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LUX, lúmenes y brillo

Hoy en día y con el consumo como dato vital a la hora de seleccionar una luminaria, ya no nos vale sólo con comparar las potencia (W) de las luminarias, necesitamos también comparar el rendimiento lumínico por su potencia. Ahí entra en juego dos parámetros lumens (Lm) y los luxes (lux).

Vamos a explicar cual es la diferencia y su equivalencia:

  • Lumen (Lm): Es la unidad del Sistema Internacional para medir el flujo luminoso.La medida de la potencia luminosa emitida en un ángulo determinado por una fuente, es decir, la unidad que indica la “cantidad” total de luz que percibimos en un ángulo determinado.
  • Luxes (Lux): Es la unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades para el nivel de iluminación. Es la sensación de luminosidad. Su equivalencia es de un lumen/m². Se usa en fotometría como medida, tomando en cuenta las diferentes longitudes de onda según la función de luminosidad, un modelo estándar de la sensibilidad a la luz del ojo humano. Resumiendo, es la cantidad de luz que tenemos en un metro cuadrado.

Ejemplo práctico

Que un foco LED de 100W sea capaz de emitir 1000 lumens, no significa que de mucha sensación de luz, dependerá de su ángulo de apertura y el espacio a iluminar; por ejemplo, si ilumina 10 metros cuadrados solo tendremos 100 luxes en total (muy oscuro) pero si estamos en una habitación de 1 metro cuadrado tendremos 1000 lux (muchísima luz).
Las bombillas LED emiten su luz en un ángulo determinado a diferencia de las bombillas incandescentes que emiten su luz a 360º (perdiendo su eficiencia). El LED aprovecha mejor su luz por este motivo, con un menor consumo podemos emitir 1000 lumens con tan solo 11W (ahorro de 90%) y en un ángulo de 120º iluminando directamente por dónde nos movemos (no hacia el techo) y por lo tanto la sensación de luz de estos 1000 lumens será mayor a la lámpara convencional.

La importancia de espacios de trabajo bien iluminados

Fatiga visual, migrañas, mal humor, deslumbramientos que afectan la vista provocados por el monitor de la computadora en la que se trabaja.

Estas situaciones contribuyen a disminuir la productividad de un empleado, pero pueden ser corregidas al mejorarse la iluminación de su espacio de trabajo.

Por ejemplo, para atenuar las molestias que son causadas por los monitores de los ordenadores, es necesario seleccionar y ubicar correctamente las luminarias de la oficina.

Carla Giavi, Arquitecto y especialista en iluminación, afirma que una correcta iluminación, adaptada a cada área de trabajo, permitirá que los trabajadores se muevan con seguridad en su entorno laboral y que realicen tareas visuales con eficiencia y precisión.

Asimismo, un uso correcto de la luz puede aminorar la cantidad de accidentes laborales que se presentan, reducir el estrés y brindar un mayor confort.

En un sitio, la iluminación puede ser natural, artificial o una combinación de ambas y es necesario cuidar por igual la cantidad y la calidad.
¿Qué hay que tomar en cuenta?

En México existe una norma denominada “NOM-025”. Que dicta los niveles de iluminación necesarios a cumplir para cada área de trabajo dependiendo de la actividad a realizar.

Veamos un caso: en oficinas en las que los trabajadores laboran frente a una computadora,  la norma recomienda un nivel de iluminancia de 300 lux.

La iluminancia es la unidad de medida de la cantidad de luz que incide en un espacio de trabajo y se mide en lux.
Además, cada fuente de iluminación tiene un tono distinto, que se conoce como temperatura de color y se mide en Kelvin. Así, se habla de fuentes de luz frías y fuentes de luz cálidas.
Un ejemplo de una luz cálida puede ser la luz de una vela o la luz de unincandescente. Una luz fría puede ser un fluorescente compacto.

“El tono de color blanco que tenga la fuente de luz increíblemente influye psicológicamente en las personas, es un factor por considerar. También los colores con los que están pintados los espacios de trabajo, porque eso incide en el sistema de iluminación”.

De igual forma, existe un índice de reproducción de color, cuyo porcentaje debe adaptarse según el lugar en el que se labore.

En una fábrica en la que se empacan productos alimenticios se recomienda una iluminancia de 300 lux.

En la cocina de un restaurante u hotel la iluminancia sugerida es de 500 lux.

En la industria textil, el proceso de inspección de telas requiere un nivel de iluminancia de 1.000 lux.

La óptica

La óptica, elemento crucial en la iluminación

La óptica es uno de los factores clave en el funcionamiento y duración de las luminarias LED

La óptica de una luminarias LED se basa en el diseño de espejos, lentes y elementos que ayuden a controlar la luz proyectada. La óptica es fundamental para la eficiencia de la luminaria. Los faros de los coches son uno de los ejemplos más claros de óptica, las propiedades físicas de las lentes de cristal permiten al haz de luz amplificarse e intensificar su alcance. Las ópticas ayudan a dirigir la luz, aumentar su intensidad o protegernos de deslumbramientos.

En el caso de la iluminación LED, existen dos tipos básicos de óptica.

Primaria. Protege a cada chip
Secundaria. Encargada de moldear la luz según el tipo de lentes que tengan instalada la luminaria. Las lentes pueden de dos tipos: divergentes que amplían el haz lumínico o convergentes que concentrar el haz luminoso. También podría considerarse como un tercer tipo de óptica la fibra óptica por ayudar a dispersar y dirigir la luz.
Cómo elegir la óptica mas adecuada para cada proyecto

En proyectos de iluminación de interiores lo normal es encontrarse ópticas de diagramas simétricos, mientras que en el caso concreto del alumbrado público, se suelen utilizar ópticas asimétricas que dirigen la luz a zonas concretas para evitar pérdidas lumínica.

La mayoría de los elementos ópticos para iluminación están fabricados en policarbonato de grado óptico o acrílico para maximizar la transmisión lumínica. También existen otras ópticas fabricadas en poliestireno que tienen un rendimiento óptico menor y un mayor deterioro con el tiempo pero son más económicas de producir.

Además del materiales de fabricación hay otros parámetros a tener en cuenta:

FWHM (Full Widht at Half Maximum) Es un valor que muestra el rendimiento óptico máximo del aparato. Sección de la distribución de la luz:

Valor del 10%. Indica el ángulo en que la intensidad de la luz disminuye un 10% respecto al valor máximo. Parámetro vital para componentes ópticos de haz estrecho. Cuanto más cerca esté el valor del 10% del FWHM más luz focalizada y menos desperdicio.
CD/LM (candelas por lúmen) es el factor que mide en gran medida la eficiencia de la luminaria. El valor cd/lm debe ser visto en combinación con todos los factores de la óptica y analizarse con mucho cuidado. Podemos encontrar ejemplos de luminarias que cuentan con un pico alto al centro, pero la forma de la curva es de baja calidad o con una baja eficiencia para todo el sistema.
Los componentes ópticos en la iluminación LED juegan un papel vital para el éxito final de la luminaria, hay bastantes parámetros a considerar para cada aplicación o proyecto, que deben ser comparados entre las diferentes soluciones ópticas con mucho cuidado.

 

Factor de potencia en iluminación

El factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo útil. Indica la eficiencia del uso de la energía eléctrica.

Toma valores entre 0 y 1, de forma que un cos ϕ = 1 indica que toda la energía consumida por los equipos se ha convertido en trabajo útil. El factor de potencia igual a 1 son cargas puramente resistivas y si es igual 0 son cargas de elementos inductivos y capacitivos sin resistencias. A menor valor del factor de potencia, mayor consumo de energía es necesario para producir trabajo útil. El factor de potencia está normalizado a un valor mínimo de 0,9, por debajo del cual la compañía eléctrica aplica una penalización económica.

Cuando se utilizan lámparas fluorescentes tubulares u otra lámpara a descarga se exige un equipo auxiliar para compensar esta perdida de potencia reactiva.

Normalmente los leds presentan  un factor de potencia del 0,9 superando  cualquier combinación de lámpara HP + reactancia + condensador, incluso utilizando balastros electrónicos. Esto no es  óbice para que ciertos dispositivos led no sean de buen diseño y calidad, y suministren un bajo factor de potencia, por lo que se recomienda mirar las hojas de datos de fabricante.

La teoria

Partimos recordando que los sistemas de iluminación LED, a diferencia de los sistemas convencionales de iluminación, van alimentados con corriente continua (DC), por ello al ser enchufados a la corriente alterna (AC) necesitaremos hacerlo a través de una fuente de alimentación o driver para su funcionamiento. Esta potencia total consumida por la luminaria se llama potencia aparente (KVA) es la suma de estas dos potencias:

  • Potencia activa (kW): Es la energía eléctrica transformada en trabajo útil, en el caso de los LED es la potencia que realmente necesita nuestra luminaria LED para iluminar
  • Potencia reactiva (kWr): Es la energía que realmente usa el equipo para su funcionamiento.

Potencia aparente (KVA) =  Potencia activa (kW) + potencia reactiva (kWr)

El factor de potencia

El factor de potencia se mide en una escala de 0 a 1,0.

Si un sistema eléctrico funciona con una eficacia del 100% (toda la energía consumida es aprovechada) el factor de potencia será de 1 (El máximo). Si un sistema eléctrico sólo logra el aprovechamiento de un 50% de la energía su factor potencia será de 0,50.

Cuanto menor sea el factor de potencia más se desaprovecha la energía, normalmente en forma de calor, que además provoca el deterioro de los materiales y un posible mal funcionamiento del sistema. Cuanto mayor factor de potencia tenga una luminaria LED, más eficiente será y más vida útil tendrá y rentable será su compra.

Penalización por energía reactiva

Para evitar sufrir elevadas facturas por consumo de reactiva es prioritario mejorar la eficiencia energética de su instalación. La facturación del consumo eléctrico para grandes consumos de tipo industrial contempla un suplemento por energía reactiva consumida. Con ello se intenta promocionar la eficiencia energética mediante la penalización económica de los consumos ineficientes.

La tendencia actual es a castigar cada vez más la ineficiencia de las instalaciones y los equipos. Por eso, mes tras mes asistimos a una subida altamente significativa en el coste kWr, especialmente substancial en aquellos tramos de factor de potencia que antaño quedaban eximidos o poco penalizados por el consumo de reactiva.

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