Cálculo de Alumbrado Interior

El cálculo de alumbrado interior es un proceso técnico cuyo objetivo es asegurar que los espacios cerrados tengan los niveles de luz adecuados para las necesidades de sus usuarios.

Su tratará de garantizar una iluminación que proporcione buena visibilidad, eficiencia energética y confort visual.

Un diseño de iluminación interior adecuado influye en la productividad en el trabajo, el confort en viviendas, la estética en comercios y la seguridad en cualquier lugar.

El proceso de cálculo de la iluminación interior implica la consideración de múltiples variables y factores que afectan el rendimiento de los sistemas de iluminación.

Como ejemplos de factores tenemos la cantidad de luz necesaria, la uniformidad de la distribución lumínica, el control del deslumbramiento, el tipo de luminarias y fuentes de luz a emplear, así como el aprovechamiento de la luz natural.

El método que emplearemos es el de los lúmenes, uno de los más comunes. Es útil para obtener una iluminación uniforme en espacios grandes, como oficinas, escuelas, fábricas o almacenes.

Este método proporciona una manera simplificada de estimar la cantidad total de luz necesaria para alcanzar los niveles de iluminancia requeridos en una superficie específica, calculando el número y tipo de luminarias necesarias.

Además del método de los lúmenes, existen métodos más precisos para calcular la iluminación. El método de los puntos calcula la luz en lugares específicos. Por otra parte, los programas de simulación ofrecen modelos detallados de la distribución de la luz en un espacio, considerando múltiples factores. Estos últimos son muy útiles para análisis complejos.

Contenidos
  1. Deslumbramiento
  2. Sistemas de Alumbrado
  3. Niveles de Iluminación Recomendados
  4. Depreciación de la Eficiencia Luminosa y Mantenimiento
  5. Métodos de Alumbrado
  6. Procedimiento de Cálculo de Alumbrado Interior

Deslumbramiento

El deslumbramiento se define como una sensación de incomodidad o molestia visual que se produce cuando la luminancia de un objeto o una fuente de luz es significativamente mayor que la de su entorno.

Tanto en interiores como en exteriores, el deslumbramiento es uno de los principales problemas en el diseño y planificación de sistemas de iluminación.

En términos técnicos, el deslumbramiento se refiere al contraste entre una fuente de luz intensa y su entorno. Esto provoca un ajuste abrupto en el ojo humano.

El deslumbramiento puede provocar una sensación molesta e incluso dolorosa. Esta sensación es más intensa cuando la adaptación a niveles de iluminación más bajos se ve interrumpida por una luz brillante inesperada.

Pueden producirse deslumbramientos de 2 maneras diferentes: deslumbramiento directo y deslumbramiento indirecto.

Deslumbramiento Directo

El deslumbramiento directo ocurre cuando una persona mira directamente una fuente de luz de alta luminancia, como una lámpara, una luminaria o el sol. Este tipo de deslumbramiento es fácil de identificar, ya que proviene directamente de la fuente emisora de luz.

Cálculo de alumbrado de interior: Imagen del deslumbramiento directo

En muchos casos, el deslumbramiento directo puede ser incapacitante, causando una disminución significativa de la capacidad de ver los objetos y detalles que se encuentran en la escena.

Por ejemplo, mirar directamente a una lámpara en un espacio interior sin ningún tipo de difusor o pantalla. En este caso, el ojo humano recibe una cantidad excesiva de luz, generando molestias e incluso una disminución temporal de la visión.

En iluminación vial, el deslumbramiento directo es un factor crítico en la seguridad de los conductores. Una fuente de luz mal diseñada o ubicada puede cegar temporalmente a quienes circulan por la carretera.

Algunas de las causas comunes de deslumbramiento directo son:

Ubicación incorrecta de las luminarias: cuando las fuentes de luz se colocan en posiciones donde caen directamente en el campo de visión de los usuarios.

Uso de fuentes de luz de alta intensidad sin difusores: luminarias que no tienen pantallas, rejillas o difusores que atenúen la luz directa.

Luminarias de diseño inadecuado: algunas luminarias emiten luz de manera no controlada, provocando que la luz se disperse en todas direcciones, incluidas las áreas de visión directa.

Deslumbramiento Indirecto o Reflejado

El deslumbramiento indirecto, también conocido como deslumbramiento reflejado, ocurre cuando la luz se refleja en superficies brillantes o reflectantes. Por ejemplo, cuando se refleja en mesas de vidrio, pantallas de ordenador, suelos pulidos o superficies metálicas.

En lugar de recibir la luz directamente de la fuente, los usuarios experimentan molestias visuales debido a los reflejos en superficies circundantes.

Cálculo de alumbrado de interior: Imagen del deslumbramiento indirecto

Este tipo de deslumbramiento puede ser particularmente problemático en espacios de trabajo, donde superficies como escritorios de alto brillo, pantallas de ordenador o dispositivos electrónicos, pueden generar reflejos que dificultan la visibilidad o aumentan la fatiga visual.

Incluso en entornos domésticos, los reflejos en superficies como espejos, ventanas o televisores pueden reducir el confort visual y afectar negativamente la experiencia del usuario.

Las causas comunes del deslumbramiento indirecto incluyen:

Superficies brillantes y reflectantes: materiales como el vidrio, el metal pulido o suelos de baldosas reflectantes pueden intensificar el deslumbramiento al reflejar la luz de una fuente emisora.

Iluminación mal posicionada: cuando las luminarias se ubican de manera que la luz incide en superficies altamente reflectantes, creando puntos de luz brillante que distraen o molestan al observador.

Falta de control sobre las superficies del entorno: no tener en cuenta el tipo de materiales y acabados utilizados en el diseño del espacio puede contribuir al deslumbramiento reflejado.

Consecuencias del Deslumbramiento

El deslumbramiento, ya sea directo o indirecto, puede tener varias consecuencias negativas, no solo en términos de confort visual, sino también en la seguridad y la eficiencia de las personas que interactúan en un espacio mal iluminado.

1º) Disminución del rendimiento visual: en ambientes de trabajo, el deslumbramiento reduce la capacidad de concentración y productividad. Los trabajadores que experimentan deslumbramiento continuo pueden sufrir fatiga visual, afectando su precisión y tiempo de respuesta.

2º) Aumento del riesgo de accidentes: el deslumbramiento, particularmente en entornos de conducción, puede ser peligroso. Un conductor cegado temporalmente por una fuente de luz directa, puede tener problemas para reaccionar a tiempo ante un obstáculo o cambio en la vía.

3º) Malestar general: en espacios de ocio o residenciales, el deslumbramiento reduce la comodidad visual, pudiendo afectar negativamente la experiencia del usuario en ese entorno.

4º) Fatiga visual: la fatiga visual se caracteriza por síntomas como dolores de cabeza, irritación ocular y dificultad para enfocar objetos.

Medidas para Reducir el Deslumbramiento

El control del deslumbramiento es una parte integral del diseño de sistemas de iluminación. Existen diversas estrategias y técnicas que pueden implementarse para minimizar sus efectos, tanto en entornos interiores como exteriores:

1º) Ocultar las fuentes de luz del campo de visión: esto se logra mediante el uso de luminarias con rejillas, difusores o pantallas que controlan la dirección del flujo luminoso.

Por ejemplo, las luminarias empotradas dirigen la luz hacia abajo, mientras que las luminarias suspendidas con pantallas con pantallas opacas o reflectantes distribuyen la luz hacia el techo o las paredes.

2º) Usar acabados mates en las superficies: los materiales mates absorben parte de la luz, reduciendo los reflejos molestos que pueden causar deslumbramiento.

En espacios de trabajo, por ejemplo, una mesa con acabado mate ayuda a dispersar la luz de manera más uniforme. En el hogar, utilizar pinturas con bajo brillo en paredes y techos puede mejorar el confort visual en habitaciones muy iluminadas.

3º) Colocar luminarias en posiciones estratégicas: las luminarias deben instalarse a alturas y ángulos que eviten que la luz incida directamente en los ojos.

En exteriores, por ejemplo, las luminarias de alumbrado público se orientan para iluminar las calles sin deslumbrar a los conductores o peatones.

4º) Instalar luminarias de baja luminancia: estas luminarias emiten luz de manera controlada, minimizando el riesgo de deslumbramiento. En muchos casos, estas luminarias cuentan con difusores opacos o con rejillas integradas que ayudan a reducir la intensidad de la luz percibida.

Las tecnologías LED, por ejemplo, permiten un control más preciso sobre la distribución del flujo luminoso, facilitando la creación de luminarias con un bajo riesgo de deslumbramiento.

Sistemas de Alumbrado

El diseño de los sistemas de alumbrado es fundamental para lograr un entorno visual agradable, eficiente y seguro. Dependiendo de cómo se distribuye la luz emitida por las luminarias, se pueden crear diferentes ambientes, cada uno con sus propias características y aplicaciones.

Los sistemas de alumbrado no solo determinan el nivel de iluminación, sino también la calidad del entorno, el confort visual y la eficiencia energética.

Cuando una lámpara se enciende, el flujo luminoso que emite puede llegar a los objetos de la sala de 2 maneras: directamente o mediante reflexión en las superficies circundantes, como paredes, techos y suelos.

Este comportamiento de la luz establece las bases para los distintos sistemas de iluminación. Las luminarias se clasifican en 6 grandes grupos:

Imagen de una luminaria directa
Imagen de una luminaria semi-directa
Imagen de una luminaria directa-indirecta
Imagen de una luminaria general-difusa
Imagen de una luminaria semi-indirecta
Imagen de una luminaria indirecta

Cada uno de estos sistemas tiene ventajas e inconvenientes que deben ser considerados según las necesidades y características del espacio a iluminar. Para más información, ver los tipos de luminarias según las características ópticas de la lámpara.

En el cálculo de alumbrado interior de un espacio, es fundamental seleccionar el sistema adecuado según el uso del lugar, el confort visual deseado y los costes de operación. La correcta implementación de estos sistemas contribuye a un entorno más saludable y agradable.

Niveles de Iluminación Recomendados

Los niveles de iluminación E, medidos en lux (lx), deben ser seleccionados en función de las actividades que se van a realizar en cada zona. La elección del nivel adecuado de iluminación no solo afecta el confort visual de los usuarios, sino que también influye en la eficiencia energética del sistema y en el bienestar general.

Es fundamental evitar tanto la iluminación insuficiente, que puede generar fatiga visual, como el exceso de luz, que podría causar deslumbramiento.

Las normas internacionales y las regulaciones locales proporcionan guías específicas sobre los niveles de iluminación recomendados para diferentes tipos de espacios y actividades.

El Comité Electrotécnico Internacional (CEI) establece recomendaciones y guías sobre iluminación. La norma europea EN 12464-1, también proporciona orientaciones sobre los niveles de iluminación necesarios para diversas actividades.

Factores que Influyen en los Niveles de Iluminación

En el cálculo de alumbrado interior, no solo se deben tener en cuenta los niveles de iluminación recomendados, sino también otros factores que influyen en la percepción y calidad de la luz:

Distribución de la iluminación: es importante garantizar que la distribución de la luz sea uniforme en toda la zona de trabajo. Los contrastes excesivos o la presencia de sombras profundas pueden afectar negativamente la percepción visual.

Color de la luz: las luces más cálidas (con temperaturas de color alrededor de los 2.700-3.000 K) son preferibles para entornos relajantes. En cambio, para áreas de trabajo y lugares donde se requiere concentración, se recomienda una luz más fría (alrededor de 4.000-5.000 K). Esta luz tiende a mejorar la alerta y la productividad.

Índice de reproducción cromática (IRC): en actividades donde el reconocimiento de colores es fundamental, como en diseño gráfico, arte, industria textil o laboratorios, la luz debe tener un IRC alto (preferiblemente superior a 80).

Control del deslumbramiento: para evitar problemas de deslumbramiento, se deben utilizar luminarias con difusores, rejillas de control o lentes antideslumbramiento. También es importante ubicar las luminarias correctamente para que no queden en el campo visual directo de los usuarios.

Adaptación a la luz natural: en muchos casos, es posible reducir el consumo energético al utilizar la luz natural disponible durante las horas diurnas. Sin embargo, es necesario asegurarse de que la luz natural no cause deslumbramiento o contrastes excesivos.

Tipo de tarea visual: las tareas que requieren un alto nivel de detalle, como la lectura de textos pequeños o la realización de trabajos de precisión o manipulación de objetos pequeños, necesitan niveles de iluminación más altos que las tareas que requieren un menor nivel de detalle.

Clasificación de las Tareas según Requerimientos Luminosos

Los niveles de iluminación recomendados varían dependiendo de la naturaleza de la tarea y del entorno en el que se realiza. A continuación, se describe una clasificación general basada en los requerimientos luminosos de las actividades a realizar:

Tareas con Requerimientos Luminosos Mínimos

Este tipo de tareas no requiere una alta precisión visual ni un entorno de trabajo intensivo.

Los espacios donde se desarrollan estas actividades suelen ser áreas de circulación o lugares donde no se realizan actividades complejas, como los pasillos, vestíbulos, almacenes o salas de maquinaria. En estas áreas, una iluminación básica es suficiente para asegurar la visibilidad y seguridad sin la necesidad de niveles elevados de luz.

Las luminarias deben estar dispuestas estratégicamente para garantizar una iluminación suficiente sin producir sombras profundas que dificulten la orientación o provoquen accidentes.

Los niveles de iluminación E recomendados están entre 50 y 200 lux.

Tareas con Requerimientos Luminosos Normales

En las zonas de trabajo de uso frecuente, como oficinas, aulas, laboratorios, tiendas o áreas de producción, los requerimientos de luz son más elevados debido a la necesidad de llevar a cabo actividades visuales de moderada complejidad durante largos períodos.

Estas actividades requieren un equilibrio entre la cantidad de luz y el confort visual. De este modo, los usuarios pueden desempeñar sus funciones de manera eficiente sin experimentar fatiga ocular.

Los niveles de iluminación E recomendados varían entre 200 y 1.000 lux, dependiendo del tipo de tarea específica.

Por ejemplo, en oficinas de trabajo con pantallas de visualización, se recomienda mantener los niveles de iluminación en torno a 300-500 lux. En cambio, en áreas comerciales o talleres donde se trabaja con objetos pequeños, los niveles pueden acercarse más a los 1.000 lux.

Tareas con Requerimientos Luminosos Exigentes

Estas actividades implican una demanda visual elevada debido a la necesidad de realizar tareas precisas y detalladas. La iluminación en estos casos debe ser intensa y bien dirigida para garantizar que no haya errores causados ​​por la falta de luz.

En entornos como laboratorios de precisión, talleres de fabricación de alta tecnología, salas de operaciones médicas o áreas de inspección de calidad, los niveles de luz son significativamente más altos que en otros entornos.

Se recomienda un nivel de iluminación E superior a los 1.000 lux. Además, en muchas de estas tareas, es recomendable complementar la iluminación general con sistemas de iluminación localizados que enfoquen la luz en puntos específicos.

Tabla de Niveles de Iluminación Recomendados

A continuación, se presentan algunos ejemplos de niveles de iluminaciones recomendadas para diferentes tipos de actividades y espacios. Estos ejemplos están basados ​​en normativas internacionales como la EN 12464-1 y en normas técnicas en la edificación:

Cálculo de alumbrado de interior: Tabla de niveles de iluminación recomendados en instalaciones de alumbrado de  interiores

Depreciación de la Eficiencia Luminosa y Mantenimiento

La eficiencia luminosa de cualquier instalación de alumbrado, ya sea en interiores o exteriores, tiende a disminuir con el tiempo debido a diversos factores que afectan el rendimiento del sistema.

Uno de los principales conceptos en el mantenimiento de la iluminación es el factor de mantenimiento o conservación (fm). Este factor mide la depreciación de los niveles de iluminancia a lo largo del tiempo.

El mantenimiento adecuado de las instalaciones de alumbrado es fundamental para minimizar esta depreciación y asegurar que los niveles de iluminación se mantengan dentro de los parámetros deseados durante la vida útil del sistema.

Causas Principales de la Depreciación en la Eficiencia Luminosa

La reducción en los niveles de iluminancia puede ser causada por 2 factores principales:

– El ensuciamiento de las lámparas, luminarias y superficies reflejantes.

– La depreciación del flujo luminoso de las lámparas debido al envejecimiento.

Ensuciamiento de Lámparas, Luminarias y Superficies

Con el paso del tiempo, el polvo, la grasa, la suciedad y otros contaminantes tienden a acumularse en las lámparas, luminarias y superficies cercanas, reduciendo la cantidad de luz emitida y dispersada.

La acumulación de suciedad en las lámparas puede disminuir la cantidad de luz emitida al obstruir la salida del flujo luminoso.

Las luminarias, especialmente aquellas que utilizan difusores y reflectores, también se ven afectadas por la suciedad. Los difusores pueden dispersar la luz de manera ineficiente, mientras que los reflectores pierden su capacidad de dirigir la luz de manera precisa, reduciendo así la eficiencia global del sistema.

Las superficies reflectantes como techos, paredes y suelos también juegan un papel en la redistribución de la luz en el ambiente. Si estas superficies están sucias o manchadas, su capacidad para reflejar la luz disminuye, contribuyendo a la depreciación de los niveles de iluminación.

Este problema es particularmente evidente en ambientes industriales, donde la acumulación de polvo y grasa es más pronunciada debido a las condiciones operativas. También en áreas urbanas con alta concentración de contaminantes atmosféricos.

La solución más eficaz para combatir el ensuciamiento de las lámparas, luminarias y superficies es implementar un programa de limpieza periódica. La frecuencia de esta limpieza dependerá del entorno, la cantidad de polvo en suspensión y el tipo de actividad que se realice en la instalación.

Además, se deben usar luminarias con sellado adecuado para evitar la entrada de polvo y partículas. Se recomienda utilizar luminarias con sellado IP adecuado (índice de protección contra sólidos y líquidos).

Depreciación del Flujo Luminoso de las Lámparas

Con el tiempo, todas las lámparas sufren una pérdida gradual de su capacidad para emitir luz. Este fenómeno, conocido como depreciación del flujo luminoso, varía según el tipo de tecnología de iluminación utilizada.

Las lámparas de descarga, como las de vapor de sodio o mercurio, pueden perder hasta un 30% de su flujo luminoso al final de su vida útil, mientras que las lámparas LED presentan una depreciación más lenta, pero inevitable.

El rendimiento lumínico también puede verse afectado por el envejecimiento de los componentes electrónicos de las luminarias, como balastos o controladores. Este factor puede reducir aún más la cantidad de luz emitida.

La solución es la sustitución programada de las lámparas. En lugar de esperar a que las lámparas se apaguen completamente, es recomendable sustituirlas de forma preventiva antes de que la depreciación del flujo luminoso alcance niveles inaceptables. Esto se puede realizar de manera individual o por grupos, dependiendo de las características de la instalación.

Por otro lado, las lámparas LED tienen una mayor vida útil y una tasa de depreciación del flujo más baja en comparación con las lámparas tradicionales. Por ello, incorporar LED en los sistemas de iluminación puede minimizar la pérdida de luz a lo largo del tiempo. De esta manera, se puede reducir la necesidad de sustituciones frecuentes.

Factor de Mantenimiento o Conservación

Para garantizar que los niveles de iluminancia se mantengan adecuados a lo largo del tiempo, en el cálculo de alumbrado interior se tiene en cuenta el concepto de factor de mantenimiento o conservación fm.

Este factor representa la relación entre el flujo luminoso que emite una lámpara al inicio de su funcionamiento y el flujo luminoso disponible en una instalación después de un período de tiempo, teniendo en cuenta las pérdidas por ensuciamiento y depreciación del flujo luminoso.

Un factor de mantenimiento más bajo indica mayores pérdidas de luz debido a una depreciación más acelerada o a un mal mantenimiento. En cambio, un valor cercano a 1, indica que las condiciones de conservación de la instalación son óptimas.

El valor del factor de mantenimiento se sitúa generalmente entre 0,7 y 0,9. No obstante, dependerá de las condiciones de instalación y de las medidas de mantenimiento implementadas.

Un buen diseño de iluminación incorpora un valor de factor de mantenimiento, que se calcula en la fase de proyecto y se ajusta en función de las características específicas del sistema y del entorno donde se ubica la instalación.

Programa de Mantenimiento del Alumbrado

Para asegurar que una instalación de alumbrado conserve niveles de iluminación adecuados a lo largo del tiempo, es fundamental implementar un programa de mantenimiento integral.

Este programa debe incluir tanto la limpieza de luminarias y superficies como la sustitución de lámparas y componentes cuando sea necesario. A continuación, se describen algunas de las estrategias más efectivas para el mantenimiento de sistemas de iluminación.

Mantenimiento Preventivo del Alumbrado

El mantenimiento preventivo implica la ejecución de tareas planificadas a intervalos regulares para evitar la acumulación de problemas. En lo que respeta a los sistemas de iluminación, el mantenimiento preventivo puede incluir:

Limpieza regular de las lámparas, luminarias y superficies reflejantes: esto se debe realizar en función de las condiciones ambientales. En instalaciones exteriores o industriales, es recomendable que la limpieza sea más frecuente que en oficinas o espacios residenciales.

Revisión periódica de los componentes electrónicos: revisar y ajustar los balastos, controladores y otros componentes eléctricos puede asegurar que las lámparas funcionen de manera óptima y con la eficiencia adecuada.

Mantenimiento Correctivo del Alumbrado

El mantenimiento correctivo se lleva a cabo cuando se detectan problemas o fallos en la instalación. Este tipo de mantenimiento incluye:

Reparación o reemplazo de lámparas defectuosas: las lámparas que muestran una depreciación acelerada o una falla prematura deben ser reemplazadas.

Reparación de luminarias: si las luminarias presentan problemas de sellado o de transmisión de luz, pueden requerir reparación o reemplazo.

Sustitución por Grupos

En lugar de reemplazar las lámparas de manera individual a medida que fallan, es más eficiente llevar a cabo la sustitución por grupos, que consiste en cambiar todas las lámparas de una instalación al mismo tiempo, siguiendo un cronograma establecido.

Esta estrategia es recomendable porque asegura que las lámparas funcionen a niveles de eficiencia similares. De esta forma, se evitan grandes variaciones en la iluminación de un área a otra facilitando las tareas de mantenimiento.

Métodos de Alumbrado

Existen diferentes métodos de alumbrado que varían en función de la distribución de la luz y la uniformidad de la iluminación en una zona determinada.

En el proceso de cálculo del alumbrado interior se deberá elegir el método correcto de alumbrado. Este dependerá de varios factores, como la naturaleza del espacio, el tipo de actividades que se realizarán en él, los niveles de iluminación necesarios y el grado de eficiencia energética que se desea alcanzar.

Los 3 métodos principales que se emplean en el diseño de sistemas de iluminación son: alumbrado general, alumbrado general localizado y alumbrado localizado. Cada uno tiene sus propias características, ventajas y limitaciones.

Alumbrado General

El alumbrado general es el método más ampliamente utilizado para el cálculo de alumbrado en instalación de interior. Se caracteriza por proporcionar una iluminación uniforme en toda la superficie de un área o local.

Algunos ejemplos de entornos donde se usa el iluminado general incluyen oficinas, aulas, tiendas y fábricas.

Cálculo de alumbrado de interior: Imagen de alumbrado general

Las características del alumbrado general son:

Uniformidad: la distribución de la luz es homogénea, lo que significa que todos los puntos del espacio reciben una cantidad de luz similar, sin grandes variaciones entre zonas.

Distribución de luminarias: las luminarias se colocan de manera regular en el techo, garantizando que la luz cubre toda el área de manera uniforme. Generalmente se instalan a distancias equidistantes para evitar sombras.

Versatilidad: este tipo de alumbrado es muy flexible, ya que se adapta a casi cualquier tipo de actividad que no requiera niveles de iluminación excesivamente altos o focalizados.

Simetría y confort visual: al no haber grandes contrastes entre las áreas iluminadas, se minimizan los deslumbramientos y el cansancio visual.

Las ventajas del alumbrado general son:

Fácil implementación: su diseño y puesta en marcha son relativamente simples, al requerir una distribución uniforme de luminarias sin análisis detallados del espacio.

Iluminación uniforme: proporciona una luz uniforme en todo el espacio, adecuada para la mayoría de las actividades diarias.

Confort visual: reduce la fatiga visual al evitar contrastes bruscos de luz y sombra.

Los inconvenientes del alumbrado general son:

Ineficiencia energética: ilumina todo el espacio por igual, incluso zonas que podrían requerir menos luz, generando un gasto energético innecesario.

Falta de personalización: no se adapta a necesidades específicas de distintas áreas o actividades, limitando su flexibilidad.

Alumbrado General Localizado

Este alumbrado busca mejorar la adecuación de la iluminación al concentrar la luz en las zonas donde se desarrollan las actividades más importantes, mientras que el resto del espacio recibe una iluminación más tenue.

Algunos ejemplos son talleres, escritorios de oficinas y cocinas comerciales o laboratorios.

Cálculo de alumbrado de interior: Imagen de alumbrado general localizado

Las características del alumbrado general localizado son:

Distribución no uniforme: la iluminación no es homogénea. Las áreas de mayor actividad visual reciben más luz, mientras que el resto del espacio se ilumina con niveles más bajos.

Optimización energética: como la luz se concentra en las zonas donde realmente se necesita, se consigue un ahorro considerable en el consumo de energía.

Flexibilidad: permite ajustar la iluminación en función de las necesidades específicas de cada espacio, haciéndolo adecuado para entornos dinámicos donde la distribución de las actividades puede cambiar con el tiempo.

Las ventajas del alumbrado general localizado son:

Ahorro energético: al concentrar la luz en las zonas de trabajo, las áreas menos importantes reciben menos luz, reduciendo así el consumo global.

Mejora en la calidad de la iluminación: las personas que realizan tareas visualmente exigentes reciben una iluminación adecuada, aumentando la productividad y el confort visual.

Los inconvenientes del alumbrado general localizado son:

Riesgo de deslumbramiento: si la diferencia de luminancia entre zonas iluminadas y áreas de paso es demasiado elevada, los usuarios pueden experimentar deslumbramiento.

Rigidez: si los puestos de trabajo se reconfiguran con frecuencia, puede ser necesario redistribuir las luminarias o ajustar el sistema, lo que puede ser difícil de realizar.

Alumbrado Localizado

El alumbrado localizado es un método que se emplea para proporcionar luz adicional en áreas específicas donde se realizan tareas visuales de gran precisión o donde se necesita una iluminación suplementaria, más allá del alumbrado general del espacio.

En este caso, se colocan fuentes de luz adicionales más cercanas al área de trabajo. Por ejemplo, las lámparas de escritorio en oficinas, bibliotecas o estaciones de trabajo y los focos dirigidos en estudios de arte, diseño o fotografía.

Cálculo de alumbrado de interior: Imagen de alumbrado localizado

Las características del alumbrado localizado son:

Iluminación dirigida: la luz se enfoca en el área de trabajo o tarea visual, proporcionando un nivel de iluminación elevado y controlado para mejorar la visibilidad en ese punto concreto.

Flexibilidad: las lámparas o luminarias pueden ajustarse o moverse en función de las necesidades del usuario.

Complementariedad: se utiliza como complemento al alumbrado general, mejorando los niveles de iluminación en áreas clave sin necesidad de aumentar la potencia lumínica en todo el espacio.

Las ventajas del alumbrado localizado son:

Mejora en tareas visuales detalladas: este sistema es ideal para trabajos que requieren una iluminación focalizada, como la lectura, el diseño gráfico, la costura o trabajos de laboratorio.

Ahorro energético: el alumbrado localizado puede reducir el consumo energético general, ya que evita la necesidad de aumentar los niveles de iluminación en todo el espacio.

Adaptabilidad: las fuentes de luz se pueden mover y ajustar según las necesidades del usuario, proporcionando una gran flexibilidad.

Los inconvenientes del alumbrado localizado son:

Contraste excesivo: si la diferencia de luminancia entre el área de trabajo y el entorno inmediato es demasiado grande, puede generar un contraste incómodo o deslumbrante.

Dependencia del alumbrado general: debe complementarse con un buen sistema de alumbrado general, ya que de lo contrario, las áreas no iluminadas pueden quedar demasiado oscuras.

Procedimiento de Cálculo de Alumbrado Interior

Determinar los niveles de iluminación en espacios interiores es relativamente sencillo mediante el método de los lúmenes.

Este método de cálculo de alumbrado interior resulta idóneo para obtener la iluminancia media E en instalaciones con alumbrado general cuando la precisión necesaria no es muy alta, como ocurre en la mayoría de los casos.

Para casos que requieran mayor precisión, como el alumbrado localizado o el alumbrado general localizado, se empleará el método del punto por punto, el cual escapa del alcance de este análisis.

El método de los lúmenes se basa en calcular la cantidad de luz necesaria Φ (lúmenes) para alcanzar un determinado nivel de iluminación E (lux) en un espacio determinado. Este método considera factores como el tamaño del local, la altura de los techos, la reflectancia de las superficies y la eficiencia de las luminarias.

Debido a su sencillez y rapidez, el método de los lúmenes es el más utilizado en el cálculo de alumbrado interior.

A continuación, se detallan los pasos a seguir para aplicar este método.

1º) Dimensionar el Local y la Altura del Plano de Trabajo

El primer paso en el cálculo de alumbrado interior es conocer la geometría del local. La anchura “a” y longitud “b”, y la altura del plano de trabajo “h” son parámetros imprescindibles para efectuar los cálculos fotométricos.

La altura de trabajo, generalmente establecida en 85 centímetros, define la superficie horizontal de referencia donde se medirán los niveles de iluminancia y se evaluará la calidad de la iluminación.

Imagen de la dimensión del local y de la altura del plano de trabajo
Designación de la dimensión del local y de la altura del plano de trabajo

2º) Determinar el Nivel de Iluminancia Media

Para garantizar una iluminación adecuada en un espacio, es necesario fijar el nivel medio de iluminancia E, expresado en lux.

Este valor, que se obtiene a partir de tablas de referencia, debe corresponder a las exigencias lumínicas de las actividades que se llevarán a cabo en dicho lugar.

En otras palabras, la cantidad de luz necesaria dependerá del tipo de tareas que se realicen en el local. La obtendremos de la tabla de niveles de iluminación recomendados. A esta iluminancia la denominaremos Etablas.

3º) Elegir el Tipo de Lámpara

La selección del tipo de lámpara es un paso fundamental en el diseño y cálculo de un sistema de alumbrado interior. Debemos optar por una tecnología específica, como fluorescente o LED, entre otras, en función de las características de la actividad que se llevará a cabo en el local.

Además de elegir el tipo de lámpara, es necesario determinar su potencia eléctrica P, medida en vatios (W), y su flujo luminoso ΦL, expresado en lúmenes (lm).

4º) Elegir el Sistema de Alumbrado

De acuerdo a los tipos de luminarias según las características ópticas de la lámpara, se debe seleccionar el sistema de alumbrado más adecuado para cada local.

En el cálculo de alumbrado interior se deben considerar diferentes opciones (iluminación directa, semi-directa, indirecta, etc.). Se elegirá aquella que mejor se adapte a nuestras necesidades específicas en términos de distribución de luz, eficiencia energética y estética.

Una vez seleccionado el sistema, procederemos a elegir las luminarias que lo compongan, asegurando que cumplan con los requisitos técnicos y funcionales del proyecto.

5º) Determinar la Altura de Suspensión de las Luminarias

La altura de suspensión h de las luminarias influye directamente en la distribución de la luz, la eficiencia energética y la estética del espacio.

La altura debe garantizar una distribución uniforme de la luz en toda la superficie de trabajo. Además, debe ser suficiente para evitar que las fuentes luminosas sean visibles directamente y causen molestias visuales.

Una altura adecuada optimiza la eficiencia del sistema de iluminación, evitando pérdidas de luz y reduciendo el consumo energético.

Por último, la altura de suspensión debe contribuir a crear un ambiente visual agradable y coherente con el diseño del espacio.

Es importante destacar que los valores de altura de suspensión adecuados pueden variar en función de diversos factores, como:

Tipo de luminaria: las luminarias directas requieren una altura de suspensión menor que las luminarias difusas.

Distribución de la luz: si se desea una iluminación general uniforme, la altura de suspensión será mayor. Si se requiere una iluminación más focalizada, la altura será menor.

Altura del techo: la altura del techo limita la altura máxima de suspensión.

Actividades que se realizan: las tareas que se llevan a cabo en el espacio determinarán la necesidad de una iluminación más general o más específica.

La determinación de la altura de suspensión de las luminarias requiere un análisis cuidadoso y la combinación de herramientas tecnológicas, conocimientos técnicos y experiencia. Es importante considerar tanto los aspectos técnicos como los estéticos para garantizar una iluminación adecuada y eficiente.

Cálculo de alumbrado de interior: Imagen de la altura de suspensión de las luminarias
Designación de la altura de suspensión de las luminarias

Existen valores de referencia generales para la altura de suspensión de las luminarias en función del tipo de espacio y actividad. No obstante, estos valores pueden variar según las características específicas de cada proyecto de cálculo de alumbrado interior:

Tabla de la altura de suspensión de las luminarias en función de la actividad

6º) Calcular el Factor de Utilización o Rendimiento de la Iluminación

El factor de utilización o rendimiento de la iluminación η, representa la proporción de la luz emitida por la lámpara que llega al plano de trabajo. Se obtiene a partir de 2 rendimientos: el rendimiento del local ηR y el rendimiento de la luminaria ηL.

Rendimiento del Local ηR

El rendimiento del local ηR depende de la geometría del local (índice del local K) y de los materiales que lo componen (coeficientes de reflexión ρ).

1º) Índice del local K: se calcula en función de las dimensiones del espacio, es decir, de la geometría del local. En el caso del método europeo se calcula como:

Fórmula del índice del local K en función de la geometría del local

2º) Coeficientes de reflexión ρ: se obtienen de tablas o se estiman en función de los materiales utilizados. Estos valores se introducen en las tablas proporcionadas por el fabricante de la luminaria para obtener el rendimiento del local.

En caso de no contar con estos datos específicos, podemos consultar la siguiente tabla que ofrece valores típicos para diferentes colores de los acabados:

Tabla factores de reflexión típicos para diferentes colores de los acabados, en caso de no contar con estos datos específicos

Con el índice del local K y el coeficiente de reflexión ρ obtenemos el rendimiento del local ηR, utilizando las tablas que suministran los fabricantes para cada luminaria. Si no se pueden obtener los factores por lectura directa se pueden interpolar los valores de la tabla.

Rendimiento de la Luminaria ηL

El rendimiento de la luminaria ηL depende de las características constructivas de la luminaria. No toda la luz que genera una lámpara es emitida por la luminaria, pues depende de factores como el diseño de la luminaria (directa, semi-directa, indirecta, etc.) y de los materiales utilizados en su construcción.

El rendimiento de la luminaria representa la relación entre el flujo luminoso útil emitido por la luminaria y el flujo luminoso total emitido por la fuente luminosa.

Indica qué porcentaje de la luz emitida por la lámpara es realmente aprovechado por la luminaria y dirigido hacia el espacio a iluminar. El fabricante de la luminaria nos debe proporcionar este dato.

Factor de Utilización o Rendimiento de la Iluminación η

Finalmente, el factor de utilización o rendimiento de la iluminación η se calcula multiplicando el rendimiento del local ηR por el rendimiento de la luminaria ηL.

Cálculo de alumbrado de interior: Fórmula del factor de utilización o rendimiento de la iluminación

En ocasiones el fabricante nos proporciona en su tabla el factor de utilización o rendimiento de la iluminación η, al que ya se le ha aplicado el rendimiento de la luminaria ηL, obteniéndose directamente el rendimiento η a partir del índice del local K y de los coeficientes de reflexión ρ.

En el siguiente ejemplo, el suelo se considera ρ = 1 y ya está incluido en la tabla.

Cálculo de alumbrado de interior: Tabla de ejemplo del factor de utilización de una luminaria de un fabricante

7º) Calcular el Factor de Mantenimiento o Conservación

El factor de mantenimiento fm es un valor que nos indica la pérdida de eficiencia luminosa a lo largo del tiempo. Esta pérdida se debe principalmente al envejecimiento de las lámparas y a la acumulación de suciedad en las luminarias y en el entorno.

El valor de fm depende de varios factores, como el tipo de lámpara utilizada, las condiciones ambientales del lugar y la frecuencia con la que se realiza la limpieza:

Tipo de lámpara: las lámparas fluorescentes compactas y LED suelen tener un factor de mantenimiento más alto que las lámparas incandescentes o halógenas, ya que envejecen más lentamente y generan menos calor.

Condiciones ambientales: la temperatura, la humedad, la presencia de gases corrosivos y la cantidad de polvo en el aire influyen en la velocidad con la que se degrada el flujo luminoso.

Frecuencia de limpieza: una limpieza regular de las luminarias puede aumentar significativamente el factor de mantenimiento.

Los fabricantes de lámparas suelen proporcionar valores orientativos de fm, pero es el proyectista quien debe seleccionar el valor más adecuado para cada proyecto de cálculo de alumbrado interior, considerando las características específicas del espacio y las actividades que se llevarán a cabo.

Por ejemplo, un valor de fm = 0,75 significa que después de un tiempo, la lámpara emitirá un 75% de la luz que emitía al principio.

Si el fabricante no suministra este dato, el proyectista determinará un factor de mantenimiento fm apropiado para las condiciones del lugar, que comúnmente se encuentra dentro del rango de:

Cálculo de alumbrado de interior: Tabla orientativa del factor de mantenimiento según las condiciones del lugar

No considerar el factor de mantenimiento en el de cálculo de alumbrado interior puede tener varias consecuencias negativas, como iluminación insuficiente, gasto energético innecesario y disminución de la calidad de la iluminación.

8º) Calcular el Flujo Luminoso Total Necesario

A partir de la superficie del local S y de la iluminancia E media deseada (Etablas), se puede determinar el flujo luminoso útil ΦU necesario para garantizar un nivel de iluminación adecuado en el plano de trabajo:

Fórmula del flujo útil en función de la iluminancia y de la superficie

Una vez obtenido el flujo luminoso útil ΦU, podremos calcular el flujo total necesario ΦT teniendo en cuenta el rendimiento total (factor de utilización o rendimiento de la iluminación η y factor de mantenimiento o conservación fm).

El rendimiento total será la relación entre el flujo útil ΦU y el flujo total necesario ΦT:

Fórmula del rendimiento total de la iluminación

9º) Calcular el Número de Lámparas Necesarias

La cantidad de luminarias necesarias N para garantizar el nivel de iluminación E deseado (Etablas) se obtiene dividiendo el flujo luminoso total requerido ΦT entre el flujo luminoso de cada luminaria ΦL. Debe redondearse al entero superior para garantizar un nivel de iluminación adecuado en todo el espacio:

Fórmula del número de lámparas necesarias en una instalación de alumbrado interior

Es importante tener en cuenta que a mayor flujo luminoso por luminaria ΦL, menor será el número de puntos de luz necesarios N, lo que puede reducir los costes de instalación.

Sin embargo, una separación excesiva entre las luminarias puede generar zonas con niveles de iluminancia inferiores a los requeridos, afectando a la calidad de la iluminación.

Por este motivo, los fabricantes especifican una distancia máxima entre luminarias, a la que denominan Dmáx. Este valor se determina considerando las características técnicas de cada modelo de luminaria.

10º) Distribuir las Luminarias sobre la Planta del Local

Para lograr una iluminación uniforme en locales rectangulares, es recomendable distribuir las luminarias en filas paralelas a los ejes mayores (b = largo) y menores (a = ancho) del recinto. Esta disposición permite optimizar la distribución de la luz y evitar zonas con sombras o excesos de iluminación.

Cálculo Óptimo de las Filas y Columnas de Luminarias

Con las siguientes fórmulas se determina el número de filas Nancho y columnas Nlargo de luminarias, las cuales deben redondearse al entero superior:

Fórmula del número de filas Nancho y columnas Nlargo de luminarias necesarias en una instalación de alumbrado interior

donde:

N = número de luminarias

a = anchura del local

b = longitud del local

Cálculo de alumbrado de interior: Imagen de la distribución de luminarias en filas y columnas en un local

Los valores obtenidos mediante las fórmulas anteriores son aproximados y deben ser ajustados para optimizar la distribución de las luminarias.

El producto del número de filas y columnas de luminarias, Nancho · Nlargo, debe ser igual o superior al número total de luminarias N calculado previamente.

Fórmula del producto del número de filas y columnas de luminarias de un local

Con el fin de optimizar la distribución de las luminarias y minimizar los costes de instalación, se recomienda ajustar ligeramente los valores Nancho y Nlargo, manteniendo una proporción similar entre ambos para no desvirtuar excesivamente el resultado.

Ejemplo: En el procedimiento de cálculo de alumbrado interior de un local, obtenemos los valores N = 53, Nancho = 5 y Nlargo = 11. Ajustar los valores de Nancho y Nlargo para obtener el producto más cercano a N = 53. Como condición, no se deben modificar los valores de Nancho y Nlargo en más de 2 unidades.

Observamos que el producto entre ambos Nancho · Nlargo = 5 · 11 = 55. Debemos probar varias combinaciones de Nancho y Nlargo para obtener el producto más cercano a N = 53.

De todas las combinaciones posibles, que cumplan la condición del enunciado, la óptima es: Nancho = 6 y Nlargo = 9. Obtendremos un total de N = Nancho · Nlargo = 6 · 9 = 54.

Distancia Máxima de Separación entre Luminarias

La distancia máxima entre luminarias Dmáx viene determinada por la proporción entre el ángulo de apertura del haz luminoso y la altura de montaje de las luminarias sobre el plano de trabajo h, siendo fundamental considerar estos parámetros para garantizar una iluminación uniforme.

Cálculo de alumbrado de interior: Imagen de la distancia máxima de separación de las luminarias

Se observa que un haz más amplio y una mayor altura permiten iluminar una superficie más extensa. Sin embargo, esta mayor cobertura suele ir acompañada de una disminución en el nivel de iluminación E que alcanza la superficie de trabajo.

Según su ángulo de apertura, las luminarias pueden clasificarse en:

Intensivas: con un haz muy concentrado, ideal para iluminar áreas específicas.

Semi-intensivas: con un haz de apertura media, ofreciendo un equilibrio entre direccionalidad y cobertura.

Semi-extensivas: con un haz más abierto, proporcionando una iluminación más uniforme en áreas amplias.

Extensivas y difusas: con un haz muy abierto, ideales para iluminar grandes espacios de manera uniforme.

La distancia óptima entre las luminarias e, dependerá directamente del tipo de luminaria empleado y de su altura de instalación h. Por esta razón, los fabricantes suelen especificar una distancia máxima recomendada Dmáx para cada modelo.

Superar esta distancia Dmáx puede provocar una iluminación desigual, con zonas excesivamente iluminadas y otras demasiado oscuras.

Por ejemplo, el fabricante podría indicar que para un tipo determinado de luminaria debe ser Dmáx = 0,8 · Hm, siendo Hm = altura luminaria-plano de trabajo.

En ausencia de esta información proporcionada por el fabricante, podemos emplear la siguiente tabla de referencia que relaciona la distancia máxima con la altura h de instalación:

Cálculo de alumbrado de interior: Tabla de la distancia máxima según la altura h de instalación de las luminarias

Tabla Resumen de las Luminarias a Instalar

Una vez que tenemos el número de luminarias para el ancho Nancho y para el largo Nlargo y comprobado que no se supere la distancia Dmáx del fabricante, se obtendrá la separación de cada una en metros:

Cálculo de alumbrado de interior: Imagen de la distancia de separación de las luminarias distribuidas en filas y columnas

La separación de cada luminaria, en metros, será:

Distancia ey entre luminarias:

Cálculo de alumbrado de interior: Fórmula de la separación entre luminarias en el eje Y

La distancia pared-luminaria es: ey / 2.

Distancia ex entre luminarias:

Cálculo de alumbrado de interior: Fórmula de la separación entre luminarias en el eje X

La distancia pared-luminaria es: ex / 2.

Si al calcular la distancia entre las luminarias ex o ey, el resultado supera el límite máximo recomendado por el fabricante Dmáx, la iluminación del espacio será irregular, con zonas con poca luz.

Esto puede ocurrir porque el flujo luminoso de las lámparas ΦL es demasiado alto para la separación establecida. Efectivamente, si el ΦL flujo es muy alto, el número de luminarias N es muy bajo para la separación obtenida.

Fórmula del número de lámparas necesarias en una instalación de alumbrado interior

Para corregir esta situación se puede optar por las siguientes alternativas:

Utilizar luminarias con menor flujo luminoso ΦL: se deberá realizar un nuevo cálculo para determinar cuántas luminarias N serán necesarias.

Aumentar el número de luminarias N: la idea de esta opción es distribuir mejor la luz en el espacio aumentando la cantidad de luminarias N, sin cambiar flujo luminoso ΦL de cada luminaria individual.

Ajustar el ángulo de apertura de las lámparas: en caso de que no se desee cambiar el flujo de las luminarias o aumentar su número, otra opción es utilizar luminarias que permitan ajustar el ángulo de apertura.

Como último paso del cálculo de alumbrado interior, es recomendable elaborar un cuadro resumen que detalle la ubicación y características de cada luminaria para facilitar la instalación. A continuación, se da un ejemplo de la tabla resumen:

Cálculo de alumbrado de interior: Cuadro de resumen de la ubicación y características de cada luminaria a instalar

11º) Comprobar el Resultado

Adicionalmente, se debería verificar que el nivel de iluminación promedio calculado para la instalación proyectada E cumple o supera el nivel de iluminancia media Etablas establecido previamente para el tipo de local en cuestión. La comprobación será la siguiente:

Fórmula de la deducción del nivel de iluminación promedio según el rendimiento de la instalación de alumbrado interior

Ejercicios Resueltos de Cálculo de Alumbrado Interior

A continuación, se presentan 5 ejercicios resueltos sobre el cálculo de alumbrado en instalación de interior.

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