LUMINACIN EXTERIROR Y TIPOS DE ILUMINARIAS Ferrante Bruno

LUMINACIÓN EXTERIROR Y TIPOS DE ILUMINARIAS • Ferrante, Bruno • Mendoza, Martín • Morcela, Antonio • Mulinetti, Nicolás • Valla, Mateo

CLASIFICACIÓN DE LAS LUMINARIAS SEGÚN SU APLICACIÓN. • Luminarias de interiores. • Luminarias de exteriores. • Luminarias estancas • Luminarias antiexplosivas

Luminarias de interiores Definición según la CIE (1986): “Dispositivo que distribuye, filtra o transforma la luz emitida por una o más lámparas, que incluye todos los componentes necesarios para fijarlas y protegerlas y, donde corresponda, los equipos auxiliares, así como los medios necesarios para la conexión eléctrica de iluminación” Objetivos: - Distribuir adecuadamente la luz en el espacio, necesidades de iluminación. - Evitar deslumbramiento y brillo excesivo. - Satisfacer las necesidades estéticas y de ambientación. - Optimizar el rendimiento energético

Principios físicos Absorción y transmisión de la luz: Apantallamiento, confort visual, reducción del rendimiento.

Principios físicos Refracción: Modificación de la dirección y de la velocidad de propagación debido al cambio de medio.

Principios físicos Refracción total: Principio de la fibra óptica. Interferencia: Se aplica en filtros donde se necesita selectividad de frecuencias y transmitancia.

Sistemas ópticos Reflectores: Parabólicos Esféricos Elípticos Difusores Refractores: Materiales de transmisión difusa Lentes condensadoras Prismas Apantallamiento Filtros: de absorción de interferencia (Dicroicos)

Reflectores Parabólicos: Permiten obtener una radiación concentrada, paralela, abierta o asimétrica. Esféricos: Sin pérdidas se obtiene una ganancia doble. Combinación: Intensidad + Dirección. Elípticos: Se utilizan en diseño. Difusores: No proporcionan control de haz nítido pero son muy valiosos cuando se pretende dirigir luz hacia zonas amplias del ambiente.

Refractores Permiten buen control direccional pero son sistemas más complejos ya que utilizan propiedades refractivas de lentes y prismas y elementos difusores. Materiales de transmisión difusa: Distribuye la luz en todas direcciones. Se utilizan vidrios traslucidos, policarbonatos, acrílicos, que presentan máxima difusión y mínima absorción. Lentes condensadoras: Se combinan con un reflector curvo constituyendo un sistema de enfoque preciso. Se pueden proyectar motivos especiales. Refracción en prismas: Mejor redireccionamiento, tanto para lograr iluminación homogénea como para promover el apantallamiento.

Apantallamiento y Filtros Apantallamiento con el mismo reflector o elemento auxiliar en V Deflector horizontal: disminuye la luz emitida hacia los lados. Celosías: Se disponen a la salida de la iluminaria. Si modifican la distribución luminosa son focalizantes. Filtros de absorción: láminas de vidrio o plásticos que absorben longitudes de onda no deseadas. Problemas con el calentamiento. Filtros de interferencia: Dos láminas de vidrio trabajadas ópticamente espaciadas a una distancia tal que reflejan las ondas no deseadas y éstas interfieren destructivamente. No hay problemas de calentamiento.

Esquema de una luminaria

Materiales y tratamientos Materiales: Hierro Aluminio Plásticos Vidrios Fibras ópticas Tratamientos: (incrementar la reflexión especular) Pulido Anodizado: creación de capa de óxido de aluminio. Abrillantado: oxidación superficial con elementos brillantes. Gofrado: múltiples relieves convexos en la superficie (reflexión difusa). Plateado, niquelado, dorado y cromado: para plásticos.

Clasificación según la CIE (flujo luminoso) Deslumbramiento vs. Eficiencia

Protección y simbología

Protección y simbología

Protección y simbología

Luminarias de exteriores La función principal de un proyector exterior es concentrar la luz en un ángulo sólido determinado por medio de distintos sistemas ópticos, con la finalidad de conseguir la mayor intensidad luminosa deseada. Se utilizan en: Alumbrado público (calles, plazas, etc. ). Fachadas y/o monumentos. Zonas deportivas (canchas de futbol, tenis, etc). Áreas extensas (aeropuertos, estaciones de servicio, etc. ).

Luminarias de exteriores Desde el punto de vista de la distribución lumínica, las exteriores se dividen en tres grupos básicos: De rotación simétrica: Aquellos con distribución de intensidad luminosa constante del plano que se considere. Se establece un valor de apertura del haz a ambos lados del eje. De rotación asimétrica: Se establecen dos valores de apertura que indican la dispersión del haz en dos planos perpendiculares de simetría, vertical y horizontal respectivamente. Nota: Apertura del haz de luz es el ángulo que se forma cuando alcanza un determinado porcentaje de la intensidad luminosa emitida por la fuente de luz.

Luminarias de exteriores Proyectores con simetría (circulares y rectangulares). Los circulares se obtiene una proyección elíptica sobre la superficie y suelen ser mas eficientes debido a la forma como se refleja la luz. Los rectangulares emplean una distribución simétrica en los planos horizontales y verticales de forma rectangular.

Luminarias de exteriores Para la elección del tipo de luminaria exterior es necesario establecer: Parámetros y dimensiones del área a cubrir. Los niveles de iluminación requeridos (Decreto 351/79). La altura en el cual dichos niveles de iluminación serán calculados.

Luminarias de exteriores • Por lo general las luminarias exteriores que son utilizadas comúnmente son: Eficacia Luminosa (Lm/W) Potencia (W) Flujo Luminoso (Lm) Mercurio de alta presión 250 400 700 13500 25000 42000 54 57, 6 60 Halógenas 250 400 18000 24000 80000 72 67 80 Sodio de alta presión 250 400 1000 25000 47000 12000 118 120 Sodios de baja presión 55 135 180 8000 22500 33000 145 167 180

Luminarias Estancas Concepto de estanqueidad: La estanqueidad tanto de una luminaria como de una instalación eléctrica en general, refleja el grado de hermetismo que la misma presenta frente al ingreso de partículas sólidas, polvo y de líquidos. Grado IP: Para verificar que la luminaria cumpla con las condiciones que se necesitan para su correcto funcionamiento se utiliza el sistema de referencia IP.

Grados IP

Luminarias Estancas Sumergible para empotrar modelo en acero inoxidable para lámparas de halogenuro metálico. Inmersión máxima de 20 Metros. Luminaria para puertos marinos. Su instalación a lo largo del muelle, permite realizar un gran número de efectos lumínicos sobre la superficie del mar. IP 68

Luminarias Estancas Empotrable sumergible de pared modelo fabricado en PVC. Lámpara PAR-56 led en RGB o blanca de alta intensidad con una vida media de 100. 000 horas y una potencia media de consumo de 60 W. IP 68

Luminarias Estancas Luminaria de uso exterior. 500 mm x 500 mm. Apto para tubos fluorescentes, 3 tubos de 36 W cada uno. Grado de estanqueidad IP 54

Luminarias Antiexplosivas Diseño capaz de resistir la presión de una mezcla inflamable que penetre en su interior No sufre deformaciones permanentes No permite que los gases calientes de la combustión alcancen el exterior ¿Cómo lo hace? Se construyen estructuras para luminarias que sean capaces de resistir la máxima presión teórica posible, permitiendo que cierta presión se disipe mediante la salida de gases a través de las juntas. Las juntas , o intersticios, previenen la propagación de la llama desde el interior de la caja al exterior provocando el enfriamiento de la misma con caminos diseñados a tal fin

Luminarias Antiexplosivas • Artefacto aplique para lámpara incandescente Se utilizan como medios de iluminación en zonas de riesgo de explosión, por su pequeño tamaño permite su colocación como aplique en techos de baja altura o en paredes de fosas o pasillos. Su diseño permite la colocación de lámparas de bajo consumo. La lámpara esta protegida por un vidrio de borosilicato tipo pirex y este a su vez por una reja antibandálica. • Artefacto portátil para lámpara incandescente Se utilizan como medios de iluminación en zonas de riesgo de explosión, por su diseño es adecuada para el uso en iluminación localizada especialmente en tareas de mantenimiento como ser limpieza de tanques, silos u otros trabajos que requieran iluminación de mano.

Luminarias Antiexplosivas • Proyector para lámpara de descarga Aptos para ser colocados en áreas con peligro de explosión, en especial para ser instalados en estaciones de servicios tanto de combustibles líquidos como de GNC. Diseñado para hasta 400 W • Proyector para lámpara dicroica Se utilizan como medio de iluminación focalizada en especial en interiores de tanques como así también en toda zona con peligro de explosión que requiera una iluminación intensa. Su diseño permite el alojamiento de lámpara dicroica.

Luminarias Antiexplosivas • Artefacto para tubo fluorescente Se utilizan como medios de iluminación en zonas de riesgo de explosión, tienen las características del tipo de iluminación difusa encontrándose las lámparas tubulares protegidas mediante tubos de acrílicos, posee a su vez pantalla reflectora color blanco níveo, sus cabezales poseen una tapa a rosca por donde se facilita el mantenimiento del equipo, a pedido se pueden construir con tubos de vidrio de borosilicato. Se fabrican para uno o dos tubos de hasta 105 W • Linterna antiexplosiva Las linternas antiexplosivas resultan un elemento indispensable para todo tipo de trabajo de mantenimiento en lugares donde exista peligro de explosión. Su diseño anatómico permite un fácil manipuleo y evita los deslizamientos. Posee un corte automático de circuito en caso de rotura del bulbo.

Instalación antiexplosiva

ALUMBRADO DE VÍAS PÚBLICAS AADL: Asociación Argentina de Luminotecnia Norma IRAM-AADL J Tema Contenido IRAM-AADL Luminarias para vía pública Característica de diseño J 2020 IRAM-AADL Luminarias para vía pública Requisitos y ensayos J 2021 IRAM-AADL Alumbrado Público Clasificación de calzadas y niveles J 2022 recomendados CIE: International Commission on Illumination La CIE es una organización dedicada a la cooperación internacional y al intercambio de información entre sus países miembros sobre todas las materias relacionadas con el arte y la ciencia de la iluminación. Sus miembros son los Comités Nacionales de unos 40 países.

ALUMBRADO DE VÍAS PÚBLICAS Disposición de las luminarias 1) En tramos rectos de vías con una única calzada :

ALUMBRADO DE VÍAS PÚBLICAS Disposición de las luminarias 2) En tramos rectos de vías con dos o mas calzadas : Si la mediana es estrecha se pueden colocar farolas de doble brazo que dan una buena orientación visual y tienen muchas ventajas constructivas y de instalación por su simplicidad. Si la mediana es muy ancha es preferible tratar las calzadas de forma separada. Pueden combinarse los brazos dobles con la disposición al tresbolillo o aplicar iluminación unilateral en cada una de ellas. En este último caso es recomendable poner las luminarias en el lado contrario a la mediana porque de esta forma incitamos al usuario a circular por el carril de la derecha.

ALUMBRADO DE VÍAS PÚBLICAS Niveles de iluminación recomendados Las vías se dividen en cuatro tipos de acuerdo con las características del tráfico, de la vía y de los alrededores: Tipo de vía Categoría Vías rápidas con calzadas separadas, sin cruces a nivel con accesos M 1, M 2 o M 3 controlados y tráfico rápido. Ej. : autopistas y autovías. Vías rápidas con dos carriles M 1 o M 2 Vías urbanas importantes. Carreteras radiales y de distribución. Ej. : M 2 o M 3 cinturones de circunvalación, carreteras radiales. . . Carreteras de conexión de menor importancia, distribución local M 4 o M 5

ALUMBRADO DE VÍAS PÚBLICAS Niveles de iluminación recomendados Categoría Luminancia media Lm (cd/m 2 ) M 1 M 2 2. 00 1. 50 M 3 1. 00 M 4 M 5 0. 75 0. 50 Coeficientes de uniformidad Global U 0 Control deslumbramiento TI 10 0. 4 15 Coeficientes de uniformidad Como criterios de calidad y evaluación de la uniformidad de la iluminación en la vía se analizan el rendimiento visual en términos del coeficiente global de uniformidad U 0 y la comodidad visual mediante el coeficiente longitudinal de uniformidad UL (medido a lo largo de la línea central). U 0 = Lmin / Lm UL = Lmin / Lmax L= Luminancia

ALUMBRADO DE VÍAS PÚBLICAS Deslumbramiento El deslumbramiento producido por las farolas o los reflejos en la calzada, es un problema considerable por sus posibles repercusiones. En sí mismo, no es más que una sensación molesta que dificulta la visión pudiendo, en casos extremos, llegar a provocar ceguera transitoria. Se hace necesario, por tanto, cuantificar este fenómeno y establecer unos criterios de calidad que eviten estas situaciones peligrosas para los usuarios. El deslumbramiento perturbador se produce por la aparición de un velo luminoso que provoca una visión borrosa, sin nitidez y con poco contraste, que desaparece al cesar su causa. No obstante, este fenómeno no lleva necesariamente asociado una sensación incómoda como el deslumbramiento molesto. Para evaluar la pérdida de visión se utiliza el criterio del incremento de umbral (TI) expresado en tanto por ciento: donde Lv es la luminancia de velo equivalente y Lm es la luminancia media de la calzada.

ALUMBRADO DE VÍAS PÚBLICAS La luminancia de velo es la luminancia uniforme equivalente resultante de la luz que incide sobre el ojo de un observador y que produce el velado de la imagen en la retina, disminuyendo de este modo la capacidad que posee el ojo para apreciar contrastes.

ALUMBRADO DE VÍAS PÚBLICAS Cálculo de la luminancia [candelas /metro 2 ] I es la intensidad recibida por el punto P en la dirección definida por el par de ángulos (C, ) h la altura del foco luminoso Los valores de “r” se encuentran tabulados y dependen de las características de los pavimentos La Luminancia media es la relación que existe entre la sumatoria de las luminancias que se registran en n puntos de la calzada y el numero n total de puntos considerados.

ALUMBRADO DE ÁREAS RESIDENCIALES Y PEATONALES Al contrario que en el alumbrado viario donde prima ofrecer unas buenas condiciones de iluminación y seguridad vial, en el alumbrado de áreas residenciales y peatonales existe un gran abanico de posibilidades que van desde iluminar zonas comerciales al simple guiado visual. Todo esto hace que el trabajo en este tipo de vías adquiera un carácter multidisciplinar donde intervienen diseñadores, urbanistas, arquitectos e ingenieros. Es por ello conveniente analizar los usos y requerimientos de la vía para determinar los niveles de alumbrado más adecuados y las lámparas y luminarias a utilizar. Requisitos del alumbrado Cuando se pretenden iluminar áreas residenciales y peatonales se busca conjugar la orientación y seguridad de movimientos con la seguridad personal de peatones y vecinos. En esta línea es importante que el alumbrado permita ver con anticipación los obstáculos del camino, reconocer el entorno y orientarse adecuadamente por las calles y el reconocimiento mutuo de los peatones a una distancia mínima de cuatro metros. El tratamiento del deslumbramiento en este tipo de vías, es mucho más sencillo que en el caso de tráfico motorizado debido a la gran diferencia de velocidad entre estos y los peatones. Los peatones debido a su baja velocidad se adaptan bien a los cambios de luminancia. Habrá, no obstante, que evitar colocar luminarias sin apantallar al nivel de los ojos y vigilar la luminancia de las lámparas en ángulos críticos que provoquen molestias a los peatones. Así mismo, conviene evitar que las luces molesten a los vecinos en su descanso nocturno.

ALUMBRADO DE ÁREAS RESIDENCIALES Y PEATONALES Niveles de alumbrado Los niveles de iluminación recomendados varían según el uso al que esté destinado la zona. Así, encontramos desde valores mínimos de iluminancia de 0. 2 lux que permiten orientarse y ver los obstáculos del camino hasta los 20 lux que proporcionan un ambiente atractivo para las zonas de gran actividad nocturna. No obstante, en la mayoría de casos, un nivel de 5 lux bastará para ofrecer unas buenas condiciones de alumbrado que permitan la orientación y ofrezcan sensación de seguridad a los transeúntes. Clasificación según el uso nocturno hecho por los peatones Nivel medio iluminancia Em (lux) Categoría Nivel mínimo iluminancia Emin (lux) Calles en zonas privilegiadas (áreas comerciales, de ocio. . . ) P 1 20 7. 5 Calles de uso alto P 2 10 3. 0 Calles de uso moderado P 3 7. 5 1. 5 Calles de uso menor. Solamente asociado a propiedades adyacentes P 4 5. 0 1. 0 Calles de uso menor donde sea importante preservar el carácter de ambiente rural o la arquitectura P 5 3. 0 0. 6 Calles de uso muy bajo donde sea importante preservar el carácter de ambiente rural o la arquitectura P 6 1. 5 0. 2 Calles donde sólo es necesario el guiado visual P 7 - -

ALUMBRADO DE ÁREAS RESIDENCIALES Y PEATONALES Altura de montaje La altura de montaje dependerá del flujo de las lámparas a emplear y en todo caso se evitará colocarlas al nivel de los ojos sin apantallar. Flujo luminoso lámpara (lm) <7000 -14000 -25000 >25000 Altura de montaje recomendada (m) 3 3. 5 -4 4 -6 >6

EJEMPLO DE CÁLCULO Iluminación de exteriores: alumbrado público en calles

Datos generales Calle de zona rural poco transitada Veredas de 1. 5 m y calzada 5 metros Luminarias abiertas con lámparas de vapor de sodio a alta presión de 250 W (flujo luminoso de 15000 lm) Otros datos: Se considerará que la proyección del centro óptico de la luminaria sobre la calzada estará a 1 m del cordón.

Disponemos asimismo de las curvas isolux de la luminaria y las gráficas del factor de utilización suministradas por el fabricante.

Se pide: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. La altura de montaje. La disposición más adecuada de las luminarias. El valor de la iluminancia media. La distancia de separación de las luminarias. La iluminancia media en la calzada en el momento de puesta en marcha de la instalación y una vez se produce la depreciación. La iluminancia media sobre la cada acera. Los factores de uniformidad media y extrema de la calzada.

Solución por el Método de los Lúmenes 1 - Altura de montaje Según la tabla que nos da la relación entre el flujo luminoso de la lámpara y la altura de la luminaria para un flujo de 15000 corresponde una altura entre 8 y 10 metros. Por motivos económicos colocaremos postes de 8 m de altura que son más baratos. Por tanto: h = 8 m.

2 - Disposición de las luminarias Para conocer la disposición debemos calcular primero el valor de la relación entre el ancho de la calzada y la altura de las luminarias. En nuestro caso es 5/8 = 0. 625 que según la correspondiente tabla aconseja una disposición unilateral.

3 - El valor de la iluminancia media Sabemos que la instalación está situada en una calle de tráfico escaso en una zona rural. Es lógico pensar que las necesidades luminosas serán mínimas y la asimilaremos a una vía del tipo E. Por tanto, le corresponderá una iluminancia media de 25 lx. Tipos de vías Tipo A: Vías rápidas sin cruces a nivel con accesos controlados y tráfico rápido. Por ejemplo autopistas y autovías. Tipo B: Carreteras principales con tráfico rápido y posiblemente carriles para tráfico lento y peatones. Carreteras nacionales, interurbanas. . . Tipo C: Vías con tráfico moderadamente rápido. Por ejemplo cinturones de circunvalación, carreteras radiales y vías urbanas de tráfico rápido. Tipo D: Vías con tráfico mixto con presencia de vehículos lentos y peatones. Carreteras provinciales, comarcales, travesías, vías urbanas y calles comerciales. Tipo E: Vías con tráfico elevado mixto y limitación de velocidad. Zonas residenciales y calles locales.

4 - La distancia de separación entre las luminarias Ya tenemos casi todos los datos necesarios para poder aplicar la fórmula de la iluminancia media excepto el factor de mantenimiento y el de utilización. Para conocer el valor del factor de mantenimiento sabemos que se instalará una luminaria de tipo abierto. Nos queda por decidir si el grado de suciedad del entorno. Como la calle está en una zona rural con poco tráfico podemos pensar que la instalación no se ensuciará demasiado pero también podemos suponer que las lámparas no se limpiarán con mucha frecuencia. Por tanto y adoptando una posición conservadora le asignaremos el valor de una luminaria abierta en un ambiente medio. Así pues, le asignaremos un valor de 0. 68. Calculo del factor de utilización: Distancia entre luminarias:

5 - La iluminancia media en la calzada en el momento de puesta en marcha de la instalación y una vez se produce la depreciación En el momento de la puesta en marcha el valor del factor de mantenimiento es 1. Por tanto: Transcurrido el tiempo el flujo luminoso de la lámpara descenderá por efecto de la suciedad y la depreciación de esta. El nuevo valor de la luminancia será:

6 - La iluminancia media sobre la cada acera. Para calcular las iluminancias lo primeros que debemos determinar son los factores de utilización de cada una de las aceras. Acera más próxima a las luminarias de donde: Acera opuesta a las luminarias de donde:

7 - Los factores de uniformidad media y extrema de la calzada. Para calcular los factores de uniformidad hemos de emplear el método de los nueve puntos. En primer lugar tendremos que elaborar un plano de la calle a la misma escala que las curvas isolux del fabricante. Las curvas están referidas a distancias divididas por la altura de la luminaria. Por tanto hemos de dividir los parámetros de la calle por este valor. Cuando dispongamos de estos valores relativos, los multiplicaremos por el número de pixeles (milímetros sobre el papel) que corresponden a unidad de H en el gráfico; en nuestro caso son 42 pixel por unidad de longitud. Resumiendo: A continuación podemos ver el dibujo de la calle a escala con los nueve puntos ya colocados sobre ella.

A continuación podemos ver el dibujo de la calle a escala con los nueve puntos ya colocados sobre ella. Una vez realizado esto podemos pasar a superponer la gráfica sobre las diferentes luminarias y leer los valores de la curva isolux sobre los puntos tal y como hicimos al hablar del método de los nueve puntos. Los valores reales de las iluminancias en cada punto se calculan a partir de los relativos aplicando la fórmula: Finalmente, calculamos la iluminancia media y los factores de uniformidad: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A 150 123 75 100 97 66 64 73 42 B 20 23 18 25 38 42 63 72 42 C 20 23 22 13 17 15 9 10 9 Ei curva 190 169 115 138 152 123 136 155 93 Ei 44. 6 40. 0 27. 0 32. 4 35. 6 28. 9 31. 9 36. 4 21. 8 real Em = 34 lx que debe afectarse por el factor de depreciación de 0. 68 y queda Em = 23. 12 lx