Descripción detallada de las bombillas LED de flujo luminoso
A la hora de planificar un sistema de iluminación de salas, hay que tener en cuenta determinados valores para armonizar los procedimientos de cálculo. Estos mismos valores universales son necesarios para que el consumidor general pueda orientarse en las fuentes de luz de diferentes tipos. Durante mucho tiempo, para las bombillas incandescentes, ese valor era un vatio de consumo eléctrico. Pero estos dispositivos están abandonando la escena, por lo que se necesita algo más.
Qué es el flujo luminoso
De hecho, para calcular la iluminancia, los diseñadores utilizaban antes otra cantidad: la candela, que también tiene una correspondencia directa con los vatios que consume una lámpara incandescente. En la literatura técnica de principios de la segunda mitad del siglo pasado se pueden encontrar expresiones como "lámpara de mil velas", etc. La luminancia en candela se refiere a la potencia en vatios de la luz emitida en una determinada dirección. Como asociación visual, este brillo lo proporciona una vela ordinaria de parafina o estearina encendida. De ahí el nombre. Este enfoque proporciona una representación visual de la luminosidad como el número de velas encendidas.
¡Importante! Los vatios utilizados para calcular la candela no tienen nada que ver con la potencia eléctrica: la fuente de luz puede no ser eléctrica (la misma vela).
Existe una definición para el concepto de flujo luminoso: la potencia de la energía de radiación, que se evalúa mediante la sensación de luz. O el número de fotones emitidos por unidad de tiempo. Matemáticamente es así: si una fuente puntual con una potencia de 1 candela emite un flujo en un ángulo sólido igual a un estereorradián, entonces crea un flujo luminoso de 1 lumen (lm).
El concepto de estereorradio requiere una aclaración. Para representar un ángulo sólido de 1 sf, hay que tomar un cono con el vértice en el centro de una esfera de radio R, que corta un área igual a R2 . El ángulo de apertura de dicho cono es de unos 65 grados.
Si una fuente de luz puntual de 1 candela, que irradia por igual en todas las direcciones, se coloca en una esfera de 1 m de radio, producirá una iluminancia igual a 1 lux (lx) en su superficie interior. Este valor se utiliza para establecer normas de iluminancia. Así, para las diferentes salas, según el SNiP, deben cumplirse las condiciones:
- aulas de escuelas integrales - 500 lux;
- aulas de centros de enseñanza superior - 400 lux; - auditorios de centros de enseñanza superior - 400 lux;
- gimnasios - 200 lux.
También se establecen normas de iluminación para otras salas.
Si un flujo luminoso de 1 lm incide sobre una superficie de 1 m2, crea una iluminancia de 1 lux. De ahí la relación entre lumen y lux: 1 lux = 1 lm/m². Por ejemplo, para proporcionar suficiente luz en un aula de 100 metros cuadrados, el flujo luminoso necesario es de 40000 lm. También hay que tener en cuenta que la luminancia disminuye en proporción al cuadrado de la distancia a la fuente de luz, por lo que la altura a la que se suspende la luminaria es importante.
Principio de funcionamiento
Para entender la utilidad de todas estas magnitudes, es necesario considerar la dirección de emisión del LED, y los conceptos asociados a ella.
El diseño de un diodo emisor de luz es tal que no envía la luz de manera uniforme en todas las direcciones: el hemisferio inferior está cubierto por un sustrato y el diseño de la lente es tal que no proporciona una emisión uniforme en el hemisferio superior. En consecuencia, el flujo luminoso principal se concentra en la dirección superior y se atenúa hacia la periferia del cono luminoso. A un determinado ángulo de visión, la intensidad luminosa se reduce a la mitad, y a un ángulo aún mayor la luz se vuelve invisible. El primer ángulo (bac) se denomina ángulo de media luminancia y el segundo ángulo (fah) se denomina ángulo de plena luminancia.
Los mismos puntos se aplican a un LED con fósforo. Allí el ángulo de emisión está limitado por el sustrato y el ángulo de mayor actividad de la radiación iniciadora de la unión p-n. Hay que tener en cuenta que es imposible determinar estos ángulos exactamente a ojo, se necesitan instrumentos especiales. Pero puedes comparar visualmente dos LEDs: cuál tiene un mayor ángulo de apertura.
Potencia luminosa de las lámparas LED
La potencia luminosa de las lámparas LED no depende del grado de calentamiento del cristal. Prácticamente todos los iluminadores LED blancos se fabrican a base de fósforo LED, por lo que el rendimiento lumínico depende de la calidad del fósforo y de la tecnología con la que se produce. También es importante la emisión de luz del cristal iniciador y la capacidad de esa emisión para hacer que el fósforo brille en la parte visible del espectro.
Flujo luminoso de la luz exterior
Para el cálculo de la iluminación exterior, hay que tener en cuenta los requisitos mínimos de iluminación, que también se pueden encontrar en el correspondiente SNiP (Normas y Reglamentos de Construcción). Por ejemplo, para los parques infantiles, la iluminación mínima no debe ser inferior a 10 lux.
Los valores mínimos de iluminancia están indicados en la normativa, que pueden incrementarse en el cálculo.
Para obtener el número necesario de luminarias (N) para obtener la iluminancia requerida, hay que especificar los datos iniciales:
- iluminancia mínima (E), lux;
- superficie del territorio (S), en metros cuadrados;
- coeficiente de irregularidad de la iluminación (z), para las luminarias LED es igual a 1,2;
- multiplicador que tiene en cuenta el debilitamiento del flujo luminoso al final de la vida útil de la lámpara (k); para las luminarias LED es igual a 1,2;
- flujo luminoso de una lámpara (F), lm;
- es un coeficiente de reflexión de los objetos situados cerca (n), para el asfalto puede tomarse como 0,3.
Estos valores se relacionan mediante la fórmula N=E*S*z*k/(F*n).
Iluminemos una zona de juegos de 150 metros cuadrados. Existen luminarias que emiten un flujo luminoso de 1500 lm cada una. Sustituyendo los valores en la fórmula, obtenemos N=10*150*1,2*1,2/(1500*0,3). El resultado es de 4,8 o 5 luminarias. Este es el número mínimo; de hecho, se pueden instalar más.
No es posible especificar el flujo luminoso de las luces existentes, sino el número de luminarias que pueden instalarse en una zona. En este caso, calcula el flujo luminoso de cada lámpara. La fórmula de cálculo será la siguiente F=E*S*k*z/(N*n). Si el resultado final no se ajusta a la serie estándar características de la lámparatiene que ser redondeado.
Relación de lúmenes y vatios
Los consumidores de todo el mundo se han acostumbrado, durante décadas de bombillas incandescentes, a relacionar la luminancia con el consumo de energía eléctrica. En el caso de estos dispositivos obsoletos, ha sido una decisión sensata, ya que el desarrollo tecnológico en este sentido hace tiempo que se ha estancado. La relación entre la potencia y la intensidad de la luz se ha establecido y se ha convertido en una cuestión de costumbre.
Para la iluminación LED no existe una correlación directa entre el consumo de energía en vatios y la potencia luminosa en lúmenes. Para ser precisos, está ahí, pero sólo por el momento. La tecnología avanza, la producción de cristales mejora y se desarrollan nuevos fósforos con mayor eficacia luminosa. Las relaciones actuales quedarán mañana irremediablemente obsoletas.
Tabla de intensidad luminosa
Hasta la fecha, la correspondencia entre el flujo luminoso de las lámparas LED modernas y su consumo de energía es la siguiente:
| Flujo luminoso, lm | 250 | 400 | 650 | 1300 | 2100 |
| Consumo de energía de la lámpara LED, W | 2-3 | 5-7 | 8-9 | 14-15 | 22-27 |
| Potencia equivalente de una lámpara incandescente, W | 25 | 40 | 60 | 100 | 150 |
Se trata de valores aproximados y redondeados, ya que las lámparas disponibles en el mercado han sido producidas por diferentes fabricantes con distintas tecnologías a lo largo de los años. A simple vista, esta diferencia es apenas perceptible.
El siguiente vídeo concluye: Distinción y correlación de vatios, lúmenes y Kelvin.
Si se conoce bien la relación entre las características de la emisión de luz, es posible calcular uno mismo la iluminación de una habitación o una zona. Para ello, es necesario conocer las normas de iluminación y las características técnicas de las lámparas LED.