Diseño y Proyecto

Requisitos de Diseño

El diseño del proyecto está sujeto a normativas y reglamentos que varían dependiendo del espacio a iluminar, tarea a realizar, país, etc. Estas normativas deberán consultarse para cada proyecto en particular.

Por ejemplo, una instalación de iluminación exterior debe cumplir con la norma UNE-EN 13201:2009 y para satisfacer el R.D. 1890/2008 no se puede superar en un 20% los niveles recomendados por dicho documento.
El diseño de un proyecto de iluminación de interiores debe cumplir la Norma Europea para lugares de trabajo UNE EN 12464-1:2012 y la norma UNE EN 12464-2:2008 para exteriores.

A partir de las características proporcionadas por los fabricantes y las necesidades del proyecto, la variedad de luminarias y fuentes se reduce considerablemente.
Es en ese momento, cuando el diseñador, gracias a los conocimientos adquiridos y experiencia previa, decide cual puede ser la mejor solución al proyecto. Aunque es muy poco probable que la primera propuesta sea la elegida, debido al gran número de factores que influyen en esta decisión.

Los requisitos son los siguiente:

• Requisitos lumínicos
• Requisitos de visibilidad
• Requisitos de eficiencia energética y medio ambiente
• Aspectos Tecnológicos y exigencias de servicio
• Requisitos económicos
• Requisitos estéticos

 

Requisitos lumínicos

Nivel medio de iluminación

Los valores de la iluminancia media para iluminación de lugares de trabajo en interior están tabulados en la norma UNE-EN 12464-1:2012.

Los valores de iluminancia media para iluminación de exteriores se pueden encontrar en la Instrucción técnica complementaria ITC-EA-02 Niveles de iluminación del Reglamento de eficiencia energética de alumbrado exterior o del R.D. 1890/2008. Por ejemplo, en la tabla adjunta se muestran los niveles de iluminancia media para alumbrado ornamental.

Tabla - Nivel iluminación media para alumbrado exterior (Fuente: R.D. 1890/2008)

 

Luminancia

En muchos casos, los materiales utilizados tienen características de reflexión difusa, por lo que es suficiente con establecer una relación proporcional entre nivel de iluminación y luminancia.

Para resolver los casos en los que hay influencia de luminancias se aconseja utilizar programas de cáclculo o simplificar los cálculos considerando las superficies de estudio como superfices completamente difusoras y con factor de reflexión conocido.

La Imagen 1 muestra la escala de luminancias para iluminación de interior y la Tabla 3 muestra la luminancia mínima.

Imagen - Escalas de luminancias para iluminación de interior (Fuente: Manual de iluminación INDAL)

Tabla - Luminancia recomendada para carreteras (Fuente: R.D. 1890/2008)

 

Uniformidad

La iluminancia proporcionada sobre la superficie de referencia nunca será uniforme, pero generalmente, debe ser la máxima posible.

La uniformidad ayuda a evitar problemas de adaptación. Será necesario estudiar cada caso en particular. Por ejemplo en el diseño de un proyecto de iluminación deportiva, es muy imporante que exista buena uniformidad en los planos horizontales y verticales.

La tabla 4 muestra los niveles de uniformidad establecidos para iluminación de carreteras en el R.D. 1890/2008, de 14 de noviembre.

Tabla - Uniformidad en carreteras (Fuente: R.D. 1890/2008)

 

Equilibrio de luminancias

Este requisito está ligado al deslumbramiento. Si no se controlan las luminancias de las fuentes de luz y los elementos que componen el espacio a iluminar, pueden aparecer deslumbramientos molestos o pertubadores.

El equilibrio de luminancia requiere un especial control sobre las luminancias de fondo, que en el caso de una oficina es sencillo, pero es más complicado en zonas industriales o espacios exteriores.

La IES (Iluminating Enginering Society) establece relaciones entre tareas y alrededores en iluminación de interiores. Los datos se muestran en la tabla adjunta.

Tabla - Proporciones de Luminancias en Interiores (Fuente: MAPFRE - Manual de Ergonomía )

Las luminancias de paredes y techos también deben ser considedas para no exceder los límites y provocar deslumbramiento. Las luminancias recomendadas para estos elementos son:

• Pared: entre 50 y 150 cd/m²
• Techos: entre 100 y 300 cd/m²

 

Deslumbramiento

Para controlar el deslumbramiento es necesario controlar la luminancia de las fuentes luminosas en la dirección de la mirada del observador. Actualmente existen programas informáticos de cálculo que permiten evaluar el deslumbramiento exacto en cualquier zona.

• Deslumbramiento directo e indirecto El deslumbramiento directo se produce por una luminaria directamente que está situada dentro del campo visual. El deslumbramiento indirecto se produce por la reflexión que produce la luminaria sobre una superficie con un alto nivel de reflectancia.
  

  Imagen - Deslumbramiento directo y reflejado

• Ángulo crítico

  Una de las principales causas que producen el deslumbramiento es la posición de las fuentes de luz respecto a la tarea visual. Se conoce como ángulo crítico el ángulo que forma la dirección visual con la horizontal que pasa por el ojo. Por ejemplo, en la Imagen 3 el ángulo crítico es de 30º.

  

  Imagen - Angulo critico deslumbramiento

• Deslumbramiento en espacios interiores

  El índice del deslumbramiento molesto es común en iluminación de interiores. Se calcula mediante el Índice de Deslumbramiento Unificado (UGR, Unified Gare Rating), creado por la CIE el año 1995, que describe el brillo molesto según la posición del observador y la dirección de la vista.

  El límite admisible del UGR está definido para las diferentes actividades del espacio a iluminar en la norma UN-EN 12464-1 de Iluminación de lugares de trabajo.

  El índice del deslumbramiento se calcula con la fórmula:

  

  Donde:

  • L_b es la iluminancia de fondo en cd/m², calculada como E_indxπ^-1, en la que E_ind es la iluminancia indirecta vertical en el ojo del observador
  • L es la luminancia en cd/m² de las partes luminosas de cada luminaria en la dirección del ojo del observador
  • ω es el ángulo sólido en sr de las partes luminosas de cada luminaria en el ojo del observador
  • p es el índice de posición de Guth para cada luminaria individual que se refiere a su desplazamiento de la línea de visión

  El ejemplo siguiente muestra el deslumbramiento que se produce sobre la pantalla del ordenador que no permite al trabajador realizar sus tarea.

  

  Imagen - Ejemplo deslumbramiento molesto (Fuente: NextArchitect)

   

• Deslumbramiento en espacios exteriores

  La iluminación de espacios exteriores considera los dos tipos de deslumbramiento: molesto y perturbador. Normalmente si se cumplen los límites del deslumbramiento molesto, el deslumbramiento perturbador se considera admisible.

  La luminancia de velo es la pérdida de visión que se produce por el deslumbramiento perturbador está creada por la aparición de un velo que se superpone a la imagen nítida que ve el ojo, de modo que disminuye la capacidad del ojo de apreciar los contrastes.

  Se considera que el velo tiene una cierta luminancia que se calcula por la fórmula:

  

  Donde:

  • L_v es la luminancia de velo en cd/m²
  • E_g [lux] iluminancia sobre el ojo (en un plano perpendicular) causada por la fuente de deslumbramiento
  • θ ángulo, en grados, entre la dirección de incidencia de la luz en el ojo y la dirección de observación
  • El sumatorio está extendido a todas las luminarias de la instalación

  La luminancia de velo equivalente se define considerando que la reflexión del entorno es totalmente difusa, se calcula por la fórmula:

  

  Donde:

  • r
  • E_hm es la iluminancia media horizontal del área
  • L_ve es la luminancia de velo equivalente en cd/m²

   

  El deslumbramiento perturbador se calcula mediante la expresión del incremento de umbral (TI) para valores de luminancia media en la calzada entre 0,05 y 5 cd/m² :

  

  Donde:

  • L_m luminancia media de la calzada en cd/m²
  • L_v luminancia de velo equivalente en cd/m²

  Cuando la luminancia media de la calzada es superior a 5 cd/m², el incremento umbral se calcula como:

  

  El índice de deslumbramiento GR (Glare Rating) en iluminación de exteriores evalúa el nivel de deslumbramiento utilizando la fórmula empírica definida por la C.I.E en su publicación 112:1994. Actualmente es el método aceptado para evaluar el deslumbramiento en instalaciones de alumbrado que utilicen proyectores.

  

  Donde:

  • L_v luminancia velo equivalente en cd/m²
  • L_ve luminancia de velo denominada equivalente producida por el entorno

  Los valores de GR deben estar entre 10 y 90. La relación entre el GR y su valoración se muestra en la siguiente tabla:

  Índice de deslumbramiento (GR)	Valoración
  Insoportable	80-90
  Molesto	60-70
  Admisible	40-50
  Evidente	20-30
  Inapreciable	10

  Tabla - Coeficientes factores de reflexión, absorción y transmisión

  El deslumbramiento perturbador se produce como muestra la Imagen5:

  

  Imagen - Deslumbramiento Perturbador (Fuente: Dirección General de Tráfico)

 

Equilibrio lumínico

 

Color

En iluminación de espacios interiores, a parte de las propiedades de las fuentes de luz, el color de las paredes o superficies de alrededor y su grado de reflexión afectará al color.

Para más información sobre el color ver tema colorimetría.

 

Requisitos de visibilidad

Cada situación presenta una exigencia concreta que depende de factores como el tipo de actividad, distancias de visión, cámaras de televisión, etc. Las necesidades de iluminación se definen a partir de los siguientes parámetros:

Tipo de zona a iluminar

Imagen - Visibilidad en un estadio de fútbol Vs carretera

Los parámetros que se deben definir son:

Dimensiones y forma de la zona a iluminar (campo de fútbol, monumento, almacén). Es importante no olvidar la altura.

Claridad, colores y texturas

Zonas puntuales de interés

Análisis de las distintas zonas a iluminar. Aunque sea un espacio cerrado pueden existir distintos niveles de iluminación en función de la tarea a realizar en cada zona. Por ejemplo, las salas de trabajo, los pasillos, almacenes, etc.

La zona concreta donde se desarrolla la tarea divide en el área de trabajo y el entorno de dicha área.

 

Actividad a realizar

Los parámetros que se deben definir son:

Dificultad de la tarea a realizar (precisión, complejidad, velocidad)

Contraste entre los objetos y el fondo

Tiempo de duración de la tarea

La tarea a realizar determinará unas condiciones más o menos exigentes del nivel de iluminación. Por ejemplo, iluminar un taller de joyería, donde se realiza un trabajo muy preciso, no es lo mismo que iluminar una tienda de ropa, aunque está última da mucha importancia a la reproducción de los colores.

 

Grado o intensidad de utilización

Parámetros de iluminación recomendados; estos parámetros se encuentran tabulados para las distintas actividades o zonas a iluminar. Los parámetros de iluminación interior son mucho más exigentes que los de iluminación de exteriores.

Imagen - Grado de Intensidad (Fuente: IDAE)

 

Requisitos de eficiencia energética y medio ambiente

La eficiencia energética es otro factor básico en el diseño del proyecto. La instalación se debe diseñar para optimizar la relación siguiente para reducir el coste producido por el consumo y evitar problemas medio ambientales como la contaminación lumínica.

La eficiencia energética deriva de la correcta elección de fuentes de luz eficaces y un diseño eficiente.

El R.D. 1890/2008 establece los valores de efciencia energética de referencia para alumbrado vial funcional y ambiental.

Tabla - Valores de eficiencia energética de referencia (Fuente: R.D. 1890/2008)

 

El consumo energético afecta a los costes de explotación del sistema de alumbrado, pero también implica problemas medioambientales como la contaminación atmosférica, uso innecesario de recursos, etc.

Para minimizar el consumo durante el diseño se debe considerar:

Minimizar las pérdidas por depreciación de las instalaciones estableciendo el mantenimiento necesario

Sistemas de regulación de la luz y control de horarios de funcionamiento

Conocer la evolución del consumo de la instalación durante su uso para corregir desviaciones

 

La contaminación lumínica es la emisión de flujo luminoso producido por las fuentes de luz artificiales del alumbrado nocturno, con intensidad, dirección, horario o rangos espectrales inadecuados para realizar la tarea de la zona iluminada.

Imagen - Contaminación lumínica mundial (Fuente: ESA)

Imagen - Contaminación lumínica de Europa (Fuente: ESA)

La contaminación lumínica está causada por:

Luminarias que emiten parte del flujo luminoso hacia el cielo o zonas que no es necesario iluminar

Nivel de iluminación superiores a los necesarios

Horarios de encendido innecesarios

La contaminación lumínica produce muchos efectos negativos entre los cuales destacan:

Alteración del descanso de las personas y seres vivos que utilizan la luz nocturna para cazar, orientarse con la Luna, etc.

Consumo energético innecesario que implica un aumento de demanda de energía elétrcia

Dificultad para estudios astronómicos

Deslumbramiento

 

El R.D. 1890/2008 limita los valores de resplandor luminoso nocturno y luz intrusa o molesta. Por ejemplo, una área con entornos o paisajes oscuros, se clasifica como zona E1 y el valor máximo del flujo hemisférico superior instalado (FHSins) no puede superar el límite de la tabla 9 y las limitaciones de la luz molesta de la Tabla 10

Tabla - Valores ímite del FHS_inst (Fuente: R.D. 1890/2008)

Tabla - Limitaciones de la luz molesta (Fuente: R.D. 1890/2008)

Para minimizar el impacto de la contaminación lumínica de deberá:

Utilizar luminarias que dirijan el flujo luminíco sobre la zona que se desea iluminar. Eliminar el uso de luminarias sin reflector.

Imagen - Control del flujo luminoso

Controlar la iluminación de monumentos, espacios deportivos donde se utilicen proyectores. Dirigir la luz en sentido descendente siempre que sea posible

Imagen - Iluminación de superficies verticales

Variar el nivel de iluminación; reducir el nivel si no es necesario

 

Aspectos tecnológicos y exigencias de servicio

A parte de cumplir los requisitos lumínicos, las instalaciones se deben diseñar de manera que se puedan alcanzar objetivos como:

La posibilidad de construir los elementos previstos y la instalación del sistema

Procesos de mantenimiento para garantizar la continuidad de las prestaciones iniciales

Gestión de residuos durante la vida útil de la instalación y en el caso de la desintstalación

Garantizar la seguridad a cualquier usuario

Imagen - Fuentes de luz (Fuente: Ecoembes)

 

Requisitos económicos

El coste de un proyecto de alumbrado también influye en la selección de los sistemas. Está basado en tres costes:

Coste de instalación; coste de los componentes y mano de obra

Coste de mantenimiento; coste producido por las reparaciones, cambio de elementos, limpieza, etc.

Consumo energético de la instalación necesaria para su funcionamiento

La reducción de presupuesto debe afectar a todos estos elementos en la misma proporción para no perjudicar al conjunto.

 

Requisitos estéticos

A parte de los requisitos comentados anteriormente, el diseño de un sistema de alumbrado debe considerar la imagen que crea en el entorno. Por lo que el diseño de un proyecto no es solamente funcional sino que tambien cuenta el impacto que crea el alumbrado en la estética del entorno, el ambiente que se crea, por ejemplo en la Image13 no es lo mismo una luminaria cerca del museo Guggenheim de Bilbao que una luminaria para una carretera convencional.