe al equilibrio entre la luz difusa y la
direccional, la mencionada norma UNE-EN 12464-1
determina que el cociente entre la iluminación cilíndrica y la horizontal (Ec / Eh) en un punto constituye un
indicador del modelado, por lo que para disposiciones
uniformes de luminarias o claraboyas, establece un valor comprendido entre 0,30 y 0,60 para dicha relación,
como referencia válida de un buen modelado.
Con todo y con eso, según la Publicación CIE nº 205,
se necesita una nueva medida mejorada del modelado,
para asegurar la calidad de la iluminación con todos los
tipos de fuentes de luz, incluyendo los LED.
El autor asegura que
una sala parece más
brillante cuando
las distribuciones
luminosas son más
dispares.
ESPECIAL
Las luminarias,
fuentes de luz
(lámparas y LED)
ventanas, lucernarios,
etc., situadas en la
línea de visión de las
personas deben tener
un brillo controlado.
y sombras, con contrastes que sugieren dinamismo, de
modo que cuanto más duras sean las sombras, más espectacular, dramático y agresivo será el efecto logrado.
Un idóneo modelado constituye el equilibrio entre
la luz difusa (iluminación general) y la luz direccional
(alumbrado de acento). Con los sistemas LED es posible
realizar iluminaciones direccionales fuertes, que podrán producir sombras oscuras sobre las caras.
La buena comunicación visual y el reconocimiento
del objeto dentro de un espacio, requieren que el volumen del espacio en el que se mueven o trabajan las
personas esté correctamente iluminado, lo que se satisface aportando la iluminancia cilíndrica media adecuada (Ec) en el espacio.
De conformidad con lo establecido en la referida
norma UNE-EN 12464-1, la iluminancia cilíndrica media
mantenida (iluminancia media del plano vertical) en la
actividad y en áreas interiores, no debe ser menor de
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Sombras
En alumbrado interior las sombras pueden ser útiles, por
ejemplo, creando contraste entre una huella de escalera
y el siguiente escalón. Las sombras son críticas para establecer el necesario contraste que mejore la visibilidad de
los objetos y caras, al tiempo que ayuda al observador a
apreciar, verbigracia, los detalles y sutilezas de los objetos
y elementos esculturales.
La Publicación CIE nº 205 afirma que las sombras en
movimiento facilitan una información crucial acerca de
la implantación espacial de la escena y del movimiento
relativo de los objetos en ella.
Las sombras pueden examinarse desde dos aspectos: sombras naturales y sombras creadas. Una sombra
natural se produce sobre el lado de un objeto opuesto al
que recibe la luz directa, mientras que una sombra creada es un diseño causado por el objeto iluminado sobre
una superficie de fondo.
El grado visualmente perceptible de una sombra
aumenta cuando se incrementa el tamaño de la luminaria que origina la sombra, crece el ángulo de incidencia de la luz, se acrecienta el contraste de luminancia entre la sombra creada y el área circundante más brillante,
se amplían las dimensiones de la sombra natural y, finalmente, se agranda el contraste de luminancia sobre
la luminaria que crea la sombra.
Por el contrario, el grado visualmente perceptible de
una sombra disminuye cuando se reduce el tamaño de
la penumbra y aminora la reflectancia de la superficie de
fondo sobre el que emerge la sombra.
Tanto las sombras naturales como las creadas tienen
dos características diferentes, que son la “dureza-suavidad”
o gradiente del borde de la sombra y la“claridad-oscuridad”
o contraste del área de luz comparada con el área oscura.
La “dureza-suavidad” depende de la claridad del contorno de la sombra, de modo que una sombra con un
A fondoartículotécnico
ESPECIAL
En alumbrado
interior las
sombras pueden
ser útiles, por
ejemplo, creando
contraste entre
una huella de
escalera y el
siguiente escalón.
No obstante, las posibles medidas a adoptar dependerán del tipo de actividad o aplicación a desarrollar,
ya que en muchos casos las sombras múltiples sobre la
parte superior de un mostrador o mesa pueden producir
distracción, mientras cuando se trata de una joyería se logra incluso mejorar la apariencia de los objetos o alhajas.
Para la iluminación de la tarea visual las sombras creadas son más convenientes para la visibilidad. Las luminarias LED, pueden ser una fuente de distracción, ya que
la agrupación o módulos LED suelen provocar sombras
múltiples que favorecen la confusión en la visión de los
objetos como, poner por caso, sobre superficies de mesas o proyectadas en paredes o suelos.
A menudo, como medida correctora eficaz para
mitigar las sombras creadas a partir de los LED, resulta
recomendable la instalación en la luminaria de una lente difusora simple o una superficie reflectante blanca
(translucida).
La Publicación CIE nº 205 del año 2013, concreta que
hoy en día no hay una medida que cuantifique el grado de
aceptación de las sombras producidas para distintas clases
de tareas visuales. Los estudios sobre sombras existentes
incluyen determinaciones sobre las características específicas de las mismas, así como algunas recomendaciones
para evitar apariencias desagradables.
Pese a ello, para considerar la sombra como un
criterio de diseño de iluminación interior, debería
previamente definirse una medida para graduar los
dos atributos de las sombras, la “dureza-suavidad” y la
“claridad-oscuridad”.
contorno perceptible de forma clara es una sombra dura.
Si es difícil diferenciar el perfil de la sombra, se trata de
una sombra suave.
La característica de “dureza-suavidad” de una sombra depende principalmente del tamaño de la luminaria
que la origina. Condiciones geométricas diferentes, tales
como las medidas del objeto, posición de la luminaria,
distancia del objeto a la luminaria y, para una sombra
creada, la distancia del objeto a la superficie de fondo,
afectan a las características de la sombra. El gradiente de
suavidad suele diferir de acuerdo a las dimensiones de la
sombra y penumbra.
Una sombra puede ser aclarada u oscurecida ajustando las componentes directa y difusa de
la luz emitida por la luminaria. La “claridad“Se considera necesario que la iluminación
oscuridad” de una sombra viene determinada fundamentalmente por la reflectancia de
interior mediante sistemas LED cumpla lo
las superficies interiores, la distribución de la
luz (directa, indirecta, etc.) y el número de ludispuesto en la norma UNE-EN 12464-1”
minarias. Además, también la reflectancia de
los muebles y del propio objeto iluminado, la
disposición de la luminaria y la distribución de
la intensidad luminosa de la misma, tienen asiConsistencia y estabilidad de color
mismo un efecto sobre el aclarado de la sombra.
Las diferencias de color blanco entre los LED es inheSi el tamaño de las luminarias es demasiado pequerente al proceso de producción de los mismos. Los LED
ño se pueden producir sombras duras, o cuando se utise fabrican a partir de un semiconductor juntando dos
lizan LED en una agrupación o módulo, con cada LED
sustratos de zafiro (Al2 03) o en general de carbono de
emitiendo la luz en una dirección diferente, se ocasionan
múltiples sombras, con la consiguiente interferencia en
silicio, uno rico en electrones libres (semiconductor tipo
el rendimiento de la tarea visual, alcanzando a causar disN) y el otro deficitario en electrones (semiconductor
tracciones u originar confusión en los usuarios.
tipo P, hueco o agujero).
Los trabajos de investigación llevados a cabo sobre
Cuando un electrón cae en un hueco (recombinación),
las sombras, lógicamente están muy estrechamente relaemite un fotón que es una partícula de luz, siendo el rencionados con los efectuados respecto al modelado.
dimiento de la pastilla o chip (LED) la relación entre el núNinguna medida a aplicar en relación a las sombras
mero de electrones inyectados, con una intensidad de luz
tiene, en principio, la intención de eliminarlas, sino de
(flujo de fotones) proporcional a la corriente de inyección.
variarlas o suavizarlas, de manera que las sombras duras
En la actualidad existen tres métodos para fabricar
o múltiples, no puedan enturbiar la interpretación de la
un LED que emiten luz blanca, el primero de cuales convisión de un objeto por el observador.
siste en utilizar tres LED monocromáticos (rojo, verde y
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Serie D-eco LED superficie
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Desarrollos y Utilizaciones Industriales, S.A.U. C/Ibarredi, 6 - Pol. Ind. Júndiz - Apdo. 5.008 - 01015 VITORIA (España)
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ESPECIAL
Una condición
exigible a la
iluminación de
buena calidad es que
ayude a las personas
a trabajar sin fatiga
visual.
azul), de forma que la síntesis de los tres colores produce luz blanca. Además de resultar costoso, por cuanto
cada LED exige una tensión de alimentación diferente,
esta técnica se utiliza muy poco ya que los LED de colores distintos no resisten de la misma manera los grados
de temperatura, y tampoco envejecen de modo similar,
modificándose así el color blanco inicial de la luz.
El segundo método, que es el más utilizado, radica
en la asociación de un LED azul que emite una radiación
de onda corta λ1 < 490 nm (color azul entre 450 y 490
nm), recubierto con fósforo que absorbe algunos fotones cortos para convertirlos en otra longitud de onda λ2
más larga. Por tanto, una parte de la emisión azul (por
electroluminiscencia) se transmite de forma directa,
mientras que debido al fósforo el resto se transforma
por fotoluminiscencia en una emisión en la zona amarilla del espectro visible. La asociación de las emisiones
azul y amarilla debido a síntesis aditiva produce la emisión de luz blanca.
En el tercer método, similar al segundo, la luz blanca emitida por un LED se lleva a cabo por medio de la
unión de emisión ultravioleta y fósforo. Es decir, es semejante al segundo método sustituyendo el LED azul
por un LED que emite luz en el intervalo ultravioleta
próximo al espectro visible (λ < 380 nm). Dicha emisión
ultravioleta se convierte en luz blanca, merced a la adición de una o más capas de fósforo, siguiendo el principio de la lámpara fluorescente.
La eficacia luminosa (lm/W) y el flujo emitido (lm)
es inferior para el tono de luz blanco cálido que para el
blanco frío, dada la irradiación directa de azul o ultravioleta que favorece la emisión de luz blanca fría, y que la
“Aumentando o disminuyendo la intensidad de
la iluminación, se puede crear un variado patrón
de luces y sombras, con contrastes que sugieren
dinamismo”
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obtención de luz blanca cálida requiere más capas de
fósforo rodeando al LED azul o ultravioleta, limitando en
mayor medida la salida del flujo luminoso emitido.
Debido a esta variación del tono de luz (blanco frío a
blanco cálido) los fabricantes seleccionan los LED en diferentes categorías (según el flujo luminoso, tensión y su
temperatura de color), debiendo efectuarse una rigurosa
selección mediante un triaje selectivo adecuado denominado “binning”, teniendo en cuenta que la tonalidad
blanco cálida es más difícil de obtener que la blanco fría.
Los fabricantes que no realizan un triaje selectivo riguroso, exponen a sus clientes a prestaciones deficientes de sus productos, como la variación del color blanco
de la luz emitida a lo largo del tiempo de funcionamiento de los LED, o el aspecto heterogéneo de la superficie
iluminada por los mismos.
También debe considerarse la desviación cromática del LED azul o ultravioleta y la eficacia del fósforo,
por lo que se constata un aumento de la temperatura
de color (tonalidad blanca fría), cuando la temperatura
de unión aumenta.
Expuestas las diferencias y variaciones de color entre los LED consustanciales al procedimiento de fabricación de los LED que emiten luz blanca, además y sobre
todo pueden cambiar de tono de color cuando se regula la fuente de luz.
A lo largo de la duración de vida de los LED, la consistencia y los desfases de color no son características nuevas de una fuente de luz. Sin embargo, son aspectos cualitativos nuevos en algunas áreas de alumbrado interior
funcional, cuando se utilizan sistemas LED para iluminar
superficies uniformes, ya que la apariencia del haz suele
mostrar diferencias de color visibles que pueden impactar en la calidad percibida de la solución de iluminación.
En razón a la apariencia de color de soluciones de iluminación LED orientadas verticalmente, la consistencia y estabilidad de color se considera más crítica para los LED situados en la línea de visión y cuando se comparan lado a lado.
Con arreglo a lo determinado en la Publicación CIE
nº 205, en la actualidad hay disponibles varias medidas
para la consistencia y estabilidad de color que resultan
adecuadas, tanto para las soluciones de iluminación
con LED, como para otras fuentes de luz.
Fatiga Visual
La energía radiante emitida por los LED ni es monocromática como la irradiada por los láseres, ni de banda ancha con espectro continuo como sucede en las
lámparas de incandescencia, sino algo intermedio entre ambas, es decir, en general se aproxima más a una
emisión casi monocromática que a un espectro continuo amplio y, por tanto, solamente tiene un ancho de
banda espectral de algunas decenas de nanómetros y
un pico de longitud de onda localizado en algún lugar
de la región visible o del infrarrojo cercano del espectro (λ > 760 nm).
A fondoartículotécnico
Una condición exigible a la iluminación de buena calidad es que ayude a las personas a trabajar sin fatiga visual
que, según varios estudios actuales, la evalúan utilizando
la frecuencia de fusión crítica de parpadeo, el tiempo de
respuesta de acomodación, la convergencia de punto
próximo y, por último, la disminución del área de acomodación, definida por el valor de integración de la curva de
respuesta cuando hay presentes estimulaciones próximas
(Takeda 1988), rendimiento de la tarea (por ejemplo tiempo de lectura) o informes subjetivos de fatiga visual.
ESPECIAL
A lo largo de
la duración de
vida de los LED,
la consistencia
y los desfases
de color no son
características
nuevas de una
fuente de luz.
Los resultados de experimentos sobre fatiga visual
con tareas en pantallas de ordenador, han puesto de
manifiesto que los sistemas de iluminación con distribución de energía espectral amplia tienen ventaja
sobre los de distribución de energía espectral estrecha
(Takeda 1988).
A partir de esto cabría suponer que sucede lo mismo cuando en alumbrado interior se aplican soluciones de iluminación LED con distribución espectral estrecha. No obstante, según la Publicación CIE nº 205, un
experimento llevado a efecto por Mochizuki (2009) en
el caso de alumbrado general con LED blancos, es decir,
LED emisores de azul que excitan un fósforo emisor de
amarillo, los resultados respecto a la fatiga visual no resultaban significativamente diferentes a los obtenidos
con lámparas fluorescentes.
Los LED pueden parpadear especialmente durante
el proceso de regulación. El fenómeno de parpadeo es
un factor que disminuye la sensibilidad del ojo humano y que puede disparar la fatiga visual, por lo que de
acuerdo con la Publicación CIE nº 205, Cao y col. (2011)
han propuesto en orden a su limitación, un método de
regulación óptimo de los LED orientado a mantener la
máxima agudeza visual.
Parpadeo y Efectos Estroboscópicos.
Un elevado porcentaje de reguladores utilizan modulación de anchura de impulso (PWM), como una técnica
idónea para activar y desactivar los LEDs a alta frecuencia,
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produciendo el efecto visual de regular la iluminación LED.
Los dispositivo de alimentación (drivers) de los LED
pueden llegar a producir parpadeo, y el flujo luminoso
emitido por los LEDs es capaz de variar a una frecuencia
relativamente baja. Según Paget (2011), se ha observado una amplia variedad de comportamientos de parpadeo fotométrico.
Igualmente, la regulación del flujo de los LEDs puede
acentuar la modulación de la luz y, por tanto, la percepción
de la impresión molesta del parpadeo. En los sistemas de
iluminación LED el parpadeo es un parámetro de calidad
que no se puede obviar.
Aunque IES (2010) recomienda una frecuencia de
salida mínima del dispositivo de alimentación (driver)
de 120 Hz para evitar el parpadeo perceptible, en principio, resulta insuficiente para asegurar la calidad de la
luz emitida, dado que en la actualidad según Poplawski
(2010), ninguna medida tiene en cuenta todos los parámetros del parpadeo.
La consideración esencial es definir el parpadeo que
causa efectos biológicos a los humanos en términos de
componentes de señales de baja frecuencia. Se tienen
que concretar las frecuencias umbral, por encima de las
cuales se espera que la iluminación LED no cause efectos biológicos a las personas.
Se debe reparar que, en algunos casos en los lugares de trabajo, los efectos estroboscópicos pueden
conducir a situaciones comprometidas, cambiando el
movimiento percibido, bien de la maquinaria giratoria,
o de la que se mueve en vaivén.
En relación a los criterios de calidad, la Comisión Internacional de Iluminación en su Publicación CIE nº 205
de 2013 establece, entre otras, la siguiente conclusión:
El parpadeo y los efectos estroboscópicos no se tienen en cuenta de manera apropiada por las medidas corrientes. La investigación está avanzando
para desarrollar una nueva medida que ayudará a
tratar adecuadamente la molestia y la distracción
del parpadeo y de los efectos estroboscópicos.
Finalmente, no debe olvidarse que el aludido marco
normativo (UNE-EN 12464-1 y UNE-EN 12193) establece las exigencias básicas de calidad de la iluminación
interior, que no son otras que satisfacer las necesidades
de rendimiento, confort visual y seguridad de las personas con capacidad oftálmica (agudeza visual, percepción de profundidad y de color) normal.
Todo ello con el consiguiente ahorro en el consumo
de energía eléctrica, al que contribuyen principalmente los
sistemas LED, mediante la ejecución de instalaciones de
alumbrado interior eficientes, que se ajusten a lo dispuesto
en el Código Técnico de la Edificación y a su actualización
por Orden FOM/1635/2013, de 10 de septiembre.
(*) José Ignacio Urraca Piñeiro
Asesor Técnico de Anfalum
APLICACIONES DE EXTERIOR
www.etisa.com/led.php
Pot. equivalente
100 W
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50 W
Eficiencia Energética
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55%
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El módulo ETILED es un componente de la luminaria y por lo tanto su utilización en luminarias
existentes y/o instaladas está sujeta a la previa autorización expresa de ETI S.A., sin ella las
condiciones de garantía y responsabilidad quedan automáticamente suspendidas.
(*) Caracterización fotométrica realizada en el laboratorio
de fotometría de Aido, acreditado por ENAC.