CAPITULO 9 OPTICA Y FOTOMETRIA CURSO DE ILUMINACION

CAPITULO 9 OPTICA Y FOTOMETRIA CURSO DE ILUMINACION EFICIENTE 2005

OPTICA Y FOTOMETRIA INTRODUCCION En Luminotecnia, los conceptos de Optica y Fotometría están íntimamente relacionados. La óptica es la especialidad que estudia y desarrolla la parte de la luminaria encargada de distribuir la luz en el espacio; es de alguna manera el “corazón” de la luminaria. La fotometría, por su parte, es la encargada de evaluar el comportamiento de dicha óptica, su eficiencia, su forma de distribuír la luz en el espacio y con cuanta intensidad lo hace en cada sector. En una palabra, y para continuar con la analogía anterior, la fotometría es el “electrocardiograma” de la luminaria.

OPTICA Y FOTOMETRIA OPTICA En Luminotecnia, la óptica es una especialidad en la que el experto debe tener sólidos conocimientos no solo de física sino también de luminotecnia en general, tanto teóricos como prácticos, a los efectos de poder crear la luminaria que el diseñador requiere. El louver doble parabólico utilizado en los ejemplos, es una clara demostración de lo que es posible lograr con una óptica adecuada. Máx. 65º El louver doble parabólico es una óptica diseñada para que la luminaria no emita luz por encima del ángulo de 65º con la vertical. Esto es a los efectos de que las luminarias no se reflejen en las pantallas de los monitores de las PCs. (Ver “Iluminación de Oficinas”)

OPTICA Y FOTOMETRIA La óptica en el rendimiento de la luminaria Reflectores más eficientes En los ejemplos de esta página se puede observar como el pobre rendimiento de una luminaria ha podido ser mejorado en un 23% y concentrar su distribución luminosa tan solo corrigiendo el reflector.

OPTICA Y FOTOMETRIA La óptica en el rendimiento de la luminaria En función del tamaño de la fuente de luz. El tamaño de la fuente de luz es un elemento sumamente importante en en el rendimiento de una luminaria. En el ejemplo se puede observar como un tubo fluorescente de 38 mm de diámetro en un reflector parabólico concentrado impide (obstaculiza) la salida de una gran cantidad de rayos de luz debido a su gran tamaño. Esto además produce un recalentamiento del tubo quitándole rendimiento.

OPTICA Y FOTOMETRIA La óptica en el rendimiento de la luminaria En función de la eficiencia y el tamaño de la fuente de luz. También es importante el rendimiento de la fuente de luz. Un tubo fluorescente tipo T 5 no solo tiene menor diámetro sino también mayor rendimiento lumínico en términos de lúmenes por watt comparado con un T 8. El ejemplo muestra las estadísticas registradas sobre esta luminaria de espejo asimétrico tan solo por haber reemplazado el original tubo T 8 por un nuevo T 5. (origen USA)

OPTICA Y FOTOMETRIA Como ya se ha dicho anteriormente, la fotometría es la parte de la Luminotecnia encargada de “valorizar“ el comportamiento de una óptica. En realidad, una medición no es otra cosa que asignarle números a un objeto siguiendo ciertas reglas. Así por ejemplo, la fotometría nos dirá del rendimiento, la luminancia, el coeficiente de utilización, etc. de una luminaria con su óptica. ANGULO PLANO C= 90º g PLANO C= 30º PLANO C= 60º 0 289. 4 5 288. 3 291. 5 293. 0 10 285. 1 290. 2 15 276. 8 288. 3 20 265. 1 282. 2 25 250. 5 26 30 232. 1

OPTICA Y FOTOMETRIA Planos y ángulos de medición fotométrica C= 210º C= 180º C= 150º C= 120º C = 240º C= 270º C= 90º C= 60º C= 300º C= 330º SEMIPLANOS VERTICALES ”C” Los semiplanos “C” cortan a la luminaria como “gajos” de una naranja C= 0º C= 30º 0º C= 9 C= 1 80º ANGULOS VERTICALES “g” 0º 33 Los ángulos “g” son radiales y arrancan del vértice superior de cada “gajo” con el de 0º en la base. º 270 C= C= g 0º =3 C= 0 º

OPTICA Y FOTOMETRIA EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO El ensayo fotometrico de una luminaria se realiza en laboratorios especializados. En la Argentina hay 3 laboratorios oficiales adecuadamente equipados que realizan este trabajo y emiten un informe oficial del ensayo. Este informe es el único documento válido a la hora de justificar el comportamiento de una luminaria frente al comitente o la dirección de obra. También es la fuente de la cual se extraerán los datos fotométricos a introducir en los softwares de cálculo.

OPTICA Y FOTOMETRIA EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO Tabla de Distribución de Intensidades Luminosas Al igual que en la mayoría de los países, (salvo USA) en la Argentina las tablas de intensidades luminosas se presentan en candelas para 1000 lm. (cd/1000 lm). La cantidad de planos “C” que se presentan en los ensayos no está normalizada, pero como mínimo se muestran los de 0º, 45º y 90º, a pesar que en el laboratorio se miden todos los planos de la luminaria.

OPTICA Y FOTOMETRIA EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO La Curva de Distribución Luminosa En realidad, este sería el “electrocardiograma” de la luminaria del que se habló anteriormente. Es un medio por el cual se grafica la distribución de las intensidades luminosas de la tabla. Para luminarias de interiores se emplea un diagrama polar, mientras que en los proyectores se representa en uno ortogonal. Habitualmente se muestran 2 curvas: la del plano transversal en linea llena y la del longitudinal en linea punteada.

OPTICA Y FOTOMETRIA EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO La Curva de Distribución Luminosa Ejemplo de localización de la intensidad luminosa del ángulo “g” de 30º en el plano “C”de 0º (transversal). Lo habitual es que las CDL se muestren en candelas para 1000 lm, no obstante, algunos laboratorios los presentan en porcentajes de la intensidad máxima como en el presente caso, pero siempre para cd/1000 lm (ó cd/1 Klm).

OPTICA Y FOTOMETRIA EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO La Curva de Distribución Luminosa Para aclarar aún más el concepto, se muestra aquí el mismo ejemplo de localización anterior pero representado en un espacio tridimensional. Como ya se mencionó, hay que imaginarse los planos “C” como gajos de una naranja, a la cual cortamos por la mitad en sentido horizontal y tendremos a la vista los Planos “C” como planos “horizontales”. C= 0º C= 90º C= 60º C= 30º g= 30º I 0º Hor. , 30º Vert. = 304. 4 cd

OPTICA Y FOTOMETRIA EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO La Curva de Distribución Luminosa Ejemplo de localización de la intensidad luminosa del ángulo “g” de 45º en el plano “C”de 90º (longitudinal).

OPTICA Y FOTOMETRIA EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO La Curva de Distribución Luminosa Nuevamente se muestra en representación tridimensional la localización de la página anterior esta vez sobre el plano “C” de 90º, es decir, el plano longitudinal de la luminaria. C= 0º C= 90º C= 60º C= 30º g= 45º I 90º Hor. , 45º Vert. = 145. 9 cd

OPTICA Y FOTOMETRIA EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO El Diagrama de Distribución del Flujo Zonal El diagrama de distribución del flujo zonal muestra claramente de que manera se distribuye el flujo luminoso en el espacio. Se presenta un detalle por intervalos de 10º y la cantidad de flujo luminoso que contiene cada uno de sus ángulos sólidos. Además, en la última columna se indica el porcentaje de cada intervalo en forma acumulativa, de tal modo que el valor final, no es otra cosa que el rendimiento total.

OPTICA Y FOTOMETRIA EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO La tabla de Luminancias Medias Esta tabla presenta los valores de luminancias en cd/m²/Klm. Normalmente se proporciona para los planos horizontal y longitudinal. Los ángulos implicados en esta tabla son los más significativos considerando la visión de una persona sentada dentro de un local. En esas condiciones, la única manera de tener una luminaria en la visual por debajo de un ángulo de 45º con la vertical es si se la mira de exprofeso, lo cual escapa al propósito del presente estudio.

OPTICA Y FOTOMETRIA EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO Análisis del Rendimiento de la Luminaria Como ya se dijo antes, el rendimiento de la luminaria es el resultado de la distribución del flujo luminoso en el espacio considerando los ángulos de 0º a 180º. A los efectos de esta información, el rendimiento total de la luminaria se divide en emisferio inferior (0º a 90º) y emisferio superior (90º a 180º). Los porcentajes se dan para cada uno de ellos por separado y también como total. En el ejemplo, y tratandose de una luminaria de emisión directa total, el porcentaje en el hemisferio superior es obviamente 0%.

OPTICA Y FOTOMETRIA RENDIMIENTO DE LA LUMINARIA 100 % 100 % 30 % h = 60 %

OPTICA Y FOTOMETRIA RENDIMIENTO DE LA LUMINARIA Como se puede observar en la placa anterior, no todo el flujo luminoso generado por la fuente de luz es entregado finalmente por la luminaria. Dentro del artefacto se producen una cantidad de pérdidas producto de absorciones de los materiales reflectores, interreflecciones, razones de diseño, etc El rendimiento o eficiencia de una luminaria se simboliza con la letra griega “h” y se determina por la fórmula: h Lúmenes que salen de la luminaria Lúmenes generados las lámparas x 100

OPTICA Y FOTOMETRIA RENDIMIENTO DE LA LUMINARIA CUAL DE ESTAS LUMINARIAS TIENE MAS RENDIMIENTO? 180º 150º 210º 180º 150º Cd/1000 Lm 240º 120º 270º 90º 300º 60º h= 59% h= 0º 330º 210º 180º 150º 0º 330º 210º Cd/1000 Lm 180º 30º 150º Cd/1000 Lm 240º 120º 270º 90º 300º 60º h= h= 59% 30º 330º 0º 30º 59% 330º 0º RESPUESTA 210º 30º CLICK

OPTICA Y FOTOMETRIA RENDIMIENTO DE LA LUMINARIA ATENCION! Como se ha visto, el rendimiento de la luminaria es un valor que se desprende del ensayo fotométrico y por ende de la manera en que dicha luminaria distribuye la luz en el espacio. Es un dato proporcionado por el laboratorio. El rendimiento de la luminaria es un dato que puede llevar a confusiones. Se debe utilizar solo con el pleno conocimiento de su significado!

OPTICA Y FOTOMETRIA RENDIMIENTO DE LA LUMINARIA CONCLUSION El rendimiento o eficiencia de una luminaria es un dato útil cuando se utiliza junto con la curva de distribución luminosa de dicha luminaria o con el diagrama de flujo de la misma. Para analizar objetivamente el comportamiento de una luminaria, lo ideal es contar con el Código de Flujo CIE de la misma. Esta información indica los flujos zonales para los conos de 41, 4º, 60º, 75. 5º, 90º y 180º o sea el rendimiento total. Para la fotometría utilizada en los ejemplos de este capítulo, el Código de Flujo CIE sería 73 - 100 - 59. De esta manera, esta tipica luminaria con louver doble parabólico podría ser fácilmente comparable con otra de sus mismas características y evaluar así cual rendirá más en el cálculo final.

OPTICA Y FOTOMETRIA EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO La Tabla de Coeficientes de Utilización Se trata de otra de las importantes informaciones que ofrece el reporte fotométrico del Laboratorio y es un dato imprescindible para realizar un cálculo lumínico correcto. (Ver “Métodos de Cálculo”) Dado que obviamente se trata de valores que se desprenden de la distribución de intensidades luminosas de la luminaria, estos datos son exclusivos para cada luminaria en particular y el fabricante tiene la obligación de proporcionarlos.

OPTICA Y FOTOMETRIA EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO La Tabla de Coeficientes de Utilización En el informe, esta tabla se encuentra junto a otras dos que se refieren a las luminancias de las paredes y de la cavidad techo. Estas dos últimas no tienen prácticamente aplicación en los cálculos manuales fundamentalmente por lo poco que se requiere ese tipo de información. No obstante, si se utiliza un software de cálculo, generalmente esta información es calculada automáticamente y puede visualizarse junto con el resto de la información. (Output) (Ver “Métodos de Cálculo”)

OPTICA Y FOTOMETRIA EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO El Diagrama de Söllner Este diagrama también forma parte del informe y representa una evaluación del deslumbramiento directo de la luminaria. Los Valores de la Tabla de Luminancias medias se introducen como se verá en la página siguiente y su interpretación se explica en la próxima.

OPTICA Y FOTOMETRIA EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO El Diagrama de Söllner 6000 lm Los valores de Luminancias Medias de la tabla se introducirán en el diagrama pero en candelas/m² adsolutas para el total del flujo luminoso instalado. Como la luminaria medida está equipada con dos tubos fluorescentes standard de 3000 lm cada uno, los valores tabulados deberán multiplicarse por 6; es decir, 2 x 3000 lm= 6 Klm. Así por ejemplo, 661. 4 x 6= 3968. 4 cd/m². Al igual que en la curva de distribución luminosa, el plano transversal será en linea llena y el longitudinal en punteada.

OPTICA Y FOTOMETRIA EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO REFERENCIAS: El Diagrama de Söllner La interpretación del diagrama de Söllner es simple. La Clase de local seleccionada se elegirá de las opciones que se muestran a la derecha. Se busca dicha Clase en los renglones del encabezamiento del diagrama y siguiendo dicho renglón se ubica el nivel de iluminación de cálculo. Ej: Clase 1; 500 lux. Desde la columna de ese cuadro parte una de las lineas del ábaco. Si las curvas de luminancia de la luminaria se mentienen por debajo de dicha linea, la luminaria se encuentra dentro de la Clase; si la corta en algún punto, en ese punto (ángulo de visión) la luminaria comenzará a ser molesta.

OPTICA Y FOTOMETRIA EL INFORME FOTOMETRICO DE LABORATORIO El Diagrama de Söllner 6000 lm Siguiendo el ejemplo planteado en la placa anterior, se puede observar (en trazos azules) que tanto para el plano transversal como para el longitudinal la luminaria cumple plenamente con la Clase 1. Se puede ver en trazo naranja que el punto conflictivo más próximo estaría a 50º si el local del ejemplo estuviera iluminado con 2000 lux. Una vez más queda demostrado que el louver doble parabólico es absolutamente antideslumbrante.