Simulaciones colorimétricas

En 2016 iniciamos nuestro blog con el post “Simulación fotométrica de luminarias”. En su momento explicamos las ventajas de realizar simulaciones fotométricas, ya que nos puede dar una idea muy aproximada de cuál será el resultado final y de qué cambios pueden realizarse en la luminaria para obtener un producto cuyas prestaciones lumínicas sean las adecuadas.

Además, podemos valorar el efecto de los diferentes elementos de la luminaria y ver si alguno de ellos nos hace perder eficiencia en el sistema. Nos hemos encontrado casos en los que ciertas partes de la luminaria interaccionan con la luz de forma innecesaria y hacen disminuir el valor de la eficacia de la luminaria. Todo ello se puede estudiar a través de simulación y ver cómo mejorar la eficacia de la luminaria. Utilizar una herramienta como la simulación fotométrica puede ahorrar mucho tiempo, dinero y problemas.

Actualmente, además de la simulación fotométrica, añadimos la simulación colorimétrica. Debemos tener en cuenta, que algunos productos que incorporan tecnología LED presentan una diferencia angular cromática, siendo muy importante disponer de información sobre la variabilidad de este parámetro para el LED seleccionado. Debemos solicitar al proveedor el dato de la uniformidad angular del color (Du’v’), que representa la máxima desviación cromática encontrada con respecto al dato promedio.

Es importante comentar también que este tipo de simulación cromática puede ser muy útil para aplicaciones de horticultura. De esta forma se puede buscar un determinado espectro componiéndolo por simulación, como paso previo a la construcción de la luminaria.

¿En qué consiste la simulación colorimétrica?

El proceso de simulación colorimétrica es similar al de la simulación fotométrica, de hecho, es un complemento a esta. Se analiza la trayectoria de los rayos que parten de una fuente luminosa y se propagan, reflejan o dispersan en diferentes medios, obteniendo como resultado final el comportamiento fotométrico del producto. En la simulación colorimétrica, además, la fuente luminosa (en nuestro caso el LED) está caracterizada no solo fotométricamente, sino espectralmente.

Simulación de sistemas con variación cromática angular

Comenzamos mostrando la simulación colorimétrica de un LED con variación angular cromática. Comparamos los resultados simulados con mediciones en el laboratorio de ese LED, validando así la simulación.

A continuación se muestran las coordenadas cromáticas (x,y) y la temperatura de color en diferentes puntos (variación en gamma):

Incorporamos ahora diferentes tipos de óptica al LED anterior. En cada caso realizamos el análisis cromático angular a través de simulación, dando lugar a distribuciones fotométricas y valores de Du’v’ distintos.

A) Óptica asimétrica vial:

B) Óptica simétrica:

C) Óptica colimadora:

Así, podemos observar que, al incorporar lentes a LEDs con diferencia angular cromática, el efecto del cambio cromático puede verse reducido o incrementado de forma considerable. Como puede observarse la temperatura de color global se mantiene ya que es la medida equivalente a hacerla en esfera integradora. De ahí que tengamos que fijarnos en la temperatura de color direccional.

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El UGR no es un parámetro de la luminaria

Habitualmente nos encontramos con expresiones publicitarias “Luminaria UGR19”, “Luminaria UGR<16” y solicitudes de ensayos en los que necesitan que “la luminaria tenga un UGR menor que un cierto valor”. Esto nos ha hecho plantearnos este post para aclararlo: el UGR no es un parámetro exclusivamente de la luminaria, sino que la evaluación del deslumbramiento depende también de las características de la instalación.

La CIE define el llamado índice UGR (índice de deslumbramiento unificado) para determinar la sensación de deslumbramiento. El UGR depende directamente de la luminancia de las partes luminosas de cada luminaria en la dirección del ojo del observador.

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Recordemos que la luminancia es inversamente proporcional al área de emisión de la fuente, por lo que, si aumentamos el área y mantenemos la intensidad disminuimos la luminancia (y por tanto el UGR).

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Tanto en proyectos de interior como de exterior se evalúan parámetros de la instalación que están relacionados con la luminancia de la luminaria en diferentes direcciones, UGR, TI, GR… Para analizar estos parámetros necesitamos partir de un fichero fotométrico, ya sea LDT o IES y utilizar un software de simulación de entornos.

Veamos como varía el UGR en función de la instalación. Consideramos la misma luminaria LED en todos los proyectos de simulación que se muestran a continuación, con la siguiente distribución fotométrica. Nótese que esta distribución, a priori, no parece controlar mucho el deslumbramiento, pero estamos hablando de una luminaria de dimensión 500mm x 500mm.

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Ciertos visores de LDTs presentan tablas de UGR de habitaciones tipo, a diferentes alturas y reflectancias de paredes techo y suelo:

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Estas tablas nos ayudan a estimar el UGR de diferentes instalaciones, pero veamos cómo varía el UGR en distintos proyectos de iluminación con una cierta disposición de luminarias.

Planteamos en principio dos proyectos, el primero de ellos es una oficina de altura de luminarias 2.8 metros y el segundo de ellos es un entorno con altura de luminarias 4 metros. Ambos proyectos tienen una reflectancia en paredes del 50%, techo 70% y suelo 20%. La variación de uno y otro proyecto es únicamente la altura del local y la altura de colocación de las luminarias.

A) PROYECTO 1: altura luminarias 2.8 metros. Reflectancia en paredes del 50%, techo 70% y suelo 20%.

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Evaluando un plano UGR en una dirección y a una altura de 1.70 m obtenemos los siguientes valores: UGR Max obtenido = 22

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Evaluando un plano UGR en una dirección y a una altura de 1.20 m obtenemos los siguientes valores: UGR Max obtenido = 20

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B) PROYECTO 2: altura luminarias 4 metros. Reflectancia en paredes del 50%, techo 70% y suelo 20%.

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Evaluando un plano UGR en una dirección y a una altura de 1.70 m obtenemos los siguientes valores: UGR Max obtenido = 19

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Evaluando un plano UGR en una dirección y a una altura de 1.20 m obtenemos los siguientes valores: UGR Max obtenido = 17

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Analizando los resultados, se puede observar que hay un cambio en los valores de UGR simplemente variando la altura de la instalación. Por tanto, si pasamos a otras instalaciones donde la reflectancia de paredes cambie, los resultados de UGR serán de nuevo diferentes.

Continuamos realizando dos nuevas simulaciones. En este caso mantenemos la altura de las luminarias a 2.8m y variamos la reflectancia en paredes. El primero de ellos es un caso no real con reflectancia en paredes 0%, techo 0% y suelo 0% y en el segundo de ellos tenemos paredes al 70%, techo 70% y suelo 50%.

C) PROYECTO 3: altura luminarias 2.8 metros. Reflectancia en paredes del 0%, techo 0% y suelo 0%.

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Evaluando un plano UGR en una dirección y a una altura de 1.70 m obtenemos los siguientes valores: UGR Max obtenido > 30

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Evaluando un plano UGR en una dirección y a una altura de 1.20 m obtenemos los siguientes valores: UGR Max obtenido > 30

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D) PROYECTO 4: altura luminarias 2.8 metros. Reflectancia en paredes del 70%, techo 70% y suelo 50%.

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Evaluando un plano UGR en una dirección y a una altura de 1.70 m obtenemos los siguientes valores: UGR Max obtenido = 19

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Evaluando un plano UGR en una dirección y a una altura de 1.20 m obtenemos los siguientes valores: UGR Max obtenido = 17

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Resumen de resultados:

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Se puede observar que hay un cambio en los valores de UGR variando la altura colocación de las luminarias (ver resultados proyectos 1 y 2). Además, si nos fijamos en los proyectos 1, 3 y 4, vemos cómo cambia el valor del UGR de la instalación (desde 17 a valores mayores de 30) variando las reflectancias de paredes techo y suelo. Debe quedar claro que la evaluación del deslumbramiento depende mucho de la luminaria instalada, pero también de su entorno, cuanto más oscuro sea éste más nos deslumbrará la luminaria que instalemos.

Es importante entonces hacer un buen proyecto de iluminación para determinar el UGR de la instalación, y no caracterizar a una luminaria con un valor concreto de UGR, ya que el valor variará de un entorno a otro.

No dimensionar bien el grado de deslumbramiento de una instalación puede dar lugar a más errores de los esperados en determinados entornos laborales, accidentes y problemas de salud (dolores de cabeza continuados, picor de ojos, alta sensibilidad a la luz….). Es imprescindible realizar un buen diseño de las luminarias de interior atendiendo al grado de deslumbramiento que producen, especialmente para lugares de trabajo o estudio, haciendo un análisis de qué elementos son los más apropiados.

 

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