Conceptos Esenciales de Iluminación: Lámparas, Fotoluminiscencia y Cálculos Lumínicos

Producción de Luz por Fotoluminiscencia

Cuando la luz se produce por la observación de las radiaciones ultravioletas de un gas, existen dos tipos:

Fluorescencia

Todos aquellos fenómenos fotoluminiscentes en los que la radiación luminosa se emite mientras la fuente de excitación (corriente eléctrica o radiación UV) está activa.

Fosforescencia

Cuando en determinadas sustancias luminiscentes la radiación persiste aún después de cesar la excitación.

Comparativa de Rendimiento Luminoso y Vida Útil de Lámparas

Lámparas Incandescentes (Lámparas Inca)

• Rendimiento: 8 a 20 lm/W
• Vida media: 1000 horas

Tubos Fluorescentes (Tubos Fluo)

• Vida media: Aproximadamente 7 veces mayor que las incandescentes.

Lámparas de Vapor de Mercurio a Alta Presión (VP AP)

• Se fabrican hasta 1000 W. El flujo luminoso es similar al de los tubos fluorescentes.
• Vida media: 6000-9000 horas.

Efecto Estroboscópico

Las lámparas de descarga no poseen inercia luminosa. Por ello, cuando la corriente pasa por cero (100 veces en 1 segundo para 50 Hz), la lámpara no emite radiaciones. Este efecto casi no se aprecia por el ojo humano, excepto en ciertos casos (por ejemplo, en máquinas en movimiento), dando la impresión de que están paradas o se mueven de manera intermitente. Se puede corregir mediante equipos preparados a tal efecto o, en instalaciones trifásicas, simplemente distribuyendo la conexión de las lámparas en cada fase.

Características de los Tubos Fluorescentes

Los componentes principales son:

• Reactancia
• Cebador
• Condensador

Reactancia

Limita la corriente y produce la fuerza electromotriz (FEM) inducida necesaria para ionizar el vapor de mercurio y producir el encendido de la lámpara. En resumen: limita la corriente e ioniza.

Cebador

Permite el paso de la corriente durante unos segundos a través de los electrodos, lo que provoca la emisión de electrones y el inicio de la descarga.

Comparación de Lámparas de Vapor de Sodio: Baja Presión (BP) vs. Alta Presión (AP)

Vapor de Sodio a Baja Presión (BP)

Color: Amarillo. Aplicación principal: Alumbrado público. La luz se produce por una descarga eléctrica a través del metal de sodio vaporizado a baja presión, lo que genera radiaciones visibles en longitudes de onda casi monocromáticas.

Vapor de Sodio a Alta Presión (AP)

La descarga eléctrica se produce a través del metal de sodio y mercurio junto con un gas noble (xenón o argón), vaporizados a alta presión, lo que aumenta la longitud de onda. Este tipo de lámpara permite distinguir todos los colores de la radiación visible.

• Temperatura de color: 2100º K.
• Rendimiento luminoso: 100-140 lm/W.

Lámparas de Luz Mezcla

Son una combinación de las lámparas de vapor de mercurio a alta presión (AP) y las de incandescencia, que corrigen la luz azulada de las primeras. Su construcción es similar a las de vapor de mercurio a AP, pero con un filamento incandescente (de wolframio/tungsteno) conectado en serie con el tubo de descarga.

Aplicaciones de los Diferentes Tipos de Lámparas

Lámparas Incandescentes

Alumbrado doméstico y señalización.

Tubos Fluorescentes

Interiores de oficinas, grandes almacenes, comercios, escuelas, hospitales, industrias, etc., donde la altura de montaje no supere los 5 metros.

Lámparas de Vapor de Sodio a Baja Presión (VPS BP)

Carreteras y autopistas, muelles de carga y descarga, puertos, aparcamientos, etc.

Lámparas de Vapor de Mercurio a Alta Presión (VP AP)

Alumbrado exterior más exigente, alumbrado interior en naves industriales con elevadas alturas de montaje, supermercados.

Lámparas de Halogenuro Metálico

Alumbrado de interiores que requieren calidad y cantidad de luz con elevadas alturas de montaje. Se fabrican hasta potencias de 3500 W.

Magnitudes y Unidades Fotométricas

Intensidad Luminosa

Candela (cd)

Flujo Luminoso (Φ)

Lumen (lm)

Iluminancia (E)

Lux (lx)

Ángulo Sólido

Estereorradianes (sr)

Brillo / Luminancia (L)

cd/m²

Temperatura de Color

ºK (Kelvin)

Rendimiento Luminoso

r = lm/W

Ley del Coseno

E = I/d² * cos(β)

Cantidad de Luz

lm·s (Lumen-segundo)

Potencia

W (Vatio)

Superficie Aparente

S'

Cálculos Eléctricos y de Iluminación

Fórmulas Eléctricas Básicas

1. Voltajes y Corrientes

• Tensión de Línea (UL): 380 V
• Tensión de Fase (UF): 220 V
• Relación Tensión de Fase - Tensión de Línea: UF = UL / √3
• Corriente de Línea (IL): IL = UL / (√3 * Z)
• Impedancia (Z): Z = √(R² + X²) (donde R es resistencia y X es reactancia)
• Ángulo de Fase (tg φ): tg φ = X / R
• Corriente de Fase (IF): IF = IL (en conexión serie o estrella, si es el caso)

2. Potencias

• Potencia Activa (P): P = √3 * UL * IL * cos(φ)
• Potencia Reactiva (Q): Q = √3 * UL * IL * sen(φ)
• Potencia Aparente (S): S = √3 * UL * IL

3. Corrección del Factor de Potencia

• Capacitancia para Corrección (CIII): CIII = PIII * (tg(φ) - tg(φ')) / (UL² * ω)
• Capacitancia por Fase (CI): CI = CIII / 3 (para conexión en estrella o triángulo, dependiendo del contexto)
• Ejemplo de Capacitores: CI = CII = 115 mF - 220V (400V)
• Potencia Reactiva de los Capacitores (QC): QC = PIII * (tg(φ) - tg(φ')) [var]

Cálculos de Diseño de Iluminación

• Nivel de Iluminación: Ver página 8 (Lux).
• Factor de Mantenimiento (fm): Ver página 9.
• Índice del Local (K): K = (A * L) / (h * (A + L))
  Ejemplo de cálculo proporcionado (interpretado): (25 * 10) / (2.85 - 0.85) * (25 + 10) = 250 / 2 * 35 = 4375. (Nota: Este cálculo no corresponde a la fórmula estándar del índice de local K, que sería K = (25 * 10) / ((2.85 - 0.85) * (25 + 10)) = 250 / (2 * 35) = 3.57)
• Factor de Utilización (fu) para techos y paredes claros: fu = [Valor según tablas]
• Flujo Total Requerido (ΦT): ΦT = (E * L * A) / (fm * fu)
• Número de Luminarias (N): N = ΦT / Φi (donde Φi es el flujo luminoso de una luminaria individual)
• Distribución de Luminarias: Por filas y por columnas. Ejemplo: 9x5 = 45 luminarias.
• Distancia Máxima entre Luminarias (d): d ≤ 1 * h (donde h es la altura de montaje efectiva). Ejemplo: d ≤ 1 * 2.85 m, por lo tanto, d ≤ 2.85 m.
• Comprobación de Distancia de Separación:
  • da = A / S
  • dl = L / 9