Post on 07-Oct-2018
Luminotecnia
Prof. Luz Stella Moreno Martín
Tema IIFotometría
• Luminotecnia
Es la ciencia que estudia las distintas formas de producción de luz, así como su control y aplicación
Atenas-Grecia
Denver
Petersburg
Paris
Niagara
Las Vegas
Chicago
Londres
Moscú
Washington
Singapore
Vienna
Colonia
Venezuela
• Angulo Sólido
Es la zona del espacio limitada por unasuperficie cónica.
ω = SR2
Estereoradian sr
• Flujo Luminoso
Es la cantidad total de luz emitida o radiada, En un segundo, en todas las direcciones. Por consiguiente, el flujo luminoso de una fuente es la energía radiada que recibe el ojo medio humano según su curva de sensibilidad y que transforma en luz durante un segundo.
1 watt-luz a 555nm = 683 lm
Φ = Flujo Luminoso (lm)
Lámpara de incandescencia de 60W 730 lm
Lámpara fluorescente de 65W, “Blanca” 5.100 lm
Lámpara halógena de 1000W 22.000 lm
Lámpara de vapor de mercurio 125W 5.600 lm
Lámpara de sodio de 1000W 120.000 lm
• Intensidad Luminosa
Es el flujo emitido en una dirección dada por unidad de ángulo sólido (esteroradián). Es la cantidad en la cual se describe la potencia de una fuente o superficie iluminada para emitir luz en una dirección determinada.
I = Intensidad Luminosa (cd) = Φω
• Iluminancia
Es la densidad de flujo luminoso en un punto de una superficie, en otras palabras, es el flujo luminoso recibido por una superficie
E = Iluminancia (lx) =ΦS
Mediodía en verano 100.000 Lux
Mediodía en invierno 20.000 Lux
Oficina bien iluminada 400 a 800 Lux
Calle bien iluminada 20 Lux
Luna llena con cielo claro 0,25 a 0,50 Luz
• Luminancia
Es la intensidad de la luz emitida en una dirección dada por área proyectada de una superficie luminosa o reflectante. O también, es la relación entre la intensidad luminosa y la superficie aparente vista por el ojo en una dirección determinada.
L = Luminancia (cd/m2) = = I _Sapar
I _S*cosα
• Superficie aparente
Se conoce por superficie aparente Saparente vista desde una dirección determinada a la proyección de una superficie S sobre un plano perpendicular a dicha dirección.
Saparente= S*cosα
• Rendimiento luminoso o eficiencia luminosa
El rendimiento luminoso expresa el rendimiento energético de una lámpara y mide la calidad de la fuente como un instrumento destinado a producir luz por la transformación de energía eléctrica en energía radiante visible.
ε = = Lumen/Watio = lm/WФ_P
Tipo de Lámpara Potencia (W)
Rendimiento Luminoso (lm/W)
Incandescente común 40W/220V 40 11
Fluorescente L 40W/220V 40 80
Mercurio de alta presión 400W 400 58
Halogenuros metálicos 400W 360 78
Sodio a alta presión 400W 400 120
Sodio a baja presión 180W 180 183
• Cantidad de Luz
Es denominada también energía luminosa, es la energía radiante producida por un manantial de luz, o el flujo luminoso que es capaz de dar un flash fotográfico o para comparar diferentes lámparas según la luz que emiten durante un cierto periodo de tiempo. Su símbolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lm·s).
Q = Cantidad de luz (lm*h) = Ф * t
• Coeficiente de utilización
Es la relación entre el flujo luminoso recibido por un cuerpo o superficie ΦS y el flujo emitido por la luminosa Φ.
η =Фs
Ф
• Reflectancia
Es la relación entre el flujo luminoso reflejado por una superficie Φr y el flujo recibido en la superficieΦS.
ρ =Фr
ФS
• Absortancia
Es la relación entre el flujo luminoso absorbido por una superficie Φa y el flujo recibido en la superficieΦS.
α =Фa
ФS
• Transmitancia
Es la relación entre el flujo luminoso transmitido por una superficie Φt y el flujo recibido en la superficieΦS.
τ =Фt
ФS
• Factor de uniformidad media
Es la relación entre la iluminación mínima y la media,medidas en la superficie iluminada por una instalaciónde alumbrado
Um =Emin
Emed
• Factor de uniformidad extrema
Es la relación entre la iluminación mínima y la máxima,medidas en la superficie iluminada por una instalaciónde alumbrado
Ue =Emin
Emax
• Factor de uniformidad longitudinal
Es la relación entre la luminancia mínima y la máximalongitudinal, medidas en la superficie iluminada por una instalación de alumbrado
Ul =Lmaxlongitudinal
Lminlongitudinal
• Factor de uniformidad global
Es la relación entre la luminancia mínima y la media,medidas en la superficie iluminada por una instalación de alumbrado
Uo=Lmin
Lmed
• Factor de mantenimiento
Es coeficiente que determina el grado de conservaciónde una instalación de alumbrado.
Fm= Fpl*Fdl*Ft*Fe*Fc
De donde:- Fpl: factor posición lámpara.- Fdl: factor depreciación lámpara.- Ft: factor temperatura.- Fe: factor equipo de encendido.- Fc: factor conservación de la instalación.
• Magnitudes y Fórmulas
Magnitud Fórmula Unidad
Flujo Luminoso Φ Lm
Intensidad Luminosa
I = Φ/ω Cd
Iluminancia(nivel deIluminación)
E = Φ/S lux
Luminancia L = I/(S*cosα) cd/m2
Eficacia luminoso
ε = Φ/W lm/W
Magnitud Fórmula Unidad
Reflectancia %
Absortancia %
Transmitancia %
Factor uniformidadMedia
%
Factor uniformidad extrema
%
ρ =Фr
ФS
α =Фa
ФS
τ =Фt
ФS
Um =Emin
Emed
Ue =Emin
Emax
Magnitud Fórmula Unidad
Factor uniformidad longitudinal
%
Factor uniformidad global
%
Factor de mantenimiento
%
Ul =Lminlongitudinal
Lmin
Lmed
Fm = Fpl*Fdl*Ft*Fe*Fc
Lmaxlongitudinal
Uo =
• Leyes Básicas en Luminotecnia
• Ley de la inversa de los cuadrados:
"La iluminación en un punto de un plano perpendicular a la línea que une el punto y la fuente, es igual a la intensidad luminosa de la fuente en la dirección del punto, dividida por el cuadrado de la distancia entre punto y fuente".
E =I_
r2
Demostración
I = E1*r12
I = E2*r22
E2*r22 = E1*r1
2 E1 = r22
E2 r12
• Ley del coseno del ángulo de incidencia:
La luminancia en un punto cualquiera de una superficie es proporcionalal coseno del ángulo de incidencia de los rayos luminosos en el puntoiluminado
Ep = *cos3αIh2
Ep = *cosαIr2
Demostración
• Iluminancia normal, horizontal y vertical:
Iluminancia normal:
Iluminancia horizontal:
Iluminancia vertical:
EH = *cos3αIh2
Ev = *senα*cos2αIh2
E N = Ir2
Demostración
• Relaciones de iluminancia:
a) Vertical/Horizontal
≥ 0,25EV
EH
b) Vectorial/esférica
EES
ES = Φ .4*π*r2
E = Φ .π*r2
c) Cilíndrica/horizontal
≤ 3EC
EH
0,3 ≤
d) Vertical/Semicilindrica
≤ 1,3Ev
Esemicil
0,8 ≤
0 modelado muy duroπ/2=1,57 modelado muy suave
ω
Φ
ω
Φ
• Ley de Lambert:
“Esta Ley considera que una superficie luminosaconsiderada como un punto, presenta un brilloconstante (luminancia constante), cualquiera seala dirección de observación”.
I1 = Imáx*cosα1 I2 = Imáx*cosα2
I = Imáx*cosα
L = Ids*cosα
L1 = = = I1
ds*cosα1
Imáx*cosα1 Imáx
ds*cosα1 ds
L2 = = = I2
ds*cosα2
Imáx*cosα2 Imáx
ds*cosα2 ds
L = Imáx
ds
• Representación gráfica de las magnitudes luminosas
• Sistema de coordenadas cartesianas:
y
x
• Sistema de coordenadas polares:
• Plano o corte longitudinal y transversal
• Plano o corte de Imax o principal
• Centro óptico de la luminaria
• Apertura del haz de luz
• Angulo de inclinación de la luminaria:
• Curvas polares:
Son gráficos que expresan el reparto de intensidades en un plano determinado. Estos gráficos son los más usados, en ellos se indican los repartos de intensidades en planos que pasan por el eje vertical de la luminaria; se representa en un solo plano si la distribución es simétrica rotacional.
Ireal = Φlámpara* Igráfico
1000
De haz extensivo De haz intensivo
Cuando hay simetría a uno o dos ejes, o no la hay, se acostumbran a representar las curvas de los planos del corte longitudinal y transversal de la luminaria.
Dependiendo de su dirección, puede ser:
Omnidireccionales
Bidireccionales
Unidireccionales
• Sólidos fotométricos:
Es el volumen formado mediante diversas curvas polares, correspondiente a distintos planos, la cual determina la distribución en el espacio de toda la luminaria.
• Matrix de intensidades:
También es posible encontrar estos datos en unastablas llamadas matriz de intensidades luminosas donde para cada pareja de valores de C y
obtenemos un valor de I normalizado para una lámpara de flujo de 1000 lm.
Matrix del tipo C-γ de una luminaria de alumbrado público
Matrix del tipo V-H de un reflector
• Curvas isolux:
Son un conjunto de curvas que unen puntos de una superficie con el mismo valor de iluminación. Son análogas a las curvas de nivel de los planos topográficos, pero en lugar de expresarse en metros indican lux.
K =Φ
1000*h2
EH =I(C,)
h2*cos3α
Demostración
• Diagramas Cartesianos:
También denominado diagrama rectangular. Se utiliza cuando se trata de expresar gráficamentelas características de los proyectores. Los planos utilizados son los mismos que se indican en el caso de las curvas polares.
• Diagramas isocandelas:
Es la representación gráfica del conjunto de valores de intensidades que se suministran en la matriz de intensidades, se efectúa mediante las curvas resultantes de la unión de los puntos de igualintensidad.
Diagrama isocandelas de alumbrado público
Diagrama isocandelas rectangular de un reflector
• Curvas del coeficiente de utilización:
El coeficiente de utilización es el cociente entre el flujo útil y el flujo emitido por la lámpara.El coeficiente de utilización es de gran ayuda, para el cálculo aproximado. Las curvas del coeficiente de utilización, son el porcentaje del flujo luminoso de la luminaria que incide en una determinada superficie. Se aplican a las luminarias de alumbrado público, y se obtienen a partir de las curvas isolux unitarias, integrando el flujo en zonas paralelas al eje longitudinal de la calzada.
Emed =η*Ф*fm
A*d
Equipos usados en luminotecnia
• Goniofotómetro
Es un equipo para realizar las medidas de las intensidades en cualquier dirección en el espacio. Proporciona información en dos coordenadas angulares.
Equipos para medición
• Goniofotómetro tipo A
• Goniofotómetro tipo B
• Goniofotómetro tipo C
• Luxómetro
Es un instrumento de medición que permite medir simpley rápidamente la iluminancia real y no subjetiva de un ambiente. La unidad de medida es lux (lx). Contiene una célula fotoeléctrica que capta la luz y la convierte en impulsos eléctricos
• Luminancimetro
Es un instrumento capaz de medir luminancias en cualquierambiente. La unidad de medida es cd/m2. La medida en este equipo no depende sólo del punto a medir, sino de la dirección, es por esto que el aparato se debe orientar en la dirección a la superficie que se desea medir.
• Espectroscopio
Es un instrumento que sirve para medir las propiedadesde la luz en una determinada porción del espectro electromagnético.
• Esfera de Ulbrich
Es un equipo que tiene la función de medir el flujo luminoso. Consiste en una esfera hueca pintada de blanco opaco con índice de reflexión del 80%, con un orificio para realizar lamedida del flujo luminoso.
• Máquina Vibratoria
Es un equipo diseñado con la finalidad de determinar la resistencia de las luminarias sometidas a esta prueba. Es un equipo que tiene la función de crear vibración controlada con el propósito de simular las presiones y vibraciones debido a las cargas a la que será sometida la luminaria en el poste por la acción del viento y los movimientos del poste por tráfico pesado a su alrededor (puentes elevados).
Equipos para Pruebas
• Cámara de Polvo
Es una caja metálica hermética diseñada para realizar pruebas a la luminaria y determinar si esta es totalmente hermética o únicamente está protegida contra ingreso limitado de polvo, esta prueba generalmente se realiza a las luminarias de alumbrado público.
• Cámara de Lluvia
Este equipo permite determinar el grado de hermeticidadde las luminarias al agua, está compuesto por un sistema de regaderas que suministran agua a la luminaria a prueba a una presión adecuada.
• Péndulo de Impacto
Este equipo se utiliza para determinar el grado de protección que presenta la luminaria contra daños mecánicos o resistencia a los impactos.
Índice de Protección IPXXX
Número Primer Número: Grado de protección contra los elementos externos
Segundo Número: Grado de protección contra la entrada de
humedad
Tercer Número: Grado de resistencia
a los impactos
0 No protegido contra el contacto accidental y el
contacto con cuerpos externos
No protegido contra la humedad
____
1 Protegido contra objetos sólidos de diámetro superior a
50 mm
Las gotas de agua no deben tener efectos
perjudiciales
Energía máxima que soporta 0,225 Joule
2 Contra contacto de dedos con partes bajo tensión y contra
penetración de objetos sólidos de diámetro superior a 12 mm
Las gota de agua no deben tener efectos
perjudiciales
Energía máxima que soporta 0,375 Joule
3 Contra contacto con piezas bajo tensión a través de
herramienta, cables u objetos de grosor superior a 2,5mm y contra penetración de objetos sólidos de diámetro superior a
2,5 mm
El agua que cae en un ángulo de hasta 60º no
debe tener efectos perjudiciales
Energía máxima que soporta 0,5 Joule
4 Contra contacto con piezas bajo tensión a través de
herramientas, cables u objetos de grosos superior a 1 mm y
contra penetración de objetos sólidos de diámetro superior a 1
mm
Las salpicaduras de agua procedentes de cualquier dirección no deben tener
efectos perjudiciales
_____
5 Protección completa contra contacto con partes bajo tensión y contra acumulación perjudicial de polvo pero no hasta el punto de afectar el funcionamiento
El agua proyectada por una tobera desde
cualquier dirección no debe tener efectos
perjudiciales (diámetro de la tobera: 6,3 mm, presión
30 KPa)
Energía máxima que soporta 2 Joule
6 Protección completa contra contacto con partes bajo tensión
y contra penetración de polvo
El agua proyectada por una tobera desde
cualquier dirección no debe tener efectos
perjudiciales (diámetro de la tobera: 12,5 mm;
presión 100 KPa)
_____
7 _____ _____ Energía máxima que soporta 6 Joule
9 _____ _____ Energía máxima que soporta 20 Joule