LUX, lúmenes y brillo

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.

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La importancia de espacios de trabajo bien iluminados

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.

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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.

 

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Factor de potencia en iluminación

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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Los chip LED SMD

Los  chip LED SMD

La palabra “SMD” significa “Surface Mounted Device” (Dispositivo de Montaje Superficial) y a grandes rasgos es una forma de fabricación de encapsulado de componentes electrónicos, es decir, su proceso de fabricación consiste en el montaje de un chip sobre pequeña superficie tipo plantilla.
En la tecnología LED, el chip “SMD” es un tipo de LED encapsulado en una resina y dispuesto sobre un circuito impreso que logra unos 60 lúmenes por watt, pero dentro de las luminarias LED SMD existen grandes diferencias, ya que estos LEDs pueden ser SMD tipo: 2835, 3014, 3825, 5050, 5630 …

La fabricación de un Chip SMD se desarrolla en tres fases:

1.Montaje del chip sobre la plantilla aplicando adhesivo.

2.Conexión del chip uniendo y soldando cables a la placa base.

3.Cubrir el chip con fósforo para conseguir el color.

Ya mencionamos que existen varios tipos de LED SMD utilizados en la actualidad, sus nomenclaturas: 3014, 3028, 3528, 5050, 3028, 2835 y 5630 significan la dimensión del chip, es decir, 5050 significa que el chip tiene un tamaño de 5 * 5 mm y la potencia relacionada es 0.5 W. El tamaño del 3028 es 3 * 2.8 mm y la potencia es de 0.2W, y así también con los demás tipos de SMD.

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Iluminación LED de alta potencia

Iluminación LED de alta potencia

Los LED de Alta potencia son los dispositivos más utilizados en las estructuras arquitectónicas modernas de exterior. La iluminación led exterior es utilizada en estadios, estacionamientos, aeropuertos y grandes plantas industriales, y viene derivada de la teoría antes explicada sobre que los colores aparecen al calentar un cuerpo ideal, y que según la temperatura que alcance irradia unos u otros colores. Mientras que el cerebro humano equilibra la luz, los sensores de las cámaras digitales y la película fotográfica registran con diferencias palpables lo que realmente está ocurriendo con la iluminación.

Con el transcurso del tiempo los productos LED de alta luminosidad han ganado terreno por su gran resistencia y duración. Esta clase de luminarias altamente eficientes no emiten rayos ultravioletas, ni rayos infrarrojos y permiten un mejor control de temperatura en la superficie que iluminan. La cualidad por excelencia de los LED de alta potencia es el control preciso y direccional de la luz, permitiendo así una emisión de luz con colores más intensos y menos saturados.

Gracias a la eficiencia de estos dispositivos LED alta luminosidad se evitan pérdidas por reflexión permitiendo una efectividad de la zona a iluminar de un 90%. Estos nuevos sistemas de iluminación nos brindan grandes posibilidades de diseños exclusivos y efectos de color. Su tamaño reducido y su potencia, convierten a estos productos en una óptima herramienta para los diseñadores.

Las iluminación LED exterior de alta potencia cuentan con la de ventaja de tener un costo de mantenimiento bajo que es directamente proporcional con su larga vida útil calculada en más de 50.000 horas promedio. A diferencia de las lámparas fluorescentes soportan de forma óptima las bajas temperaturas y son artefactos lumínicos ecológicos por excelencia.

 

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Temperatura de color LED

¿Que es la temperatura de color?

La temperatura de color de una fuente de luz se define comparando su color dentro del espectro luminoso con el de la luz que emitiría un cuerpo negro calentado a una temperatura determinada. Por este motivo esta temperatura de color se expresa en kelvin, a pesar de no reflejar expresamente una medida de temperatura, por ser la misma solo una medida relativa.

  • Existe una explicación un poco más “seria”: Un cuerpo teórico llamado cuerpo negro, el cual no absorbería ni refleja ninguna frecuencia lumínica, es capaz de irradiar luz según aumenta de temperatura. A cada temperatura a la que se caliente dicho cuerpo emitirá una determinada longitud de onda (color) que tendrá una energía máxima. Esa sería la temperatura de color. Lo más parecido a dicho cuerpo son las estrellas, aunque éstas absorben una cierta cantidad de luz de diversos colores según sea su composición. De hecho, analizando el espectro de colores de la luz emitida por una estrella, se puede averiguar su temperatura y su composición en base a las líneas ausentes en el mismo.Aunque aparentemente todas las fuentes de luz son blancas, esto no es mas que una adaptación que hace nuestro cerebro, que en este sentido se comporta de manera parecida al modo de «balance de blancos automático» de algunas cámaras digitales y de vídeo. A veces pueden verse los diferentes colores de las fuentes de luz si ponemos distintos tipos de bombillas, fluorescentes o halógenos juntos. Entonces si que notamos claramente que, aunque todos iluminan, cada una de las fuentes de luz aparece como de un color distinto. Una consecuencia práctica en la vida diaria de todo esto la tenemos en las tiendas de ropa, donde una misma prenda puede aparecer de color distinto dentro de la tienda (iluminación artificial, con una determinada temperatura de color) y fuera de ella (luz solar, con otra temperatura distinta). Y precisamente es en la fotografía para catálogos de moda e industriales donde mas se mide la exactitud de reproducción de color, ajustando exactamente la temperatura de color de la toma, para evitar colores «falsos».

    La unidad de medida es el Kelvin (K), a veces llamado grados Kelvin, y viene derivada de la teoría antes explicada sobre que los colores aparecen al calentar un cuerpo ideal, y que según la temperatura que alcance irradia unos u otros colores. Mientras que el cerebro humano equilibra la luz, los sensores de las cámaras digitales y la película fotográfica registran con diferencias palpables lo que realmente está ocurriendo con la iluminación.

Luces cálidas, neutras y frías

Se denominan fuentes lumínicas cálidas a aquellas que, debido a su temperatura de color, tienen tonos cercanos al rojo, y frías las que tienen tonos próximos al azul. Las fuentes lumínicas situadas en el medio de ambas se consideran neutras.

Un caso interesante es la luz que percibimos del sol, que varía su temperatura de color dependiendo de la hora del día o la presencia o ausencia de nubes. Esto es debido a que la luz solar tiene que atravesar mas o menos cantidad de gases en la atmósfera según la hora del día y su posición en el cielo, o según haya o no nubes, con lo que se absorben antes las frecuencias altas de la luz, esto es, la gama azul/ultravioleta (salvo para los que tengáis el agujero de ozono encima), quedando una luz mas rojiza (cálida), sobre todo al amanecer y atardecer.

En determinados tipos de luces, como los fluorescentes y algunas de las que alumbran carreteras y sitios públicos, la temperatura de color es una media, ya que la luz que emiten no es del mismo tipo que una bombilla normal. En las bombillas tradicionales la luz se produce por incandescencia, mientras que en los fluorescentes se genera por descarga eléctrica en un gas. En los casos de descarga de gas faltan colores en la luz que irradian, que para más desgracia varían entre fabricantes y tipos de focos, y hacen muy complicado ver los objetos con colores reales.

Para hacernos una idea de cómo afecta la luz al color, consideremos una habitación de paredes blancas con muebles de madera clara. Si la iluminamos con luces cálidas, se acentuarán los tonos marrones de los muebles y las paredes absorben el color y se destaca un tono amarillento. El conjunto tendrá un aspecto cálido muy agradable. Ahora bien, si iluminamos el mismo cuarto con luces frías, se acentuarán los tonos verdes y azules de muebles y paredes dándole un aspecto frío a la sala.
Led y la temperatura de color
 
Una de las principales ventajas del led es que en su proceso de fabricación de determina la temperatura de color que se desa obtener. (Depende del compuesto químico que se combina como puede ser el Galio, Indio, aluminio, etc)
Gracias a esta tecnología los productos de iluminación led emiten luz solo en el espectro lumínico para el que han sido fabricados, y no emiten radiación en frecuencias como la ultravioleta o infrarroja como ocurre con otras tecnologías como los fluorescentes (tubos o bombillas de bajo consumo) e incandescentes que pueden perjudicar a los objetos que iluminan.
Habitualmente, en leds, se hablan de 3 grupos de temperatura de color:
  • Luz Cálida: (Temperaturas de color entre 2800ºK y 3500ºK). Equivale a la luz que producían las bombillas incandescentes y los focos halógenos. Es recomendable en tiendas de ropa, fruterías, panaderías, charcuterias y carnicerías (estas 2 últimas es más habitual incluso una iluminación de tono rosa). En el caso de viviendas, se recomiendo su instalación en estancias como el salón y los dormitorios.
  •  Luz Neutra: (Temperaturas de color entre 3800ºK y 4500ºK) dicen los expertos que es la luz más natural. Se puede instalar en cualquier entorno que no requiera del matiz específico que puedan aportar las otras 2 categorías.
  • Luz Fría: (Temperaturas de color de mas de 5000ºK). Equivale a la luz de un día muy soleado o nublado. Una de las ventajas de la luz fría es que a la misma intensidad aporta una mayor cantidad de lumens lo que genera una percepción mayor de luminosidad. Es una luz muy recomendada para pescaderías y joyerías. Respecto a viviendas, es habitual encontrarlo en cocinas y baños. Aunque los/las expertos/as en maquillaje recomiendan siempre lúces cálidas ya que tienen la ventaja de aportar una mejor gama cromática.

 

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La iluminación LED

Todo lo que necesitas saber de la iluminación LED

La tecnología conocida como LED (por sus siglas en inglés, Light Emitting Diode, que en español significa Diodo Emisor de Luz) también conocida como Diodo Luminoso consiste básicamente en un material semiconductor que es capaz de emitir una radiación electromagnética en forma de Luz.

Su aplicación está extendida a una gran cantidad de tecnologías, siendo generalmente utilizados para su función primitiva de iluminación y siendo un perfecto indicador debido a su baja necesidad de energía eléctrica y su alta perdurabilidad, introduciéndose inicialmente como un pequeño punto luminoso de color rojo con una baja intensidad lumínica.

Su funcionamiento está basado en el efecto de la Electro-Luminiscencia, en la cual mediante una estimulación directa de polarización permite a este dispositivo liberar energía en forma de un Fotón, cuyo color está determinado por la banda de energía que haya sido estimulada.

El LED se ha convertido en todo un referente en lo que a iluminación se refiere y ya son muchos hogares, empresas, edificios públicos, vehículos, semáforos y alumbrado público que incorporan esta tecnología. Si estás pensando pasarte al LED te contamos todo lo que necesitas saber.

Las ventajas de la iluminación LED sobre las de bajo consumo son muchas:

  • El 98% de la energía que les llega la transforman en luz y solo un 2% en calor frente al 20% de la iluminación de bajo consumo, esto quiere decir que se aprovecha mucho más la energía que consumen.
  • No contienen ningún elemento tóxico, sin embargo las de bajo consumo tienen pequeñas cantidades de mercurio que las convierte en residuos muy contaminantes.
  • Se iluminan al 100% de su rendimiento desde el primer momento que las encendemos. Como sabéis las de bajo consumo tardan sobre 1 minuto en alcanzar su potencia máxima.
  • Su luz es más pura y brillante que las de bajo consumo. Esto es perceptible especialmente en semáforos y las luces de los vehículos, que se ven mucho mejor con la luz del día.
  • Y lo más importante, el consumo, pues consumen alrededor de un 50% menos que las de bajo consumo y hasta un 85% menos que la bombilla incandescente tradicional y dado que cerca del 25% de nuestra factura de la luz es debido a la iluminación, es un factor muy a tener en cuenta.
  • Tienen la posibilidad de ser multicolor y cambiar de color con un mando a distancia. Estas bombillas se llaman LED RGB.

A la hora de comprar una bombilla LED debes tener en cuenta estos factores:

POTENCIA: La potencia, al igual que en el resto de bombillas, viene indicada en watts, pero la diferencia con las bombillas tradicionales es que el hecho de que consuman más no implica que den más luz. La cantidad de luz vendrá indicada por los Lumens.

LUMENS: Nos indica la cantidad de luz que emite la bombilla. Es donde podemos ver la calidad de la misma, pues los mejores LED dan mucha luz con un consumo realmente bajo.

ÁNGULO: Dependiendo del modelo de bombilla LED que elijamos, el ángulo de luz que nos de será diferente. Suele estar indicado en la caja de la bombilla.

COLOR: EN la iluminación LED el color de la luz que emiten se mide en lo que se llama «temperatura de color» y viene indicada en Kelvin. Así, la iluminación amarilla la tendíamos entre 1800K y 4000K, la luz neutra o blanca entre 4000K y 8000K y la luz azul (la típica de los tubos fluorescentes de cocinas y baños) la tendríamos a partir de 8000K. En la siguiente gráfica podemos ver mejor la relación Kelvin con el color de la luz.

Ni que decir tiene que es muy importante comprar LED de calidad, como inconveniente encontramos que son ostendiblemente más caros que los que podemos encontrar en tiendas no especializadas y esto nos puede llevar a comprarlas, pero su durabilidad, su calidad de luz y la relación consumo/lumens es muy inferior a las de las bombillas LED de las mejores marcas y a la larga termina pagando más.

 

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