Calculo según el método de los lúmenes

Una buena iluminación puede llegar a conseguir que los lugares en los que vivimos y trabajamos se conviertan en algo más que un simple lugar de trabajo u ocio. Gracias a un buen diseño lumínico se pueden crear ambientes más que agradables, casi mágicos, sin por ello nunca olvidar que las instalaciones lumínicas sean energéticamente sostenibles.

Los parámetros que definen la calidad de una iluminación dependen de la finalidad de la misma (iglesias, teatros, sala de conciertos, aulas, museos, etc.) pero en todo caso han de responder a ciertas exigencias comunes. Como las siguientes:

1. Nivel de iluminación (niveles de flujo luminoso que inciden en una superficie)2. Distribución de iluminación en el campo visual.3. Limitación del deslumbramiento.4. Modelado: limitación del contraste de luces y sin sombras creado por el sistema de

iluminación.5. C olor: color de la luz y la reproducción cromática.6. Estética: selección del tipo de iluminación, de las lámparas y de las luminarias.

Si se siguen todos estos parámetros se conseguirá un buen diseño lumínico, sin olvidar nunca la elección adecuada de cantidad de la iluminación va en función del espacio que se va a iluminar y de la actividad que en él se realizará.

Comprobar en un determinado espacio si el nivel de iluminación es adecuado o no, se convierte en un atarea fundamental del Ingeniero si quiere conseguir espacios grandiosos lumínicamente hablando.

Una vez vista la importancia del por qué se debe conseguir un nivel de iluminación correcto usando el número preciso de lámparas y luminarias, es recomendable recordar cuales son los elementos básicos que forman parte de un buen sistema de iluminación.

La fuente de luz o tipo de lámpara utilizada: incandescente, fluorescente, descarga de gas.

La luminaria: Controla el flujo luminoso emitido por la fuente y en su caso evita o minimiza el deslumbramiento.

Los sistemas de control y regulación de la luminaria.

Método de los lúmenes, también denominado Sistema General o Método del Factor de utilización.

El método de los lúmenes es una forma muy práctica y sencilla de calcular el nivel del medio de la iluminancia en una instalación de alumbrado general. Proporciona una iluminancia media con un error de ±5 % y nos da una idea muy aproximada a las necesidades de iluminación.

Teniendo siempre en cuenta que se utilizará para obtener una iluminación general y uniforme de un determinado espacio.

Cálculo del flujo luminoso total necesario.

ΦΤ= Em.SCu.Cm

Donde

Em = Nivel de iluminación medio (en lux).

ΦΤ = Flujo luminoso que un determinado local o zona necesita en (lúmenes).

S = Superficie a iluminar en (en m²)

Este flujo luminoso se ve afectado por unos coeficientes de utilización (Cu) y de mantenimiento (Cm), que se definen a continuación:

Cu = Coeficiente de utilización. Es la relación entre el flujo luminoso recibido por un cuerpo y el flujo emitido por la fuente luminosa. Lo proporciona el fabricante de la luminaria.

Cm = Coeficiente de mantenimiento: Es el cociente que indica el grado de conservación de una luminaria.

Cálculo del número de luminarias.

NL= ΦΤn .Φ L

Donde:

NL = Número de luminarias.

ΦΤ = Flujo luminoso total necesario en la zona local.

ΦL = Flujo luminoso de una lámpara (se toma el catálogo).

n = Número de lámparas que tiene una luminaria.

La finalidad de este método es calcular el valor medio de la iluminancia en un local iluminado con alumbrado general. Se encontrara que es muy fácil y práctico, y por ello se utiliza mucho en la iluminación de interiores cuando la precisión necesaria no es muy alta como ocurre en la mayoría de los casos.

1. Calcular el flujo luminoso total necesario (ΦΤ ).I. Fijar los datos de entrada (a,b,H).

Altura del plano de trabajo (h´). Nivel de iluminancia media (Em). Elección del tipo de lámpara.

Elección del tipo de luminaria (catálogos comerciales) y su altura de suspensión.

II. Determinar el coeficiente de utilización (Cu). Según los datos del fabricante de la luminaria a partir de coeficientes de reflexión y el índice k del local.

III. Determinar el coeficiente de mantenimiento (Cm). Según tipo de local.2. Establecer el número de luminarias.3. Evalúa si el numero de luminarias es el correcto o no gracias a los puntos anteriores

1. Cálculo del flujo luminoso total que se necesita en el aula:

Se quiere averiguar el flujo luminoso que se necesita que aporten las lámparas que están colocadas es necesario analizar el tipo de aula, su forma y sus acabados influyen notoriamente en como reflexiona la luz en un determinado espacio. Para determinar el flujo luminoso se siguen los siguientes pasos:

I. Analizar las dimensiones del local o zona a iluminar.

a = ancho en m = 7.85 m

b = largo en m = 7.85 m

H = alto en m = 2.93 m

Fija la altura de trabajo del plano de trabajo h’.

En el aula normalmente se dará clases y los alumnos estarán sentados en sillas con pupitre. Es en esas donde se tiene que verificar si se cumplen los niveles adecuados de iluminación.

Es por tanto que se tenga la altura del plano de trabajo.

h’ = 0.75 m

Determina el nivel de iluminancia media (Em) que ha de tener el aula.

Los valores del nivel iluminancia media se pueden encontrar tabulados en la Norma Oficial Mexicana NOM-025-STPS-1999.

Identifica el tipo de lámpara que se está utilizando.

Se está utilizando una lámpara fluorescente ya que tiene una aceptable reproducción de color y es más eficiente, energéticamente hablando, que las incandescentes.

Gabinete Envolvente Clasilar (LAR-PE). Cuenta con un difusor prismático clasilar, es elaborado con poliestireno de alta calidad, proporciona un mayor confort visual y una distribución de los lúmenes en el área de iluminación.

Identifica el tipo de luminaria que se está utilizando.

Se consultan los catálogos de los fabricantes de las luminarias, las luminarias que se están utilizando tienen una clasificación de Daylight.

F96 T12/D/XPT 75 watts

F48T12/D 39 watts

Con esta información se obtiene que para:

- La luminaria F96 T12/D/XPT 75 watts, tiene un flujo de 4200 lúmenes. En total, el flujo de las lámparas de cada luminaria es de 2 x 4200 = 8400 lúmenes.

- La luminaria F48T12/D 39 watts, tiene un flujo de 3000 lúmenes. En total, el flujo de las lámparas de cada luminaria es de 2 x 3000 = 6000 lúmenes.

Determinar la altura de suspensión a las que se van a colocar las lámparas.

Generalmente la altura de suspensión de las luminarias para locales de altura normal será aquella que resulte de colocar las luminarias lo más alto posible.

Locales de altura normal Altura de las luminarias

Oficinas, viviendas, aulas…….. Lo más alta posible

Esquema de las alturas que se tienen instaladas

h = 2.18m

H = 2.93m

h’ = 0.75 m

II. Calcula el coeficiente de utilización (Cu).

El coeficiente de utilización, nos indica la relación entre el número de lúmenes emitidos por la lámpara y los que llegan efectivamente al plano ideal de trabajo. Los fabricantes proporcionan para cada modelo unas tablas que son llamadas las tablas del factor de utilización. Este coeficiente será más grande cuanto mayores sean los coeficientes de reflexión, mayores las altura y longitud y menor la altura del plano de trabajo. También influirá si el alumbrado es directo o no, pues una distribución concentrada dirigirá la luz unitariamente hacia abajo, originando que una menor proporción de luz incida en las paredes y techos, obteniendo así una considerable mejora en el rendimiento de las instalaciones.

El coeficiente de utilización, por lo tanto, se encuentra tabulado y es un dato que te debe facilitar el fabricante.

Si no se puede obtener los factores por lectura directa será necesario interpolar. Como para deducir el coeficiente de utilización has de averiguar antes el índice del local y los coeficientes de reflexión de las superficies del aula, se tienen que calcular antes:

Calcula el índice del local (k)

El índice del local (k) se averigua a partir de la geometría de este.

Sistema de iluminación Índice del localIluminación directa, semidirecta, directa-indirecta y general difusa

k= a .bh .(a+b)

Iluminación indirecta y semiindirecta k= 3 . a .b

2. (h+h' ) .(a+b)

En nuestro caso tenemos una iluminación (hacia abajo) y se sustituyen los valores del aula:

k= a .bh .(a+b)

¿(7.85m ) .(7.85m)

2.18m.(7.85m+7.85m) ¿61.62234.226

= 1.80

Calcula los coeficientes de reflexión

La reflexión de la luz depende del tipo de material o superficie en el que incide, por tanto, no es lo mismo que los acabados del aula sean de un material u otro en cuanto a la luz se refiere. Los coeficientes de reflexión de techo paredes y suelo se encuentran normalmente tabulados para los diferentes tipos de materiales, superficies y acabados.

Los coeficientes de reflexión son:

- Techo (blanco acústico) = 0.40 – 0.50- Paredes (gris claro) = 0.15 – 0.25- Suelo (gris oscuro) = 0.10 -0.20

En este momento ya se tiene establecido el índice del aula (k = 1.80) y los coeficientes de reflexión de las superficies del aula, por lo tanto, ya se puede averiguar el coeficiente de utilización (Cu).

Buscar en la siguiente tabla los valores encontrados:

Tabla de correcciónTecho 0.7 0.7 0.7 0.5 0Pared 0.7 0.5 0.2 0.2 0Suelo 0.5 0.2 0.2 0.1 0

k 0.6 77 58 49 48 45k 1.0 100 77 69 67 63k 1.5 116 91 84 80 77k 2.5 129 100 95 90 86k 3.0 133 103 99 93 89

La lectura no puede ser de forma directa, así que se debe interpolar:

80+90+77+864

= 83.25

Como este valor es un porcentaje, en realidad, estamos hablando de: Cu = 0.83

III. Determina el coeficiente de mantenimiento (Cm) o conservación de instalación.

Este coeficiente hace referencia a la influencia que tiene en el flujo que emiten las lámparas el grado de limpieza de la luminaria. Dependerá, por consiguiente, del grado de suciedad ambiental y de la frecuencia del local.

Para determinarlo, suponiendo una limpieza periódica anual, se pueden tomar los siguientes valores:

Ambiente Coeficiente de mantenimiento

Limpio 0.8Sucio 0.6

En el aula se supone un ambiente limpio, pero debido al estado en que se encuentra se decide tomar un ambiente sucio se toma: Cm = 0.6

Con todos los datos en mano, ya se puede calcular el flujo luminoso total necesario:

Para ello, debemos aplicar la formula:

ΦΤ= Em.SCu.Cm

Sustituimos los valores en la formula:

ΦΤ=(300 ) . (7.85 ) .(7.85)

(0.83 ) .(0.6) ¿18,3690.498

= 36,885.54 lúmenes

El flujo luminoso total que se necesita en el aula es de 36, 885.54 lúmenes.

2. Establecer el número de luminarias que se necesitan para alcanzar el nivel de iluminación.

El número de luminarias se calcula con la siguiente ecuación:

NL= ΦΤn.Φ L

Recordar que se tienen 2 lámparas por cada luminaria, de esta forma se sustituye en la ecuación:

NL=36 ,885.54(2 ) .(4 200) = 4.39 = 5

Es decir el cálculo nos dice que se deben tener 5 luminarias con dos lámparas para poder garantizar la iluminación.

3. Evaluar si el numero de luminarias es el correcto o no, gracias a los puntos anteriores

Por último, en este punto vamos a comprobar si nuestra instalación cumple con lo que nos dice la norma. Y lo que nos dice la norma es que para aulas se debe de cumplir un nivel de 300 lúmenes.

Sustituir los valores en la siguiente fórmula:

Em=NL .n .Φ L .Cu .CmS

Em=NL .n .Φ L .Cu .Cm

S=

(5 ) . (2 ) . (4200 ) . (0.83 ) .(0.6)(7.85 ) .(7.85)

=20,91661.62

=339.43

Al cumplir el nivel de iluminancia media significa que el número de luminarias que está instalado es el correcto.