Memorias luxamérica 2016

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XIII CONGRESO PANAMERICANO DE ILUMINACIÓN – LUXAMÉRICA 2016 LA SERENA – CHILE Memorias LUXAMÉRICA 2016 ISBN 978-956-368-059-1 ©2016 Fundación Chilena de Luminotecnia Pedro A.J. Galleguillos Rodríguez, Compilador Impreso en Santiago de Chile Edición de 200 ejemplares

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016

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ORGANIZADORES Fundación Chilena de Luminotecnia FCL Oficina de Protección de la Calidad del Cielo del Norte de Chile OPCC Universidad de La Serena Coordinador Institucional Pedro A. Sanhueza P. Coordinador Académico Pedro A.J. Galleguillos R. Comité Organizador Paula Del Mauro – Director Fundación Chilena Luminotecnia Erick Aguilera – Director Fundación Chilena de Luminotecnia Carolina Rozas – Relaciones Públicas Fundación Chilena de Luminotecnia Harold Perry – Director Gestión Universitaria Simon Ballivián – Periodista Gestión Universitaria

Comité Académico Argentina Leonardo Assaf Alberto Cabello Eduardo Manzano Elisa Colombo José Sandoval Mario Raitelli Graciela Tonello Raul Ajmat Brasil Lucia Mascaró Elvo Burini Chile Amelia Ramirez Rodolfo Barbá María Beatriz Piderit Colombia Fernando Herrera Jesus M. Quintero Paula Acuña Francisco Amortegui España Josep Maria Ollé Carlos Sierra

Dr Ingeniero Profesor Universidad Nacional de Tucumán Msc Luminotecnia Profesor Universidad Nacional de Tucumán Dr Ingeniero Profesor Universidad Nacional de Tucumán Dr y Prof. Universidad Nacional de Tucumán e Investigadora principal CONICET Msc Luminotecnia Profesor Universidad Nacional de Tucumán Msc Luminotecnia Profesor Universidad Nacional de Tucumán Dr Psicología Profesor Universidad Nacional de Tucumán Dr Diseño Arquitectonico Profesor Universidad Nacional de Tucumán PosDr Arquitectura Universidade Federal do Rio Grande do Sul Dr Ingeniero Universidad de Sao Paulo Dr Astronomía Directora I+D Universidad de La Serena Dr Astronomía Universidad de La Serena Dr Arquitectura Profesor Universidad del Bio-Bio Profesor Universidad Nacional de Colombia Dr Ingeniero Profesor Universidad Nacional de Colombia Msc Profesor Universidad Nacional de Colombia Ingeniero Especialista Profesor Universidad Nacional de Colombia Profesor Universidad Rovira y Virgili Dr Ingeniero Profesor Universidad Politécnica de Catalunya

Invitados Especiales MSc. Wout Van Bommel MSc. Daniel M. Duriscoe Ing. Esp. Christian K. Monrad

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

PREFACIO LUXAMÉRICA es un congreso académico que se realiza de manera bianual, organizado por las Asociaciones de Iluminación de diversos países en América. El evento convoca a especialistas internacionales en el área de iluminación y afines, para presentar los más recientes avances científicos y tecnológicos del sector. La Fundación Chilena de Luminotecnia –FCL- en conjunto con la Oficina de Protección de la Calidad del Cielo del Norte de Chile –OPCC-, se les encomendó la organización de la XIII versión del congreso LUXAMÉRICA, el cual se realiza en la ciudad de La Serena, Chile, con la consigna “Iluminación Sustentable para América”, asociando a esto un tema de relevancia global como la contaminación lumínica y su significancia medioambiental en el desarrollo de actividades como la astronomía. La sustentabilidad es un término latente en diversas áreas, y que durante las últimas décadas ha adquirido relevancia a nivel mundial llevando a organizaciones internacionales, gobiernos, numerosas ONG, académicos y empresas privadas a tomar medidas para alinearse con la causa. La sustentabilidad como modelo integral para el desarrollo exige la integración de tres aspectos principales: Ambiental, Social y Económico. La Luminotecnia por su parte, definida como la ciencia encargada de estudiar las distintas formas de producción, control y aplicación de la Luz, debe integrar en su quehacer diario los tres aspectos principales de la sustentabilidad, de manera tal que, la pertinencia de ejecutar estas labores no recae exclusivamente sobre expertos ligados al mundo de la física e ingeniería si no que debe ser estudiado de manera multidisciplinar integrando diversos puntos de vista. Desde ya hace algunos años atrás, LUXAMÉRICA ha velado por reconocer e integrar a todos los actores de la iluminación con la finalidad de contribuir al desarrollo y crecimiento de la Luminotecnia en la región. En esta versión, hacemos un especial reconocimiento al mundo de la Astronomía, ciencia que a través de la historia siempre ha estado ligada al desarrollo humano y que a través de la observación e interpretación de la LUZ y la radiación electromagnética nos ha permitido interpretar diversos fenómenos físicos orientados a entender cuál es nuestro rol en el universo. Estas memorias reúnen la presentación de 75 trabajos relacionados con 16 áreas temáticas de investigación que se enlistan a continuación, abriendo el campo para el intercambio de ideas y fomento a la integración y discusión constructiva en materia de iluminación. -

Contaminación lumínica Astronomía Diseño de equipos para iluminación Educación Iluminación de espacios interiores y exteriores Iluminación y urbanismo Iluminación y medio ambiente Luz solar Materiales Nuevas tecnologías Percepción y efectos fisiológicos Pruebas de laboratorio Sistemas de alumbrado público Uso racional de energía Visión, luz y color, fotografía Iluminación de emergencia en áreas clasificadas

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016

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AGRADECIMIENTOS

LUXAMÉRICA 2016 es el resultado de más de dos años de trabajo y compromiso interesado en el desarrollo de la Luminotecnia en el país. Para la Fundación Chilena de Luminotecnia, la organización de este tipo de eventos trasciende de manera vital pues Chile requiere avanzar en materia de iluminación, incentivando la investigación, fomentando el dialogo entre distintos gremios, avanzando en políticas públicas y fortaleciendo las relaciones con las distintas entidades internacionales con el fin de incorporar criterios técnicos, económicos y sociales a la discusión. A nombre del comité organizador de LUXAMÉRICA, agradecemos a nuestros conferencistas invitados, a la colaboración de autores de trabajos, al distinguido comité académico, a nuestros patrocinadores, a la generosidad de nuestros auspiciadores y por supuesto a la abnegada labor de nuestros colaboradores Paula del Mauro. Erick Aguilera, Carolina Rozas y Rodrigo Muñoz. De manera particular, hoy recordamos a quien sin su importante aporte nada de esto habría sido posible, por su apoyo incondicional, por haber sido fuente de inspiración y motor para el desarrollo de la luminotecnia en Chile, y por sobre todo, por su carismática forma de ser, Don Leopoldo Rodríguez Rübke. Su legado perdurará ya que como él lo habría dicho, no dejaremos de soñar y seguiremos adelante aportando con la misma voluntad que nos enseñó. Pedro A.J. Galleguillos Rodríguez Presidente Fundación Chilena Luminotecnia Coordinador Académico - LUXAMERICA 2016

La sostenibilidad se ha vuelto una prioridad de escala global, ya que nos encontramos ante una encrucijada decisiva para la historia de la Humanidad; dependemos de ella para nuestra propia supervivencia. Los recientes acuerdos en materia de medio ambiente y cambio climático promovidos por las Naciones Unidas dan cuenta de lo relevante del desafío. En ese contexto, la iluminación, por su amplísima cobertura territorial y por estar presente en una multiplicidad de facetas del quehacer humano, debe ser revisada y ponderada desde una óptica ambiental. Dotar de sostenibilidad a la iluminación y a la luminotecnia, como disciplina, es entonces altamente relevante y pertinente a estos tiempos. Los impactos negativos de la iluminación, tales como la contaminación lumínica, los efectos adversos a la fauna y a la salud humana relacionados con alteraciones al sueño, reducción de melatonina, adquieren progresiva relevancia. Ante esta urgencia, la Oficina de Protección de la Calidad del Cielo del Norte de Chile –OPCC- en conjunto con la Fundación Chilena de Luminotecnia, propusieron a la asamblea de Lux América la realización del XIII congreso bianual con el lema: Por una Iluminación Sustentable para América. En esta línea, varios de los trabajos a ser presentados en el congreso tienen que ver con esta materia. Aún más, los tres expositores principales, con los cuales se dará inicio a cada jornada, presentan ponencias relacionadas con la sustentabilidad. A modo de ejemplo, el Mg. Daniel Duriscoe presentará la ponencia: “The World Atlas of Light Pollution” y el Mg. Christian Monrad presentará la ponencia: “LED lighting for Mining Industries and Cities: Successfully Implementing the Transition from Legacy HID to LED technology in Environmentally and Astronomically Sensitive Locates”. De manera concomitante, el congreso se realiza en la ciudad de La Serena, Región de Coquimbo. Los cielos nocturnos del norte de Chile, oscuros y transparentes, constituyen un patrimonio reconocido mundialmente, permitiendo la instalación en nuestro territorio de los principales centros astronómicos. Estos cielos brindan un espacio privilegiado para conformar un extenso laboratorio natural para el desarrollo de la ciencia astronómica, impulsando el desarrollo de otras áreas tecnológicas relacionadas e incluso, promoviendo la consolidación del llamado turismo astronómico. A nombre del comité organizador, de las entidades públicas e internacionales que han colaborada en su materialización, de los patrocinadores y auspiciadores, agradecemos a nuestros conferencistas y a los autores de los trabajos aquí incluidos. Hacemos también extensivo nuestros agradecimientos al distinguido comité académico, por su dedicado exhaustivo trabajo.

Pedro A. Sanhueza P. Director Oficina de Protección de la Calidad del Cielo del Norte de Chile Coordinador Institucional -LUXAMÉRICA 2016

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

PROGRAMACIÓN CONGRESO Lunes 21 y Martes 22 de Noviembre 2016 Cursos de actualización Lighting and health Wout Van Bommel Basics of light and vision Wout Van Bommel El color: de la física a la percepción visual Elisa Colombo, Beatriz O’Donell Los factores humanos en la iluminación Elisa Colombo, Beatriz O’Donell Introducción al diseño de la iluminación vial Eduardo Manzano, Alberto Cabello Taller en materiales aplicados en el diseño óptico de iluminación Paula Acuña, Fernando Herrera, Jesus Quintero Nuevas Tecnologías para Iluminación de Museos Mario Raitelli, Alberto Cabello Miercoles 23 de Noviembre 2016

R67

Charla magistral: What LEDs can do what conventional lamps can't? Wout Van Bommel Protección de los cielos oscuros en Chile: Iniciativas, educación, y coordinación G. Blanc, P. Sanhueza, P. Galleguillos

R77

Evaluación de la polución lumínica por luz reflejada en superficies urbanas mediante un método de simulación A. Cabello, C. Amado

R13

Evaluación del impacto lumínico de un cartel publicitario con tecnología LED C. Guzmán, R. Castillo, E. Manzano, L. Diaz

R60

Enlightening our future: The quality lighting teaching kit C. Walker, J. Seguel, L. Opazo, S. Pompea

R21

Evaluación del riesgo de deterioro en museos provocado por la iluminación M. Raitelli, D. Vásquez

R65

La intervención con el color de la luz en la restauración del patrimonio histórico C.Guzmán, E. Manzano

R24

Influencia de la TCC y el color del entorno en la percepción de color G. Tonello, M. Lombana, M. Ponce

R69

Marco legal del área de protección lumínica del observatorio astronómico nacional de Llano del Hato, Mérida – Venezuela E. Puro, J. Hernández

R25

Tubos LED como reemplazo a la tecnología fluorescente D. Rodríguez, J. Romero, J. Quintero

R38

Efectos de las características espectrales de las fuentes de luz en la eficiencia energética del alumbrado público O. Preciado, E. Manzano

R70

Programa de protección del observatorio astronómico nacional de Llano del Hato, Mérida – Venezuela E. Puro, F. Della Prugna, G. Barroeta

R30

Influencia del Nivel y la TCC sobre la Percepción de Seguridad en Espacios Exteriores N. Valladares, G. Tonello

R46

Iluminación en zonas protegidas de la contaminación lumínica N. Vargas, P. Galleguillos

R52

Avaliação de Empreendimentos de Iluminação Pública pelas Técnicas de ACV e ACCV O. Sanchez

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016

R48

7

Paisajes lumínicos urbanos históricos. Caso Boca del Puente o Torre del Reloj. Centro histórico de Cartagena C. Pedraza

R26

Caracterización de celdas electrolíticas para iluminación general N. Torres, A. Cometa, J. Quintero

R23

Puesta en valor de sitios arqueológicos mediante el uso de nuevas tecnologías de iluminación y visualización M. Peluffo, R. Ajmat, J. Sandoval, M. Aguirre

R09

Iluminación sustentable en el parque norte de la ciudad de Neuquén M. Maduri

R15

A luminância da lua ao nivel do mar E. Burini

R42

Aprovechamiento de energía solar en vivienda rural. Programa de erradicación de ranchos de Santiago del Estero, Argentina

R59

Metodología para evaluar la calidad ambiental y de iluminación en espacios expositivos de casas-museos

S. Rigali, A. Ferreiro, J. Bottoni, N. Nassif M. Zamora, B. O’Donell, R. Ajmat, J. Sandoval

Jueves 23 de Noviembre de 2016

R71

Charla magistral: The world atlas of light pollution. Daniel M. Duriscoe Nuevos desafíos para el control de la contaminación lumínica en el norte de Chile P. Sanhueza, P. Galleguillos, G. Blanc

R28

Evaluación de técnicas de aprendizaje de máquina para la detección de diferencias de color A. Zabala, J. Quintero, L. Bermeo

R37

La luz en los museos: calidad ambiental y satisfacción. Objetos y visitantes R. Ajmat, J. Sandoval, S. Lombana, N. Bazán

R73

Sensibilidad al contraste en el mesópico: efecto de la composición espectral, edad y frecuencia espacial B. Silva, M. Tripolone, L. Issolio, E. Colombo

R14

A Iluminação WLEDi na CUASO – USP E. Burini, A. Gakiya

R41

Tecnologías, arquitectura y soluciones para la iluminación inteligente A. Rubio, J. González

R05

Definición de cielos CIE estándar y aplicación de fotografías de alto rango dinámico para caracterizar la distribución espacial de luz natural en Chile

R01

Educación utilizando la modalidad blended learning en luminotecnia

M. Piderit, C. Cauwerts, M Diaz F. Deco

R12

Alumbrado vial de baja contaminación para la “Ruta del Algarrobo”, Chile P. Ixtaina, P. Sanhueza

R44

Programa de Educación de los Cielos Oscuros del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo L. Opazo, J. Seguel, C. Walker, S. Pompea

R47

Relevancia de la temperatura de color en el diseño de la disipación térmica de luminarias LED P. Galleguillos, E. Manzano

R50

Propuesta lumínica para el alumbrado interior del museo Casa Maldonado – Choele Choel (Río Negro, Argentina) C. Guzmán, N. Piva, D. Di Fiore

R36

Luminarias LED, estudio de la representatividad de la fotometría en iluminación vial F. Espín, E. Manzano, A. Cabello

R29

Análisis eléctrico y electrónico de la tecnología LED en iluminación M. Krenz, A. Chort, J. Frund, F. Vincitorio

R20

Estudio de factibilidad de sistemas de control para el aprovechamiento de luz natural L. Espeche

R72

Análisis del consumo estimado y medido de energía eléctrica de las instalaciones de alumbrado P. Andrade, L. Assaf

R76

Contribución a la eficiencia energética en iluminación desde el diseño y la explotación E. Cardoso, M. Raitelli

R39

Usar iluminación directa en iluminación exterior M. Maduri

R61

Eficiencia energética en el alumbrado público. Resultados de una evaluación a gran escala L. Assaf, H. Arevalo

8

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

R32

La simulación al servicio de la Iluminación en Museos M. Pérez, R. Ajmat, J. Sandoval

R54

Programa LUX LEASING. Financiamiento para la reconversión del Sistema de Alumbrado Público de Municipios chicos R. Milutin

R33

Método de comparación y ajuste entre valores medidos y calculados en instalaciones de alumbrado vial A. Cabello, F. Espín, E. Manzano, M. Raitelli

R02

Iluminación led en autopistas argentinas P. Ixtaina, A. Armas, B. Bannert, N. Bufo

R56

Optimización de Costos de un Sistema de Alumbrado Público D. Riquelme, G. Espinola

R49

Calibración de Cámara Digital para Medición de Luminancia J. Gutierrez, J. Quintero, L. Bermeo

R03

Efectos de la iluminación LED en el coeficiente de luminancia P. Ixtaina, B. Bannert, A. Gallardo

Viernes 25 de Noviembre de 2016

R11

Charla magistral: LED Lighting for Mining Industries and Cities: Successfully Implementing the Transition from Legacy HID to LED Technology in Environmentally and Astronomically Sensitive Locales Christian K. Monrad Evaluación del desempeño visual bajo tres tecnologías de iluminación

R10

Caracterização de dispositivos OLED no IEE/USP

C. Camacho, M. Ochoa, C. Perilla, C. Sanchez, J. Quintero E. Burini, M. De Oliveira, E. Santos, R. Caldeira, A. Gakiya

R74

Evaluación de armónicos eléctricos en la iluminación residencial M. Carlorosi, E. Manzano

R63

El mantenimiento y las luminarias LED en iluminación urbana E. Manzano

R16

Novos Referenciais e Procedimentos para Avaliação de Luz no IEE/USP: Radiação Visível E. Burini, M. De Oliveira, E. Santos, R. Caldeira, A. Gakiya

R62

Abriendo el cielo a través del diseño, una muestra para su valoración D. Araya

R75

Iluminación inteligente en ciudades T. Pastor

R27

Estudio de desempeño de pinturas para aplicación en luminarias J. Martinez, J. Gutiérrez, L. Bermeo, J. Quintero

R22

Iluminación natural en el hábitat de clima soleado A. Pattini, L. Córica, L. Ferrón, R. Rodríguez, C. Lasagno, A. Villalba, J. Monteoliva, J. Yamín, Maureen de Gastines

R35

Análisis del comportamiento térmico, eléctrico y lumínico de una bombilla LED dentro de una luminaria para empotrar

R64

Estimación de indicadores de eficiencia y calidad de las instalaciones de alumbrado vial con tecnología tradicional y estado de sólido (SSL)

J. Romero, F. Herrera, C. Castro

S. Rigali, E Manzano, M Raitelli

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016

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CONTENIDOS Capítulo I, Preservación del medio ambiente Iluminación sustentable en el parque norte de la ciudad de Neuquén M. Maduri

Alumbrado vial de baja contaminación para la “Ruta del Algarrobo”, Chile P. Ixtaina, P. Sanhueza

A luminância da lua ao nivel do mar E. Burini

Estudio de factibilidad de sistemas de control para el aprovechamiento de luz natural L. Espeche

Iluminación natural en el hábitat de clima soleado A. Pattini, L. Córica, L. Ferrón, R. Rodríguez, C. Lasagno, A. Villalba, J. Monteoliva, J. Yamín, Maureen de Gastines

Caracterización de celdas electrolíticas para iluminación general N. Torres, A. Cometa, J. Quintero

Análisis eléctrico y electrónico de la tecnología LED en iluminación M. Krenz, A. Chort, J. Frund, F. Vincitorio

Usar iluminación directa en iluminación exterior M. Maduri

Aprovechamiento de energía solar en vivienda rural. Programa de erradicación de ranchos de Santiago del Estero, Argentina S. Rigali, A. Ferreiro, J. Bottoni, N. Nassif

Metodología para evaluar la calidad ambiental y de iluminación en espacios expositivos de casas-museos M. Zamora, B. O’Donell, R. Ajmat, J. Sandoval

Eficiencia energética en el alumbrado público. Resultados de una evaluación a gran escala L. Assaf, H. Arevalo

Abriendo el cielo a través del diseño, una muestra para su valoración D. Araya

Estimación de indicadores de eficiencia y calidad de las instalaciones de alumbrado vial con tecnología tradicional y estado de sólido (SSL) S. Rigali, E Manzano, M Raitelli

Protección de los cielos oscuros en Chile: Iniciativas, educación, y coordinación G. Blanc, P. Sanhueza, P. Galleguillos

Marco legal del área de protección lumínica del observatorio astronómico nacional de Llano del Hato, Mérida – Venezuela E. Puro, J. Hernández

Programa de protección del observatorio astronómico nacional de Llano del Hato, Mérida – Venezuela E. Puro, F. Della Prugna, G. Barroeta

Nuevos desafíos para el control de la contaminación lumínica en el norte de Chile P. Sanhueza, P. Galleguillos, G. Blanc

Evaluación de la polución lumínica por luz reflejada en superficies urbanas mediante un método de simulación A. Cabello, C. Amado

14 19 24 28 32 36 42 50

56 63 69 79

89 96

105 108 110 117

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Capitulo II, Tecnologías, materiales y equipamiento Evaluación del impacto lumínico de un cartel publicitario con tecnología LED C. Guzmán, R. Castillo, E. Manzano, L. Diaz

Puesta en valor de sitios arqueológicos mediante el uso de nuevas tecnologías de iluminación y visualización M. Peluffo, R. Ajmat, J. Sandoval, M. Aguirre

Tubos LED como reemplazo a la tecnología fluorescente D. Rodríguez, J. Romero, J. Quintero

Estudio de desempeño de pinturas para aplicación en luminarias J. Martinez, J. Gutiérrez, L. Bermeo, J. Quintero

Análisis del comportamiento térmico, eléctrico y lumínico de una bombilla LED dentro de una luminaria para empotrar J. Romero, F. Herrera, C. Castro

Efectos de las características espectrales de las fuentes de luz en la eficiencia energética del alumbrado público O. Preciado, E. Manzano

Tecnologías, arquitectura y soluciones para la iluminación inteligente A. Rubio, J. González

Iluminación en zonas protegidas de la contaminación lumínica N. Vargas, P. Galleguillos

Relevancia de la temperatura de color en el diseño de la disipación térmica de luminarias LED P. Galleguillos, E. Manzano

Iluminación inteligente en ciudades T. Pastor

126 134 141 145

152 157 167 176 184 189

Capitulo III, Sistemas de iluminación Iluminación led en autopistas argentinas P. Ixtaina, A. Armas, B. Bannert, N. Bufo

Efectos de la iluminación LED en el coeficiente de luminancia P. Ixtaina, B. Bannert, A. Gallardo

Evaluación del riesgo de deterioro en museos provocado por la iluminación M. Raitelli, D. Vásquez

La simulación al servicio de la Iluminación en Museos M. Pérez, R. Ajmat, J. Sandoval

Método de comparación y ajuste entre valores medidos y calculados en instalaciones de alumbrado vial A. Cabello, F. Espín, E. Manzano, M. Raitelli

La luz en los museos: calidad ambiental y satisfacción. Objetos y visitantes R. Ajmat, J. Sandoval, S. Lombana, N. Bazán

Paisajes lumínicos urbanos históricos. Caso Boca del Puente o Torre del Reloj. Centro histórico de Cartagena C. Pedraza

Calibración de Cámara Digital para Medición de Luminancia J. Gutierrez, J. Quintero, L. Bermeo

Propuesta lumínica para el alumbrado interior del museo Casa Maldonado – Choele Choel (Río Negro, Argentina) C. Guzmán, N. Piva, D. Di Fiore

Avaliação de Empreendimentos de Iluminação Pública pelas Técnicas de ACV e ACCV O. Sanchez

Programa LUX LEASING. Financiamiento para la reconversión del Sistema de Alumbrado Público de Municipios chicos R. Milutin

Optimización de Costos de un Sistema de Alumbrado Público D. Riquelme, G. Espinola

El mantenimiento y las luminarias LED en iluminación urbana E. Manzano

192 197 204 210 216 223 231 242 249 256

264 272 276

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016

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La intervención con el color de la luz en la restauración del patrimonio histórico C.Guzmán, E. Manzano

Análisis del consumo estimado y medido de energía eléctrica de las instalaciones de alumbrado P. Andrade, L. Assaf

Evaluación de armónicos eléctricos en la iluminación residencial M. Carlorosi, E. Manzano

Contribución a la eficiencia energética en iluminación desde el diseño y la explotación E. Cardoso, M. Raitelli

284 292 297 307

Capitulo IV, Luz y percepción Definición de cielos CIE estándar y aplicación de fotografías de alto rango dinámico para caracterizar la distribución espacial de luz natural en Chile M. Piderit, C. Cauwerts, M Diaz

Evaluación del desempeño visual bajo tres tecnologías de iluminación C. Camacho, M. Ochoa, C. Perilla, C. Sanchez, J. Quintero

Influencia de la TCC y el color del entorno en la percepción de color G. Tonello, M. Lombana, M. Ponce

Evaluación de técnicas de aprendizaje de máquina para la detección de diferencias de color A. Zabala, J. Quintero, L. Bermeo

Influencia del Nivel y la TCC sobre la Percepción de Seguridad en Espacios Exteriores N. Valladares, G. Tonello

Sensibilidad al contraste en el mesópico: efecto de la composición espectral, edad y frecuencia espacial B. Silva, M. Tripolone, L. Issolio, E. Colombo

314 322 329 333 342 346

Capitulo V, Educación y ensayos Educación utilizando la modalidad blended learning en luminotecnia F. Deco

Caracterização de dispositivos OLED no IEE/USP E. Burini, M. De Oliveira, E. Santos, R. Caldeira, A. Gakiya

A Iluminação WLEDi na CUASO – USP E. Burini, A. Gakiya

Novos Referenciais e Procedimentos para Avaliação de Luz no IEE/USP: Radiação Visível E. Burini, M. De Oliveira, E. Santos, R. Caldeira, A. Gakiya

Luminarias LED, estudio de la representatividad de la fotometría en iluminación vial F. Espín, E. Manzano, A. Cabello

Programa de Educación de los Cielos Oscuros del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo L. Opazo, J. Seguel, C. Walker, S. Pompea

Enlightening our future: The quality lighting teaching kit C. Walker, J. Seguel, L. Opazo, S. Pompea

350 357 365 371 379 384 388

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016

Capítulo I Preservación del medio ambiente Contaminación lumínica Astronomía Iluminación y medio ambiente Luz solar Uso racional de energía

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Iluminación Sustentable en el Parque Norte de la Ciudad de Neuquén Miguel Maduri1 1- Ing. (Universidad Nacional del Comahue – Asociación Argentina de Luminotecnia reg. Comahue – Argentina – maduri@neunet.com.ar) Resumen — La ciudad de Neuquén, es la capital de la provincia homónima, ciudad que está emplazada a 1200km de distancia de la capital de Argentina (Bs As). La ciudad de Neuquén, en Octubre del año 2014 mediante la Ley 27001 fue declarada “Capital Nacional del Senderismo Urbano”. La ciudad de Neuquén cuenta con más de 20 km de senderos en el ámbito de la ciudad, emplazados en 3 áreas de gran importancia que son usados por los ciudadanos para la práctica de deportes (caminar, trotar, y en sectores específicos se cuenta con equipamiento deportivo.). Uno de estos senderos es el Sendero del Parque Norte que cuenta con dos circuitos: Senderos de Barda y Senderos del Bosque a este último se lo puso en valor, realizando la iluminación de sus pistas mediante iluminación sustentable y eficiente. La ejecución de la obra de iluminación, no solo implico la puesta en valor del sendero, sino también la ampliación horaria para la práctica deportiva en horario vespertino – nocturno de los ciudadanos, de la practica aeróbica prácticamente las 24 Hs, del día, sin afectar la vegetación y haciendo un uso Racional y Eficiente de la Energía. En la obra de iluminación se hizo uso además de la telegestion, permitiendo obtener ahorro energético y el control de la instalación lumínica en tiempo real. I.

Los senderos aerobicos junto a otros espacios verdes, son el pulmón verde de la ciudad, son los elegidos por los ciudadanos amantes del aire libre como lugar de esparcimiento y contacto con la naturaleza. En tal sentido la Municipalidad de Neuquén, materializo y jerarquizo con una arquitectura paisajista autosustentable los circuitos aeróbicos usados por los ciudadanos para caminar, trotar, andar en bicicleta, pasear tomando mate o simplemente respirar aire puro a la vera del rio, del bosque o en la barda, según sea el sendero elegido. Los senderos, cuentan además con estaciones saludables que permiten la práctica de deportes o elongar en aparatos, instalados en sectores específicos con mobiliario deportivo (bancos para elongación, juegos para chicos, miradores con pérgolas y bebederos).

INTRODUCCIÓN

Como ya se mencionara en el resumen del presente trabajo, la ciudad de Neuquén, cuenta con más de 20 km de senderos aeróbicos en el ámbito de la ciudad, emplazados en 3 áreas de gran importancia Senderos de Parque Norte dividido en dos circuitos: Senderos de la Barda 10 km y Senderos del Bosque 6,3km, Senderos del Paseo de la Costa 2,4km y Sendero de la Confluencia con un recorrido de 3,6km a la vera de los ríos Neuquén y Limay.

Fig. 1 Identificación del acceso al sendero del Parque Norte.

Fig. 2 y 3 Estaciones saludables y de juegos para chicos. En ambas fotos se pueden ver las columnas con luminarias LED

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 Los senderos cuentan con playa de estacionamientos de vehículos, cordones que delimitan las sendas de circulación, cartelera informativa y explicativa del sendero y del sector, de las especies forestales y aves. Se colocaron bancos de descanso, cestos de residuos y un reloj digital que destaca a Neuquén como Capital Nacional del Senderismo Urbano a través de la Ley Nacional 27001.

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En los lineamientos previos para la elección del tipo y forma de la iluminación, los profesionales del Municipio de Neuquén, recibieron las directivas de la Subsecretaria de Medio Ambiente de la propia Municipalidad de Neuquén, quien estableció ante la Secretaria de Obras Públicas como primer medida, que la iluminación a implementar no debía afectar el ambiente, la naturaleza, ni el ciclo de vida de: la vegetación del lugar (Pino ponderosa, cipreses, jarillas, eucaliptus, etc.), ni de las aves (Tordo, carpintero, colibrí, perdices, etc.), ni de la fauna (liebre Mara, cuises, etc.). Para lo cual se debía iluminar, sin contaminar ni afectar y se debía tener en cuenta el tratamiento de los residuos producidos por la iluminación. Desde la Secretaría de Obras Públicas en los considerandos, estaba la premisa que la iluminación debía ser eficiente, teniendo en cuenta que la Municipalidad de Neuquén adhirió al Programa Nacional de Uso Racional y Eficiente de la Energía (PRONUREE). Fig. 6 Flora del Sendero en el Parque Norte - Pino Ponderosa

Fig. 4 Reloj digital que destaca a la ciudad de Neuquén como Capital Nacional de Senderismo Urbano

Fig. 5 Carteleria informativa con los circuitos y sus referencias

En el caso del sendero del Parque Norte, sendero que está Ubicado al noroeste de la ciudad de Neuquén y adyacentes al predio de la Universidad Nacional del Comahue, se decidió a fines del año 2012, dada la aprobación ciudadana y la masividad de su uso diario a lo largo de todo el año, redoblar la apuesta. Se proyectó realizar una iluminación sustentable y sostenible en lo posible, con el fin de prolongar el uso diario sobre todo en la época estival, donde la gente realiza actividad física - aeróbica hasta altas horas del día. II.

LINEAMIENTOS

Atento a los lineamientos ya mencionados, desde la Secretaría de Obras Públicas de la Municipalidad de Neuquén, se encaró el proyecto de la iluminación de los circuitos aeróbicos del Parque Norte. Si bien los profesionales de la Secretaría de Obras Públicas de la Municipalidad de Neuquén, cuentan con una prolongada trayectoria y experiencia en el tema electro – lumínico con obras ejecutadas, no obstante realizaron un estudio de mercado y consultas institucionales ante representantes de la A.A.D.L. (Asociación Argentina de Luminotecnia regional Comahue), la U.N.Co. (Universidad Nacional del Comahue) y asesores comerciales de la ciudad y del ámbito Nacional. Evaluaron tecnologías, productos y alternativas existentes en el mercado respecto a los lineamientos enunciados de la ejecución de una iluminación sustentable. Es decir que sea eficiente energéticamente y de bajo costo económico – ambiental (duración de la lámpara – eliminación de los componentes lumínicos, la no contaminación lumínica en la flora y fauna, el no incrementar la producción de C02, etc.). Las alternativas en cuanto a los tipos de lámparas eran:

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

 Tubo Fluorescente  Fluorescentes compactas  Mercurio halogenado  Sodio de alta presión  Lámpara de LED  Tubos de LED  Luminarias de LED En cuanto a las luminarias para cumplir con la premisa de no afectar la flora y fauna del lugar, básicamente tenían que ser no contaminantes es decir luminarias de: 

Alcance Corto y Dispersión estrecha.

De los cinco (5) tipos de lámparas, se descartaron por sus características técnicas, las Fluorescentes por no adaptarse a las características ecológicas. De las dos (2) lámparas de descarga en alta presión, el sodio es de mayor rendimiento, pero su IRC no es la más óptima en cuanto a la reproducción de colores en un ambiente verde. Un escalón más abajo en el rendimiento tenemos el Mercurio halogenado, a pesar que este tipo de lámpara es de luz blanca, IRC aceptable, y posee mercurio. Nos quedaba el LED en cuanto a luz blanca, rendimiento e IRC, si bien no se había empleado aún en la ciudad, se sabía de su eficiencia lumínica y su bajo consumo. El LED, permitia la disminución en el gasto de energía eléctrica mensual y a su vez el cuidado del medio ambiente (menor emisión de gases de efecto invernadero a la atmósfera por cada Watts consumido, larga vida útil y el no uso de mercurio en las lámparas. Lámpara

Temp Color (°K)

Eficacia (Lm/W)

IRC (%)

Vida Útil (Hs)

Fluorescente (T5)

3000 - 4000

100

80 - 85

10.000 – 12.000

Fluorescente compacta

2700 - 4000

75 - 85

80 - 85

8.000 – 10.000

Mercurio Halogenado

3500 - 4500

80

65 - 85

10.000 – 15.000

Sodio Alta presión

2000

90 - 110

20 -25

12.000 – 15.000

Lámpara LED

3000

70 - 80

80

15.0000

Tubo LED

4000 - 6500

70

80

30.000

Luminaria LED

4000 - 6000

102

70 - 75

40.000 -50.000

El LED es un semiconductor avanzado, que está para ser usado entre otros usos en alumbrado interior y exterior, con el fin de poder cambiar nuestros consumos, nuestras vidas y por qué no la salud del planeta, al poder iluminar, cuidando el medio ambiente, dado su bajo consumo, su alta eficiencia y larga vida útil. De los tipos de LED, existentes en el mercado en Argentina, se contaba con la Posibilidad de usar lámparas a roscas E27 (formato similar a una incandescente), Tubos de LED (equivalente a un tubo fluorescente de 36W) o el conjunto luminaria – LED tipo alumbrado exterior. De los tres productos mencionados de LED, se optó por el empleo del conjunto Luminaria-LED para alumbrado exterior, realizando la búsqueda de artefactos que cumplieran con la premisa del flujo luminoso hacia el hemisferio inferior de modo de no afectar la flora ni la fauna del sector. Posteriormente, se realizaron pruebas en el sitio y en los talleres de la Municipalidad de Neuquén, donde se recopilo información necesaria en el tema, optándose por luminarias del tipo de alumbrado exterior – alumbrado público de la gama Greenway, de 110W - 64 LED, por artefacto (punto de luz) de la firma Philips de Argentina.

Fig. 8 Luminaria de LED Philips - modelo Greenway,

Fig. 7 Cuadro comparativo de lámparas

Los datos tecnicos de la luminaria Greenway - 110W, son los siguientes:   

De la evaluación, se llegó a la conclusión que el producto buscado, que nos permitiera tener una iluminación sustentable para la preservación de los recursos naturales en el tiempo y para las generaciones futuras era el LED.

   

El LED “Light Emitting Diode” (diodo emisor de luz) es un dispositivo semiconductor que emite luz policromática, (diferentes longitudes de onda según el color), cuando se polariza en directa.

 

Posee 64 LED´s Flujo 10650 Lm – Flujo mínimo a 530 mA a 25° C Temperatura del color 5700 °K(CW) opcional 4000°K (NW) y 3000°K (WW) Índice de Reproducción cromática IRC >70 Rendimiento: 103Lm/W Sistema Óptico: Lentes en policarbonato cristal. Driver: Xitanium 150W 0.35-0.7A GL PROG SXT (programado a 660mA) Grado de Estanqueidad: IP66. Rango de operación térmica -20°C/50°C

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 

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Vida útil: >50.000hrs (con el 70% del mantenimiento del -flujo inicial)

Fig. 9 Datos Fotométricos del modelo Greenway LED Philips.

III.

OBRA DE ILUMINACION

La obra de iluminación del “Sendero del bosque” del Parque Norte, se realiza en tres (3) etapas. Las etapas I y II están finalizadas y en funcionamiento desde al año 2015. La etapa III se encuentra en proceso de licitación. La etapa I, consistió en la provisión, colocación y puesta en funcionamiento del sistema de alumbrado público de noventa (90) luminarias- LED, en los senderos del bosque del Parque Norte. La extensión en esta etapa fue de unos 1200 mts de longitud. Para esta etapa, previo replanteo se realizó el tendido de la red subterránea mediante la construcción de un cañero de dos caños de PVC de 63 mm de diámetro – 3,2 mm de espesor, para vincular desde el pilar de medición de energía tablero general de iluminación, las 90 columnas con las cámaras de inspección. Las Columnas metálicas, dada la existencia de pinos y/o eucaliptus en este sector y de acuerdo a los lineamientos recibidos de la Secretaria de Ambiente, se diseñaron de una longitud total de 4 mts (3,30 mts altura libre). El montaje de las luminarias LED, se realizó a tope sin brazo pescante, dado que el sendero tiene un ancho variable según los sectores entre 2,5 y 4 mts. Para la alimentación de las noventa (90) columnas, se construyeron adyacentes a los postes de apoyo de las luminarias, las cámaras de inspección en H° A° de 0,6 x 0,6 x 0,7m, para vincular las mencionadas columnas y los cañeros usados para el tendido de los cables. Además para la alimentación de las noventa (90) columnasluminarias, dada la longitud de la etapa a iluminar y con el fin de evitar caída de tensión superior al 3% en las luminarias, se implementaron tres (3) ramas – circuitos de alimentación. La longitud de cable empleado en la etapa supero los 1500mts de longitud, empleando cables tipo subterráneo de Aluminio – aislación de XLPE de 3x 25/16mm2.

Fig. 10 Luminaria Greenway instalada en columna metálica.

La etapa II, consistió también en la provisión, colocación y puesta en funcionamiento del sistema de alumbrado público. En esta ocasión se instalaron setenta y cinco (75) luminarias– LED en los senderos de la etapa II. La extensión de este sistema de iluminación fue de unos 1300 mts de longitud. Para esta etapa, también se realizó el tendido de cañeros subterráneos mediante la colocación de dos caños de PVC de 63 mm de diámetro – 3,2 mm de espesor, para vincular desde el pilar de medición de energía - tablero general de iluminación con las 75 cámaras de inspección en H° A° que se instalaron adyacentes a las respectivas columnas metálicas. Columnas que fueron fundadas, mediante hormigón H17. Las Columnas metálicas, en este sector se diseñaron de una longitud total de 5 mts (4,30 mts altura libre). El montaje de las luminarias LED, fue idéntico al empleado en la 1° etapa. En cuanto a la alimentación de las setenta y cinco (75) columnas-luminarias, se implementaron dos (2) ramas– circuitos de alimentación. La longitud de cable empleado en esta etapa supero los 1600mts de longitud, empleando cables tipo subterráneo de Aluminio – aislación de XLPE de 3x 25/16mm2. En las dos etapas, todas las columnas cuentan con jabalinas de puesta a tierra, y en los tableros principales de cada pilar de energía, desde donde se comandan los respectivos circuitos eléctricos, se instalaron disyuntores diferenciales de 30 mA de sensibilidad ante fugas a tierra (Protección de los seres vivos y personas) e interruptores termomagneticos para protección de sobrecargas o cortocircuito de acuerdo a la reglamentación vigente de la Asociación Electrotécnica Argentina.

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 controlador de segmento, se comunica con una nube y el software central y desde ahí se comanda la instalación.

Fig. 12 Imagen nocturna del sendero iluminado con LED V. Fig. 11 Instalación correspondiente a la 1° etapa. IV.

TELEGESTION

En las dos (2) etapas de iluminación implementadas en el parque Norte hasta aquí mencionadas, la ciudad de Neuquén, se convirtió en pionera en adoptar una iluminación sustentable y eficiente, mediante el sistema de iluminación por LED de Philips. Luminarias-LED, cuya vida útil es hasta cinco veces más que otro tipo de iluminación convencional utilizada en la vía pública, permitiendo reducir los costos de mantenimiento y/o de reposición en la tarifa de alumbrado que paga el vecino. Mediante esta obra, la municipalidad de Neuquén también es pionera en adoptar, la telegestion al sistema de iluminación por LED de Philips, mediante la tecnología Starsense con CityTouch, que le permite a la Municipalidad controlar de manera remota y en tiempo real, el encendido y apagado de las ciento sesenta y cinco (165) luminarias hasta aquí instaladas, como así también las futuras a instalar en la III Etapa. Mediante la telegestion, no solo se realiza la medición del consumo, sino también si hay consumo anormal en la instalación por terceros, permite la atenuación de los niveles de iluminación según las necesidades o el uso específico a partir de cierto horario o días de la semana y permite la disminución del consumo de energía. El ahorro como consecuencia de la disminución de la energía, puede ser de hasta un 50% de ahorro en el consumo respecto a otros tipos de lámparas existentes en el mercado, evitando así la emisión de varias toneladas de CO2 en la vida útil de las luminarias. La luminaria-LED de Philips (Greenway), se fabrica y comercializa en Argentina. Para aplicar el sistema de telegestion, cuenta en cada una de las luminarias con una antena de comunicación con la que se comunica a través de una red y es comandada por un controlador de segmentos con capacidad de manipulación para 1000 - 3000 luminarias. El

 



 



CONCLUSIONES

La ejecución de la obra de iluminación, permitio la puesta en valor de los senderos del Parque Norte. La obra de iluminación, posibilito la ampliación horaria para la práctica deportiva en horario vespertino – nocturno de los ciudadanos amantes de la practica aeróbica durante las 24 Hs, del día. La obra de iluminación sustentable, permitió iluminar sin mercurio, sin contaminar, sin afectar la naturaleza del lugar. La iluminación con LED, permitió disminuir la emisión de CO2 a la atmosfera frente a la iluminación tradicional La iluminación con LED sumado a la aplicación de la telegestion, permite hacer un uso Racional y Eficiente de la Energía. El uso de la Telegestion, permite operar el encendido – apagado y realizar la atenuación lumínica en tiempo real. BIBLIOGRAFIA

1. 2. 3. 4. 5.

Ley 27001 Capital Nacional del Senderismo Urbano Ordenanza 4538 Área protegida urbana Parque Norte Decreto 140/07 del PEN: PRONUREE Manual de Asociación Argentina de Luminotecnia tomos I y II Reglamentación Ejecución Instalaciones eléctricas AEA 90364 AGRADECIMIENTO

   

Municipalidad de Neuquén Dpto. de Electrotecnia – Facultad de Ingeniería - UNCo Ing. Gabriel Villagra Ing. Fernando López



Rubén Boggi



Fotos Pepe Delloro



Fotos Daniel De Laurentis



Diarios: Rio Negro y LM Neuquén



Neuquenalinstante.com.ar

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016

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Alumbrado vial de baja contaminación para la “Ruta del Algarrobo”, Chile Pablo Ixtaina1, Pedro Sanhueza2 1 Laboratorio de Acústica y Luminotecnia de la Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires LAL CIC, Argentina – http://www.cic.gba.gov.ar/centros/otros-centros/lal/ 2 Oficina de Protección de la Calidad del Norte de Chile -OPCC pixtaina@yahoo.com

Resumen—El trabajo describe el desarrollo de un proyecto conjunto entre el Laboratorio del Acústica y Luminotecnia (LALCIC, Argentina) y el Observatorio de Las Campanas (La Serena, Chile), con la colaboración de la Oficina de Protección de la Calidad del Cielo del Norte de Chile –OPCC. El estudio, titulado Alumbrado vial de baja contaminación lumínica para las ventanas al universo del norte de Chile, tiene como objetivo el diseño y construcción de una luminaria LED no contaminante, que reúna una tecnología acorde a estándares modernos, espectro de emisión acotado y eficacia compatible con criterios de iluminación eficiente. Abstract--The paper describes a common project between the Laboratorio de Acústica y Luminotecnia (LAL-CIC, Argentina) and Las Campanas astronomical observatory, with the cooperation of the Oficina de Protección de la Calidad del Cielo del Norte de Chile – OPCC. The study was called “Low Light Pollution Road Lighting for Northern Chile Windows to the Universe, and its aim is the design and construction of a LED luminaire within low polluting emissions, and modern technological standards. The luminaire emitting spectra would agree with efficient lighting criteria and limited to astronomical observation necessities.

I.

INTRODUCCIÓN

L

A Ruta del Algarrobo es una ampliación de la Ruta 5 Norte, en el tramo La Serena y Vallenar, una parte de la Panamericana, que hasta hace dos años tenía solo dos vías (uno por cada sentido) y escaso tránsito. El proyecto incluyó el agregado de dos nuevas pistas, quedando entonces con una doble calzada en cada sentido, incorporando mejoras en el trazado y la iluminación de todas las singularidades que pudiesen implicar algún riesgo, junto con la adición de dos plazas de peaje, ya que la ruta pasó a un esquema de concesiones, debiéndose pagar por el uso de la misma. Este proyecto ha implicado un cambio drástico en las condiciones de luminosidad de toda la zona. Se pasó de una ruta que no tenía nada de iluminación a una carretera con más de 300 luminarias y decenas de proyectores de área (ubicados en las plazas de peaje y zonas de estacionamiento y descanso), a una distancia aproximada de 30km de los observatorios antes nombrados, instalándose un equipamiento que cumple con la normativa anterior de protección del cielo nocturno (el D.S. Nº686/1998 MINERCON), es decir, con luminarias que pueden emitir hasta un 1.8% de Flujo Hemisférico Superior -FHS. De hecho, se instalaron luminarias con cubiertas inferiores de tipo lenticular y con un ángulo de emplazamiento cercano a los 3º sobre la horizontal, esto por los brazos utilizados, que por su configuración posicionan a la luminaria por encima del 0º de

elevación. Lo peculiar de esta definición de diseño, realizada por el Ministerio de Obras Públicas, es que dichas luminarias deberán ser reemplazadas obligatoriamente por nuevos equipos que cumplan la nueva Norma Lumínica, el D.S. Nº043/2012 MMA [1] en un plazo menor a 4 años (considerando el plazo de entrada en vigencia de la nueva norma lumínica). Esta normativa nueva no permite el uso de dichas cubiertas lenticulares, ya que obliga a una emisión de 0.49 candelas por cada 1.000 lúmenes de lámpara a gamma 90º y a 0.0 candelas sobre dicho ángulo. Tampoco se podrán reutilizar los brazos de anclaje de estas luminarias. Las lámparas utilizadas actualmente no representan un problema legal respecto del nuevo decreto, ya que sus emisiones espectrales no superan los valores señalados en la nueva Norma Lumínica, en donde se busca restringir que la irradiancia espectral total respecto de la irradiancia en el intervalo visible entre 380 nm y 780 nm, sea: a) Irradiancia espectral entre 300 nm y 379 nm no podrá superar el 15% de la irradiancia en el intervalo visible. b) Irradiancia espectral entre 380 nm y 499 nm no podrá superar el 15% de la irradiancia en el intervalo visible. c) Irradiancia espectral Lv entre 781 nm y 1 micra no podrá superar el 50% de la irradiancia en el intervalo visible. En el caso de las lámparas utilizadas en las luminarias de la ruta, se recurrió al vapor de sodio de alta presión –VSAP- de 150 W, con emisiones espectrales más bajas que las señaladas en la nueva norma. Ahora bien, la ruta también utiliza proyectores de área. Estos están ubicados en las plazas de peaje y en zonas de estacionamiento y descanso. La antigua norma decía que estos proyectores, con un flujo nominal de hasta 9.000 lumenes, podían emitir hasta un 5% de FHS. Sobre ese valor, debían pasar a no emitir más del 0.8% de FHS (hasta un tope de 15.000 lumenes) y por sobre este último valor, no podían emitir más de un 1.8% de FHS. Estos procentajes de FHS permitían que los proyectores se emplazaran a diversos ángulos por sobre la horizontal, bastante más altos que en el caso de las luminarias y cumpliesen la norma luminica. Si bien no se dispone de la respectiva certificación fotométrica, si se ha podido comprobar en terreno que los ángulos de emplazamiento de dichos proyectores varían bastante, habiendo varios ejemplares que muy probablemente no cumplen los valores de FHS del antiguo decreto. Este no contaba con restricciones espectrales para proyectores. Actualmente, con el nuevo decreto, no es posible levantar los proyectores por sobre el plazo horizontal y se les aplican las restricciones espectrales antes nombradas en este artículo (cierre total o “full cut off”).

20

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 mayor restricción espectral, idealmente monocromáticas.

Todas las consideraciones anteriores tienen que ver con el contexto en donde se emplaza esta ruta: se trata del desierto de Atacama, en donde se ubica una parte muy importante de los observatorios astronómicos profesionales que hacen de Chile la capital mundial de la astronomía. En este caso, los observatorios de La Silla y Las Campanas, dependientes del Observatorio Europeo Austral –ESO- y la Institución Carnegie de Washington respectivamente. De hecho, en Las Campanas se emplazará el Gran Telescopio de Magallanes –GMT- el cual entrará en operaciones al comienzo de la próxima década, y será por algunos años el telescopio óptico más grande del mundo. Consistirá de 7 espejos de 8.4 metros de diámetro organizados como un panal de abejas, lo que le conferirá una equivalencia a un espejo de 24.5 metros de diámetro. Estos espejos están actualmente en construcción, lo mismo que las obras de terreno. El GMT estudiará la energía oscura, la materia oscura, el origen de las estrellas, la evolución de las galaxias y los agujeros negros. Necesitará por ello, de cielos nocturnos óptimos, como los que cuenta en la actualidad, siendo prioritarios su protección en el largo plazo. II.

INSTALACIÓN ACTUAL

Con la iluminación actualmente operativa, la del proyecto Ruta del Algarrobo, el cielo nocturno en ángulos cenitales relativamente bajos (de 0º a 30º) en toda la zona que mira hacia el Océano Pacífico (el oeste) ha quedado afectado, debiéndose mejorar sus condiciones de oscuridad y retrotraerse a los niveles previos a su puesta en marcha (a comienzos del año 2015). Como ya fue señalado, las luminarias utilizadas emplean lámparas de vapor de sodio de alta presión –VSAP. Sus emisiones espectrales caen dentro de los valores permitidos por ambas normativas. La fig.1 muestra un espectro típico, relevado en el LAL, utilizando un espectrómetro UV-VIS-IR [2]. 40000 35000

Por otra parte, dado que la iluminación con lámparas de vapor de sodio de alta presión posee sus mayores picos espectrales en torno a los 600 nm, esta zona del espectro electromagnético es asumida como “zona de sacrificio” por la astronomía. Por ello, se busca que idealmente todas las nuevas fuentes, como las de estado sólido, se concentren en esas mismas porciones del espectro, con lo que se logra que el daño al cielo nocturno sea espectralmente acotado. Con esta idea surgen las distintas opciones para la iluminación LED “no contaminante”. Esta fuentes deben cumplir una ecuación de compromiso entre espectro acotado, potencia suficiente para alcanzar los niveles necesarios en rutas y un aspecto aceptables para los partícipes del tránsito, atento a los requisitos de seguridad mínimos que debe cumplir una instalación de alumbrado vial. En este sentido y a modo de ejemplo, la norma argentina [3] enuncia: “EI alumbrado de calles tiene por objeto facilitar a los participantes del tránsito vehicular el reconocimiento de la superficie de la calzada, sus límites, obstáculos, accesos, cruces, objetos móviles y estáticos sobre ella, de modo de permitir el desplazamiento nocturno con un mínimo de riesgo, facilitando también un rápido drenaje del tránsito”. III.

ALTERNATIVAS LED NO CONTAMINANTES

A.

LED Blanco más Filtro

Una posibilidad de acotar el espectro es intercalar un filtro coloreado de modo de recortar el espectro de la fuente. Esta alternativa está en uso en otras regiones [4]. La fig. 2, muestra el espectro directo de un led blanco, mientras que la fig. 3 permite observar ese mismo espectro filtrado por una de las lentes empleadas en la mencionada experiencia. Los valores mostrados fueron medidos en el LAL con el equipamiento citado, a partir de muestras en estudio por la OPCC.

30000 12000

25000 10000

20000 8000

15000 6000

10000 5000

4000

0

2000

200 ‐5000

300

400

500

600

700

800

900

λ [nm]

Fig. 1. Espectro de las lámparas usadas en la Ruta del Algarrobo

0 0

200

400

600

λ [nm]

800

‐2000

Para evitar el flujo hemisférico superior, se deben instalar luminarias con 0º grados de inclinación sobre la vertical y utilizar lámparas cuyas emisiones deben ser más restrictivas que las señaladas en el D.S. Nº 043/2012 MMA, ya que estos valores (previamente comentados en este mismo artículo), pretenden ser aplicados a zonas amplias, incluso alejadas de los observatorios astronómicos. Dado que la dispersión atmosférica de las fuentes con alto componente azul es varias veces mayor que las fuentes cálidas (por ejemplo), fuentes de luz ubicadas en las cercanías de los observatorios astronómicos profesionales, deben contar con

Fig. 2. Espectro de LED blanco

1000

1200

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016

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propia de ese tipo de LEDS.

18000 16000 14000

IV.

12000

LUMINARIA LED PC-ÁMBAR

10000 8000 6000 4000 2000 0 ‐2000

0

200

400

600

800

1000

1200

λ [m]

Fig. 3. Espectro de LED blanco más refractor coloreado

La alternativa presenta un adecuado recorte del espectro. Si bien no se han medido luminarias completas con esta opción como para tener un dato real de eficiencia energética, el “recorte” producido por el filtro, evaluado bajo la curva Vλ de eficiencia normalizada del ojo humano, resulta en una transmitancia del 87%. A este valor debe agregarse la absorción propia del material, de al menos 30%, con lo que obtenemos una transmitancia total del orden de 60% o menos. Sin considerar efectos adicionales como pérdidas por interreflexión, etc., una luminaria con LED blanco, con eficacia de 100 lm/W, pasaría a cerca o menos de 60 lm/w con el agregado del filtro coloreado. Otro punto a evaluar para esta opción es la durabilidad de la lente coloreada, que puede deteriorarse por la exposición ambiental (UV), calor, etc.

En el marco del convenio LAL-CIC, Observatorio Las Campanas, se realizó el diseño y construcción de una tercera alternativa “no contaminante” basada en LEDS PC-ámbar. Esta opción se basa en una juntura azul, similar a la empleada para LEDS blancos, pero con un filtro interno al encapsulado (emisión secundaria) tal que genera un espectro anaranjado. La fig. 5 muestra el espectro final de la luminaria construida, que resulta una solución intermedia entre la primera analizada y el LED puro ámbar. 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 ‐5000

0

200

400

600

800

1000

1200

[nm]

B.

LED Ámbar

Fig. 5. Espectro de luminaria con LED PC-ámbar

La fig. 4 muestra el espectro medido de una luminaria con LED ámbar, cuya juntura emite centrada en el amarilloanaranjado. Está claro que este espectro resulta óptimo desde el punto de vista de la contaminación, ya que está muy cercano a una radiación monocromática.

La solución implementada se orientó a una luminaria compatible con la traza de la instalación. El modelo que cumplimentó una prueba de campo, tenía una potencia total de 150 W, curvas fotométricas compatibles con alumbrado vial, con una eficacia de 51 lm/W (fig.6 y 7).

70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 0

200

400

600

800

1000

1200

‐10000

 [nm]

Fig. 4. Espectro de luminaria con LED ámbar

Este espectro puede resultar aceptable para rutas o autopistas, en donde el contraste casi monocromático puede derivar en una mejora de las condiciones perceptivas [5, 6]. Sin embargo, su uso es más delicado en zonas donde se requiera algún tipo de percepción del color, ya sea para orientación, trato interpersonal o estética. Entre tales casos se podría mencionar entornos urbanos, distribuidores de tránsito o plazas de peaje. La eficacia del modelo analizado, uno de los prototipos en estudio por la OPCC, fue de 48 lm/W, razonable para la eficacia

Fig. 6. Prototipo de luminaria PC-ámbar

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Fig. 7. Prototipo de luminaria PC-ámbar. Curvas fotométricas principales

La prueba de campo, realizada en septiembre de 2016 en la plaza de pesaje Km 481,5 poniente, ruta del Algarrobo (inmediaciones de La Serena) dio resultados satisfactorios. La muestra en estudio reemplazó a una de las luminarias de la instalación (con lámpara de sodio alta presión, 150 W), realizándose la evaluación de luminancias en un área con centro en la columna a verificar. Los valores medidos resultaron acordes a lo esperado para el flujo emitido por la muestra, lográndose una apreciación de la escena para la cual el cambio SAP por LED era apenas perceptible. La tabla I muestra las iluminancias evaluadas, medidas con un luxímetro LMT con trazabilidad l PTB [7]. La fig.8 un esquema de área de evaluación. TABLA I EVALUACIÓN DE ILUMINANCIAS Iluminancias [lx]

Plaza Pesaje, Poniente Km 481,5 Longitudinales\transversales [m]

9

7.5

6

4.5

3

1.5

0

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

10.0 9.3 9.2 9.4 9.4 9.6 10.0 11.2 12.8 14.8 16.5 18.2 19.7 19.5 5.9 18.5 16.3 15.0 12.6 9.4 10.3

9.0 8.4 8.1 8.2 8.5 9.0 9.8 11.1 13.0 14.9 16.3 17.3 18.0 17.2 6.8 15.7 14.5 13.7 11.6 9.4 9.8

8.6 8.3 8.3 8.7 9.3 10.1 11.3 12.9 15.3 17.6 19.1 19.6 18.9 17.6 9.6 15.4 14.0 13.0 11.1 9.4 9.3

8.5 8.5 8.9 9.8 11.4 13.1 15.3 17.6 20.8 23.7 25.6 25.3 23.7 21.6 14.0 16.5 14.1 12.4 10.5 9.4 9.0

8.9 8.9 9.3 10.7 12.6 15.5 19.1 23.3 26.9 38.8 32.2 31.6 28.7 24.0 17.0 16.9 14.0 11.8 10.0 9.4 9.0

9.4 9.3 9.7 11.3 13.3 16.8 20.7 25.6 29.6 33.3 34.8 33.8 30.6 26.1 18.8 16.6 13.8 11.4 9.8 9.4 9.5

9.7 9.5 9.6 11.1 13.1 16.2 18.9 24.1 28.3 31.7 33.4 32.1 28.8 24.0 18.9 15.2 12.3 10.6 9.3 9.4 9.8

Emed

15.3 lx

Fig. 8. Esquema del área de evaluación

V.

CONCLUSIONES

La iluminación actual de la Ruta del Algarrobo representa un impacto significativo alto en las condiciones del cielo nocturno en las inmediaciones de los observatorios astronómicos de Las Campanas y La Silla, especialmente en ángulos cenitales medios y bajos. Esta zona albergará a uno de los mayores telescopios ópticos del mundo, pertenecientes a la próxima generación de telescopios gigantes. Por ello, su iluminación debe ser restringida a lo mínimamente necesario, los ángulos de emplazamiento de las luminaras y proyectores deben limitar las emisiones a ángulos gamma menores a 90º y su espectro muy acotado, principalmente restringiendo el azul. Estos son requisitos legales a cumplir para la protección del cielo nocturno de la zona. Aún más, dada la relevancia mundial del cielo nocturno de la zona y las instalaciones astronómicas ya operativas y en construcción, se deben extremar las precauciones espectrales a efectos de minimizar el daño al cielo nocturno. Por ello, el uso de luminarias monocromáticas o muy restringidas en sus emisiones, especialmente en el azul, se vuelve priorotario en dicha zona. En este contexto, el LED ámbar y el PC ámbar han dado muestras preliminares de ser opciones plenamente válidas comparadas con las tecnologías más convencionales, tales como las luminarias con lámparas de vapor de sodio de alta presión, como las instaladas a comienzos del año 2015 en dicha ruta. Para la iluminación de la traza de la ruta debería bastar el LED ámbar, dejando la opción PC ámbar para zonas específicas como las plazas de peaje, distribuidores de tránsito y todo sector integrado a un entrono urbano. Está claro que el alumbrado público de pueblos o ciudades en la zona, debería contemplar las opciones antes

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 mencionadas frente al avance de luminarias LED con emisión de luz blanca RECONOCIMIENTOS

Los autores agradecen a la CIC PBA, donde P.I. es miembro de la Carrera de Investigador Científico y Tecnológico y al Observatorio Las Campanas por respaldar esta iniciativa. REFERENCIAS

[1] http://www.leychile.cl/Navegar/index_html?idNorma=1040928 [2] http://www.avantes.com/products/spectrometers/starline. [3]Instituto Argentino de Racionalización de Materiales, IRAM AADL J 20222, Alumbrado Público, Vías de Tránsito – Clasificación y Niveles de Iluminación. Buenos Aires, 1995 [4] Rationales fot the Future Change to LED technology for Outdoor Light In La Palma”, Diaz – Castro, Javier, IAC/OTPC, 2013. [5]J. De Boer, M. Cohu, D. Schreuder, Public Lighting.Philips Technical Library, The Netherlands, 1967. [6] Ixtaina, Armas, Bannert, Iluminación led en autopistas argentinas, trabajo presentado en Luxmerica 2016. [7] http://www.lmt-berlin.de/

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A LUMINÂNCIA DA LUA AO NIVEL DO MAR Elvo Calixto Burini Junior

Instituto de Energia e Ambiente (IEE), Universidade de São Paulo (USP), Serviço Técnico de Sistemas de iluminação, condicionamento ambiental e desempenho energético de edificações (SICADEE), Brasil, elvo@iee.usp.br. Resumo— Neste artigo são apresentados dados sobre a luz solar refletida pela Lua, principalmente, aqueles registrados no ano 2016. A luminância lunar foi amostrada sob condição de céu considerado limpo, em datas próximas da denominada “Lua Cheia”, tendo sido utilizado dois luminancímetros. O foco principal foi avaliar se é possível utilizar a Lua como referencial de trabalho para verificação instrumental. A resposta espectral dos equipamentos, sob fonte de luz elétrica artificial e em sala escura foi obtida e utilizada como elemento para dirimir diferença verificada anteriormente e considerada elevada para a resposta entre luminancímetros. A faixa de valores médios verificada para a luminância da Lua, ao nível do mar, foi de (2,2 a 2,8) kcd/m2, e o desvio associado de 8 %. Para registros apenas da região central da Lua a dispersão foi menor e o desvio avaliado em 4 %. A luminância média para o céu na vizinhança (fundo) foi estimada na faixa de (2,4 ± 0,2) cd/m2. Abstract-- This article presents data on the sunlight reflected by the moon, especially those recorded in 2016. The lunar luminance was sampled under sky condition considered clean in dates next to the so called "full moon", being used two luminance meters. The main focus was to determine under what conditions we can use the moon as a working reference for instrumental verification. The spectral response of the equipment under artificial electric light source and dark rooms were used to resolve difference previously determined and that was considered high for difference between luminance meters. The range of mean values obtained for the luminance of the moon, at sea level, was (2.2 to 2.8) kcd/m2 and the deviation of 8 %, and for the central data only the deviation was rated at 4 %. The average luminance for the sky (background) was calculated in the range of de (2.4 ± 0.2) cd/m2. I.

A

INTRODUÇÃO

grandeza luminância ainda não está difundida no Brasil, igualmente é reduzida a disponibilidade de metodologia e referenciais confiáveis que possam ser utilizados para a verificação da resposta de luminancímetros. A luz solar refletida pela Lua é referencial que está considerado no trabalho ora introduzido. Em uma publicação anterior [1] a luminância lunar foi registrada para uma localidade da cidade de São Paulo, na altitude de 0,74 km (em relação ao nível do mar), tendo sido disponibilizado os resultados no ano 2012 [1]. Imagem registrada a partir do disco da Lua, e que remonta ao ano 2009, está superposta por um anel negro que delimita a região a ser amostrada pelo instrumento e está apresentada pela Fig. 1.

Fig. 1- Imagem da Lua capturada a partir da ocular de um luminancímetro utilizado (foto do autor, realizada em 30/Out./2009).

A área delimitada pelo círculo (Fig.1) é menor, em relação ao ângulo aparente da Lua, que está estimado em aproximadamente meio grau. Isto é importante para o procedimento pretendido, pois evita necessidade de correção adicional. A topografia da superfície lunar, que possui inúmeras crateras (ver Fig. A.1, no Apêndice) não pode ser considerada uniforme. A luz restituída é diferente conforme cada região. O movimento relativo do alvo durante a realização de cada medição do disco lunar exige frequentes alterações ou correções na posição do equipamento tipo spot [3], exatamente, do anel negro sobre o campo de interesse, situação essa que pode resultar em flutuação aleatória sobre a luminância amostrada. Para buscar dimensionar a amplitude da flutuação referida foi utilizado procedimento de amostragem no qual além da região central, regiões periféricas do disco lunar também foram amostradas. Para fixar a condição de céu do entorno ou fundo, e possibilitar definição da condição de contraste, mais quatro pontos cardeais do entorno foram amostrados durante a realização do protocolo. Ao buscar identificar diferença devida a aferição/calibração entre dois luminancímetros para a faixa de 3,2 kcd/m2, os dados amostrados conduziram ao fator “(1,158 ± 4 %)” para ajuste ou leitura equivalente [1]. Esse fator é considerado um tanto elevado, ele não corresponde a uma diferença esperada entre dois equipamentos de mesmo modelo e em estado considerado de funcionamento normal. Uma hipótese levantada para justificar valor de fator de correção elevado está na possível necessidade de correção devido ao espectro da fonte, porém, entre os valores sugeridos pelo

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 fabricante do instrumento, para correção da leitura em relação à resposta espectral, não pode ser localizado qualquer fator para o tipo de fonte considerado, ou seja, a radiação solar (neste caso, aquela refletida pela Lua). II.

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realização do processo de posicionamento da marca sobre o disco lunar, e que precede o início da aquisição está apresentada pela Fig. 2.

OBJETIVO

A meta é a utilização da Lua como referencial para a verificação do funcionamento de instrumental, e dimensionar desvio relativo, possivelmente, existente entre equipamentos similares; apresentar resultados de amostragens da luminância lunar obtidas ao nível do mar (Brasil, litoral paulista); analisar os dados, principalmente, em relação à amostragem anterior [1], e se existe diferença de resposta entre instrumentos semelhantes. III.

METODOLOGIA

Amostrar a luminância lunar sob condição de céu, aparentemente, considerado limpo, em datas próximas a chamada “Lua Cheia” e utilização de dois luminancímetro similares [3]. Para amostrar a distribuição espectral da luz solar refletida pela Lua foi instalado na ocular de um dos luminancímetro uma fibra óptica (duto de luz) e ela foi acoplada ao espectrômetro [4]. Para os luminancímetros, em relação à resposta espectral, foi utilizada fonte de luz elétrica artificial (LED, incandescente) em sala escura. Ambos luminancímetros são da marca Minolta, modelo LS-110 (que submete área de 1/3°). Os registros de luminância da Lua foram realizados no município de Bertioga, Estado de São Paulo (Lat. 23° 51 min., Sul). Foram realizados registros tanto a partir da região central do disco lunar quanto em regiões distribuídas radialmente. O protocolo estabelecido considera registros realizados numa noite em etapas separadas por intervalos de tempo curto (minutos); e diferença aproximada de 24 horas ou um dia. Um registro típico é composto, além de repetidas leituras (n=10) a partir da parte central do disco lunar; outras oito leituras periféricas em área circunscrita ao disco lunar e ainda mais quatro leituras externas e próximas ao disco lunar (ver na Fig. A.2, do Apêndice). O valor médio foi calculado para cada conjunto de dados amostrados. Os valores médios e máximos estão analisados, especialmente, em relação a registros anteriores [1].

IV.

Fig. 2- Imagem capturada durante o processo de amostragem, pela ocular do luminancímetro, que mostra um círculo negro sendo aproximado ao disco lunar, o display indica o valor da luminância, valor de 2026 cd/m2.

A repetição de medição durante a amostragem da região central da Lua (no ponto n. 9, ver Fig. A.2, no Apêndice) não havia sido realizada anteriormente [1]. Foi incluída no protocolo/procedimento atual para buscar dirimir origem da variação da luminância, que a priori havia sido atribuída exclusivamente ao relevo lunar. A Fig. 3 apresenta situação na qual existe uma alteração impropria para prosseguir com a amostragem da Lua, pois ela encontra-se numa condição de céu parcialmente encoberto, a luminância fica bastante atenuada, e o experimento necessita ser interrompido.

RESULTADOS

A distribuição espectral da radiação solar refletida pela Lua foi capturada por um espectrômetro [4], cuja fibra óptica foi acoplada a ocular de um dos luminancímetros utilizados, sendo que está apresentada pela Fig. A.3 (ver Apêndice). Devido à resposta espectral do espectrômetro, na banda considerada, não ter sido acessada, os valores da amostragem não puderam ser corrigidos, assim como qualquer correção espectral pode ser estimada. Foram realizados registros tanto a partir da região central do disco lunar quanto em regiões distribuídas radialmente. Uma imagem capturada, a partir da ocular do instrumento, durante a

Fig. 3- Imagem da Lua numa condição de céu impropria para o experimento de amostragem pretendido.

Estima-se que a situação ilustrada pela Fig.3 possa ocorrer, porém, com menor severidade e não ser detectada visualmente,

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trazer alteração na transmitância da atmosfera e pode provocar flutuações no valor amostrado. A Fig. 4 apresenta a Lua numa posição diferente daquela apresentada pela Fig. 1 ou Fig. A.1.

de (2,2 2,9) kcd/m2, com fração de superposição de faixas superior a 70 %. A diferença relativa entre os valores máximos (3,9 e 3,0) kcd/m2 amostrados em ambas as campanhas foi de 30 %. A estratégia em realizar oito medições periféricas, além de medição central, não se mostrou adequado ou vantajosa em termos da dispersão dos resultados, revelou o dobro da dispersão (8 %) em relação ao procedimento com dez repetições e apenas na região central. A distribuição espectral da radiação refletida pela Lua, ainda que não esteja corrigida (referencial calibrado) revelou várias bandas com absorção. Em geral, tais bandas podem ser devidas a vapor de água e mais raramente a gás contendo o elemento Carbono.

Fig. 4- Registro fotográfico da Lua, na cidade de São Paulo, Brasil (23º S; 47º O). Fonte: Fig. 7, de 18/Jun., 2011 [1].

Nota-se que existe área clara e escura, cuja posição relativa fica alterada, a refletância é diferente conforme a região considerada. A metodologia da amostragem realizada na campanha anterior [1] buscou capturar tal alteração que ocorre, aparentemente, em função do local e data da amostragem. A mostra obtida ao nível do mar é composta de 18 conjuntos de registros de luminâncias, sendo cada registro composto de oito leituras/valores para os pontos de n. 1 a 8 (ver Fig. A.2, no Apêndice), ao menos dez registros de leituras para o ponto n. 9 e quatro leituras para os pontos cardeais: A a D fora do disco lunar, período entre 19h e 23h, e datas de: 20 a 22/Abr./2016. O valor mínimo (das médias) ocorreu para 2,2 kcd/m2 e valor máximo ocorreu para 2,8 kcd/m2, sendo que o desvio está estimado em 8 %. Para a amostragem apenas do ponto nove (ao menos dez registros) o desvio típico avaliado foi de 4 %. A luminância média para o céu do entorno (fundo), considerados os quatro pontos cardiais foi calculado na faixa de (2,2 a 2,6) cd/m2. O valor máximo para a luminância da Lua, ao nível do mar, amostrada nos dias 21 e 22/Abr. foi de 3,01 kcd/m2. A partir do valor da luminância média (apenas medição no ponto central, n. 9) para ambos os instrumentos série # (75023018 e 71923008), o fator para correção foi estimado na faixa de (1,06 a 1,09). A verificação da diferença de resposta entre equipamentos, a partir da utilização de fonte de luz artificial e referenciais da cor branca, para fonte tipo incandescente resultou no fator para correção na faixa de (0,96 a 1,00) e para um tipo de LED o fator médio de (0,97 ± 0,004). Isto representa um desvio relativo de 0,4 % e se for considerada a variação relativa para toda a faixa de dados o desvio é estimado em 0,9 %.

A presença de vapor de água na atmosfera, e a flutuação da concentração devido a movimento do ar atmosférico pode ser uma hipótese para as flutuações observadas nos valores de luminância amostrados, em particular, no primeiro experimento [1]. A diferença entre resposta de instrumentos reforça tal hipótese. Os diferentes fatores para correção (e desvios) para equivalência entre leituras de diferentes equipamentos, quando sob fontes de luz com emissão espectral dispares e em sala escura identifica diferentes patamares de controle sobre variáveis durante cada experimento realizado, tanto na altitude da cidade de São Paulo quanto ao nível do mar. APÊNDICE

Abaixo, uma vista e dados sobre a Lua, áreas escuras e claras podem ser observadas, ver Fig. A.1.

Fig. A.1- Uma imagem da Lua [2]. V.

CONCLUSÕES

Trata-se do segundo conjunto de dados sobre a luminância da Lua, em solo paulista (brasileiro), amostrados ao longo de período superior a sete anos. O resultado do experimento realizado ao nível do mar, quando cotejado com resultado anterior, publicado no ano 2012 [1] apresenta valores na faixa

Antes da realização de cada leitura o luminancímetro foi posicionado, tendo sido observado, através da ocular, uma marca circular, que define a área a ser amostrada, tanto superposta a área iluminada da Lua e tão próximo quanto possível da borda do satélite, em oito posições periféricas

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 (numeradas de um a oito) e uma posição central (número nove), conforme indicações no diagrama construído (ver a Fig. A.2).

Fig. A.2- Diagrama com indicação das regiões para onde o equipamento foi posicionado durante os registros da luminância [1].

Para definir a condição do céu durante a amostragem e o contraste do disco da Lua, em relação ao entorno, quatro posições periféricas (com as letras: A a D) foram consideradas (ver a Fig. A.2) e a luminância respectiva registrada. A distribuição espectral da radiação óptica refletida pela Lua, quando capturada por espectrômetro [4], cuja fibra óptica foi acoplada a ocular de luminancímetro [3] está apresentada pela Fig. A.3. Nota: A resposta espectral do espectrômetro não foi corrigida a partir de calibração conhecida.

Fig. A.3- Radiação solar refletida pela Lua e capturada [4] a partir da ocular de luminancímetro [3].

AGRADECIMENTO

A CAPES pelo apoio a partir do projeto binacional CAFP-BA n. 48/2013.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1]

[2] [3] [4]

BURINI JUNIOR, E.C. A LUMINÂNCIA DA LUA NA CIDADE DE SÃO PAULO (LAT. 23° 27 MIN. SUL). 2012. Anais do XI Congreso Panamericano de Iluminación - Lux América 2012, Catagena, Colômbia, 2012. http://guillermoabramson.blogspot.com.br/2011/07/luz-de-luna.html. Luminancímetro marca Minolta, modelo LS-110. Espectrômetro marca OceanOptics (emprestado pelo GEM/EPUSP).

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ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DE SISTEMAS DE CONTROL PARA EL APROVECHAMIENTO DE LUZ NATURAL Leonardo M. Espeche INTI- Instituto Nacional de Tecnología Industrial, Centro Tucumán - Argentina lespeche@inti.gob.ar

Resumen - Considerando la necesidad del ahorro energético en iluminación con propósitos económicos y reducción de la emisión de dióxido de carbono al medio ambiente se plantea a través de este estudio exponer las diferentes alternativas de sistemas de control para ahorrar energía, tomando como modelo una instalación típica de oficinas de carácter público y/o privado. El objetivo del estudio es estudiar la factibilidad de aplicación de sistemas de controle describiendo a su vez las características y funcionalidades de dos opciones de sistemas de control: a) Sistema ARDUINO, b) Sistema DALI. Cuantificar el aporte de luz natural al modelo de estudio y luego evaluar las implicancias del costo de inversión de estos sistemas de control con el ahorro energético que genera logrando una compensación de la luz artificial y la natural, a través de sensores de luz y de presencia. Graficar el costo de explotación en función del tiempo comparando la instalación con y sin sistema de control y poder determinar el tiempo de amortización.

I.

INTRODUCCIÓN

Ante la problemática del factor conductual en el uso correcto de la iluminación de puestos de trabajo, a través del uso de sistemas de control automáticos, se procura lograr una coherencia en el consumo de energía en iluminación manteniendo y/o mejorando las condiciones de confort visual cumpliendo con el nivel de iluminancia sobre el plano de trabajo, y la uniformidad requeridos por la ley de Higiene y Seguridad del Trabajo Nro 19587 y las normas IRAM- AADL J20 05. Año 1974 “Iluminación Artificial de Interiores. Uniformidad de la iluminacion” e IRAM AADL J20 06. Año 1974 “Iluminación Artificial de Interiores. Niveles de Iluminación.

II. METODOLOGÍA

Se calculará la luz natural en período estival e invernal para cuantificar en aprovechamiento de luz natural en condiciones de cielo nublado CIE y estimar el potencial ahorro de energía a través de este aporte, utilizando sistemas de control de autorregulación constante de iluminación. Estos sistemas son: Sistema Automático de iluminación bajo Protocolo DALI. Sistema Automático de iluminación bajo plataforma ARDUINO. Se evaluará también el aporte de luz directa, para diseñar o implementar protección solar si es necesario. Se hará un cálculo luminotécnico de iluminación artificial bajo el software Dialux , del local de estudio, con tarea de oficina, para obtener el nivel de iluminación media sobre el plano de trabajo (Em [lux]) recomendado [1] , el índice de eficiencia energética (IEE) [2] dado por W/m2 100 lx), y las condiciones de uniformidad [3] ( g1: Emin/Emed – g2:. Emin/Emax). Luego se darán las condiciones de servicio, para saber su desarrollo en el tiempo y poder estimar el consumo anual de energía de la instalación Se dará una breve descripción de las prestaciones de cada sistema de control, y luego se calculará el tiempo de amortización de cada sistema de control. III. MODELO DE ESTUDIO - OFICINA

El modelo consta de un escenario fijo, sobre el cual se desarrollarán dos soluciones alternativas de sistemas de control automático de iluminación. Dicho escenario fijo, estará compuesto por una oficina con cuatro escritorios, sobre los cuales se dispondrán artefactos de iluminación aptos para tareas de oficina con control deslumbramiento para pantalla de video. Los mismos serán controlables compensando la iluminación artificial con el aporte de luz natural manteniendo de forma constante un nivel de iluminancia de 500 lx sobre el plano de trabajo.

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En uno de los lados de la oficina, ubicada geográficamente en la ciudad de Buenos Aires, Argentina se hará presente una ventana vidriada al exterior, con orientación norte, sobre la cual se ubicará un “estante de luz”. Sobre el lado opuesto de la ventana, encontraremos la puerta de entrada / salida de la oficina. (ver Fig.1). Dimensiones de oficina: Ancho: 4m; Largo: 5,90 m ; Altura: 2,80 m Características: La oficina está destinada para cuatro puestos de trabajo. Fig. 2 -Grilla de valores de Iluminancia [lx] (15 de Julio - Cielo Nublado CIE

V - ANÁLISIS DE LUZ NATURAL DIRECTA

Fig. 1. Modelo de oficina IV. CÁLCULO DE ILUMINACION NATURAL

Se realizó el cálculo de iluminación natural bajo el software Dialux para dos días representativos de invierno y verano (15 de Julio y 15 de Enero), para condiciones de cielo nublado CIE. El local tiene orientación norte, situado en la ciudad de Buenos Aires. Condiciones de cálculo: Transmisión de vidrio: 90% - Factor de contaminación: 0,80 y Factor de obstrucción por carpintería: 0,85 . La oficina posee en la parte superior de la ventana, un estante de luz, compuesto por un panel difusor de alta reflexión, que abarca el ancho del local. Éste ayuda a atenuar la luz directa, y permitir una mejor difusión de la luz solar que ingresa desde el exterior. Según los cálculos realizados, la oficina tiene un gran aporte de iluminación natural, donde en períodos invernales (Fig. 2) puede haber un ahorro aproximado del 30 al 50%, y en períodos estivales (Fig. 3) un ahorro del 40 al 80%, en función del sistema de control que se use, ya sea por conmutación (on/off), y sectorización de circuitos o sistema automático de regulación por sensor de luz y de presencia. Se debe considerar que esta estimación de aporte de luz natural, se refiere a condiciones de cielo nublado CIE, ya que en condiciones de luz directa el nivel es mucho mayor, pero afectaría a las condiciones de confort visual. Para ello debe hacerse un estudio de asoleamiento para diseñar la protección correspondiente

.

Fig. 3– Grilla de valores de Iluminancia [lx] (15 de Enero - Cielo Nublado CIE.)

A través de software Dialux se visualizó el área más significativa afectada por la luz directa sobre el plano de trabajo. (ver Fig. 4) La protección solar para este caso se soluciona con un alero de 0,70 a 1 m de longitud o una persiana con lamas horizontales.

Fig. 4 - 15 de Junio - Cielo Despejado CIE – Luz Directa Horario: 01:00 p.m.

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Aquí se representa la máxima área de luz directa sobre el plano de trabajo en todo el año. VI. SISTEMA DE ILUMINACION

El local consta de cuatro de luminarias para suspender, que poseen un cuerpo en chapa de hierro esmaltada, louver doble parabólico, en aluminio especular de alta pureza de origen alemán con emisión directa e indirecta. Para lámparas fluorescentes 2x36W T8, con balasto electrónico el cual tiene una pérdida de 6W [4]. Potencia total por luminaria : 78 W. VII. CÁLCULO LUMINOTÉCNICO

Reflexiones: techo: 70% , pared: 50% , piso: 20% Altura de la superficie de valoración: 0.75 m Altura del nivel de luminarias: 2.40 m Factor de mantenimiento: 0.90 (Se adopta este valor por tener un sistema de control inteligente). Rendimiento de artefacto: 70 % Flujo luminoso lámpara T8: 3350 lm Flujo luminoso total de todas las lámparas: 26800 lm Potencia Total: 312W Rendim. total por superficie (23.6 m²) :13.2 W/m² Índice de Eficiencia Energética (IEE): 2.5 W/m²/100 lx Iluminancia media (Em): 524 lx (ver Fig 5) Iluminancia mínima (Emin): 230 lx Iluminancia máxima (Emax): 750 lx: Uniformidad g1 ( Emin/Em): (0.44) Uniformidad g2 ( Emin/Emax): (0.31)

IX. SISTEMAS DE CONTROL:

Tanto el sistema Dali o como el Arduino, constarán de un sensor de iluminación y otro de presencia. El sensor de iluminación se ubicará próximo al estante de luz, que retroalimentará el sistema de iluminación equilibrando la luminosidad sobre el plano de trabajo manteniendo un valor constante de 500 lx. El sensor de presencia será del tipo PIR (pasivo infrarrojo) , el cual detectará la presencia del usuario , y cuando el mismo esté ausente, se establecerá una rampa lumínica hasta el valor de 0 ó 10 % de intensidad lumínica en un lapso de 0 a 15 minutos (regulable). 1.

SISTEMA BAJO PROTOCOLO DALI :

Este sistema posee una gran versatilidad de prestaciones que contribuyen a un preciso control de la iluminacion, como ser : una regulación fina de la intensidad lumínica, temporizadores de encendido y apagado (ON/OFF), y conocer el estado de la instalaciones, como consumos y notificaciones de fallas eléctricas. 2.

SISTEMA BAJO PLATAFORMA ARDUINO :

Se debe aclarar, que este sistema está en desarrollo, pero que fue diseñado para lograr un fino control de la iluminación utilizando sensores de luz de alta sensibilidad y sensores de presencia del tipo PIR, y/o ultrasónicos. Este sistema también permitirá la posibilidad de temporizadores, sistemas ( ON/OFF), y en el desarrollo del sofware está contemplado la adquisición de datos de consumos y fallas eléctricas. Al ser una plataforma de acceso libre y gratuito, con costo de hardware muy accesible, se abre un abanico de posibilidades en el uso de este sistema, agregándole variantes en función de la necesidad, como ser un motor que accione el movimiento de parasoles de proteccion solar, controlar el movimiento de un espejo para seguir la posición del sol y colectar luz natural al interior de los edificios, a través de lumiductos. X. ESTUDIO ECONOMICO

Fig. 5 – Grilla de valores de Iluminancia [lx]

XIII. CONDICIONES DE SERVICIO

Horas de uso : 2800 h/ año Consumo de energía sin sistema de control: 873 kW/año. Considerando que las luminarias se encienden y no se apagan y su encendio y apagado quedan a disposicion de la voluntad del usuario, el consumo es de 873 Kw anual .

Considerando un ahorro anual promedio del 60 % se realizó una comparativa de gastos de explotación ( inversión inicial , mantenimiento de sistema de control ( cambio de sensores y programación) , sustitucion de lámpara cada 7 años, y limpieza de artefacto cada 3 años) con y sin sistema de control Arduino para 2 situaciones diferentes determinándose el tiempo de amortización de los sistemas de control. Tarifa de energía adoptada: $ 0,90 kWh Costos de Sistemas de control: 1. Sistema bajo protocolo DALI : $ 25000 (Pesos Argentinos) 2. Sistema bajo plataforma ARDUINO : $ 16000. (Pesos Argentinos) •

PRIMER CASO: MODELO DE ESTUDIO

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Potencia instalada: 312 W Tarifa energia : $ 0,90 kWh – Aumento del 10% anual

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Utilizando sistema de control Arduino , el mismo se amortiza aproximadamente en 26 años. Para el sistema Dalí el tiempo es de 39 años. (ver Fig. 7).

35000

Costo total (inversion inicial + gasto de explotación)

25000 20000

XI. CONCLUSIONES

• El índice de eficiencia energética (IEE)[5] de la instalación es de 2,5 W/m²/100 lx sin considerar sistema de control . Si se aplica el mismo ese valor, rondaría entre 1 y 1.5

Costo ($)

30000

15000 10000

Con sistema de Control Arduino

5000

Sin Sistema de Control Arduino

0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 Años de uso de instalación

Fig. 6 – Curva costo y tiempo de uso de instalación (modelo de estudio)

Utilizando sistema de control Arduino , el mismo se amortiza aproximadamente en mas de 60 años, no siendo recomendable en absoluto la aplicación para bajos consumos. Para el sistema Dalí el tiempo es mayor a 70 años. (ver Fig. 6). • SEGUNDO CASO : SE QUINTUPLICA EL CONSUMO

Potencia instalada: 1560 W Tarifa energia : $ 0,90 kWh – Aumento del 10% anual La inversion inicial aumenta un 40%. El mantenimiento de lámpara y artefacto aumenta un 35%.

Costo total (inversion inicial + gasto de explotación) 120000

• Con el uso de un sistema de control que mida la contribución de la luz natural y que actúe sobre los artefactos en forma continua, se puede lograr un ahorro energético anual promedio del 50 %.Combinando este control con un detector de presencia se puede llegar a un valor del 70%. • Ambos sistemas de control cumplen el objetivo de disminuir el consumo de energía eléctrica. Queda a criterio del usuario la elección de un standard abierto pero comercialmente probado ya por diferentes fabricantes como es el DALI o un sistema de hardware libre como Arduino, que si bien tiene una amplia difusión, todavía no ha sido desarrollado a escalas industriales. Para esta instalación en particular el costo de implementación con DALI es un 36% más caro que con Arduino, sin embargo la última palabra la tiene el usuario final, de acuerdo a lo mencionado anteriormente. • A pesar de que el sistema de control implica una inversión inicial alta, se pueden apreciar las ventajas en instalaciones con mayor potencia. A partir de consumos de 6 kW la amortizacion del sistema se reduce notoriamente y se justifica la inversión. Cuando el costo de la energia, deje de ser subsidiado, el retorno economico de estos sistemas se reduciría en el orden del 50%. REFERENCIAS [1] [2]

Costo ($)

100000 80000

[3]

60000 40000 20000

Con sistema de Control Arduino Sin Sistema de Control Arduino

0 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49

Años de uso de instalación

Fig. 7 – Curva costo y tiempo de uso instalación (se quintuplica el consumo)

[4]

[5]

IRAM AADL J20 06. Año 1974 “Iluminación Artificial de Interiores. Niveles de Iluminación: Oficinas”. Leonardo O. Assaf, Fernando O.Ruttkay Pereira (Publicación) “Perspectivas de la Eficiencia Energética en la Iluminación: Desafíos para el desarrollo”, Noviembre, 2003. IRAM- AADL J20 05. Año 1974 “Iluminación Artificial de Interiores. Uniformidad de la iluminación” [Ing. Guillermo De Gregorio, “Balastos electrónicos: ahorro de energíamejor factor de potencia”, Departamento Técnico de Industrias Wamco, S.A. “Guía Técnica de Eficiencia Energética en Iluminación. Oficinas” Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE), y el Comité Español de Iluminación (CEI).

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Iluminación natural en el hábitat de clima soleado. Autores: A. Pattini1, L. Córica1, L. Ferrón1, R. Rodríguez1, C. Lasagno1, A. Villalba1, J. Monteoliva1, J. Yamín1 y Maureen de Gastines1 1- INAHE (Instituto de Ambiente, Hábitat y Energía) CCT CONICET Mendoza, Argentina. apattini@mendoza-conicet.gob.ar Resumen— Iluminar el hábitat con luz natural en ciudades de climas soleados depende fundamentalmente del conocimiento de la radiación solar, de su control/distribución y del efecto del ambiente luminoso en las personas. Consecuentemente organizamos nuestras investigaciones y desarrollos a fin de: 1- Medir la cantidad y duración de la luz solar en forma continua; 2- Caracterizar la luz natural en entornos urbanos y espacios de transición exteriorinterior; 3- Medir en usuarios los efectos de la luz solar en el entorno urbano exterior, interior y su transición; 4- Mejorar las herramientas predictivas de deslumbramiento en espacios con presencia de luz solar; 5-Analizar las envolventes, los sistemas innovativos y elementos de control de luz solar. En tanto, la indagación con grupos de usuarios (satisfacción, efectividad y eficiencia) completa el análisis usuario-estímulo, promoviendo la usabilidad del hábitat iluminado con luz natural y proponiendo nuevos indicadores surgidos del trabajo en el territorio, para climas soleados. Abstract-- Illuminating the habitat with natural light in cities of sunny climates depends mainly on knowledge of solar radiation, it’s control and distribution and the effect of a luminous ambient in people. Therefore, we organize our research and development in order to: 1. Measure the amount and duration of sunlight in a continuous way; 2- Characterize natural light in urban environments and indoor-outdoor transition spaces; 3- users response at the effects of sunlight outside urban environment, interior and transition spaces; 4- Improve predictive glare tools in areas with the presence of sunlight; 5-Analyze the envelopes, the innovative systems and elements of sunlight control. Meanwhile, the inquiry with user groups (satisfaction, effectiveness and efficiency) completes the userstimulus analysis, promoting usability of natural light, and proposing new indicators for sunny climates. I.

INTRODUCCIÓN

Siempre que sea posible, la luz del día debe ser la fuente más significativa de la iluminación para todos los espacios de uso diurno. Dependiendo del clima regional, la morfología del entorno natural y construido, el diseño y tecnología de las envolventes y los comportamientos de los usuarios, la luz del día puede proporcionar grandes cantidades de luz interior, con calidad espectral y variabilidad típica y esperada del cambio de luz a través del día y las estaciones. Las reglas generales del buen diseño de luz natural y los métodos que se difundieron en todo el mundo tuvieron su origen en los países con predominancia de cielos nublados, donde la principal preocupación fue estudiar y producir modelos de cálculo y predicción para aprovechar en su máximo potencial la luz natural diurna disponible. Esto también influenciado por la

creciente densificación urbana y el costo que significaba la tecnología y la limitada disponibilidad del alumbrado artificial. Los primeros conocimientos generaron indicadores y modelos que a su vez definieron la agenda de científica en iluminación natural internacional. A su vez y por razones de practicidad se elaboraron reglas y normas que fueron influyendo en los diseños y estrategias de iluminación natural (iluminación cenital, grandes superficies trasparentes, etc.) Estos estudios y sus aplicaciones fueron las que progresivamente definieron el tema de iluminación natural en todo el mundo. En la actualidad inclusive, los mismos indicadores se aplican también para cálculos de ahorros de energía y de impactos ambientales en distintas regiones con otras características climáticas, tecnológicas y morfológicas. De igual manera que con los trabajos de investigación, los diseñadores y proyectistas fueron generando estrategias de diseño que eran asociadas con el “buen diseño de iluminación natural” y así como herramientas potentes por su simplicidad de aplicación en la práctica, que se incorporan en las normas que guían las políticas de uso racional de energía y uso de energías renovables así como diseños innovativos de todo el mundo.[1] Esta capacidad de incidir en la definición de una agenda de investigación, está vinculada también a la capacidad para influir en la práctica profesional y técnica y en las políticas públicas. Cuando estas agendas están influenciadas por variables exógenas, se generan réplicas de lo establecido como “diseños de iluminación natural” sin una reflexión de porque ese diseño ha dado buen resultado en el lugar donde se originó. Se pierde autonomía de diseño, pero están más alineados con las prioridades del escenario internacional. La consecuencia de esa dependencia o copia puede ser contraproducente, ya que si no da los resultados esperados, se asocia a la iluminación natural con algo negativo, no deseado y con consecuencias que pueden ir desde el sobrecalentamiento/enfriamiento, mayor consumo inclusive de energía y serios inconvenientes de deslumbramientos. En este sentido, nuestra pregunta como grupo de I+D es ¿cómo incidir en la agenda de investigación internacional para poner en discusión estudios y/o enfoques autónomos y a su vez como impactar en territorio para beneficio de nuestros países con aportes en la definición de políticas públicas? En este trabajo describimos la importancia o impacto que tiene tanto generar agendas propias de I+D y el trabajo en territorio en la línea de iluminación natural en clima soleado.

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 II. ILUMINACIÓN NATURAL EN EL HÁBITAT DE CLIMAS SOLEADOS

La línea de investigación en iluminación natural sustentable, iniciada por nuestro grupo, ha tenido desde sus orígenes en 1990, dos objetivos centrales en torno al tema de la iluminación natural en climas soleados: 1- Generar agendas de investigación a nivel regional, nacional e internacional y 2- Trabajar el tema en el territorio. Ambos objetivos tienen una conexión intrínseca que se retroalimenta. Tal como se menciona en el apartado anterior, el resultado de la centralidad de producción científica y la periferia, en su función de aplicación de esos saberes, produce una réplica del “saber hacer”, siendo un ejemplo de esto el desarrollo del tema de iluminación natural a nivel internacional. De esta manera se sentaron las bases metodológicas, de diseño y tecnológicas. Una prueba de ello ha sido la expansión internacional y en el tiempo la evaluación y predicción de luz natural bajo el paradigma estático (point on time). De hecho hasta la actualidad en nuestras normas y guías de recomendaciones, el principal indicador para evaluar la luz natural en espacios sigue siendo el DF (Daylight factor) o factor de luz diurna que responde al paradigma de evaluación estática de la iluminación por fuente natural. El DF persiste como métrica de evaluación dominante por su sencillez más que por su capacidad para describir la realidad. El Factor de luz diurna es insensible al clima local y a la orientación del espacio iluminado con luz natural, sin embargo la preocupación cada vez más creciente de manejar los consumos de energía y hacia edificios cada vez más sostenibles, en las primeras etapas del diseño de los edificios ha provocado un reciente avance en las técnicas de simulación de iluminación, modificando el paradigma estático hacia el paradigma dinámico que permite una descripción más real de la iluminación por fuentes naturales, cuya característica principal es que es variable (diaria y estacionalmente). En este sentido, nuestras objetivos te trabajo se centraron en observar, registrar datos y analizarlos sistemáticamente a fin de plantear nuevos estudios que permitieran describir los fenómenos que observábamos en relación a las particularidades que presentaba el desafío de iluminar los espacios del hábitat en nuestro territorio con la fuente de luz natural disponible. III. NUESTRAS INVESTIGACIONES EN ILUMINACIÓN NATURAL EN CLIMA SOLEADO

Los primeros estudios de luz natural realizados en el Laboratorio de Ambiente Humano y Vivienda (hoy INAHE, CCT CONICET Mendoza) surgen como necesidad de profundizar los aspectos energético-ambientales en relación a la bioclimatología edilicia, debido a que los trabajos a nivel nacional hasta ese entonces se centraban en los aspectos térmicos y de ventilación natural. Los diseños y las estrategias de iluminación natural en el hábitat humano, los códigos y recomendaciones así como los aspectos cognitivos relacionados con la luz diurna no son aplicables directamente de una región a otra del mundo. Todos estos aspectos son dependientes de la interacción entre el clima luminoso regional, la morfología y tecnología del hábitat (natural y construido) y las conductas y

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capacidades de las personas en el hábitat bajo análisis. Con el objetivo de establecer una agenda propia de temas de I+D y generar discusiones y comprender las interacciones del diseño y aplicación de estrategias de iluminación natural bajo las particularidades de regiones de clima soleado se desarrollaron las siguientes tareas de investigación: A- Disponibilidad de luz natural regional (cantidad, duración diurna y estacional). La disponibilidad real de luz natural (Global y difusa) es el punto de partida para nuestras investigaciones, por lo que se concretó el diseño, la instalación y el mantenimiento de la estación de mediciones de iluminación natural. La misma mide de forma continua (minuto a minuto) Iluminancia e Irradiancia global y difusa respectivamente sobre superficie horizontal. La estación se encuentra homologada por la Red de estaciones IDMP-CIE (International Daylight Measurement Programme). [12, 13 y 14].

Fi. 1. Estación de medición de Irradiancia e Iluminancia. Registro de datos minuto-minuto. Estación en red con la Red mundial IDMP-CIE. B- Respuesta del ambiente construido: diseño y materiales a la luz natural en climas soleados. Escala urbana: se llevan a cabo investigaciones en escala urbana a fin de describir y modelar la interacción de la luz natural (directa, difusa y reflejada) en los cañones urbanos de distintas densidades (morfología, tecnología, energía, rendimiento radiativo). Escala edilicia y espacios de transición exterior-interior: acceso a la luz natural, distribución de luz en los espacios e interacción con los aspectos térmicos. Predicción lumínica y energética de precisión. Edificios residenciales y no residenciales (escuelas y oficinas, bibliotecas, etc.). Escala objeto: ventanas energéticamente eficientes, sistemas asociados de control y redirección y/o difusión de luz solar. Sistemas innovativos de iluminación natural (captación, transporte y distribución de luz solar). Medición (calorímetro) y cálculo (THERM-WINDOW) de índices radiativo y energéticos .Evaluación de la ganancia solar y la distribución de la luz solar a través de sistemas complejos de ventanas y sistemas de control solar a partir de la determinación de sus características ópticas de manera bidireccional. C- Respuesta humana al estímulo de la luz solar (efectos visuales y no visuales).

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Percepción de la luz solar en espacios de uso reales y en laboratorio (escuelas, oficinas, bibliotecas, etc.). Se realizan estudios dirigidos al desarrollo de instrumentos metodológicos para evaluar la iluminación y su impacto en los aspectos cognitivos, como la memoria de trabajo, atención, y visuales (confort), con el fin de proporcionar patrones de condicionamiento de luz que promueven la salud, el bienestar y el rendimiento del sujeto. A modo de ejemplo, de los distintos temas abordados mostramos en este apartado los aportes que realizamos en cuanto a la tolerancia al deslumbramiento en climas soleados. A partir de las diferencias observadas entre las predicciones de los modelos de deslumbramiento psicológico para iluminación natural y la sensación efectivamente referida por los ocupantes en nuestros experimentos se hipotetizó que la sensibilidad al deslumbramiento (diferencia individual que podría afectar a la magnitud de la molestia causada por las fuentes de iluminación, en particular considerando las ventanas y la luz solar), sería un factor a considerar en los modelos predictivos de deslumbramiento existentes. Para ello se realizó un experimento que fue publicado en una revista de circulación internacional [2] Se considera que este artículo, debido a la repercusión que tuvo en términos de citas, inició un proceso de inserción de los autores en el ámbito internacional, siendo hoy referenciados en posteriores estudios internacionales en la materia. [3, 4, 5, 6] Acompañaron a esta publicación otras que generamos a partir de experimentos realizados en el marco de proyectos y tesis doctorales de los distintos autores de este trabajo, que fueron profundizando las observaciones en torno a la presencia de luz solar en espacios de trabajo y los indicadores y métodos de predicción de deslumbramiento. [7, 8, 9]. Esta presencia internacional permitió junto a otros investigadores de distintas regiones del mundo, poner en agenda internacional el tema de la luz natural en climas soleados en general y en particular y el deslumbramiento. En consecuencia, fuimos invitados a participar en un consorcio internacional de investigadores, para abordar el tema del deslumbramiento psicológico en entornos iluminados por iluminación natural. Actualmente se está trabajando en una publicación conjunta a partir del análisis de datos de cada grupo. Entre los avances obtenidos, fruto de esta colaboración y de los datos específicos de Argentina e Israel, una nueva versión de Evalglare de radiance (Wienold), incluye la funcionalidad específica para el análisis de escenas con iluminación natural y presencia de luz solar directa. IV.

TRABAJO EN TERRITORIO

Por otra parte, como se mencionó anteriormente, el trabajo en territorio es imprescindible para impactar a nivel local. A su vez de su observación directa surgen nuevas preguntas de investigación haciendo de este binomio investigación-territorio una retroalimentación necesaria.

Dos experiencias son representativas de lo actuado en territorio (entre otras realizadas por los autores de este trabajo) una se refiere a la iluminación natural en hospital pediátrico y otra al protocolo de medición del factor iluminación natural en espacios de trabajo. En el primer caso, a raíz de realizarse una ampliación de la sala de neonatología del hospital pediátrico provincial, realizamos un Servicio Tecnológico de Alto Nivel (STAN) que es una herramienta de transferencia de CONICET. A través de la misma realizamos el diagnóstico del edificio y las propuestas para la ampliación con estudios y análisis de la relación entre salas de neonatología y la luz natural así como diseños y estrategias de ahorro de energía por optimización de luz artificial complementaria. Esto nos llevó a aplicar herramientas de métricas dinámicas de simulación de luz natural en climas soleados, donde aplicamos herramientas de predicción desarrollados por los autores que permiten un análisis pormenorizado de predicción anual y estacional. [10]. Por otra parte se expusieron los resultados en el congreso nacional de arquitectura hospitalaria y del diálogo con otro campo de estudio como los médicos neonatólogos, se completaron los estudios y actualmente nuestro trabajo ha sido aceptado para ser incluido en los Anales de la Sociedad Argentina de Pediatría [11]. En el segundo caso, a raíz de que la Superintendencia de Riesgos de Trabajo (SRT) de Argentina, establece el protocolo para el relevamiento del Factor ambiental “iluminación” en espacios de trabajo, realizamos un estudio de esta herramienta en territorio. De su estudio y aplicación concluimos que la misma estaba solamente enfocada a la iluminación natural, siendo necesario para favorecer la aplicabilidad de la luz natural (presente en la mayoría de los espacios de trabajo diurnos) que este protocolo tuviera incorporado un protocolo para el relevamiento de la iluminación natural tanto como de la luz natural. A partir del interés de una estudiante de nuestra maestría (Desarrollo Sustentable del Hábitat Humano) realizamos las primeras evaluaciones en campo, y posteriormente comenzamos a realizar un protocolo. El mismo lo discutimos con técnicos y profesionales de las Aseguradoras de Riesgos de Trabajo (ART) responsables de aplicar el protocolo de la SRT, y posteriormente desarrollamos una aplicación para dispositivos digitales (Tablet y Smart Pone). Hemos ingresado a la SRT un informe con la propuesta del Anexo para relevamiento del Factor de Iluminación Natural y en Octubre dictaremos un taller en el marco de la XXXIX Reunión de Trabajo de la Asociación Argentina de Energías Renovables y Ambiente (ASADES), para difundir esta herramienta y su aplicación en territorio. De esta manera, el factor iluminación natural en espacios de trabajo (oficinas) y en particular la predicción de deslumbramientos en climas soleados se llevará a la práctica regional y nacional. Todas estas acciones de investigación y trabajo en territorio, son acompañadas por los autores de este trabajo en diferentes

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 espacios educativos, En grado, en la carrera de arquitectura y en la carrera de diseño industrial; en posgrado en carreras nacionales y regionales de Especialización, Maestrías y Doctorados, así como cursos y talleres destinados a actualizaciones para técnicos y profesionales. Se completa con distintas tareas de extensión como la realizada por acciones de tesistas de doctorado (autores de este artículo) hacia docentes de escuelas primarias. V.

CONCLUCIONES

La iluminación natural es considerada hoy un tópico central en el diseño y producción del hábitat en función de la necesidad imperiosa de reducir los consumos de energías convencionales y de utilizar energías renovables. Las investigaciones internacionales en este tema, y por ende los métodos y prácticas constructivas derivadas de ellas han difundido la creencia que más vidrio es más luz natural. Esto puede ser válido en ciertos climas y morfologías urbanas. Las investigaciones más recientes que se realizan en climas soleados han mostrado la validez de pasar del paradigma estático al paradigma dinámico (sensible a la variabilidad de regiones con altos contrastes, a la orientación del edificio y a la hora del día y estación del año). Aun así nuestras normas hoy sólo cuentan con un indicador de luz natural el DF. Es necesario más trabajo, no solo en establecer prioridades de temas de investigación propios sino también trabajar en territorio, generando desarrollos y aplicaciones. Es importante destacar en este punto el valor de la formación en todos los niveles educativos, donde se incorporen los resultados de investigaciones producidas en nuestras regiones y otras similares del mundo. El trabajo en conjunto con asociaciones profesionales y técnicas y en la revisión y producción de nuevas normas. En este último punto, estamos frente a una oportunidad, ya que actualmente se están desarrollando normativas nacionales tendientes a la certificación energética de edificios. Se ha expuesto en este trabajo, la importancia de establecer una agenda de temas de investigación autónoma, que igualmente pueda tener impacto y discusión internacional por una parte y por otra la necesidad del trabajo en territorio que genere la conciencia de la reflexión de la resolución de problemas regionales. Ambas situaciones son necesarias y se retro alimentan. La iluminación natural en clima soleado tiene particularidades que requieren de más investigaciones y la revisión de estrategias de diseño que junto a las estrategias higrotérmicas, pueden impactar en la necesidad de mejorar los

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ahorros de energías convencionales, el uso de la energía solar pasiva para el bienestar de las personas. RECONOCIMIENTOS

Las investigaciones y desarrollos son financiados por el CONICET y por el FONCyT. Así mismo se agradece la colaboración permanente en desarrollo y mantenimiento y mejoras de la estación de mediciones de irradiancia-iluminancia al Dr. Ing. Ernesto Betman. REFERENCIAS [1]

Mardaljevic, J. (2011). Opinion: Daylighting prescriptions: Keep taking the pills?. Lighting Research and Technology, 43(2), 142-142. [2] Rodriguez, R.; Pattini, A. (2014). Experimental study on discomfort glare tolerance from a large area source in Visual Display Terminal work. LIGHTING RESEARCH & TECHNOLOGY. London: SAGE PUBLICATIONS LTDvol.46 n°2. p157 - 170. issn 1477-1535. [3] Kent, M. G., Altomonte, S., Wilson, R., & Tregenza, P. R. (2016). Temporal effects on glare response from daylight. Building and Environment. [4] Altomonte, S., Kent, M. G., Tregenza, P. R., & Wilson, R. (2016). Visual task difficulty and temporal influences in glare response. Building and Environment, 95, 209-226. [5] Pierson, C., & Bodart, M. (2016). Validation and Universalization of Daylight Glare Probability Index. In LumeNet 2016. [6] Hirning, M. B., Isoardi, G. L., & Garcia-Hansen, V. R. (2016). Prediction of discomfort glare from windows under tropical skies. Building and Environment. [7] Yamin, J.; Rodriguez, R.; Pattini, (2015) A. Degree of eye opening: A new discomfort glare indicator. BUILDING AND ENVIRONMENT. Amsterdam: PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD. vol.88 n°. 142 150. ISNN 0360-1323. [8] Yamin, J.; Rodriguez, R. Pattini, A. (2015). Effects of perceived indoor temperature on daylight glare perception. BUILDING RESEARCH AND INFORMATION. Londres: TAYLOR & FRANCIS LTD. vol.44 n°8. 1 14. ISNN 0961-3218. [9] Rodriguez, R.; Yamin, J.; Pattini, A. (2015). Glare and cognitive performance in screen work in the presence of sunlight. LIGHTING RESEARCH & TECHNOLOGY. London: SAGE PUBLICATIONS LTD. (2015). n°. 1 - 18. ISNN 1477-1535. [10] Villalba, A., Monteoliva, J. M., Rodríguez, R., & Pattini, A. (2016). A dynamic performance analysis of passive sunlight control strategies in a neonatal intensive care unit. Lighting Research and Technology, 1477153516656225. [11] Villalba, A.; Monteoliva, J.; Rodríguez, R.; Pattini. A. (en prensa). Iluminación natural en una unidad de neonatología" aprobado por el Comité Editorial para publicar en el Anuario 2016 de AADAIH. [12] Mardaljevic J. The BRE-IDMP dataset: a new benchmark for the validation of illuminance prediction techniques. Lighting Research and Technology 2001; 33:117. [13] [Dumortier D. Modelling global and diffuse horizontal irradiances under cloudless skies with different turbidities. Daylight II JOU2-CT92-0144. Final report; 1995. p. 2. [14] MIDC N. National Renewable Energy Laboratory Measurement and Instrumentation Data Center (NREL MIDC). Solar Position and Intensity (SOLPOS). Calculator. Online at /http://www.nrel.gov/midc/solpos/solpos.html 2010.

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Caracterización de celdas electrolíticas para iluminación general Nicolás C. Torres1, Andrés F. Cometa2, Jesús M. Quintero3 1. Universidad Nacional de Colombia, Colombia, nctorresh@unal.edu.co 2. Universidad Nacional de Colombia, Colombia, afcometat@unal.edu.co 3. Universidad Nacional de Colombia, Colombia, jmquinteroqu@unal.edu.co Resumen—En este trabajo se muestra los resultados de la caracterización de celdas electrolíticas amigables con el medio ambiente y de bajo costo para ser usadas en diversas aplicaciones. En este trabajo las celdas se diseñaron para que el único insumo sea el electrólito, el cual está basado en agua salada o agua de mar. Estas celdas de fabricación casera y muy bajo costo fueron diseñadas para una aplicación de iluminación general basada en diodos semiconductores emisores de luz o LEDs de alto brillo y bajo consumo. Los resultados obtenidos de la curva de caracterización tensión – corriente al igual que su desempeño en el corto y largo plazo muestran que la celda es viable para este tipo de aplicación. Además, durante la experimentación se encontró que el rendimiento de estas celdas para alimentar cargas como LEDs mejora substancialmente utilizando un sencillo circuito electrónico oscilador que eleva la tensión entregada por la celda. Abstract-- This paper presents the characterization results of the inexpensive and environmental-friendly electrolytic cells that are available for use in multiple applications. For this work, these cells were designed in order to have as only input, during its entire lifetime, the electrolyte, which is based in salt water or seawater. These homemade and very low-cost cells were designed for general lighting application based on light-emitting diodes or high brightness LEDs. The characterization curves such as voltage vs. current as well as its performance in the short and long term, shown that these cells are viable for this type of application. Also during experimentation, it was found that the performance of these cells with loads such as LEDs, substantially improved its performance using a simple electronic circuit such as an oscillator that raises the voltage delivered by the cells.

I.

tipo de generación de energía es el bajo costo y el casi cero costos de mantenimiento, ya que para que se mantenga funcionando durante su vida útil, solo se requiere cambiar el electrólito que es agua salada (o agua de mar). Todo este proceso de desarrollo de celdas empezó en 1940, durante el desarrollo de la segunda guerra mundial, se presentaba la necesidad de utilizar una fuente de energía eléctrica con alta densidad de energía, larga duración y buen rendimiento a bajas temperaturas para aplicaciones militares, una de las celdas que cumplió con estas características solicitadas, fue la celda electroquímica de magnesio/oxido de cobre, la cual fue desarrollada por Bell Telephone Laboratories y era utilizada para alimentar torpedos eléctricos en esa época [3]. Todo este desarrollo científico dejo un conjunto de conocimientos, con los cuales se ha logrado desarrollar baterías con elementos de fácil acceso, permitiendo a diferentes grupos de académicos o personas del común desarrollar diferentes proyectos que utilicen las baterías como sistemas de suministro de energía eléctrica portable. Como objetivo del proyecto se caracterizará una celda electroquímica de magnesio-cobre con electrolito de cloruro de sodio en solución acuosa para poder alimentar un sistema de iluminación en lugares donde se presente una deficiencia de sistemas eléctricos. II.

INTRODUCCIÓN

Hoy día ha cobrado gran importancia la generación de energía de formas no convencionales como “harvesting energy”, eólica, y fotovoltaica. Esto, debido al cambio de paradigma que ha sufrido la generación y demanda de energía que consistía anteriormente en grandes núcleos de generación versus grandes centros de consumo. Un caso particular para el cual aplica en este tipo de generación, corresponde a los centros poblacionales que están aislados de la red de distribución eléctrica pública y que además tienen una alta vulnerabilidad socio-económica. En Colombia específicamente, existen varias zonas con este perfil y aunque están cerca del mar no tienen agua potable, ni hay fuentes de energía para tareas básicas de la vida diaria como refrigeración de alimentos perecederos e iluminación. En este trabajo se presenta una solución para la iluminación general en este tipo de grupos poblacionales. Para esto se diseñó una luminaria basada en LEDs de alto brillo que se alimentan con un sistema de celdas electroquímicas. Las grandes ventajas de este

GENERALIDADES

A.

Reacción química Es un proceso en el que una sustancia o sustancias cambian para formar una o más sustancias nuevas. Las reacciones están representadas por ecuaciones químicas compuestas por símbolos, que permiten analizar e interpretar qué sucede durante una reacción química. Una ecuación química tiene un reactivo que son las sustancias iniciales antes de realizar la reacción y el producto el cual es el resultado de la reacción química [1]. Ejemplo 2H2+O2--->2H2O Reactivos --->productos

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B.

Reacción redox

La electroquímica es una de las ramas de la química que estudia la generación de energía química y energía eléctrica. Uno de los procesos que estudia la rama de la electroquímica son la reacciones de oxido-reducción, este tipo reacción química espontánea genera un flujo de electrones los cuales se representan como electricidad, también ocurre el proceso inverso donde al suministrar energía eléctrica al sistema se puede generar una reacción química no espontánea. Las reacciones redox se dividen en dos medias reacciones: -Oxidación se refiere a la media reacción que implica ceder electrones. -Reducción es una media reacción que implica ganancia de electrones [1]. C.

Celda electroquímica

Celda electroquímica (celda galvánica), es el sistema donde la energía química se transforma en energía eléctrica mediante una reacción redox. Este tipo de sistema está conformado por un electrolito, ánodo y cátodo; el electrolito es la sustancia que permite el intercambio de electrones entre el ánodo y cátodo, El ánodo es el elemento (electrodo) donde se lleva a cabo el proceso de oxidación mientras que el cátodo es donde ocurren las reducciones [1]. D.

Salinidad del mar

El agua que se encuentra en los mares no es pura, esta contiene una gran cantidad de elementos químicos que se denominan sales en una proporción de 96,5% de agua y 3,5% son sales. De estas sales aproximadamente el 80% es cloruro de sodio, este compuesto es conocido como sal de mesa. También existen casos de lugares que presentan una alta salinidad como el mar muerto, el cual se sale del promedio de 3,5% de sales [4] [5]. E.

Flujo luminoso

Es la cantidad de luz que emite una fuente luminosa en todas las direcciones por unidad de tiempo [2]. F. Iluminancia La iluminancia es la densidad de flujo luminoso que incide sobre una superficie [2]. III.

A.

METODOLOGÍA

Ecuaciones químicas del sistema

En esta sección se presentan las ecuaciones químicas presentes en la celda electrolítica que representan su comportamiento ideal, para esto se despreciarán algunos de los factores termodinámicos, al igual que las impurezas de los materiales con los cuales se construye la celda.

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En el ánodo los átomos de magnesio solido Mg(s) se oxidan produciendo cationes de magnesio en solución acuosa Mg2+(ac) y en el cátodo los cationes de cobre en solución acuosa Cu2+(ac) se reducen a cobre solido Cu(s) Las medias reacciones presentes entre los electrodos y la reacción completa son: Ánodo: Mg(s) ------> Mg2+(ac) + 2e- (Oxidación) (1) Cátodo: Cu2+(ac) + 2e- ------> Cu(s) (Reducción) (2) Reacción completa: Cu2+(ac) + Mg(s) ------> Cu(s)+ Mg2+(ac) (3) Dependiendo de la concentración de los electrodos y el electrólito se pueden presentar las siguientes reacciones secundarias entre el electrólito que es cloruro de sodio en solución acuosa NaCl(ac) y los electrodos, en el ánodo se reduce el agua, de modo que el magnesio solido Mg(s) y las moléculas de agua líquida H2O(l) reaccionan para producir hidróxido de magnesio en solución acuosa Mg(OH)2 e hidrogeno gaseoso H2(g). Ánodo: Mg(s) + 2 H2O(l) ------> Mg(OH)2(ac) + H2(g) (4) Nota: Se descarta la reducción del sodio en el ánodo ya que la reducción del agua tiene un menor potencial. En el cátodo se oxida el agua, donde el catión de cobre en solución acuosa Cu2+(ac) y el agua líquida Cu2+(ac) reaccionan para formar moléculas de oxigeno gaseoso O2(g), átomos de cobre solido Cu(s) y Cationes de hidrógeno H+(g): Cátodo: 2 H2O(l) + 2Cu2+(ac) ------> 2Cu(s) + O2(g) + 4H+(g) (5) La oxidación del agua en el cátodo se dará siempre que la concentración de cloruro de sal en el agua sea menor al 5,0 %, en este caso las pruebas se realizaron con una concentración del 3,5 % por lo cual está ocurriendo la oxidación del agua en nuestro sistema de baterías, además del hecho que la concentración de sal en la mayoría de los mares del mundo no excede la concentración del 5,0 %. En el caso de que se exceda esta concentración se oxidará el cloruro generando moléculas de cloro gaseoso lo cual no es deseable, lo anterior es explicado en [6] y [7]. B.

Instrumentos de medición

En la tabla I se presentan los instrumentos usados para la construcción de las celdas electroquímicas y las pruebas realizadas. TABLA I INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Balanza digital METTLER BB300 Calibrador vernier: UYUSTOOLS PROFESSIONAL 150 x 0.02mm Fuente DC Keithley 2231A-30-3 Multímetro Fluke 115 true rms Multímetro Fluke 179 true rms Luxómetro Extech instruments HD450

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TABLA II MATERIALES CONSTRUCCIÓN CELDA Material Recipiente plástico Barra de magnesio Cable de cobre 7 hilos Tuvo de PVC para ventilación Agua Sal de mesa Cable de cobre

Especificaciones Volumen cilíndrico de 1000 cm3 Dimensiones: 0,0195 m ± 0,000381 m; 0,009525 m ± 0,000381 m; 0,135 m ±0,005 m Diámetro externo: 0,0024 m ±0,0002 m Diámetro: 2.5 in Longitud: 0,125 m ±0,005 m 800 cm3 ±25 cm3 28 g ±0.5 g Calibre 22 AWG

C.

Construcción de las celdas electrolíticas Para la elaboración de la celda se adquirieron los materiales especificados en la tabla II.

ambiente de Bogotá. Se midió corriente y tensión de la celda sometida a una carga variable en este caso un banco de 10 resistores, los resultados se graficaron en curvas V vs I. - Prueba por geometría del cátodo: Se realizará la medición de la tensión y la corriente generada por la celda electroquímica cobre-magnesio con el mismo banco de resistores usado en la prueba de cantidad de sal, pero se varió la geometría del cátodo en este caso con los 28 g de NaCl descritos en la sección de construcción de la celda, se usaron las siguientes geometrías descritas en tabla III. TABLA III GEOMETRÍAS PRUEBA VARIACIÓN DE GEOMETRÍAS DEL CÁTODO Geometría Lámina 1 Lámina 2

Con todos los materiales adquiridos y dimensionados se procede a la elaboración de las celdas se llena el recipiente plástico con el agua y se añade la sal de mesa (NaCl) con el fin de simular el agua de mar que será el electrolito de la celda electroquímica. El tubo de PVC tendrá como tarea aislar los electrodos, se le hacen 12 agujeros para que fluya el electrólito. El ánodo es la barra de magnesio y el cátodo será el cable de cobre 7 hilos el, este cable se enrolla en el tubo de PVC hasta completar 12 vueltas. Se realizan empalmes entre 15 cm del cable de cobre calibre 22 AWG y cada uno de los electrodos para conexiones futuras. Para finalizar se introduce el tubo de PVC con el cátodo en el recipiente con la solución de cloruro de sodio y en medio del tubo se introduce la barra de magnesio, el montaje se puede observar en la Fig. 1.

Tubo Cilindro Cable Cable oxidado

Especificaciones Lámina de cobre de 87,27 mm ±0,02 mm por 91,26 mm ±0,02 mm con un espesor de 0,9 mm ±0,02 mm Lámina de cobre de121,10 mm ±0,02 mm por 91,93 mm ±0,02 mm con un espesor de 0,9 mm ±0,02 mm Masa: 90,63 g ±0,05 g, diámetro interno de 19,40 mm ±0,02 mm, diámetro externo de 22,32 mm ±0,02 mm y longitud de 142,48 mm ±0,02 mm Lámina dispuesta en manera cilíndrica, masa de 124,33 g ±0,05 g 12 vueltas de cable 7 hilos, diámetro externo: 0,0024 m ±0,0002 m Mismas especificaciones del anterior

- Prueba por número de vueltas de cable de cobre para el cátodo: Basándonos en los resultados obtenidos en las pruebas por geometría del cátodo se concluyó que se debe utilizar el cable oxidado como cátodo, para lograr obtener un óptimo resultado se optó por realizar la variación del número de vueltas de cable que debía tener el tubo de PVC usado como separador de los electrodos. La prueba consistió en ir variando el número de vueltas de cable en el tubo (1,2,4,8,12,16,20,24 vueltas) y medir la tensión y corriente al estar conectado al banco de resistencias usado en las anteriores pruebas y escoger la cantidad de vueltas que ofrezca una mejor relación costo-beneficio.

Fig.1. Montaje de la celda, a la izquierda electrodos y envase usados para la construcción de la celda usada en las pruebas y a la derecha vista superior de la celda ya construida.

D.

Descripción de las pruebas A continuación, se describen brevemente las pruebas realizadas para la caracterización de las celdas electrolíticas para iluminación general.

- Prueba por cantidad de sal: Se tomó una celda y se varió la concentración de sal, suministrando 24 g ±0,5 g, 30 g ±0,5 g y 36 g ±0,5 g sin variar la cantidad de agua y electrodos a temperatura y presión

- Caracterización eléctrica de LEDs: Debido a que se debía trabajar con LEDs blancos de baja potencia y a la cantidad que se deseaba adquirir, solo se encontraron en el sector comercial tres tipos de LEDs con características similares a las deseadas. Se usó una fuente de tensión limitando la corriente a 30,0 mA y se conectó cada uno de los LEDs a esta fuente variando los valores de tensión para graficar curvas V vs I, los leds se denominaron como led 1, led 2 y led 3. La óptica adquirida para la luminaria con los LEDs tiene un ángulo de apertura de 30° la cual permitirá distribuir el flujo luminoso en un área más grande. El resultado final de la luminaria se puede ver en la Fig. 2.

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016

39

Al evaluar las diferentes geometrías se obtuvieron los datos observables en la Fig. 4. y la Fig. 5.

Fig.2. Óptica para luminaria adquirida, a la izquierda se observa distribución de los LEDs y a la derecha se observa en funcionamiento.

- Prueba de descarga en función de iluminancia: En esta prueba se conectaron cuatro celdas en serie y a la salida de estas se conectó un circuito integrado que nos proporciona una amplificación de tensión y este es conectado al sistema de iluminación que consiste en tres LEDs en paralelo cada uno con una resistencia en serie de 1.2 Ω para igualar las diferencias de tensión en cada uno.

IV.

En la Fig. 4. se observan las geometrías que proporcionaron curvas más deficientes, la curva del tubo es la geometría que menor valor de corriente y tensión nos proporcionaba en el inicio de la curva, las otras geometrías tienen valores próximos, cuando su aumenta la carga, el cable y lamina 2 presentan una pendiente decreciente, al punto de ser menor la relación corriente-tensión de la geometría del tubo. Cuando el sistema está trabajando con tensiones mayores de 0,5 V hace que la celda suministre valores de corrientes inferiores a los 10 mA como se observa en las gráficas, por lo tanto, en este intervalo la potencia suministrada por las geometrías sería inferior a los 50 mW.

ANALISIS DE RESULTADOS

- Prueba por cantidad de sal

Fig.4. Curvas Voltaje vs Corriente para diferentes geometrías del cátodo primera parte.

Fig.3. Curvas de voltaje vs corriente de banco de resistencia para diferentes concentraciones de cloruro de sodio en el electrolito.

La Fig. 3, nos proporciona la relación de corriente y voltaje, al variar la cantidad de sal en el sistema, en este caso 24 g, 30 g y 36 g de cloruro de sodio. En los resultados donde se presentan bajas tensiones, se entran corrientes del orden de 140 mA cuando se maneja 30 g y 34 g de sal, esta situación no se repite en los valores de 24 g, cuando se aumenta la carga la tensión disminuye hasta llegar a un punto de curvatura, en este punto los valores de las diferentes concentraciones son similares, al seguir aumentando la carga después del punto en el que se presenta la curvatura se obtiene que la tensión y corriente en las diferentes concentraciones no varían de forma destacable. Con estos resultados se confirma el hecho de que la celda trabajara de manera similar en el intervalo de concentración de sal de la mayoría de los océanos. - Prueba por geometría del cátodo:

Fig.5. Curvas Voltaje vs Corriente para diferentes geometrías del cátodo segunda parte.

Al comparar el mismo punto de 0,5 V las geometrías de la Fig. 5. con las geometrías de la Fig. 4. se observa que la corriente supera el valor de 20 mA, de modo que las geometrías del cable oxidado y la lámina cilíndrica pueden proporcionar mayor potencia por lo cual las geometrías expuestas en la Fig. 4. se descartan para ser usadas como cátodo.

40

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Al comparar las geometrías con mayor eficiencia, es decir, la lámina cilíndrica y el cable se observa que en valores de corrientes pequeñas la geometría cilíndrica proporciona una tensión mayor que la de cable oxidado, en un intervalo pequeño. Mientras que el cable oxidado proporciona una buena relación de tensión y corriente en diferentes intervalos, exceptuando la situación anteriormente descrita, razón por la cual se opta por usar el cable oxidado como cátodo de la celda. - Prueba por número de vueltas de cable de cobre para el cátodo: Se observa en las Fig. 6. Y Fig. 7. que para tensiones inferiores a los 0,8 V las configuraciones con una cantidad de vueltas 1, 2, 4 y 12 dan corrientes inferiores a las de 8, 16, 20 y 24 vueltas, en el intervalo de 0,8 V a 1,0 V se observa que las configuraciones de 1, 2, 4 y 8 valores inferiores de corriente respecto a los de 12, 16, 20 y 24 vueltas y de 1,0 V a 1,3 V los valores de tensión y corriente son muy similares en todas las configuraciones, ya que el intervalo en el que se desea trabajar con las celdas es en 0,9 V y 1,0 V se descartan las configuraciones de 1 a 8 vueltas, también se observa que las configuraciones de 16 a 24 vueltas presentan valores similares por lo cual se descartan las configuraciones de 20 y 24 vueltas ya que entre menos material menor costo, luego se comparan los valores para 12 y 16 vueltas en este intervalo y se opta por elegir la configuración de 12 vueltas ya que los valores en este intervalo no difieren en gran cantidad con respecto a la configuración de 16 vueltas.

Fig. 7. Curvas características de banco de resistencias alimentado con una de las celdas electroquímicas al variar el número de vueltas (N°12, N°16, N°20 y N°24) del cable usado para el cátodo.

- Caracterización eléctrica de LEDs Se encuentra en la Fig. 8. que el LED 1 presenta las mismas corrientes a valores mayores de tensión con respecto a los otros dos tipos de LED, además se observa que el ángulo de apertura de este LED es muy bajo y solo serviría para iluminación puntual, por lo anterior se descarta este primer tipo de LED, en el caso de los LEDs tipo 2 y 3 se encuentra que la tensión de polarización para ambos es de 2,3 V ±0,2 V, su comportamiento es muy similar a nivel de consumo eléctrico en el intervalo de corrientes de 0 mA A 15 mA, a corrientes superiores se observa que el LED 3 necesita menos tensión para los mismos valores de corriente que el LED 2, de acuerdo a lo anterior se establece que el LED 3 tiene mejores características eléctricas que el LED 2, sin embargo se opta por trabajar con ambos tipos de LEDs ya que no se conocen características de iluminación claras como para descartar alguno.

Fig.6. Curvas características de banco de resistencias alimentado con una de las celdas electroquímicas al variar el número de vueltas (N°1, N°2, N°4 y N°8) del cable usado para el cátodo.

Fig. 8. Curvas características LEDs adquiridos para construcción de luminaria.

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016

41

solucionó colocando a la salida de las celdas un circuito oscilador elevador de tensión (Boost). Con la configuración final escogida se pudo medir un tiempo de respaldo de la luminaria compuesta por tres leds de alto brillo cercano a las 20 horas. En esta prueba el 50% del tiempo la luminaria entrega la mitad del flujo luminoso inicial. Se concluye que el sistema celda – luminaria es viable para ser implementado en zonas rurales o no interconectadas y que el electrólito requerido para un funcionamiento continuo cercano a las 20 horas pudiera ser agua de mar.

Fig. 9. Curva de descarga de una configuración de 4 celdas conectadas en serie en función de la iluminancia de 3 LEDs 2 configurados como se nombró en la sección II-D del presente trabajo.

- Prueba de descarga en función de iluminancia: Se usó una caja en la cual se pusieron los LEDs en un extremo y en el otro el sensor de un luxómetro quedando a una distancia de 43,0 cm ±0,5 cm y se encerró de manera que quedara aislada lumínicamente. Luego se tomaron muestreos de la iluminancia en función del tiempo para hacer una gráfica de tiempo versus iluminancia. En la Fig. 9. se observa que al inicio de la prueba la iluminancia decae rápidamente hasta aproximadamente los 550 minutos donde el valor de iluminancia es de 50 % del valor inicial, luego se presentan valores más constantes variando entre el 50 % y el 39 % del valor inicial hasta llegar a aproximadamente 1150 minutos donde nuevamente la iluminancia comienza a decaer, en adelante se llega hasta los 1260 minutos donde el valor de iluminancia es del 30 % del valor inicial y se procede a finalizar la prueba para evitar un mayor desgaste de los electrodos ya que de acuerdo a curvas de descarga de otras tecnologías se sabe que el valor continuara decreciendo. De acuerdo a lo anteriormente descrito se recomienda que con la configuración trabajada el tiempo de trabajo para el cual es considerable la iluminancia y las baterías no reciben un daño debido al exceso de uso debe ser menor a los 1100 minutos.

V.

CONCLUSIONES

Este trabajo describe la construcción y caracterización de celdas electrolíticas de bajo costo y amigables con el medio ambiente para alimentar una luminaria LED. Se probaron diferentes configuraciones del cobre en el cátodo, la concentración de sal del electrólito y los efectos de oxidación y polarización que tienen estos elementos a largo tiempo de funcionamiento. Se encontró que las celdas son viables para alimentar este tipo de cargas solucionando algunos inconvenientes como la polarización de los ánodos y la rápida caída de la tensión de la celda al aumentar su corriente de carga. Esto último se

RECONOCIMIENTOS

Queremos agradecer al laboratorio de ensayos Eléctricos industriales LABE y al laboratorio de Iluminación, Visión y Color – Matisse de la Universidad Nacional de Colombia, por la gran ayuda prestada para el desarrollo de las mediciones y pruebas realizadas en este trabajo.

REFERENCIAS [15] R. Chang, “Química” Mcgraw Hill Transl E. Jasso. México, 9na Ed, pp 820-830, 2007. [16] “Alumbrado público exterior. Guía didáctica para el buen uso de la energía”. UPME, Colombia, pp 6, 2007. [17] R. Koontz and R. Lucero “Magnesium water-activated batteries” Mcgraw Hill, pp 1 2002. [18] J. Cifuentes, M. Torres y M. Frías, “El océano y sus recursos ii. las ciencias del mar: oceanografía geológica y oceanografía química”, Biblioteca digital del ILCE. [19] C. Labrador “Análisis comparativo de la expresión de proteínas de Tistlia consotensis en respuesta a cambios en la salinidad externa”. Universidad Javeriana, Colombia: Bogotá, junio del 2014. [20] Cedrón J. Carlos, Landa Victoria y Robles Juana. “Electrolisis de soluciones acuosas”. Curso virtual de química general. Unidad cuatro, electroquímica, Pontificia Universidad Católica del Perú. [21] Brown Theodore L., LeMay Eugene, Bursten Bruce y Burdge Julia. “Química la ciencia central”. 9na Ed. Pearson educación México, pp 796801, 2004.

42

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Análisis eléctrico y electrónico de la tecnología LED en iluminación. Mónica F. Krenz1, Agustín Chort1, José L. Frund1, Fabio M. Vincitorio1 1- Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Paraná, Argentina. (fisicaelectronica@frp.utn.edu.ar) Resumen—En este trabajo se presentan los resultados obtenidos de la medición de los parámetros eléctricos, electrónicos y térmicos de diferentes dispositivos de tecnología LED. Particularmente, se busca discriminar el comportamiento respecto del consumo eléctrico, la eficiencia (derivada del análisis térmico) y la respuesta de la tecnología aplicada en el circuito auxiliar. Los resultados indican que si bien existe una mejora en la forma de consumo (menor THD respecto de tecnologías convencionales incluidas LFC, Hg, Na) aparecen efectos poco conocidos como la modulación de radiofrecuencia sobre la señal de corriente de 50 Hz. En general se puede concluir que existe una gran dispersión tanto en las respuestas como en las tecnologías usadas en los equipos auxiliares, actores fundamentales en el desempeño de los diodos emisores de luz. Este hecho indica la necesidad de avanzar en normativas cada vez más estrictas. Abstract--This paper shows the results of electrical, electronic and thermal measurement parameters of different LED technology lighting devices. It is particularly focused on the discrimination of the performance respect electrical consumption, the efficiency (as thermal analysis result) and the answer of the technology applied in the assistant circuit. The results indicate that existing a better consumption way (lower THD respect conventional technologies including LFC, Hg, Na), little known effects as radio frequency modulation on the signal current of 50 Hz appear. In general, it can be concluded that there is a great dispersion on the electrical response and the technologies used in the assistant equipment, the most important part on the performance of lightemitting diodes. This fact indicates the need to move along regulations more strict each time in the future.

I.

E

INTRODUCCIÓN

n los últimos 10 años hemos visto como las lámparas fluorescentes compactas fueron transformándose en el paradigma de la iluminación eficiente. Sin embargo una multiplicidad de trabajos han demostrado las desventajas de esta tecnología [1][2][3]. En los últimos 5 años han aparecido en el mercado y en forma cada vez más accesible sistemas de iluminación basados en tecnología de diodos emisores de luz. No hay dudas que este tipo de dispositivos se presentan hoy como un nuevo paradigma en iluminación. Sin embargo, este paradigma no se sustenta en la eficiencia energética como en las Lámparas Flourescentes Compactas (LFC), si no en aspectos totalmente subjetivos. Hoy es considerado casi una condición de status el poseer sistemas de iluminación basados en LED, independientemente de las ventajas energéticas o luminotécnicas. Esto se hace evidente fundamentalmente en la iluminación

comercial donde los aspectos económicos relacionados con la inversión y la eficiencia energética deberían ser determinantes [4]. Diferentes dispositivos han sido desarrollados sobre la base de esta tecnología siendo posible establecer más de 50 patentes solo en Estados Unidos de Norte América. Hoy existe una gran dispersión, tanto en tecnologías como aplicaciones, desde lámparas de uso domiciliario hasta luminarias de alumbrado público urbano. Todo indica que en un período de tiempo relativamente corto este tipo de dispositivos se expandirán a todos los campos de la luminotecnia [5]. El grupo de mayor interés es el de las luminarias destinadas al alumbrado público urbano. En la mayor parte de estos dispositivos el equipo auxiliar se visualiza como una unidad independiente. Sin embargo es posible encontrar luminarias en las que se omite y se utilizan como elemento de limitación de corriente resistencias en serie con los LED. Este tipo de configuración reduce notablemente los niveles de eficiencia pero se logran niveles bajos de distorsión armónica total (THD).En las lámparas con casquillo E27 destinadas al reemplazo de las LFC o incandescentes el equipo auxiliar se oculta dentro del cuerpo de la bobilla, lo que limita notablemente la cantidad de componentes para un funcionamiento óptimo. En todos los casos, el desafío de los diseñadores y fabricantes se encuentra circunscripto a la optimización de la disipación térmica del conjunto LED y balasto. En este trabajo se muestra el análisis de diferentes dispositivos y tecnologías estudiadas desde el punto de vista eléctrico y electrónico. Además se hacen análisis térmicos mediante el uso de sensores de temperatura y termografías. Las conclusiones avanzan sobre la necesidad normativas futuras centradas en la optimización tanto de los aspectos funcionales como en los aspectos constructivos. A.

Topologías básicas de los equipos auxiliares.

Para presentar el funcionamiento de los equipos auxiliares o driver de LED es necesario introducir brevemente el funcionamiento de los LED usados en iluminación. Estos dispositivos necesitan para su funcionamiento condiciones de tensión y corriente unidireccionales. Presentan un alto nivel de vulnerabilidad a tensiones inversas, siendo estas de valores levemente superiores a las tensiones de conducción directa. La curva característica del LED es equivalente a la de cualquier diodo, por lo que superada la tensión denominada habitualmente como tensión de codo, la corriente crece en forma directa con una pendiente casi vertical.

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 Superada la tensión de codo es necesario limitarle externamente la corriente que circula por la juntura de lo contrario ante un cambio pequeño de la tensión ocurre un aumento importante de la corriente. En un diodo de rectificación la caída de tensión directa o de codo toma valores que van de los 0,7 (V) a 1,2 (V) dependiendo de las corrientes para las que fue construido. Así, la potencia disipada por el diodo se calcula simplemente mediante el producto de la tensión constante por la corriente constante siendo componentes muy eficientes. En los LED la caída de tensión directa puede tomar un amplio rango de valores dependiendo de las características constructivas alcanzando valores de 3,5 (V) y corrientes de los 3 (A). El producto de estas magnitudes nos da la potencia disipada por el dispositivo. A diferencia de un diodo de rectificación parte de la potencia es disipada en forma de luz pero una parte importante, entre el 40 % y el 70 %, se disipa en forma de calor. En función de lo anteriormente dicho queda claro que existen tres condiciones bien definidas que deben ser respetadas:  Tensión inversa.  Corriente directa.  Disipación de calor. Cualquier desviación en los parámetros definidos por el fabricante derivaría en la destrucción del dispositivo. Actualmente existen diferentes configuraciones y tecnologías encontrándose que en dispositivos individuales las potencias alcanzan un máximo de 10 (W) (si bien pueden tratarse de matrices integradas de LED). Para potencias mayores se disponen de módulos integrados fácilmente reconocibles pastillas, llegando a potencias superiores a los 100 (W). Tanto en los módulos como en los dispositivos individuales las tensiones de trabajo van desde los 2,5 (V) a los 96 (V), si bien pueden existir otros niveles de tensión desarrollados por algún fabricante. Con una dispersión tan grande en cuanto a los posibles valores de tensión y de corriente las topologías usadas en los equipos auxiliares resulta igualmente amplia. Sin embargo, cualquiera de las configuraciones usadas responde a características de funcionamiento bien definidas que podrían clasificarse en: 1. Conversión de tensión alterna a tensión continua. 2. Reducción del nivel de tensión continua. 3. Regulación de la corriente del LED. 4. Control de la temperatura. 5. Circuitos de operación de alta eficiencia energética. Todo esto deja abierto la posibilidad de un sin número de posibles circuitos. En la Fig. 1, cortesía de Infienon Tecnologies, se muestra una clasificación de las topologías de acuerdo con los niveles de potencia de salida. En este cuadro queda claro que para potencias inferiores a los 40 (W) en Infienon no consideran la aplicación de correctores de factor de potencia activa (PFC) sustentado en gran medida en la IEC1000. Sin embargo no descartan su utilización. En la medida que la potencia de salida va en aumento se consideran diferentes topologías de circuitos, que tienen como eje conductor el aumento en el control de la corriente. En equipos de 100 (W) proponen el uso de sistemas de tres niveles. El primer nivel lo constituye un PFC, en el que la tensión de línea y la corriente consumida se sincronizan mediante una modulación delta. La tensión de salida de esta etapa suele estar

43

comprendida entre los

Fig. 1. Cuadro que muestra la clasificación de las configuraciones de electrónica de potencia que deben ser aplicadas (criterio de Infienon Tecnologies) en el manejo de la tecnología de iluminación por LED.

350 (V) y los 400 (V). Para reducir este nivel se utiliza una etapa de reducción de voltaje, la que suele ser implementada mediante el uso de un transformador de alta frecuencia. De esta forma se reduce la tensión y se aísla la salida de la entrada. La tercera etapa es la encargada de controlar mediante técnicas PWM o de modulación de ancho de pulso el nivel de corriente entregado a los LED. Nuevamente nos encontramos ante una gran dispersión tecnológica en los equipos auxiliares. En la Fig. 2 es posible visualizar, a modo de ejemplo, la configuración de un equipo auxiliar implementado de la forma más simple posible. Esta configuración se denomina fuente capacitiva usada habitualmente para cargas electrónicas de muy bajo consumo. Este circuito fue obtenido de una lámpara marca Good Year de 5 (W), con casquillo E27 y cuya vida útil no supero las 96 horas de funcionamiento. En la síntesis del circuito pudo detectarse el daño por sobre tensión en uno de los diez diodos en serie. Es evidente que esta configuración no es capaz de limitar ni la tensión ni la corriente sobre los diodos con el fin de asegurar una vida útil razonable. Un segundo ejemplo notable de una mala selección de la configuración del equipo auxiliar lo podemos observar en la Fig. 3. En esta se muestra un equipo de alumbrado público que es alimentado mediante una fuente de uso general y de tensión continua pero sin regulación de la corriente de salida

Fig. 2. Esquema eléctrico de un equipo auxiliar. Corresponde a una lámpara marca Good Year de 5 (W). La configuración obedece a una topología

44

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 denominada fuente de alimentación capacitiva.

Fig. 3. Fotografía de una luminaria de alumbrado público de tecnología LED alimentada con una fuente de alimentación de corriente continua sin regulación de corriente. Esta fuente es usada habitualmente en sistemas de circuito cerrado de televisión para alimentación de las cámaras. II.

A.

CASOS DE ESTUDIO

Sistemas de alumbrado público urbano.

Dentro del universo de tecnologías de iluminación construidas con el uso de LED, se definió como el grupo de mayor relevancia a las luminarias destinadas al alumbrado público urbano. Un total de 6 luminarias de diferentes potencias orígenes y fabricantes fueron analizadas en su desempeño eléctrico y electrónico. La metodología de análisis se dividió en tres grupos de mediciones: 1. Medición de los parámetros eléctricos de entrada. 2. Medición de estabilidad de emisión. 3. Medición de la temperatura de operación. En aquellos casos en que el driver se encontraba montado en una unidad diferente y su conexión a la matriz de LED se realizaba mediante cables se midieron los parámetros eléctricos de alimentación de estos componentes. Para la medición de los parámetros eléctricos se usaron como instrumentos un analizador de Redes Eléctricas Entes MPR63, un osciloscopio Tek TDS1002B con punta de corriente activa Fluke 5100. Para las mediciones de regulación de emisión se usó un luximetro Sonel XP-1con software de adquisición Light Meter. Para las mediciones de temperatura se utilizaron dos metodologías diferentes: la medición directa con termómetro Sonel DIT 500 y software de adquisición IR Thermometer y la obtención de imágenes termográficas con una cámara Testo 875. TABLA I CARACTERIZACIÓN DE LUMINARIAS DE ACUERDO CON EL CONSUMO DE ENERGÍA

Mayores detalles respecto de la metodología de medición pueden ser encontrados en la referencia [6]. En la Tabla 1 se muestran los resultados comparativos de los valores que caracterizan eléctricamente a la luminaria. Como puede verse cinco de los seis fabricantes presentan productos con alto nivel de prestaciones en lo referente al control del factor de potencia (PF) y del factor de desplazamiento (DF). Asimismo la distorsión armónica total de corriente (THDI) se encuentra dentro de valores aceptables en solo cuatro equipos. El parámetro con mayor desviación es la potencia activa medida ya que en ninguno de los casos los valores son coincidentes con los declarados por el fabricante. La estabilidad de emisión hace referencia a la regulación de la emisión luminosa con tensión variable de entrada. Por reglamentación, en la Argentina, las distribuidoras eléctricas están obligadas a mantener los niveles en una banda comprendida entre 198 (V) y 242 (V). Es deseable que las luminarias mantengan dentro de este rango estabilidad o regulación del nivel de emisión luminosa. Para corroborar el desempeño del equipo auxiliar se realizan medición de iluminancia en cámara oscura con variación del nivel de tensión de alimentación. Los resultados son graficados en la Fig. 4 en la que se muestra en valores normalizados el nivel de regulación. Como puede verse solamente una luminaria presenta inconvenientes en el nivel de regulación de la intensidad de emisión. El resto presenta reducciones en el nivel de emisión comprendidas entre el 5% y el 8 %. Un caso particular es el de la luminaria Ecos la que presenta una mejora en el nivel de emisión con la reducción del nivel de tensión de alimentación. Esta luminaria fabricada en México presenta la particularidad de operar en un amplio rango de tensiones de alimentación (110 V – 220V), registrándose un funcionamiento óptimo para una tensión de 120 (V) de línea. Una segunda serie de mediciones determina el nivel de emisión en función del tiempo, en ensayos de larga duración. En estas mediciones se busca relacionar la perdida de eficiencia a partir del aumento de la temperatura de la luminaria. Es sabido que los LED suelen bajar su rendimiento con el aumento de temperatura, por lo que definir la estabilidad de largo plazo resulta ser un ensayo importante en la caracterización del dispositivo. En la Fig. 5 se muestra el resultado de este ensayo para la luminaria Philips BRP361.

ELÉCTRICA

1

Strand

0,9

Ten. [V]

Corr. [A]

Pot. Act. [W]

Pot. Ap. [VA]

THDI %

PF

DF

Pot. [W]

Led Scéne

220

0,512

107,9

113,4

6,8

-0,95

-0,95

115

Next Led

220

2,052

261,9

454,8

126,2

-0,56

-0,94

120

Strand

220

0,629

134

139

15,3

-0,97

0,97

112

Philips

219

0,543

115,5

119,7

10,1

-0,97

-0,97

110

Trivial Tech

219

0,945

190

209

44

-0,92

-0,90

132

Ecos

220

0,350

76,2

77,3

11,4

-0,99

0,99

70

Next Led

0,8

Intensidad Normalizada

Marca de lámpara

1,1

Parámetros eléctricos

0,7

Led Scéne

0,6 0,5

Philips

0,4 0,3 0,2

Trivial Tech

0,1

Ecos

0 185

190

195

200

205

210

215

220

225

230

235

240

245

Tensión de alimentación [V]

Fig. 4. Grafica comparativa de la regulación del nivel de emisión en función de la tensión variable de entrada. Del total de 6 luminarias 5 presentan una respuesta óptima con valores de reducción inferiores al 8 %.

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016

45

60,00

50,00

E [KLux]

40,00

30,00

20,00

10,00

0,00 0

10

20

30

40

50

60

70

t [m]

Fig. 5. Grafica de la evolución de la iluminancia respecto del tiempo para una luminaria Philips.

En esta luminaria, en la que el driver o balasto se encuentra en una unidad independiente, la respuesta temporal de la emisión de los LED presenta un comportamiento errático entre los 25 y 45 minutos de operación. Este comportamiento se debe al funcionamiento del lazo de control de corriente el que evidentemente es inestable. La inestabilidad en la iluminancia se observa como pequeñas fluctuaciones en la emisión, fenómeno que resulta casi imperceptible al ojo humano. Las otras luminarias ensayadas presentaron una leve disminución, inferior al 3 %, en un período de 90 minutos de operación. El análisis del comportamiento térmico se realizó mediante la utilización de sensores de temperatura y termografías. Para la medición de temperatura mediante el termómetro Sonel DIT 500, la sonda se ubicó en los denominados puntos calientes accesibles, ubicados sobre el disipador de los LED. En la Fig. 6 se muestra un gráfico comparativo del desempeño térmico de cada una de las luminarias detalladas en la tabla 1, con excepción del equipo Strand. De acuerdo con lo documentado en la gráfica se puede apreciar claramente que la luminaria NEXT LED es la que se encuentra en una situación crítica y en riesgo de daño permanente por elevación de temperatura. Esto debe relacionarse con el comportamiento de la fuente de alimentación y la potencia disipada por el conjunto luminaria más equipo auxiliar. El resto de las luminarias alcanzan diferentes niveles de temperatura final pero en todos los casos con una estabilidad térmica de largo plazo. La luminaria que resulta con un menor nivel de temperatura es la Led Scéne. En esta la ubicación de los LED se realiza en cuatro grupos de menor potencia con disipación independiente, tal como se muestra en la Fig. 7.

Temperatura [ºC]

50

Ecos

40

Led Scene

30

Philips

20

Next Led

10

Trivial Tech

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

100.00

Es evidente que la utilización de un montaje distribuido garantiza un excelente comportamiento térmico, pero adolece de inconvenientes de montaje. Particularmente se pueden observar inconvenientes en el cableado desde el equipo auxiliar hasta las placas de LED. Como complemento del análisis térmico se utilizó la cámara termográfica Testo 875 con el fin de obtener un mapa de la respuesta térmica de los LED y la capacidad del disipador. De las luminarias ensayadas se muestran los resultados de la luminaria ECOS por tratarse de una luminaria sin equipo auxiliar y con resistencias de limitación de corriente montadas sobre la misma placa disipadora. La carcasa de la luminaria integra en su conjunto al disipador. En la Fig. 8 se muestra la imagen termográfica tomada con el coeficiente de emisión correspondiente al aluminio, a raíz de esto la medición sobre las lentes de los LED puede ser diferente respeto del valor indicado. La distribución de temperaturas sobre la placa se muestra homogénea mostrando un buen diseño del disipador. El reverso o placa superior muestra igual distribución con una zona levemente más caliente en el centro de la luminaria. La captura de estas imágenes fue realizada en el punto de estabilidad de temperatura, 90 minutos después de comenzado el ensayo térmico, de acuerdo con lo indicado en la Fig. 6.

Fig. 8. Imágenes termográficas de la luminaria ECOS correspondientes a la placa de LED y el disipador exterior. El nivel máximo de temperatura se registra en el centro de la placa.

60

0 0.00

Fig. 7. Detalle constructivo de la luminaria Led Scéne, en el que se aprecia el montaje distribuido, opción más viable desde el punto de vista de la disipación térmica de los LED (Fotografía gentileza de la Dirección de Alumbrado Público Urbano de la Ciudad de Paraná).

110.00

Tiempo [m]

Fig. 6. Grafica de la evolución de la temperatura respecto del tiempo para cinco de las seis luminarias. Se exceptúa la luminaria Strand por imposibilidad de acceder a un punto caliente sobre la placa disipadora de los LED.

B.

Lámparas de uso domiciliario e industrial.

Actualmente en el mercado de dispositivos para iluminación comienza a encontrase una gran variedad de lámparas con casquillo de conexión E27. En su mayoría son lámparas de tipo LED de potencias inferiores a los 15 (W) destinados al reemplazo de las LFC y/o incandescentes. El precio de comercialización es altamente competitivo respecto de las otras tecnologías de iluminación, pero con una promesa de durabilidad varias veces mayor.

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Para la determinación del comportamiento eléctrico se aplicó la misma secuencia de mediciones usadas para las luminarias de alumbrado público, ajustando los instrumentos de medición para los rangos de corriente presentes en estas cargas (niveles extremadamente bajos). Dadas las dimensiones de estos dispositivos se presume que en su mayoría los equipos auxiliares responden a topologías denominadas pulsadores de reducción no aislados o fuentes de tipo capacitivas tal como la mostrada en la Fig. 2. En el primero de los casos es común la utilización de circuitos integrados dedicados con tecnología de montaje superficial. Estos presentan un mejor nivel de protección y por lo tanto de confiabilidad respecto del segundo tipo de fuente. En la TABLA II se muestra una síntesis de los parámetros eléctricos que caracterizan a 5 diferentes lámparas, una de ellas de potencia elevada. De acuerdo con los datos relevados se observa que los resultados de las mediciones concuerdan con los declarados por el fabricante, con excepción de la lámpara Good Year de 5 (W) que presentaba el daño de uno de los LED. Salvo para la lámpara marca Philips, la distorsión armónica total se ubica en valores mucho más bajos que los documentados en las LFC [1] con coeficientes de desplazamiento similares a los del factor de potencia. En la Fig. 9, se pueden observar los oscilogramas correspondientes a la lámpara Philips y la lámpara LedAr. En el primero de los casos se observa una forma de onda de corriente totalmente compatible con una etapa de entrada de un rectificador acoplado directamente a un filtro capacitivo. Como consecuencia se definen altos valores de THD. En el oscilograma de la lámpara LedAr, se observa una forma de onda similar a una señal senoidal pero con una componente de alta frecuencia modulada sobre la forma de onda de baja frecuencia (50 Hz). Al igual que se hiciera con las los equipos de alumbrado público urbano se caracterizó a las lámparas de casquillo E27 y E40 mediante su respuesta a la variación de la tensión de entrada. Para ello se redujo la tensión de alimentación desde los 242 (V) hasta los 198 (V) y se midió la iluminancia. Igualmente se aplicó la metodología de ensayo de estabilidad en el tiempo con el fin de observar el comportamiento de estas lámparas. Los resultados mostraron respuestas muy diferentes según el tipo de lámpara lo que pone de manifiesto las diferencias de operación de cada uno de los equipos auxiliares. En la figura 10 se muestran los desempeños comparativos de dos de ellas, la LedAr y la Philips, donde en una medición de corta duración se obtienen respuestas que se diferencian notablemente. En líneas generales la estabilidad de emisión no es el parámetro más favorable. Sin embargo estas fluctuaciones son notables fundamentalmente para el instrumento de medición y no para el ojo humano. Ejemplo de esto se muestra en la gráfica de la figura 11 correspondiente a la lámpara GoodYear de 36 (W) y rosca E40. En un intervalo de medición de larga duración con una frecuencia de muestreo elevada (1 Hz) se pueden apreciar variaciones en los niveles de emisión superiores al 10 %, sin embargo el observador es incapaz de registrar estas fluctuaciones.

TABLA II CARACTERIZACIÓN DE LÁMPARAS DE TIPO E27 / E40 DE ACUERDO CON LOS PARÁMETROS DE CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Parámetros eléctricos

Marca de lámpara

Ten. [V]

LedAr

Corr. [mA]

Pot. Act. [W]

Pot. Ap. [VA]

THDI %

PF

DF

Pot. [W]

215

28

7

6

15

1

-19

7

225

49

5

11

47

-499

-52

5

226

32

6

7

18

-844

-12

7

Philips

202

79

10

16

107

-650

-24

9

Good Year -2

242

167

37

41

12

-903

-23

36

Good Year Silver Light

El análisis térmico desarrollado fundamentalmente en el estudio de imágenes termográficas muestra una buena distribución de temperatura cuando las lámparas son observadas externamente. En general los valores de temperatura se ubican por debajo de los 76 (ºC) (termistor), temperatura que para los semiconductores pueden considerarse óptima. Sin embargo cuando se hace foco en la pastilla de LED o su disipador encontramos niveles de temperatura más elevados, hasta 105(ºC). El análisis de los valores de temperatura, particularmente en las lámparas de menor potencia, indica al igual que en las de mayor potencia, niveles de temperatura cercana a los 70 (ºC). Si bien podría hacerse algún tipo de consideración respecto de los tamaños relativos vemos que en general existe una gran disipación de calor. En la Fig. 12 se muestran las imágenes termográficas obtenidas para las diferentes lámparas observándose en estas la uniformidad mencionada precedentemente. Además, es evidente que la zona más caliente es la superficie disipadora, dentro de la cual se ubica el equipo auxiliar. Nuevamente corresponde mencionar que los valores de temperatura registrados por la cámara termografía son relativos al coeficiente de emisividad del material. La principal diferencia en el análisis térmico de estos dispositivos respecto de las luminarias destinadas al alumbrado público es la imposibilidad de medir concretamente cual es la pérdida térmica asociada al equipo auxiliar y por ende la eficiencia energética de este.

Fig. 9. Oscilogramas correspondientes a las formas de onda de la lámpara LedAr y Philips respectivamente. En la primera se visualiza el fenómeno de alta frecuencia modulada sobre los 50 Hz de corriente. En la segunda un alto grado de THDI.

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47

5

Iluminancia en [KLx]

4

3

2

LedAr

1

Philips

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

Tiempo [s]

Fig. 10. Grafica comparativa de iluminancia en función del tiempo para dos lámparas E27de uso domiciliario, en un ensayo de corta duración. III.

DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS

Hasta aquí hemos hecho un análisis basado fundamentalmente en la caracterización de un conjunto de dispositivos realizada mediante mediciones. De esta caracterización surgen diferencias fundamentales respecto de otras tecnologías de iluminación, como ser lámparas de descarga, bajo consumo o lámparas de inducción. Fundamentalmente se registra una gran dispersión respecto de las topologías de los equipos auxiliares ya sea fundamentándonos en la Fig. 2 como en los resultados propios de la medición. Dado este panorama en el que la uniformidad no es la cualidad más destacable de esta tecnología, corresponde hacer foco sobre los problemas comunes a todas. El análisis térmico demuestra que es una problemática en común, los LED todavía tienen niveles de eficiencia bajos asociados a temperaturas elevadas con potencias de consumo muy bajas. Las mediciones de lámparas de bajo consumo muestran niveles de temperatura iguales o inferiores a las E27 de LED pero para potencias mayores. Lo más destacable de esta comparación es que en las lámparas de bajo consumo no existe un sistema de disipación, en gran medida debido a que la temperatura se disipa a través del cristal. En las lámparas LED la disipación es el principal limitante, mostrando el caso más extremo en la lámpara E40 de 36 (W) donde las dimensiones pueden ser consideradas como exageradas y con una masa superior a un kilogramo. 10.000 9.000 8.000

Iluminancia en [Lx]

7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0 0

20

40

60 Tiempo [m]

80

100

120

Fig. 11. Gráfica de iluminancia en función del tiempo, para un ensayo de larga duración correspondiente a una lámpara E40 de 36 (W) para uso industrial.

Fig. 12. Secuencia de imágenes termográficas correspondientes a la lámpara E40 de 36 (W). En la segunda fila la lámpara Philips de 9 (W) y en la tercera fila la lámpara LedAr. Las dos últimas imágenes acompañadas por gráficas de perfil térmico.

Otro aspecto común en este tipo de lámparas es la necesidad de la inyección de resinas en el interior del equipo auxiliar, con una doble finalidad mejorar la disipación y aislar eléctricamente el equipo auxiliar del disipador exterior de aluminio en contacto con el usuario. Desde un punto de vista eléctrico tanto para pequeñas lámparas como para equipos de alumbrado público nos encontramos con el fenómeno de modulación de altas frecuencias en la señal de 50 (Hz). Este fenómeno se produce cuando la corriente de operación del pulsador reductor del equipo auxiliar no es adecuadamente filtrada. Este tipo de señal impone un nuevo desafío para el entendimiento de la respuesta de los sistemas eléctricos. La topología de los pulsadores aplicada en potencias medias o bajas era hasta la actualidad casi inexistente en los sistemas eléctricos. Muy desarrolladas e implementadas en los sistemas de corriente continua, siempre estas topologías se circunscribieron a sistemas cerrados. La utilización masiva de equipos de iluminación en los que tanto la etapa de control del factor de potencia como el propio circuito auxiliar, con un filtrado deficiente, inyectarán indefectiblemente contaminación a las líneas eléctricas. Para entender las características de este fenómeno podemos observar el oscilograma mostrado en la Fig. 13. En un canal (señal de color azul) se muestra una forma de onda sintetizada con un generador de funciones programable. Es una señal de una frecuencia elevada montada sobre una señal de 50 (Hz). En el segundo canal (color verde) se muestra la misma señal luego de aplicar un filtro de interferencia electromagnética (EMC). Como puede verse el resultado es una atenuación notable de la alta frecuencia sin afectar la onda de baja frecuencia.

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Fig. 13. Oscilograma de una señal sintetizada que simula las formas de onda detectadas en los equipos de iluminación de tecnología LED.

A diferencia del fenómeno de distorsión armónica, el fenómeno de modulación es mucho más fácil de ser corregido, pero esta corrección implica la implementación de filtros voluminosos y que deben ser correctamente dimensionados. En la Fig. 14 puede verse el oscilograma de corriente correspondiente al equipo de alumbrado público de Philips documentado anteriormente en el que se observa este fenómeno y a su costado una fotografía de su montaje. En esta última se observa la instalación de un filtro EMC. Es evidente que el fabricante de este equipo auxiliar reconoce este problema y adopta un filtro externo como forma de mitigar los efectos derivados de la pulsación. Sin embargo en este caso el filtro no es suficiente para la eliminación del contenido de AF (alta frecuencia).

señales de AF en un equipo de iluminación y es la imposibilidad de ser detectado sin el uso de un instrumento de medición adecuado. En general el análisis de las cargas de iluminación se realiza mediante el uso de instrumentos analizadores de potencia. En estos la frecuencia de muestreo de la señal es del orden de los 4 (KHz), por lo que si las señales de AF se encuentran en el rango de los 20 (KHz) a los 150 (KHz) es evidente que para estos instrumentos estas señales son indetectables. Algo similar ocurriría con un multímetro de verdadero valor eficaz, si bien en estos se usa un muestreo de señal y un algoritmo discreto de procesamiento, la frecuencia de muestreo puede ser igualmente baja. Para poder medir y cuantificar estas señales es necesario usar instrumentos que posean una tasa de muestreo elevada. Incluso los osciloscopios de muestreo presentan limitaciones ya no por la tasa de muestreo si no por el tamaño del paquete de datos que se analiza cuando estudiamos una seña modulada de baja frecuencia. En el caso del uso de un osciloscopio digital la señal reproducida en su pantalla, como la de la Fig. 14, es indicativa de la presencia de AF sin embargo no es confiable en cuanto a la cuantificación. Prueba de esto puede verse en la Fig. 15 en la que se observa el oscilograma y el espectro de señal. Claramente la señal espectral no indica presencia de AF debido a la imposibilidad de analizar mediante una transformada rápida de Fourier (FFT) un paquete de datos tan pequeño como el obtenido del muestreo para una señal de baja frecuencia en la base de tiempo. Así resulta engañosa la tasa de muestreo indicada por el fabricante en 1(Gsample/s). Más detalles de esta problemática pueden ser consultados en la referencia [7].

IV.

CONCLUSIONES

En este trabajo se ha presentado una síntesis de los aspectos más relevantes de la tecnología LED en iluminación observados desde la óptica de la electrónica. Mediante mediciones eléctricas, térmicas y de intensidad luminosa se han caracterizado diferentes dispositivos con el fin de interpretar su funcionamiento. En algún caso se han realizado relevamiento de la topología del circuito electrónico cuando este se encontraba accesible. 1

2

2 1

Fig. 14. Oscilograma de la señal de corriente correspondiente al equipo auxiliar mostrado en la fotografía, obsérvese la utilización de dos filtros de alta frecuencia. (1) Filtro tipo EMC sobre la línea de alimentación de entrada. (2) Filtro de alta frecuencia también sobre los cables de alimentación.

Un segundo problema puede ser asociado a la presencia de

Fig. 15. (1) Oscilograma de una señal de AF modulada sobre una señal de 50(Hz) generada sintéticamente. (2) Respuesta espectral en la que se demuestra la imposibilidad del instrumento de procesar este tipo de señales. .

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 Del conjunto de resultados se concluye que existe una gran dispersión tecnológica tanto en la circuitería como en los parámetros de operación independientemente si se observa su funcionamiento desde la línea o desde la carga. Desde el punto de vista de la utilización masiva de este tipo de tecnología en iluminación nos encontramos con el problema de la inserción de señales de alta frecuencia en la línea de alimentación. Si bien las cargas en general son de menor potencia que las de las tecnologías precedentes, la masificación impone todo un nuevo desafío a los sistemas eléctricos. El aumento de estas señales moduladas derivará como efecto inmediato en la generación de ondas de radiofrecuencia emanadas desde la red eléctrica y que podrían interferir con señales de radio. Respecto del sistema eléctrico se pueden predecir dos posibles situaciones: un aumento en el contenido de THD y AF que derive en una gran contaminación de las líneas eléctricas o la absorción por parte del sistema eléctrico de las señales de AF ante la imposibilidad de respuesta en frecuencia de las líneas de transmisión. Cualquiera de las dos situaciones deberá ser objeto de estudio en el futuro. En todos los casos la prevención mediante la normalización que exija a los fabricantes un adecuado nivel de filtrado y reglas bien establecidas para la medición y detección de la AF, parecería ser el camino más indicado para evitar problemas futuros. De este y de muchos trabajos precedentes no quedan dudas sobre la necesidad de avanzar en el aumento de la eficiencia de los propios LED y acompañar esta con una mejora en los equipos auxiliares. Como conclusión general podemos indicar que la tecnología de LED en iluminación y en particular como reemplazo de las LFC parece ser la solución más adecuada. Si bien quedan problemas térmicos, electrónicos y de diseño que resolver representan un avance de importancia. Tal vez y como aspecto más relevante debemos concluir que las lámparas de LED y los equipos de iluminación basados en esta tecnología se presentan como una solución ambientalmente más amigable dado que para su fabricación se utilizan un gran cantidad de elementos reciclables. Incluso tanto las luminarias como las lámparas rosca E27 y las de rosca E40 presentan la posibilidad de remanufactura si se plantea esta posibilidad desde el momento de su producción. REFERENCIAS [1]

[2]

[3]

[4]

Fabio M. Vincitorio, Jose L. Frund, Ing. Diego N. M. Balducci, Sr. Luciano D. Rispoli, Sr. Jorge L. Favre. Cfl’s cycle as a meted of reliability determination and premature disposal. Revista Colombiana de tecnologías de Avanzada – Volumen 1 Número 21-2013. D. M. N. Balducci, F. M. Vincitorio, J. L. Frund, L. D. Rispoli, C. D. Mache. Active power measurement in the presence of harmonic currents. IEEE Latin America Transactions – Febrero de 2013 http://www.ewh.ieee.org/reg/9/etrans/ieee/issues/vol11/vol11issue1Feb. 2013/Vol11issue1Feb.2013TLA.htm Fabio M. Vincitorio, Celestino B. Brutti, José L. Frund. Incidencia sobre las redes eléctricas de las lámparas de bajo consumo. Revista de Ciencia y Tecnología de la Universidad Tecnológica Nacional. Publicado 2011, Año 9, Nº 19. SIN 1666-6917. Páginas 42 a 50. F. Deco y otros. Recomendaciones para la iluminación de negocios y vidrieras. Asociación Argentina de Luminotecnia. – 2013.

49

[5] Y.K.Cheng and W.E. Cheng. General study for using LED to replace traditional lighting devices. 2ndInternational Conference on Power Electronics System and Applications, Hong Kong, 2006 Pag. 173- 177. [6] Nicolás Balducci, Agustín Chort, José Frund, Jorge Favre, Fabio Vincitorio. Caracterización de los equipos auxiliares electrónicos utilizados en iluminación pública. Actas del congreso LUZ 2013, XI Jornadas Argentinas de Luminotecnia. ISBN 978-987-1881-44-4.ç [7] J. L. Frund, F. M. Vincitorio, D. M. N. Balducci, C.E. Freyre, A. Chort, J Favre. High Frequencies in AC Distribution Lines: a New Technical Challenge. Sicel 2013, VII International Symposium of Power Quality.

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Usar Iluminación Directa en Iluminación Exterior Miguel Maduri1 1- Ing. Universidad Nacional del Comahue – Asociación Argentina de Luminotecnia reg. Comahue – Argentina – (maduri@neunet.com.ar) Resumen —Hoy en día, la luz facilita nuestras vidas y prolonga la actividad humana diaria. También el uso indebido o el exceso ocasiona con el tiempo la disminución de las horas de descanso diario, ocasionando consecuencias en nuestra salud (fatiga, estrés, alteración del sueño, trastornos hormonales y/o de conducta, etc.). No es un dato menor en aquellos casos, que en su actividad laboral diaria ya sea en el interior o en el exterior deben padecer deslumbramiento - reflejos por el sistema de iluminación ya sea de pantallas lumínicas, carteles, luminarias, etc. En la misma sintonía, la presencia de luz, ya sea por intromisión o contaminación lumínica en el ambiente de las ciudades, altera los ciclos biológicos en especies animales (aves, peces, reptiles, insectos, mamíferos), haciendo por ejemplo que numerosos insectos queden atraídos por la luz blanca revoleteando en las luminarias, impidiendo su alimentación, su apareamiento, sufriendo estrés, etc. Todos estos impactos, en el ambiente se pueden evitar, haciendo un uso racional de la energía con niveles de iluminación acotados. En Argentina mediante el PRONUREE (Programa Nacional de Uso Racional y Eficiente de la Energía), se estableció el uso racional de la energía, con el fin de minimizar el impacto sobre el ambiente, optimizando la conservación de la energía y la reducción de los costos. El programa básicamente actúa sobre la educación, el reemplazo de lámparas y luminarias ineficientes y el etiquetado de eficiencia energética en electrodomésticos. Nuestro trabajo consiste en identificar el uso de luminarias contaminantes que en la actualidad no se condicen con el PRONURE, como así también en las formas de iluminación de fachadas, carteles y monumentos y cuáles podrían ser a nuestro entender las soluciones sin afectar niveles de iluminación. I.

INTRODUCCIÓN

La luz es un fenómeno físico natural en nuestras vidas, como el aire que respiramos. Está presente desde los orígenes mismos de la humanidad. Al respecto, es sabido que las primitivas tribus esperaban la salida del sol para asomarse a un nuevo día. El descubrimiento del fuego como primera forma de luz artificial, les permitía además de obtener calor y la cocción de alimentos, llevar luz al interior de las cavernas para sobrevivir y ahuyentar a depredadores y así podríamos enumerar otros ejemplos sobre la necesidad y uso de la luz. En la actualidad, el exceso o la presencia de luz artificial en rangos espectrales, direcciones u horarios innecesarios en nuestras vidas y en el ambiente producen contaminación – polución lumínica, alterando los ciclos biológicos en las personas, flora y fauna. En el caso de las plantas, el exceso de luz en forma de luz artificial por intromisión lumínica o en forma directa al

iluminar una especie vegetal, se la está contaminando. La contaminación lumínica, afecta el ciclo natural - biológico de las plantas, como ser la floración, la polinización y la forma de crecimiento (despareja o alterada), por la incidencia del flujo lumínico. En el caso de las personas, La incidencia de la luz por intromisión, deslumbramiento o en exceso en el horario nocturno, altera el reloj biológico de los individuos. Desde el punto de vista técnico, la intromisión lumínica o el deslumbramiento invade la propiedad privada y afecta a los conductores. Iluminar en exceso no implica iluminar mejor. La contaminación lumínica en el ambiente de las ciudades también destruye el paisaje nocturno del cosmos a varios kilómetros a la redonda de las ciudades, impidiendo el bienestar de las personas al no poder observar el cielo estrellado. Hecha esta introducción, una primer definición de Contaminación Lumínica, se la define como el brillo producido por la luz artificial en el cielo nocturno producido por la reflexión y difusión de la luz en los gases y en las partículas del aire, por el uso de luminarias inadecuadas, por la dirección del flujo lumínico en forma incorrecta y/o el exceso de iluminación. Una segunda definición de polución o contaminación lumínica, la define como la degradación de los ecosistemas o del estado natural a causa del uso de la luz la artificial. Si bien la segunda definición es más rigurosa que la primera, desde el punto de vista del diseño, la ingeniería en el desarrollo de las luminarias y de los proyecto luminotécnico, el desafío es el uso adecuado de la luz artificial, evitando la intromisión lumínica, el deslumbramiento o el uso del flujo lumínico en la dirección inadecuada, a fin de evitar la contaminación lumínica.

Fig. 1 Esquemas de Luminarias y su distribución lumínica

La contaminación lumínica, implica además hacer un sobreconsumo, un uso ineficiente de la energía eléctrica tanto

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016

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en forma ecológica y económicamente. Del punto de vista, ecológico la generación de energía produce la emisión de CO2 a la atmosfera por la quema de combustibles líquidos o gaseosos (gas de efecto invernadero) y en la parte económica en el costo de producción de la energía (generación, transporte, distribución, etc.). La energía, es un recurso escaso en todo el mundo y en Argentina no es la excepción, en tal sentido la matriz energética desde hace varias décadas como se puede ver es un recurso no renovable, sigue siendo fósil dependiente.

Fig.3 Iluminacion de Cartel de publicidad en Neuquén

Fig 2. Participacion de las fuentes de energia en la generacion de energia en Argenina al mes de Julio 2016

En Argentina, a través del Programa Nacional del Uso Racional y Eficiente de la Energía, Decreto del Poder Ejecutivo Nacional – PEN 140/07 (PRONUREE), se estableció el Uso Racional y Eficiente de la Energía, para lo cual dentro de los lineamientos del programa, es necesario realizar un cambio cultural para incentivar el ahorro y el Uso Racional y Eficiente de la energía. El Programa estableció:  El cambio de las lámparas incandescentes por fluorescentes compactas de bajo consumo.  El cambio de lámparas y luminarias en el alumbrado Público por lámparas y luminarias más eficientes.  El cambio de lámparas en los equipos de semáforos  El programa de etiquetado de productos eléctricos electrodomésticos y electrónicos, respaldados por Normas de etiquetado correspondiente a elementos mencionados.  Incorporar en los planes educativos la temática eficiencia energética Sin embargo, a casi diez (10) años de la implementación del PRONUREE en Argentina, aún existe iluminación y formas de realizar iluminación que no es eficiente, que produce contaminación y/o intromisión lumínica, afectando al sistema y los seres vivos como se describió en la introducción y que se puede ver en las siguientes instalaciones y ciudades de Argentina.

Fig 4. Iluminacion Exterior en Plan de Viviendas – Neuquén

Fig 5. Iluminacion en jardines de barrio Cerrado - Neuquén

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Fig 6. Iluminacion exterior en fachada comercial - Neuquén

Fig 7. Iluminacion Publica en Carlos Paz - Cordoba

Fig 9. Iluminacion Publica – La Plata Pcia de Bs.As.

Fig 10. Iluminacion Publca - La Plata Pcia de Bs.As

Fig. 11 iluminacion Publica – Plaza de Tandil Pcia de Bs.As. Fig 8. Iluminacion Publca - Parque Sarmiento – Cordoba.

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Fig 12. Iluminacion Publca plaza - Tandil Pcia de Bs.As

Fig 13. Iluminacion Fachada Escuela - Tandil Pcia de Bs.A Fig 14. Iluminacion publica Plaza – Ciudad de Bs.As.

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Fig 15. Iluminacion Plaza – Villa Mercedes Pcia de San Luis

Según el nuevo Atlas de Brillo Artificial del Cielo (Junio del 2016), publicado en la revista Science Advances, el 83% de la población mundial vive bajos cielos contaminados, es decir vive sin contemplar los planetas y estrellas más brillantes. Y casi un tercio de los habitantes del planeta no pueden ver nunca la Vía láctea. En el caso de nuestro país, el nuevo Atlas de contaminación lumínica (elaborado por científicos de Italia, Alemania, Estados Unidos e Israel) indica que el 57,7% de los habitantes de Argentina no pueden ver las estrellas a causa de cielos nocturnos extremadamente brillantes. Fig 16. Mapa de contaminación lumínica en Sudamérica

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 II.

NORMATIVAS

Decir contaminación lumínica es decir tambien desconocimiento y/o falta de control en el tema, ya que existe legislación al respecto y sin embargo no se aplica y/o no se controla tanto por la Nación, las provincias o los municipios, siendo estos últimos quienes tienen el manejo del Alumbrado. La ley madre, en la República Argentina es la Constitución Nacional y en la reforma del año 1994 en su artículo 41 se estableció los siguientes: ARTICULO 41 - Todos los habitantes gozan del derecho a un ambiente sano, equilibrado, apto para el desarrollo humano y para que las actividades productivas satisfagan las necesidades presentes sin comprometer las de las generaciones futuras; y tienen el deber de preservarlo. El daño ambiental generará prioritariamente la obligación de recomponer, según lo establezca la ley. Las autoridades proveerán a la protección de este derecho, a la utilización racional de los recursos naturales, a la preservación del patrimonio natural y cultural y de la diversidad biológica, y a la información y educación ambientales. Corresponde a la Nación dictar las normas que contengan los presupuestos mínimos de protección, y a las provincias, las necesarias para complementarlas, sin que aquellas alteren las jurisdicciones locales. La ley 25675 “Ley de Política Ambiental Nacional, en su artículo I, establece los presupuestos mínimos para el logro de una gestión sustentable y adecuada para el ambiente, la preservación y protección de la diversidad biológica y la implementación del desarrollo sustentable. En el ARTÍCULO 2º sintéticamente se dice, la política ambiental nacional deberá cumplir los siguientes objetivos: a) Asegurar la preservación, conservación, recuperación y mejoramiento de la calidad de los recursos ambientales, tanto naturales como culturales, b) Promover el mejoramiento de la calidad de vida de las generaciones presentes y futuras, en forma prioritaria; c) Fomentar la participación social en la toma de decisión; d) Promover el uso racional y sustentable de los recursos e) Mantener el equilibrio de los sistemas ecológicos; f) Asegurar la conservación de la diversidad biológica; g) Prevenir los efectos nocivos o peligrosos que las actividades antrópicas generan sobre el ambiente h) Promover cambios en los valores y conductas sociales que posibiliten el desarrollo sustentable, a través de una educación ambiental, tanto en el sistema formal como en el no formal; i) Organizar e integrar la información ambiental y asegurar el libre acceso de la población a la misma. ARTÍCULO 4º — La interpretación y aplicación de la presente ley, y de toda otra norma a través de la cual se ejecute la política Ambiental, estarán sujetas al cumplimiento de los siguientes principios: Principio de congruencia, de prevención, de equidad intergeneracional, de progresividad, de

responsabilidad, de sustentabilidad, solidaridad y cooperación ambiental. De la síntesis hasta aquí descripta, de la Ley 25.675 de Política Ambiental Nacional, se puede ver que hace referencia a todo tipo de contaminación en general y ninguna en particular, como es el caso de la contaminación lumínica. En cambio, en cuanto a legislación Provincial – Municipal podemos mencionar los casos de: La provincia de San Juan, al contar con el complejo astronómico “El Leoncito” ubicado a 2600 msnm y a 240 km al sudoeste de la ciudad capital de la Provincia de San Juan. Sanciono la Ley 5771“Ley de Protección del Cielo” donde se preserva en un radio de 15 km, dicha área de toda actividad o factores que generen contaminación lumínica en el cielo En el año 1996, mediante la Ley 6764, la provincia de San Juan cedió al Estado Nacional, dicha jurisdicción con el objeto que sea declarado Parque Nacional. La ciudad de Malargue, perteneciente a la provincia de Mendoza, sanciono la Ordenanza 1298 en el año 2005, donde en sus considerandos hace referencia al impacto negativo que la polución lumínica produce sobre la flora, fauna y el bienestar al observar el cielo estrellado para los seres humanos. En tal sentido el Artículo 2° establece: mantener al máximo posible las condiciones naturales de las horas nocturnas en beneficio de la flora, la fauna y los ecosistemas en general, promoviendo el ahorro de energía sin afectar la seguridad de las personas y corregir los efectos de la contaminación lumínica del cielo, evitar la intromisión lumínica minimizando las molestias y/o perjuicios. La Ordenanza 3361 sancionada en el año 2006, en la localidad de Carilo, Municipio de Pinamar – provincia de Buenos Aires, estableció como principal objetivo municipal respetar y preservar el medio ambiente, asegurando a los residentes y turista un ambiente identificado con la naturaleza y alejado de todo ruido, contaminación o hecho que pudiera alterar el paisaje, su geomorfología y características turísticas aceptadas por la comunidad de Cariló

garantizando, de tal forma, tales derechos y posibilidades a las generaciones futuras. En tal sentido una síntesis de características establecidas son las siguientes:       

Preservación de espacios verdes entre las edificaciones. Calles consolidadas con suelo seleccionado (arena-tierra) Construcciones sólidas y estéticamente armónicas. Preponderancia de árboles y todo elemento natural. Convivencia con flora y fauna del lugar. Mínimo tránsito vehicular. Inexistencia de cableados aéreos de servicios

 Limitación de la contaminación acústica, visual y lumínica  Preservar los espacios verdes y las playas  Racionalización del uso de materiales y de la energía en el desarrollo del hábitat.  Preservación de la calidad del aire  Se prohíbe la iluminación de locales comerciales proyectada hacia el exterior.

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016

III.

SOLUCION

Por lo hasta aquí descripto, el uso de luminarias contaminantes o inadecuadas, por las formas de iluminación exterior de fachadas, carteles, plazas, monumentos, etc. se pueden revertir haciendo uso de luminarias adecuadas (apantalladas) que emitan el flujo lumínico hacia el hemisferio inferior, como se puede apreciar en las siguientes ilustraciones y recomendaciones.

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 Modificar la forma de iluminación de monumentos o edificios históricos de modo que el flujo de la luz sea de arriba hacia abajo.  Limitar en iluminación exterior, el flujo horizontal  Implementar circuitos de media noche en vidrieras y pantallas de publicidad, después de las 24 hs.  Realizar el cambio de todas las luminarias o formas de iluminación contaminantes existentes en la actualidad.  Implementar el cambio de lámparas ineficientes por lámparas más eficientes  Usar iluminación cálida en vez de iluminación fría (azul)  Usar los niveles de Iluminación pre establecido en el alumbrado Exterior.  Evitar el deslumbramiento y la intromisión lumínica  Usar la dirección de la luz en direcciones y horarios necesarios para la actividad u objetivo a iluminar sin contaminar la atmosfera.  Usar en lo posible luminarias de vidrio Plano Definición de la UNESCO: Las personas de las generaciones futuras tienen derecho a una Tierra indemne y no contaminada, incluyendo el derecho a un cielo Puro.

REFERENCIAS 1. Manual de la AADL - Asociación Argentina de Luminotecnia – 2. Constitución de la República Argentina año 1994. 3. Ley 25675 “Ley de Política Ambiental Nacional 4. Ley 5771“Ley de Protección del Cielo – Pcia. San Juan 5. Ley 6764, provincia de San Juan 6. Ordenanza 1298, Municipalidad de Malargue – Pcia Mendoza 7. Ordenanza 3361.Municpalidad de Pinamar – Pcia de Bs. As. 8. www.advances.sciencemag.org/content/2/6/e1600377. 9. www.infobae.com/economia/rse/2016/06/22. 10. www.diariolaprovinciasj.com/elpais/2016/6/24. 11. www.cires.colorado.edu/artificial-sky 12. www.itedamza.frm.utn.edu.ar. 13. www.astroturismochile.cl. 14. Science Advances 10/6/2016:Vol. 2, no. 6, e1600377 15. Ciencia y Tecnología 14, 2014 –PP 265 -276- ISSN 1850-0870 16. Decreto 140/07 del PEN: PRONUREE 17. AADL – I Seminario Alumbrado Urbano Sustentable y Eficiente

AGRADECIMENTO 1. 2. 3. 4.

 Iluminar pantallas o carteles de arriba hacia abajo y en lo posible usar luminarias de distribución asimétricas.  Realizar el cambio de las luminarias globos por luminarias que iluminen hacia el hemisferio inferior (IHI)  Modificar las luminarias antiguas o históricas, realizando el apantallamiento de su parte superior.

Dpto. de Electrotecnia – Facultad de Ingeniería - UNCo Ing. Benjamin Campiggotto Ing. Carlos Ferraro A mis Hijos

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Aprovechamiento de energía solar en vivienda rural. Programa de erradicación de ranchos de Santiago del Estero, Argentina. Silvina Rigali1, Alejandro Ferreiro1, Julieta Bottoni2, Natividad Nassif3 1- Departamento Académico de Mecánica, y de Electricidad, FCEyT, Universidad Nacional de Santiago del Estero, Argentina, silvinarigali@yahoo.com.ar 2- Instituto Provincial de Vivienda de Santiago del Estero, Programa de Erradicación de Ranchos 3- Departamento de Ciencias Sociales, Facultad de Humanidades, UNSE

Resumen—En el marco del Proyecto de Investigación Científica y Tecnológica: Requerimientos Energéticos Dispersos en Áreas Rurales de Santiago del Estero: Una Evaluación Técnico-Económica, se desarrolla una propuesta de provisión de energía eléctrica fotovoltaica, y pautas de construcción bioclimáticas para un sector vulnerable de la población, como es el constituido por los beneficiarios del Programa Provincial de Erradicación de Ranchos en Villa Quebrachos, asumiendo que no hay desarrollo sostenible posible cuando se excluyen de este proceso de mejoramiento de la calidad de vida a determinados grupos. Estos prototipos de viviendas son construidas por organizaciones no gubernamentales (ONGs) con el financiamiento del Gobierno, y vienen a paliar situaciones de extrema marginalidad, y a beneficiar a pobladores rurales postergados durante décadas. Asimismo, se diseña una iluminación de calidad, con la introducción de las nuevas tecnologías que se hacen indispensables debido a que favorecen un óptimo aprovechamiento de los recursos renovables.

Abstract-- Under the Project of Scientific and Technological Research: Dispersed Energy Requirements in Rural Areas of Santiago del Estero: A Technical-Economic Assessment, a project of provision of electrical energy photovoltaic and guidelines bioclimatic building is developed for a sector vulnerable population, such as constituted by the beneficiaries of Provincial Eradication Program Ranchos in Villa Quebrachos, assuming no sustainable development possible when excluded from this process of improving the quality of life for certain groups. These housing prototypes are built by nongovernmental organizations (NGOs) with government funding, and come to alleviate situations of extreme marginalization, and to benefit rural people neglected for decades. Also, quality lighting is designed, with the introduction of new technologies that are indispensable because they favor an optimal use of renewable resources.

I.

INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES

En la Cumbre para el Desarrollo Sostenible, que se llevó a cabo en septiembre de 2015, los Estados Miembros de la ONU aprobaron la Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible, que incluye un conjunto de 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) para poner fin a la pobreza, luchar contra la desigualdad y la injusticia, y hacer frente al cambio climático.

Para cumplir algunas de estas metas en Santiago del Estero (RA), se ejecuta el Programa de Erradicación de Viviendas Ranchos destinado a pobladores rurales de los sectores más vulnerables. El fin principal del mismo, es dignificar la vida del habitante rural, respetando las características socio-culturales, económicas, ocupacionales y de conformación del núcleo familiar destinatario [1]. El índice de desarrollo humano (IDH) es un promedio entre la esperanza de vida, cantidad de años de educación e ingreso per cápita. Para la Argentina, ese número es 0,836 (sobre una escala de 0 a 1; cuanto más se aproxima a 1, mayor es el nivel de desarrollo humano) [2]. El país retrocede 8 puestos cuando se considera la desigualdad, y pierde un 15% de su puntaje. El promedio de años de educación de la población es 9,8, mientras que la “esperanza de escolaridad” de un niño al nacer es 17,9 años (aumentó 6,6 años desde 1980). Nadie pone en duda que el acceso igualitario a disponer de la energía eléctrica es hoy una prioridad directamente relacionada con la inclusión, y ésta con el acceso a las Tecnologías de la Información y Computación (TIC’s). Se trata de procesos e instrumentos con los que se utilizan y transmiten los datos digitales No es posible hablar de escolarización en el Siglo XXI sin incorporar las TIC´s, y para niños y jóvenes de poblaciones aisladas, sin energía eléctrica esto resulta inalcanzable. La realidad es que aunque Argentina aparece liderando a los países latinoamericanos en su índice de Desarrollo Humano, véase “Fig 1”, una parte significativa de la población rural argentina, aproximadamente 1.800.000 habitantes, no disponen de energía eléctrica. La escasa densidad poblacional, las dificultades de accesibilidad por distancia o accidentes geográficos y los bajos consumos de electricidad en la vivienda rural determinan una rentabilidad insuficiente para la inversión en expansión de los sistemas de distribución. Entre otras soluciones renovables posibles, que se adoptarán dependiendo del recurso existente, la radiación solar se

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Figura 1: Índice de Desarrollo Humano en función del consumo per cápita. Basado en datos de la naciones Unidas y la EIA-DOE

puede utilizar con tecnologías y equipos sencillos y adaptados a los pequeños consumos descentralizados o de baja accesibilidad. Debe tenerse en cuenta la idiosincrasia y los hábitos de consumo del futuro usuario rural y el entorno cultural donde se desarrollarán los servicios, ya que se trata de pobladores que nacieron y crecieron sin servicio de electricidad, y para quienes sus actividades productivas transcurren durante las horas de sol [3]. En la República Argentina desde el año 2006, se desarrolla el Programa PERMER (Proyectos de Energías Renovables en Mercados Rurales). Su ejecución posibilitó la incorporación de Generación Fotovoltaica, y otras formas de energías renovables a miles de establecimientos escolares, centros primarios de salud y viviendas aisladas de los núcleos urbanos en todo el territorio nacional. En Santiago del Estero, esto significó que 485 escuelas del interior de la provincia tuvieran energía eléctrica, fue el distrito más impactado del país por este programa. La inversión total estimada del PERMER es de aproximadamente USD 58,2 millones, por lo que constituyó en sus inicios el Proyecto de mayor envergadura de este tipo en el mundo. De ese total, aproximadamente el 70% es aportado por la Secretaría de Energía a través de un préstamo del Banco Mundial (BM) y la donación del Fondo para el Medio Ambiente Mundial (GEF), el 4% por el Ministerio de Educación para la electrificación de escuelas rurales, el 9% con fondos provinciales (provenientes fundamentalmente del Fondo Nacional de la Energía) y el 17% restante por el sector privado: concesionarios y usuarios [4]. Otros Programas provinciales, como el desarrollado en la provincia de Mendoza tienden a aprovechar el uso de luz natural en los establecimientos escolares y de este modo racionalizan el uso de energía eléctrica. Es de esperar que pueda este Programa ser replicado en otras dependencias públicas en las que es urgente disminuir el consumo energético. Los investigadores que impulsan el Programa remarcan la importancia que cobran las campañas de educación en temas energéticos ambientales, ya que los hábitos incorporados de ingresar a un espacio e inmediatamente encender la luz artificial, aún en presencia de luz natural, están hoy en día incorporados en nuestra cultura [5]. El Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI) participa de un proyecto para integrar la tecnología bioclimática a la construcción de viviendas sociales. Esta convocatoria, liderada por la Secretaría de Ambiente y Desarrollo Sustentable

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y la Subsecretaría de Desarrollo Urbano, busca lograr una reducción del consumo de energía aplicando técnicas de eficiencia energética y energías renovables. La idea es construir 128 viviendas piloto en el país, donde a través del Fondo Mundial para el Medio Ambiente (GEF, por sus siglas en inglés) se obtendrá una donación de 10 millones de dólares para financiar este proyecto. La construcción de las viviendas será realizada en Salta, Tucumán, Formosa, Mendoza, Buenos Aires, Chubut y Tierra del Fuego, por los respectivos Institutos Provinciales de Vivienda (IPV) y financiadas por la donación. El INTI tendrá a cargo la especificación del equipamiento para el monitoreo in situ de las viviendas y la capacitación de personal para su realización a lo largo de un año. Concretamente, el Centro INTI-Construcciones se encargará de los aspectos de diseño y monitoreo de las viviendas construidas, mientras que INTIEnergía realizará su aporte en la evaluación de eficiencia energética y energías renovables, para las distintas regiones bioclimáticas representadas por siete provincias en el proyecto [6]. Un trabajo muy interesante [7], propone una solución a la problemática de la vivienda social acorde al clima del Paraguay, a la situación económica de sus habitantes y al ahorro energético de las viviendas, logrando un ambiente mucho más confortable. En éste se obtiene un diseño bioclimático comprometido con el ahorro energético, amigable con el medioambiente, que permite la utilización y combinación inteligente de materiales para optimizar el confort térmico de los habitantes. Un aspecto importante fue demostrar que la construcción sostenible no es necesariamente más cara o poco atractiva. En Cushamen, un pueblo de 600 habitantes en el noroeste de Chubut, Patagonia Argentina, el programa de viviendas bioclimáticas tiene componentes y objetivos que trascienden el techo y las paredes. Se conforman grupos de tres a cinco familias, todos construyen las casas de todos, con lo que se busca fortalecer la organización social. Y es apenas el prototipo de un ambicioso programa multidisciplinario, iniciado por el Instituto Provincial de la Vivienda para mejorar la calidad de vida de los pobladores rurales dispersos. Los prototipos se diseñaron teniendo en cuenta las necesidades expresadas por los futuros habitantes. En una zona donde llueve 178 milímetros al año, el sol resulta el único combustible accesible para contrarrestar el bajo cero constante del invierno [8]. En la Isla de Tenerife, España, se desarrolló la primera Urbanización Bioclimática con cero emisiones de CO2, compuesta por 25 modelos distintos de Viviendas Bioclimáticas autosuficientes energéticamente. Se presentaron al Concurso internacional 397 proyectos de arquitectos de 38 países, de los cuales, se seleccionaron 25 que pasarían a formar parte de la Urbanización.

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Figura 2: Ubicación de Villa Quebrachos, SE, Argentina [10]

Figura 3: Atlas Solar de la República Argentina (Enero) [11]

Su objetivo era el de crear un laboratorio de viviendas desarrolladas bajo los criterios de arquitectura bioclimática y de adaptación a las condiciones del medio, y capaces de autoabastecerse desde el punto de vista energético. Se trata de una importante aportación de Tenerife a la investigación y el desarrollo en la implementación doméstica de las energías renovables y en la mejora del funcionamiento energético de la arquitectura, que abrirá nuevas puertas para seguir trabajando en este campo. Cada una de las viviendas estará equipada con sensores para monitorear los parámetros comunes a todas ellas. La monitorización permitirá el estudio de las distintas técnicas bioclimáticas empleadas y la determinación de aquellas más eficientes, facilitando su réplica a futuras iniciativas de construcción sostenible [9]. Antecedentes de fotovoltaica aislada con éxito también existen en países latinoamericanos, el gobierno peruano firmó en 2016 el contrato de inversión para la realización de 150.000 sistemas fotovoltaicos aislados con la empresa Ergon Perú. Las instalaciones estarán localizadas en poblaciones rurales adonde no llega la red principal de electricidad. El contrato firmado contempla que la misma empresa será responsable de la operación y el mantenimiento de las instalaciones durante 15 años. Este proyecto se enmarca en un programa gubernamental de 500.000 sistemas fotovoltaicos en áreas aisladas de las zonas norte, centro y sur de Perú [10].

Además de instalarlos en viviendas, los sistemas fotovoltaicos se colocarán en otras edificaciones como centros de salud y escuelas. El gobierno prevé que a fines del 2016 se hayan completado 149.000 instalaciones y en diciembre de 2018 se hayan realizado los 500.000 sistemas fotovoltaicos del programa. Teniendo en cuenta la experiencia que existe en esta temática, los resultados de éxito probados y siendo el recurso solar abundante en Santiago del Estero “Fig. 2”, como puede corroborarse en “El atlas Solar de Grossi Gallegos-Righini” [11], “Fig. 3” donde se reproducen las cartas correspondientes a la distribución espacial del valor medio de la irradiación solar global diaria recibida sobre una superficie horizontal en el mes de enero, expresados en KWh/m2-día. Se opta por incorporar al prototipo de vivienda rural, un sistema de generación fotovoltaica (SFV). Por otra parte, la provincia tiene un clima semitropical continental con estación seca, que se caracteriza por tener temperaturas bastante extremas y precipitaciones de abundantes a suficientes concentradas en verano y por ello se considera necesario recomendar ciertas pautas bioclimáticas para la reducción del consumo de energía, y para garantizar una mejor calidad de vida de sus ocupantes. Asimismo se contempla la provisión de un calefón solar para agua caliente sanitaria (ACS) que se puede apreciar en la cubierta de la vivienda en las “Fig. 9, 10 y 11”.

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 II.

METODOLOGÍA Y DESARROLLO

observan los detalles del módulo y los cálculos elegidos. En la Tabla IV se presenta un resumen de los elementos resultantes del cálculo.

A. Cálculo del generador Fotovoltaico Las viviendas rurales donde va a instalarse este generador fotovoltaico se encuentran ubicadas en un paraje al sur-este de la provincia de SE, a 250 km de la capital de la provincia. Se empleó un software para ajustar su cálculo y optimizar el aprovechamiento del recurso [12]. Se procede a realizar el diseño a partir de los datos de entrada introducidos considerando los consumos estimados según las necesidades y el uso de los mismos, y la radiación solar en función a la ubicación, orientación e inclinación de la instalación. La instalación está situada: en las coordenadas: -29.3827°, 63,4722. En las “Fig. 5” y “Fig. 6” se muestran la vivienda rancho, y la vivienda social que se construye en su reemplazo. El campo fotovoltaico estará dispuesto con las siguientes características: Inclinación: 20º, Desorientación respecto al Norte: 0 º. Se adoptará un sistema de corriente alterna con un voltaje de 230 V. Se calcula el consumo a partir del uso de los electrodomésticos y la iluminación por día, según puede apreciarse en las Tabla I. TABLA I: CONSUMOS DIARIOS DE ELECTRICIDAD Aparato Televisor Heladera Computadora

Consumo diario de Electrodomésticos Horas/día Energía [Wh/h] 3 70 8 195 5 300

Consumo diario de Iluminación Tipo n° hs Energía[W] LFC (lámpara Fluorescente 2 4 11 compacta) 2700 °K 1 4 20 LFC tipo globo 2700 °K Lámpara LED 3000 °K, 950 Lm

2

5

9

59

Total [Wh/dia] 210 1560 300 3270

Total[Wh/dia] 88

TABLA III: DETALLES DEL MODULO FOTOVOLTAICO

TABLA IV. RESUMEN DE LOS ELEMENTOS RESULTANTES DEL CÁLCULO

Con los elementos de consumos seleccionados y los componentes de la instalación calculados, obtenemos la gráfica de la “Fig. 4”comparativa de consumos y producción estimados a lo largo del año. Como se aprecia tenemos un campo solar de 6 módulos los que serán dispuestos en la cubierta según se muestra en la “Fig. 7”, y se conectarán en paralelo, cada uno de ellos proveyendo 230Wp. Consumo total al año: 1575 Kw Producción total al año: 2469 Kw Total kg/año CO2 evitados: 1338

80

90 258

TABLA II: HORAS SOL PICO PARA DISTINTOS MESES

La Tabla II nos muestra las horas sol pico para los distintos meses, determinando el campo solar, y la elección del módulo, que tiene en cuenta los distintos parámetros eléctricos, que determinan el rendimiento, las unidades necesarias y su acoplamiento con el regulador y batería. En la Tabla III se

Figura 4: Comparación de producción y consumo de energía para los diferentes meses del año.

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Figura 5: Vivienda rancho construida con adobe y paja

La “Fig. 4” nos dice que en los meses estivales tendremos un exceso de energía debido a la mayor irradiación solar, y si bien el diseño del sistema se realizó para una carga única en cada uno de los meses del año, en los meses de verano, por las altas temperaturas, se prolongan las jornadas con luz artificial, se enciende las luces exteriores, y es probable que se empleen otros electrodomésticos no incluidos como ventiladores o lavarropas, lo que compensará este sobrante. B. Selección de lámparas y luminarias eficientes En base a estudios realizados para vivienda familiar con LFC [13], [14], se propone la utilización de 2 LFC 3 tubos en U de 11W, (cocina y comedor) instaladas en luminarias sencillas tipo campana enlozada, como se muestra en la “Fig. 6”. Se escoge la LFC 3 tubos en U por demostrarse que tiene mayor rendimiento luminoso para esta luminaria de bajo costo. Para los demás ambientes se propone 1 LFC 20W, tipo globo, 2700°K (en la galería), 2 Lámparas LED (dormitorios) 9W, 2700°K. En los dos tipos de lámparas (LFC Y LED) el índice de reproducción cromática es mayor a 80, parámetro muy importante para la iluminación del hogar, “Fig. 7”.

Figura 6: Curvas de Distribución Luminosa para dos tipos de LFC, helicoidal y 3 tubos en U, en campana enlozada. Fuente:[13]

Figura 7: Vivienda social actual sin modificaciones

Un estudio sobre la iluminación residencial en zona rural, realizado en poblaciones del norte argentino [15], nos muestra información acerca de la ocupación de la vivienda, el resultado de una de sus encuestas se muestra en “Fig.8”, donde se infiere, la necesidad de tener en cuenta la iluminación exterior para este tipo de usuario. Por lo cual se ha previsto el mayor nivel de Iluminancia (E) para ese sector. C. Aportes para una arquitectura bioclimática Entre las soluciones pasivas, aquellas pautas bioclimáticas que mencionamos, se incorporó un diseño de ventanas para aprovechamiento de luz natural, y un sistema de protección de la radiación solar mediante umbráculos, pérgolas y vegetación, según puede apreciarse en la “Fig.9” y la “Fig. 10”. Hay una tendencia internacional en el diseño de fachadas que indica que más vidrio es más luz, eso es erróneo, más vidrio (en los climas soleados) significa más energía consumida, porque ingresa al espacio calor no deseado en verano; y en invierno, los espacios muy vidriados y no protegidos, en algunas orientaciones, hacen necesaria mucha calefacción. Por otra parte, se tiene alto riesgo de deslumbramiento no controlado, lo que ocasiona problemas de visibilidad, malestar y dificultad de realizar tareas visuales.

Figura 8: Estudio sobre la ocupación de los espacios de la vivienda entre pobladores rurales. Fuente: [15]

Además de reducir el consumo de electricidad, si las ventanas de un espacio se diseñan adaptando su posición y orientación teniendo en cuenta el clima de la región, pueden

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 proveer “confort térmico” en invierno y en verano. En edificios de viviendas de interés social, el 42% de las pérdidas de calor de la envolvente corresponden a la carpintería exterior, el 39% a los muros, el 11% al techo y el 8% al piso [5, 16]. Por lo que las ventanas exteriores y los elementos asociados a ellas constituyen un factor clave en la obtención de aprovechamiento de energías renovables y conservación de energías en acondicionamiento termo-lumínico. Entre otras transferencias en curso, el equipo del Laboratorio de Ambiente Humano y Vivienda del Instituto de Ciencias Humanas, Sociales y Ambientales (INCIHUSA-CONICET), Mendoza, ha trabajado junto al Instituto Argentino de Normalización y Certificación (IRAM), en la norma de Ventanas Exteriores, Parte 6: Etiquetado energético de ventanas, que permite clasificarlas según su comportamiento energético en función de su capacidad de controlar las pérdidas térmicas y las ganancias solares [16]. Por último entre muchas mejoras que podrían implementarse [17] y [18], algo de gran importancia para un clima semiárido continental, con vientos sur-este predominantes, es la incorporación de una cortina de protectora árboles para esa fachada a la vivienda como puede observarse en la “Fig. 11”.

Figura 9: Disposición de los módulos fotovoltaicos y el calefón solar en la cubierta de la vivienda. Fuente: elaboración propia.

Figura 11: Detalle de la cortina de árboles protectora de vientos predominantes. Fuente: elaboración propia.

III.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los resultados demuestran que en viviendas situadas en la población de Villa Quebrachos, un Sistema Generador Fotovoltaico (SGFV) compuesto por un campo solar de 6 módulos de 231Wp, regulador de carga, inversor, y un banco de 12 baterías para una autonomía de 5 días sin sol, resulta adecuado para abastecer las necesidades básicas de una familia tipo, si se toman los recaudos correspondientes. Con respecto a las pautas bioclimáticas, será vital poner énfasis en la construcción sostenible. Emplear materiales que provengan o se fabriquen en zonas cercanas, de modo de minimizar la huella ecológica del traslado de los mismos. El aislamiento de la vivienda permite reducir la necesidad de energía para la habitabilidad. Un buen aislamiento es el uso estratégico de la masa térmica para evitar los cambios bruscos de temperatura, y puede lograrse con la colocación estratégica de muros, y es útil tanto en invierno como en verano. La ventilación: No sólo por cuestión de salubridad, sino para mejorar la conservación de las temperaturas en invierno y en verano. Una ventilación estratégica, es clave para climatizar la vivienda y, a su vez, para conservar las temperaturas agradables dentro de casa, evitando o minimizando las pérdidas. Umbráculos, pérgolas y cortinas de árboles: ya sean jardines verticales, cubiertas verdes o plantas ornamentales, y/o árboles, su elección y diseño ha de encajar con la concepción general de la vivienda. Un buen diseño podría priorizar las especies en función de su adaptabilidad al entorno (las plantas autóctonas suelen ser más fáciles de cuidar y sería interesante plantar especies en extinción), de su necesidad de riego, durabilidad y creación de un pequeño ecosistema que atraiga biodiversidad. También es fundamental la disposición de los elementos y la cercanía de la fachada. IV.

Figura 10: Detalle del umbráculo. Fuente: elaboración propia.

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CONCLUSIONES

Para que este prototipo de vivienda funcione en condiciones óptimas y se logre el objetivo de aproximación a una construcción sostenible, deberá: 

Asegurarse un diseño eficiente de iluminación, con adopción de nuevas tecnologías (LED y LFC de última generación), al tratarse de ambientes pequeños, bastará con una luminaria por habitación. Es necesario utilizar las lámparas en luminarias, nunca desnudas, ya

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 que aunque éstas sean de bajo costo, como la campana enlozada, aseguran la mejor distribución del flujo luminoso. 

Informar a los usuarios de la vivienda la importancia de adquirir electrodomésticos eficientes, de menor consumo, preferentemente, etiquetados “A”. Ya que esto cobra mayor relevancia en SGFV por la imprevisibilidad del recurso.



Entregar las viviendas con un Manual del Buen Uso, no sólo referido al mantenimiento del SGFV, también relacionado al encendido y apagado de luces, al aprovechamiento de la luz natural, y la vigilancia en evitar deel encendido simultáneo de electrodomésticos sin uso (radio, TV, computadora).



Mantener en condiciones adecuadas las mejoras de arquitectura bioclimática incorporadas al modelo de vivienda oficial (aislamiento, ventilación, protección de ventanas, galerías, etc.).



Preservar los árboles de la cortina protectora así como la vegetación de la pérgola, umbráculo y jardines.

. REFERENCIAS [22] Programa de Erradicación de Viviendas Rancho, http://viviendasocialsgo.gob.ar/noticias/ [23] Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo, http://www.ar.undp.org/content/argentina/es/home/countryinfo.html [24] Proyecto de Energías Renovables en Mercados Rurales, PERMER, https://permer.se.gob.ar/contenidos/verpagina.php?idpagina=3776 [25] J Barrera, Las Poblaciones Rurales: una oportunidad para las Cooperativas de Abastecimiento de Electricidad. http://www1.inaes.gob.ar/es/articulo.asp?id=599 [26] A Pattini, investigador principal, [INAHE] Instituto de Ambiente, Hábitat y Energía- [CCT - CONICET] Centro Científico Tecnológico - Mendoza [27] V. Volantino, vvolanti@inti.gob.ar INTI Instituto Nacional de Tecnología Industrial [28] Cohenca Cohan, Delia; Bieber Benítez, Daniel; Prototipo de Vivienda Social Bioclimática, Facultad Politécnica, Universidad Nacional de Asunción, San Lorenzo, Paraguay. II Jornadas de Investigación en Ingeniería del NEA y paises limítrofes, UTN Regional Resistencia. [29] Primeras Casas Bioclimáticas en el Sur, www.chubut.gov.ar/uep/archives/015520.php?id=-1 Arq. Liliana de Benito lilianadebenito@yahoo.com, Edgardo Mele, edgardomele@gmail.com [30] 25 Viviendas Bioclimáticas para la Isla de Tenerife, ITER Instituto Tecnológico y de Energías Renovables, Cabildo de Tenerife. [31] Mapa de Santiago del Estero en la RA https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17034720 [32] Atlas Solar de la RA Grossi Gallegos- Righini http://www.aldar.com.ar/novedades-atlas-solar.php [33] Software para cálculo de Energía Solar Fotovoltaica http://calculationsolar.com/es/calcular.php# [34] M Raitelli, C Kirschbaum, S Rigali, F Quiroz, Reemplazo de lámparas incandescentes por Fluorescentes compactas. Comparación de las Condiciones Operativas y de Iluminación Resultantes, IX Congreso Panamericano de Iluminación, Luxamerica 2008, Rosario, Argentina. [35] J Moreno, F Parra, S Rigali, M Raitelli, Iluminación en Vivienda Familiar, X Congreso Panamericano de Iluminación, Luxamerica 2010, Valparaíso, Chile.

[36] C Kirschbaum, G Tonello, M Raitelli, J Mass, Estudio sobre Iluminación Residencial, IX Congreso Panamericano de Iluminación, Luxamerica 2008, Rosario, Argentina. [37] A.E. Pattini, A. Villalba, E. Correa, J.C. Fernández Llano, Análisis de la Certificación de Eficiencia Energética de Ventanas, Índices TermoLumínicos Encuentro Latinoamericano de Uso Racional y Eficiente de la Energía - ELUREE2013, Buenos Aires, Argentina –2013 [38] Arquitectura Bioclimática, ejemplos de adaptación al clima, María López de Asiain Alberich, Universidad Internacional de Andalucía [39] Proyecto Piloto: Diseño, Construcción Y Etiquetado de Consumo Energético, Instituto de la Vivienda, Ministerio de infraestructura, Gobierno de Buenos Aires

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016

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Metodología para evaluar la calidad ambiental y de iluminación en espacios expositivos de casas-museos María Silvana Zamora1, Beatriz M. O´Donell2, Raúl F. Ajmat3, José D. Sandoval4 1- Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión – Universidad Nacional de Tucumán, Argentina, ms_zamora@hotmail.com 2- Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión – Universidad Nacional de Tucumán, Argentina, bodonell@gmail.com 3- Facultad de Arquitectura y Urbanismo – Universidad Nacional de Tucumán, Argentina, rfajmat@hotmail.com 4- Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión – Universidad Nacional de Tucumán, Argentina, jsandoval@herrera.unt.edu.ar Resumen—En los últimos tiempos los deterioros evidenciados en los objetos de museos han obligado a reconsiderar el tipo de patrimonio que puede exhibirse; problemática que se intensifica en las casas-museo que no fueron creadas para preservarlos. Este trabajo presenta una metodología para evaluar la calidad ambiental y de iluminación de espacios expositivos y el grado de adecuación a las condiciones requeridas según la sensibilidad material del patrimonio. Mediciones higrotérmicas y de radiación se realizaron durante 7 días las 24 horas en la biblioteca de un museo. Los resultados indicaron que los niveles higrotérmicos se mantuvieron fuera de lo límites recomendados y que éstos dependen de las variaciones estacionales exteriores. La radiación electromagnética mostró que la iluminancia se mantuvo dentro de los límites aceptables; sin embargo, se requiere el control de la iluminación natural para evitar el decoloramiento y el calentamiento superficial de objetos ocasionados por la radiación ultravioleta e infrarroja. Abstract-- In recent times the damage evident in the museum objects have been forced to reconsider the type of heritage that can be displayed; problem that intensifies in the museum-houses were not created to preserve them. This paper presents a methodology for assessing the lighting and environmental quality in exhibition spaces and the degree of adequacy with the conditions required according to the material sensitivity of the heritage. Hygrothermal and radiation measurements were performed for 7 days 24 hours in the library of a museum. The results indicated that the hygrothermal levels remained outside the recommended limits and that they are dependent on external seasonal variations. Electromagnetic radiation showed that the illuminance remained within acceptable limits; however, control of natural lighting is required to prevent discoloration and surface heating of objects caused by ultraviolet and infrared radiation. I.

E

INTRODUCCIÓN

n los últimos tiempos el deterioro del patrimonio expuesto en los espacios de museos se ha incrementado notoriamente. La falta de control ambiental en la exhibición se constituye actualmente como un área de vulnerabilidad. Más aún en ciudades históricas en particular, los museos se alojan en su mayoría en edificios o casas antiguas que no fueron concebidos para conservar adecuadamente el patrimonio. La contracción y deformación de objetos de madera causada por fluctuaciones estacionales de humedad, la oxidación y corrosión de objetos metálicos o la pérdida de color y el amarilleamiento de textiles, libros y documentos, son ejemplos

muy cotidianos de la acción directa de determinados factores del medio en museos de este tipo. En otros casos, la acción puede ser indirecta, como la proliferación de microorganismos e insectos que degradan cualquier tipo de material sumado a la acumulación de polvo y la contaminación del aire [1]. Conocer estos procesos ha permitido relacionar el efecto del daño con la causa que lo origina y es justamente la forma de preservar los materiales. Analizar la vulnerabilidad de las colecciones implica evaluar la capacidad que tienen las condiciones ambientales para desencadenar procesos de deterioro, los que se verán potenciados de acuerdo a la naturaleza y el estado material de los bienes a conservar. En este sentido los objetos de una colección pueden proceder de materiales orgánicos (tales como ámbar, hueso, marfil, cestería, plumas, laca, piel y cuero, diversidad de papeles, materiales bibliográficos, restos momificados, textiles, madera, etc.), inorgánicos (tales como cerámica, arcilla, fósiles, vidrio, metal, yeso, piedra, entre otros) o de una composición mixta (libros, arte contemporáneo, vestidos y accesorios, muebles, instrumentos musicales, pinturas, esculturas, etc.) y su deterioro a través de los años puede ser consecuencia de factores intrínsecos o extrínsecos al material. Los factores intrínsecos están relacionados a la estructura y composición química del material, ya que dependiendo de la vulnerabilidad de sus constituyentes y la ubicación dentro de la obra podrán producirse diferentes alteraciones y en distinto grado [2]. Defectos en los componentes de una obra –p. ej. la incrustación de sales marinas– pueden originar o potenciar una serie de acciones que conduzcan al deterioro permanente del objeto. Los factores extrínsecos se relacionan con los agentes biológicos de degradación y propios del ambiente como la temperatura ambiente, la humedad relativa y la contaminación ambiental y con los adicionales como la iluminación, necesaria para la percepción visual de los objetos. Del desequilibrio en sus niveles es que diversas normas y estudios específicos en objetos de museos dirigen sus esfuerzos para establecer límites de exposición que eviten en lo posible los daños materiales. La Sociedad Americana de Ingenieros en Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE) recomienda temperaturas entre 15°C y 25°C con fluctuaciones máximas diarias y horarias de 5°C, humedades relativas entre el 40% y el 60% con fluctuaciones máximas diarias y horarias del 10% para la mayoría de los materiales orgánicos hallados

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en museos, lo que denominan criterio clase B adecuado para edificios patrimoniales [3]. Otros estudios especifican una temperatura menor a 20°C y una humedad relativa estable entre el 45% y el 55% [4]. Por su parte el Comité Internacional de Iluminación (CIE) establece una iluminancia de hasta 50 lux con una exposición anual de 150klux para materiales de sensibilidad media como el papel, dibujos o impresos y manuscritos, una proporción de radiación ultravioleta de hasta 10μW/lm y el bloqueo total de la radiación infrarroja [5]. Este trabajo propone una metodología para evaluar la calidad ambiental y de iluminación de espacios destinados a la exhibición de objetos que no cuentan con sistemas de acondicionamiento. El objetivo principal fue determinar si las condiciones ambientales son adecuadas para el patrimonio que se exhibe en la sala, teniendo en cuenta las normas de conservación vigentes y ponderando el tiempo en que las variables y sus fluctuaciones se mantienen fuera de los límites recomendados y evaluar además, las alternativas de exposición para los objetos altamente sensibles. II.

A.

Th). Son consideradas más peligrosas que las fluctuaciones de periodo largo dado que su velocidad puede provocar deterioros permanentes en los materiales más vulnerables. B.

Descripción del caso de estudio La metodología propuesta fue aplicada en el Museo Casa Histórica de la Independencia (ca 1760-1780) de Tucumán, Argentina (Fig. 1).

METODOLOGÍA

Generalidades La caracterización de las condiciones ambientales tiene como finalidad proporcionar datos objetivos de determinados parámetros para evaluar y diagnosticar la influencia del ambiente en el estado de conservación de una obra u objeto. Para ello se analiza el grado de adaptación de los niveles de temperatura (en adelante T), humedad relativa (en adelante HR), iluminancia (en adelante E), radiación ultravioleta (en adelante EUV) y radiación infrarroja (en adelante EIR) del espacio expositivo, con los límites establecidos como seguros por las recomendaciones de museos. Los datos más relevantes se obtienen definiendo un periodo de tiempo (por ejemplo una semana, una semana por cada estación, un mes o un año) y una frecuencia de muestreo, con el fin de obtener información lo suficientemente precisa del comportamiento ambiental de un espacio [1,5]. Los datos primarios y la simbología utilizada se detallan a continuación, donde el subíndice indica el periodo de tiempo para la hora ‘h’, día ‘d’, mes ‘m’ o año ‘a’: - Valores medios diarios (HRd, Td, Ed, Ed,UV, Ed,IR), mensuales (HRm, Tm, Em, Em,UV, Em,IR) y anuales (HRa, Ta, Ea, Ea,UV, Ea,IR). - Fluctuaciones higrotérmicas de ‘periodo largo’ o fluctuaciones higrotérmicas medias mensuales (HRm, Tm) consideradas en sí mismas una causa de deterioro. - Fluctuaciones higrotérmicas de ‘periodo corto’ o fluctuaciones medias diarias (HRd, Td) y horarias (HRh,

Fig. 1 Museo Casa Histórica de la Independencia, Tucumán, Argentina.

En sus inicios se trataba de una casa construida con muros de tierra apisonada –tapial– y adobes, solo una pequeña parte había sido construida con ladrillos. El clima lluvioso de la ciudad y las características de los materiales contribuyeron a un deterioro permanente que en 1904 llevó a la demolición total de la casa conservándose únicamente el Salón de la Jura, donde se declaró la Independencia del país. En 1941 la Casa de la Independencia se declara Monumento Histórico Nacional y se inician los proyectos que llevarían a su reconstrucción ya con muros de ladrillos. En la actualidad, el museo no cuenta con sistemas de acondicionamiento ambiental y la iluminación artificial consiste en lámparas incandescentes halógenas de 50W, con sistema de dimerización. La contribución de luz natural es reducida en algunos casos debido a que las puertas y ventanas permanecen mayormente cerradas. En general, las puertas utilizadas por los visitantes durante el recorrido del museo permanecen abiertas. El estudio experimental se llevó a cabo en la biblioteca del museo (Fig. 2), un área empleada principalmente por el personal y un grupo reducido de científicos, historiadores, educadores, entre otros, que permanece abierta al público de 7:30 a 17 horas.

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65

Fig. 2 Planimetría del Museo Casa Histórica de la Independencia, Tucumán, Argentina. Ubicación de la Biblioteca.

III.

RESULTADOS

A. Cualificación higrotérmica durante el periodo de estudio La Fig. 3 muestra el comportamiento de la T y la HR por día indicando la zona segura recomendada para la mayoría de los objetos de museo, inclusive para el papel.

Variación media de temperatura y humedad relativa en junio de 2016 40 90 85 35

30

70 65

25

60 55 50

20

45

Temperatura (°C) Humedad relativa (%)

15

Humedad relativa (%)

80 75

Temperatura (°C)

El patrimonio expuesto en la biblioteca del museo se compone de textos clásicos referentes al Congreso de 1816, los últimos debates historiográficos, revistas y diversidad de libros de museología, conservación, restauración y literatura. Una de las colecciones más destacadas es la denominada Biblioteca Tucumana, donada por Miguel Alfredo Nougués en 1984 la cual consta de 551 volúmenes y es considerada la mayor colección de fuentes y bibliografía de los siglos XVIII y XIX sobre la historia de Tucumán. Las mediciones se llevaron a cabo mediante un instrumento medidor de condiciones ambientales que se compone de un sensor de temperatura termorresistivo (-10°C a 50°C; ±0,5°C), un sensor capacitivo de humedad relativa (3% a 100%; ±3%), un sensor de iluminancia tipo fotodiodo (0 a 1000 lux; ±3 lux), un fotodiodo para radiación IR (0 a 600 uW/cm2; ±10 uW/cm2) y un fotodiodo para radiación UV (0 a 200 uW/cm2; ±4 uW/cm2). El registro de los datos se hizo en un único punto cada 5 minutos en forma continua durante los 7 días las 24 horas en junio de 2016, por medio de una aplicación desarrollada en el software gráfico Labview, obteniendo así información suficiente del comportamiento de las variables por hora y por día. Durante el periodo de monitoreo se mantuvieron fijas las condiciones de iluminación artificial y la ubicación de los objetos dentro de la sala.

40 35 30

10 0

1

2

3

4

5

6

7

8

Día

Fig. 3 Temperatura y humedad relativa media por día durante el periodo estudiado.

Se observa que los niveles higrotérmicos medios diarios se mantuvieron fuera de los límites seguros alcanzando una Td máxima de 15°C y una HRd máxima del 70% en el día 1. La Fig. 4 muestra la variación higrotérmica media por hora durante el periodo estudiado. Se muestra claramente como las variables higrotérmicas tienen a comportarse de manera inversa. Así la temperatura presenta sus mínimos durante las primeras horas del día, sus máximos a partir del mediodía disminuyendo hacia la noche en acuerdo con el comportamiento natural de la temperatura exterior. La Fig. 5 muestra la variación de la iluminancia por hora durante el periodo estudiado.

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 B. Cualificación de la radiación electromagnética durante el periodo de estudio La Fig. 5 muestra la variación de la iluminancia por hora.

80

32,5

75

30,0

70

27,5

65

25,0

60

22,5

55

20,0

50

17,5 15,0

45 Temperatura (°C) Humedad relativa (%) 40

12,5

35

70

Humedad relativa (%)

Temperatura (°C)

Variación media de temperatura y humedad relativa por hora en junio de 2016 35,0

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

50

40

30

20

10

30

10,0

60

Iluminancia E(lux)

66

22

Hora del día (horas)

0

Fig. 4 Temperatura y humedad relativa media por hora durante el periodo estudiado.

-10

Un análisis de varianza se utilizó para evaluar la dependencia del comportamiento higrotérmico en relación al día y la hora indicando que el día es el factor fuertemente significativo en el comportamiento de ambas variables (FT (6,1678)=383 y FHR (6,1678)=146, p<0,05) y en menor medida la hora (FT (23,1678)=75 y FHR (23,1678)=95, p<0,05), resultando significativa además la interacción entre ambos factores (FT (137,1564)=400 y FHR (137,1564)=156, p<0,05). Dado que la interacción entre los factores resultó significativa se analizan en la Fig. 5 las fluctuaciones higrotérmicas de periodo corto (hora/día) por medio una matriz que pondera el tiempo en que las fluctuaciones se encuentran fuera de los límites establecidos como seguros [6]. Como se observa prácticamente el 100% del tiempo las fluctuaciones horarias de periodo corto se mantuvieron dentro del área segura para el tipo de material que se analiza (papel); sin embargo, el análisis de las fluctuaciones diarias de HR indican que el 40% del tiempo se mantuvieron fuera del límite, alcanzando una fluctuación máxima del 20% de HR. Fluctuación horaria de temperatura Th(°C)

5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Fluctuación horaria de humedad relativa  HRh (°C)

Fig. 5 Fluctuaciones horarias de temperatura y humedad relativa durante el periodo estudiado.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Hora del día (horas)

Fig. 6 Iluminancia media por hora durante el periodo estudiado.

Se observa claramente el horario de apertura y cierre de la biblioteca y en el área central una variación que va en incremento para descender a partir de las 15 horas, lo que podría atribuirse al ingreso parcial de iluminación natural (ya que en este caso se encuentra contigua al patio central del museo, Fig. 2). Los niveles medios máximos alcanzados fueron mayores a los 50 lux recomendados para materiales de sensibilidad media. La dispersión de los datos podría indicar también el uso del espacio y las diferentes actividades que allí se realizan. Un análisis de varianza de dos factores (día y hora) confirmó que la hora es el factor fuertemente significativo en el comportamiento de la iluminancia (FE (23,1678)=378, p<0,05) y en menor medida el día (FE (6,1678)=28, p<0,05). Respecto de la radiación IR el análisis de varianza indicó que la hora es el factor fuertemente significativo (FE,IR (23,1678)=480, p<0,05) y en menor medida el día (FE,IR (6,1678)=13, p<0,05) al igual que en la iluminancia. En relación al análisis de la radiación UV indicó por el contrario que el día es el factor significativo en el comportamiento de esta radiación (FE,UV (23,1678)=23, p<0,05) y no así la hora (FE,UV (23,1678)=2, p>0,05); sin embargo, en comparación con las otras variables esta significancia es mucho menor. Por último se presentaron únicamente correlaciones entre la radiación IR y la T y la radiación IR y la iluminancia. La Fig. 7 muestra el comportamiento de la radiación infrarroja y ultravioleta durante el periodo de estudio. La radiación IR tiende a seguir el mismo comportamiento que la iluminancia (Fig. 6) a lo largo del día, presentando un incremento durante las primeras horas de apertura de la sala y sus máximos alrededor de las 13 horas para luego ir en descenso hasta su cierre a partir de las 18 horas en acuerdo con el análisis estadístico. En cuanto a los niveles de radiación UV fueron prácticamente nulos durante el día y las variaciones a través de los días resultaron también no significativas.

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4,0

Nivel de radiación (uW/cm 2)

3,5 3,0 2,5 Radiación ultravioleta UV Radiación infrarroja IR

2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0

1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23

26

Hora del día (horas)

Fig. 7 Radiación infrarroja y ultravioleta media por hora durante el periodo estudiado.

Lo anterior podría implicar que las variaciones de la radiación electromagnética en el interior de la sala se deben principalmente a las variaciones de la iluminación natural y no a variaciones dadas por la iluminación artificial ya que la iluminancia y la radiación IR presentan el mismo comportamiento que el ciclo solar. El análisis descriptivo y estadístico de los datos indica que el comportamiento de la temperatura y humedad relativa en salas no acondicionadas depende principalmente de las variaciones climáticas exteriores y en caso de la iluminación su comportamiento dependerá del uso o no de la iluminación natural. IV.

DISCUSIÓN

A partir del análisis de las variables ambientales es posible determinar si el material documental que compone la colección de la Biblioteca del Museo Casa Histórica de la Independencia se resguarda en las condiciones adecuadas de acuerdo a su V. composición material. Entre los materiales característicos que componen los libros y documentos de la biblioteca se encuentran el cuero y la tela, el papel impreso, manuscritos, papel periódico, fotografías en blanco y negro y dibujos que, de acuerdo al criterio ASHRAE clase B, deben ser sometidos a una humedad relativa entre el 40% y el 60% y una temperatura entre 15°C y 25°C. En el caso del material fotográfico la temperatura ideal es de 18°C y la humedad relativa entre el 40% y el 60%. Las condiciones higrotérmicas mencionadas son las que, en principio, deben tomarse como referencia pues es una tarea casi imposible lograr un ambiente en que todos los objetos se encuentren en sus niveles óptimos, sumado al estado de conservación propio de cada pieza. Los resultados de la cualificación higrotérmica de la sala indican que tanto la temperatura como la humedad relativa se encuentran fuera de los límites recomendados para patrimonio documental. De acuerdo a ASHRAE B la temperatura se mantuvo por debajo del mínimo aceptable (15°C) siguiendo el comportamiento natural de la temperatura exterior en invierno

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y la humedad relativa se mantuvo por encima del máximo permitido (60%). Respecto de las fluctuaciones horarias de periodo corto, analizables por la duración del periodo de estudio, permanecieron dentro de los límites permitidos (HRh<10% y Th<5°C) pero no así las fluctuaciones diarias de periodo corto que en el caso de la humedad relativa, alcanzaron el 20%. Lo anterior significa que las condiciones higrotérmicas no son adecuadas para la conservación del papel, principalmente por los altos contenidos de humedad y sus fluctuaciones que se consideran críticos para los materiales orgánicos ya que el papel puede expandirse, ondularse o encogerse ocasionando daños físicos irreversibles. La humedad acelera la reacción de la oxidación de la celulosa favoreciendo la formación de ácidos que causan del amarilleamiento y debilitación del papel. Cuando el ambiente es demasiado seco, el papel se reseca y pierde su flexibilidad convirtiéndose en un material frágil y difícil de manejar [4]. Respecto de la radiación electromagnética los niveles máximos de iluminancia alcanzados durante el periodo de estudio son superiores a los 50 lux recomendados para materiales como el papel; sin embargo, dado que la iluminancia dependió fuertemente del ingreso de la iluminación natural durante el día, la iluminancia media en el horario de apertura de la biblioteca resulta de 40 lux, en acuerdo con lo recomendado para el patrimonio expuesto. En este sentido, se requiere el registro de información durante un periodo prolongado de tiempo (un año) para evaluar la dosis de exposición acumulada. Por último si bien el aporte de la radiación infrarroja en el interior de la biblioteca fue reducido debe considerarse la instalación de filtros que bloqueen por completo esta componente evitando así, que el uso de la iluminación natural afecte al patrimonio expuesto. En el caso de la radiación UV el aporte fue prácticamente nulo en acuerdo a lo recomendado por la CIE. CONCLUSIÓN

Se propuso una metodología para evaluar la calidad medioambiental del patrimonio en una casa-museo construida con diferentes tipos de materiales. La investigación se basa en el monitoreo de los parámetros medioambientales en un periodo de tiempo corto (una semana). Los datos relevados se evaluaron en término de valores medios y los parámetros higrotérmicos en término de valores medios diarios y horarios ponderando el tiempo en que sus fluctuaciones se mantienen fuera de los límites recomendados. Los resultados obtenidos indicaron que es necesario un acondicionamiento ambiental mínimo en museos de este tipo, ya que el comportamiento higrotérmico dependerá de las condiciones climáticas con la presencia de fluctuaciones importantes en las estaciones más inestables como lo son la primavera y el otoño y en el caso del empleo de la iluminación natural el aporte de radiaciones no deseadas debe controlarse para evitar daños como la pérdida de color dada por radiaciones ultravioletas o el calentamiento de la superficie de objetos dado por radiaciones infrarrojas.

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La aplicación de esta metodología en conjunto con los curadores de museos, permitirá detectar las causas de daños sin tener que implementar sistemas costosos y altamente energéticos como alternativas de solución. Este conocimiento es beneficioso para la búsqueda de un equilibrio que contribuya también a la protección de edificios históricos. Se cree que el comportamiento higrotérmico observado en esta casa-museo es típico de los museos de la región por lo que los resultados de esta metodología pueden extenderse a otros casos, con el fin de implementar soluciones reales que contribuyan a una conservación preventiva sostenible del patrimonio. REFERENCIAS [5]

J. A. Herráez, G. Enríquez de Salamanca González, M. J. Pastor Arenas y T. Gil Muñoz, “Manual de seguimiento y análisis de condiciones ambientales”. Madrid: Ministerio de Educación, Cultura y Deporte, 2014. [6] V. Valgañón, Biología aplicada a la conservación y restauración. Madrid: Síntesis S.A, 2008. [7] ASHRAE, “Chapter 23: Museums, galleries, archives and libraries”. En R. a.-C. American Society of Heating, Applications, AHSRAE Handbook – HVAC, 2011, pp. 1-22. [8] J. Vergara Peris, Conservación-restauración de material cultural con soporte papel, Valencia: Conselleria de Cultura, 1994. [9] CIE, “Control of damage to museum objects by optical radiation”. Austria: International Commission on illumination, 2004. [10] S. P. Corgnati, V. Fabi, and M. Filippi, “A methodology for microclimatic quality evaluation in museums: Application to a temporary exhibit”, Building and Environment, vol. 44, pp. 1253–1260.

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Eficiencia Energética en el Alumbrado Público. Resultados de una Evaluación a gran escala Leonardo Assaf1, Hugo Santiago Arévalo Pesántez2 1- Investigador y docente de grado y postgrado del Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión, DLLyV, Universidad Nacional de Tucumán. Director del Programa de Investigación Sistemas de Energía y responsable del laboratorio de ensayos de fuentes y equipos, Tucumán, Argentina lassaf@herrera.unt.edu.ar 2- Superintendente de Alumbrado Público, Empresa Eléctrica Regional Centro Sur, Cuenca, Ecuador. Maestrando del Postgrado MAVILE del Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión, DLLyV, Universidad Nacional de Tucumán. harevalo@centrosur.gob.ec Resumen—Se describe una evaluación en gran escala sobre el alumbrado público de la ciudad de Cuenca, Ecuador, realizada con la colaboración del ente encargado de gerenciar el sistema, la empresa Eléctrica Regional Centrosur. En razón de que la eficiencia energética en el alumbrado público no está regulada en el Ecuador, se recurrió como metodología de la evaluación a lo establecido por la norma española, tal como lo especifica el Reglamento de Eficiencia Energética en Instalaciones de Alumbrado Exterior y sus Instrucciones Técnicas Complementarias (Real Decreto Nº 1890/2008) que entró en vigencia en el año 2009 y refleja la normativa europea en la materia. El sistema de alumbrado de Cuenca -en continua expansiónalcanzaba, en el área de concesión de la Empresa Eléctrica Centro Sur, al mes de Diciembre de 2014, las 105.941 luminarias y particularmente en el cantón Cuenca 55.748 luminarias. La evaluación, que insumió un año de mediciones, permitió relevar el alumbrado de unas 197 vías de la ciudad, habiéndose levantado más de 2.955 puntos de medición. El relevamiento permitió la determinando iluminancia horizontal sobre la calzada, puntual, media, mínima y máxima; las regularidades transversal y longitudinal y la calificación de eficiencia energética de las arterias relevadas. A fin de considerar la incidencia de la depreciación luminosa, se utilizaron registros del sistema de información geográfico vigente (ARCGIS) y se replicaron los cálculos con un programa de computación. El presente estudio se propone como tributario del sistema GIS vigente en el sistema eléctrico de Ecuador, en el rubro Eficiencia Energética de las redes de alumbrado público. Como conclusión, se determinó que el sistema muestra que el 81% de las vías mostraba un nivel excesivo de iluminancia y un 13% un nivel deficiente. Sólo el 6% de las calzadas cumplía cabalmente (óptimo) con lo establecido por la reglamentación ITC-EA-02 y UNE-EN 13201. Esta experiencia -a nivel piloto- está destinada a servir de modelo para el diseño de regulaciones de eficiencia energética en el Ecuador, mostrando lo que podría esperarse en el tránsito del actual modelo voluntario a la aplicación de un marco regulatorio.

luminaires. The evaluation, it took for a year of measurements, allowed lighting relieves some 197 roads in the city, having risen more than 2,955 measurement points. The survey allowed determining horizontal illuminance on the road, punctual, average, minimum and maximum; the transverse and longitudinal regularities and energy efficiency rating of the arteries surveyed. In order to consider the incidence of the light depreciation, records existing geographic information system (ARCGIS) were used and calculations with a computer program replicated. This study is proposed as a tributary of the existing GIS system in the electrical system of Ecuador, in the Energy Efficiency category of public lighting networks. In conclusion, it was determined that the system shows that 81% of the roads showed an excessive level of illuminance and 13% poor level. Only 6% of the roads completely fulfilled (optimal) with the provisions of ITC-EA02 regulation and UNE-EN 13201. This level experience -a pilot is intended to serve as a model for designing energy efficiency regulations in Ecuador, showing what could be expected in the transition from current voluntary model to the implementation of a regulatory framework. I.

E

l alumbrado público tiene por objeto la creación de un ambiente visual nocturno que permita la visibilidad e identificación precisa de las personas y objetos en las vías transitadas. La buena iluminación urbana trae –por ende- una reducción del riesgo de accidentes de vehículos y peatones, aumenta la seguridad de las personas y propiedades disminuyendo los delitos en vías públicas. Iluminar es una necesidad, hacerlo en forma racional, eficiente y con el menor impacto ambiental son los objetivos planteados en el presente trabajo, una obligación de toda sociedad responsable. II.

Abstract-- An assessment described in large-scale public lighting of the city of Cuenca, Ecuador, with the collaboration of the entity in charge of managing the system, Empresa Eléctrica Regional Centrosur C.A. (South Central Regional Electric Company). Because of that energy efficiency in street lighting is not regulated in Ecuador, it was used as evaluation methodology as established by the Spanish Standard, as specified by the Regulation on Energy Efficiency in Facilities Outdoor Lighting and Instructions Complementary techniques (Decreto Real Nº 1890/2008) which entered into force in 2012 and reflects the European legislation on the matter. The lighting system -in continuous expansion- reached Cuenca, in the concession area of Centrosur, as of December 2014, 105,941 luminaires and particularly in the canton Cuenca 55,748

INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS

Son objetivos del presente estudio: 1) Evaluar la eficiencia energética de instalaciones de alumbrado público, considerando como prototipo el caso de la ciudad de Cuenca. 2) Realizar mediciones de iluminancia en campo para establecer planes de mantenimiento preventivo. 3) Determinar los efectos de depreciación luminosa en la eficiencia, a fin de considerarla como criterio de mantenimiento de instalaciones.

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

4) Analizar los efectos de la adopción de un reglamento de eficiencia energética en el Ecuador, medido en términos de ahorro de energía. III.

ALCANCE

La referencia [1] puede ser una partida para llegar en un futuro cercano a establecer un reglamento que norme la calificación energética y un etiquetado en las instalaciones de alumbrado público en todo el país. Con los resultados obtenidos de las mediciones de iluminancia en campo, se podrá verificar el estado actual de las instalaciones de alumbrado público de la ciudad de Cuenca y comparar con los niveles de referencia establecidos por la normativa, además con los resultados de las diferentes simulaciones lumínicas efectuadas con los programas de iluminación podremos llegar a determinar la depreciación que han sufrido las instalaciones de alumbrado para las vías estudiadas. Mediante la utilización de un Sistema de Información Geográfico (GIS) y como un aporte al presente trabajo se procede a realizar la representación gráfica de la calificación energética y etiquetado de las vías mediante la aplicación de un GIS (ARCGIS). IV.

INFORMACIÓN ACTUAL DEL SISTEMA DE ALUMBRADO PÚBLICO EN LA CIUDAD DE CUENCA

El sistema de alumbrado público de la ciudad de Cuenca es administrado por CENTROSUR y se compone principalmente de la iluminación vial e iluminación ornamental, como: parques, canchas deportivas, plazas, templos, monumentos, fachadas, glorietas, etc. A partir del año 2002, la CENTROSUR acogiéndose a las disposiciones del Ministerio de Electricidad, emprendió principalmente en las zonas urbanas de la ciudad de Cuenca un programa de mejoramiento del sistema de alumbrado público mediante la sustitución de luminarias de vapor de mercurio por luminarias de vapor de sodio alta presión, mejorando notablemente los niveles de iluminación. Con el pasar de los años, se ha logrado reducir el consumo de energía eléctrica en los sistemas de alumbrado público, mediante la incorporación de Programas de Mejoramiento de la Eficiencia y Ahorro Energético en el Alumbrado Público en toda el área de concesión, tal es el caso, utilizando para el recambio luminarias de vapor de sodio alta presión, doble nivel de potencia.

eléctrica, mientras que los sistemas de iluminación ornamental son construidos generalmente a través de circuitos expresos propios. IV.I IMPORTANCIA ENERGÉTICA DEL ALUMBRADO PÚBLICO EN EL CANTÓN CUENCA IV.I.I CONSUMO A DICIEMBRE DE 2014

La información técnica del alumbrado público en el cantón Cuenca con corte a diciembre de 2014, se han obtenido del catastro de alumbrado público elaborado por el Departamento de Información Geográfica SIGADE [2]. Un resumen se indica en la tabla 1.

Tabla 1. Datos estadísticos de Alumbrado Público en el cantón Cuenca – 2014 IV.I.II POTENCIA Y ENERGÍA DEMANDADA POR EL ALUMBRADO PÚBLICO AL SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICO

Durante el año 2014, la demanda de potencia por alumbrado público creció un 7,81% respecto del año 2013, alcanzando 10,35 MW. La demanda máxima de potencia de la CENTROSUR en bornes de generación fue de 169,99 MW, por tanto, el alumbrado público del cantón Cuenca significó un 6,08% de la demanda de la Empresa, tal como se observa en la tabla 2.

Tabla 2. Importancia energética del alumbrado público, tanto en energía como potencia.

En cuanto a consumo (3.762.582 kWh) representó el 4,68% del total generado por el sistema, que fueron 80.288.910 kWh. IV.II LUMINARIAS INSTALADAS EN EL SISTEMA DE ALUMBRADO PÚBLICO

Al 31 de diciembre de 2014, el sistema de alumbrado del cantón Cuenca alcanzaba las 55.748 luminarias, que representa un incremento del 8.15% respecto a diciembre del año 2013 (51.545 luminarias), con una potencia media de 186 W por luminaria. En la figura 1 se observa el resumen de las luminarias instaladas en el año 2014.

En la actualidad, el alumbrado público se ha constituido en uno de los servicios de prioridad prestados por parte de la Empresa a la ciudadanía, como elemento determinante de la seguridad y el bienestar, es así como día a día se ha ido incrementando este servicio a tal punto de contar a finales del mes de diciembre de 2014, con 105.941 luminarias en el área de concesión y particularmente en el cantón Cuenca con 55.748 luminarias. Las luminarias que constituyen el sistema de alumbrado público de la ciudad, se encuentran instaladas la mayor parte de ellas utilizando la infraestructura de las redes de distribución

Fig. 1. Cantidad de luminarias instaladas en el cantón Cuenca.

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 En el cantón Cuenca, las calles y avenidas se encuentran iluminadas por luminarias de vapor de sodio a alta presión, tanto de simple como de doble nivel de potencia, y en menor cantidad con luminarias de vapor de mercurio, las mismas que se encuentran en la etapa de eliminación gradual por ser ineficientes y contaminantes para los seres humanos y los ecosistemas. En la tabla 3 y figura 2 se indica la cantidad y tipo de luminarias instaladas.

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En el alumbrado vial se encuentran instaladas luminarias de vapor de sodio de alta presión de 70W, 100W, 150W, 250W y 400W, y proyectores de sodio de alta presión como un caso especial, instalados en torres comúnmente en redondeles y parterres como complemento a la iluminación vial. De las 31.627 luminarias, 31.323 son de vapor de sodio, 10.199 corresponden a simple nivel de potencia (SNP) y 21.125 a doble nivel de potencia (DNP), según se indica en la tabla 5.

Tabla 5. Cantidad de luminarias de SNP y DNP. Tabla 3. Cantidad y tipo de luminarias instaladas

En el alumbrado ornamental se utilizan proyectores de sodio, proyectores de mercurio halogenado y desde poco tiempo atrás luminarias LED.

En resumen el 67,44% de luminarias de Sodio son de Doble Nivel de Potencia. V.

NORMATIVA ECUATORIANA VIGENTE EN EL ALUMBRADO PÚBLICO

En la actualidad la normativa que rige la prestación del servicio de alumbrado público en Ecuador, es la siguiente: La Regulación CONELEC 008/11 y su Sustitutiva 005/14, cuyo objetivo es “Normar las condiciones técnicas, económicas y financieras que permitan a las Distribuidoras de energía eléctrica prestar el servicio de alumbrado público general con calidad, eficiencia y precio justo” [3].

Fig. 2. Tecnología de luminarias instaladas en el cantón Cuenca.

De acuerdo a lo establecido en la Regulación CONELEC 005/14, las empresas de distribución del país son responsables del alumbrado público general; es decir la iluminación de vías públicas, por tanto considerando únicamente el alumbrado vial, tenemos que en la ciudad de Cuenca se encuentran instaladas un total de 31.627 luminarias, repartidas de acuerdo a lo indicado en la tabla 4. El 98,63% son luminarias de vapor de sodio de alta presión; el 0,40% son proyectores de sodio de alta presión; el 0,02 % son del tipo LED; y el 0,93% restante son de mercurio de alta presión.

Tabla 4. Luminarias del alumbrado público vial de la Zona Urbana de Cuenca

El Reglamento Técnico Ecuatoriano RTE INEN 069 (1R) “Alumbrado Público”, cuyo objeto es establecer los requisitos que deben cumplir los equipos y elementos constituyentes del sistema de alumbrado público general, para garantizar los niveles y calidad de la energía lumínica requerida en la actividad visual, la seguridad en el abastecimiento energético, y la preservación del medio ambiente [4]. VI.

MEDICIONES LUMINOTÉCNICAS EN LAS INSTALACIONES DE ALUMBRADO PÚBLICO DE LA CIUDAD DE CUENCA

VI.I COMPROBACIONES ANTES DE REALIZAR LAS MEDIDAS

Previo a realizar las medidas en campo, es importante comprobar cuatro puntos para verificar la validez de las medidas de iluminancia en las instalaciones de alumbrado público vial. Los puntos son: a)

Geometría de la instalación: los cálculos y medidas serán representativos para todas aquellas zonas que tengan la misma geometría en cuanto a:

-

Distancia entre puntos de luz; Altura de montaje de los puntos de luz que intervienen en la medida; Longitud del brazo, saliente e inclinación; Ancho de calzada; Dimensiones de aceras, medianas, etc.

-

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Las medidas serán correctas, si los parámetros antes indicados son constantes a lo largo de la vía.

Dónde: E1 = (B1 + B5) / 2

E7 = B3

E2 = (C1 + C5) / 2

E8 = C3

E3 = (D1 + D5) / 2

E9 = D3

b) Voltaje de alimentación: durante la medida se registrará el valor del voltaje de alimentación mediante un voltímetro registrador. c)

E4 = (B2 + B4) / 2

Influencia de otras instalaciones: Con el fin de evitar el efecto de otras instalaciones de alumbrado en los valores medidos de iluminancia de una instalación, se establece que dentro de la zona de medida, deberá apagarse durante la medida, cualquier luminaria que no pertenezca a dicha instalación.

d) Condiciones meteorológicas: las medidas deben realizarse con tiempo seco y con los pavimentos limpios. El presente trabajo aborda el tema de ILUMINANCIA, debido a que el Reglamento de Eficiencia Energética en Instalaciones de Alumbrado Exterior, en su Instrucción Técnica Complementaria ITC-EA-01 para el cálculo de la eficiencia energética de una instalación, hace referencia a la iluminancia media en servicio de la instalación (Em).

VI.II MÉTODO SIMPLIFICADO DE MEDIDA DE LA ILUMINANCIA MEDIA

Para determinar de una forma estándar y simplificada, la iluminancia media (Em), así como también las uniformidades media (Um) y general (Ug), el reglamento de Eficiencia Energética Español contempla el método denominado de los “nueve puntos” [5]. Mediante el luxómetro se mide la iluminancia en los quince puntos resultantes de la intersección de las abscisas B, C, D, con las ordenadas 1, 2, 3, 4 y 5, de la figura 3.

E5 = (C2 + C4) / 2 E6 = (D2 + D4) / 2

La uniformidad media (Um) de iluminancia es el cociente entre el valor mínimo de las iluminancias Ei calculadas anteriormente y la iluminancia media (Em). La uniformidad general o extrema (Ug) se calcula dividiendo el valor mínimo de las iluminancias Ei entre el valor máximo de dichas iluminancias. VI.III CONDICIONES GENERALES DE LA PRUEBA

El área seleccionada para la medición, debe cumplir con los siguientes requisitos:     

No presentar obstáculos que obstruyan la distribución luminosa de las luminarias (árboles, automóviles estacionados, etc.). El tramo de la vialidad para las mediciones debe ser recto e incluir al menos tres luminarias, las cuales deben permanecer encendidas. Se debe buscar un tramo que no sea afectado por otras fuentes de luz u objetos que obstruyan la luz emitida por las luminarias. El recubrimiento de las calzadas no debe presentar ondulaciones que impidan la visualización de los puntos de medición o la horizontalidad del luxómetro. No deben tomarse mediciones cuando la calzada este mojada, debido a la reflexión especular de la superficie mojada.

VI.IV MARCACION DE LA VÍA

Fig. 3. Determinación de la iluminancia media y uniformidades mediante el método de los nueve puntos.

La iluminancia media es la siguiente:

De acuerdo a lo establecido en el método de los nueve puntos procedemos a la marcación de la retícula de medida en función de la disposición de las luminarias, en sentido longitudinal, la retícula cubrirá el tramo de superficie iluminada comprendido entre dos luminarias consecutivas y en sentido transversal, deberá abarcar el ancho de área aplicable a la calzada, tal y como se representa en la figura 3. Los puntos de medida se dispondrán, uniformemente separados y cubriendo todo el área aplicable, siendo su separación longitudinal D igual a S/4, y su separación transversal d igual a a/2. Las figuras 4 y 5 muestran la medida y marcación de los puntos en la grilla de medición.

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VI.VI PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN

La iluminancia debe medirse sobre la superficie seleccionada de la vía en los puntos especificados según la figura 3. Todas las fuentes de luz que pertenecen a la instalación del alumbrado a medirse deben ser visibles y estar encendidas, mientras que aquellas fuentes que no lo sean deben apagarse (avisos luminosos, faros de automóviles, etc.). Fig. 4. Medida del ancho de la calzada

Para estar seguros de la confiabilidad de las mediciones se debe tener en cuenta los siguientes puntos:    

La correcta geometría de la instalación: altura de montaje, avance, ángulo de inclinación de la luminaria, separación entre dos puntos de luz, ancho de la calzada. El personal que interviene en las mediciones no debe producir sombras en el campo de medición, ni bloquear la luz hacia el aparato de medición. Las mediciones se deben tomar al nivel de piso, de noche, bajo condiciones mínimas de iluminación natural. Las luminarias deben estar en régimen normal de funcionamiento.

Fig. 5. Marcación del punto de medida VI.VII TOMA DE DATOS VI.V EQUIPOS UTILIZADOS

Los equipos utilizados para la realización de las mediciones luminotécnicas en las instalaciones de alumbrado público, son los siguientes:    

Analizador de calidad eléctrica Iluminancímetro o Luxómetro Cinta métrica CL3121 Portátil Trifásico KWH Medidor Calibrador

VI.V.I Iluminancímetro o Luxómetro: El luxómetro portátil digital utilizado en el presente trabajo es el caracterizado por la firma GOSSEN, modelo Mavolux ML 5032B de propiedad de la firma Schréder (Ecuador) y prestado al suscrito para las mediciones de iluminancia, figura 6. Luxómetro: Equipo que proporciona el valor del nivel de iluminación sobre una superficie.

Fig. 6. Luxómetro Mavolux ML 5032B

Cabe indicar que los equipos utilizados cuentan con los certificados de calibración en laboratorio.

Para la elaboración de este estudio se ha realizado un trabajo de campo con la finalidad de registrar la cantidad de luz que emiten las luminarias instaladas en las principales avenidas y calles de la ciudad de Cuenca. Las mediciones de iluminancia en campo se iniciaron a finales del mes de octubre del año 2014 y a lo largo de sucesivas noches durante 90 días, en horarios desde las 21h00 hasta las 23h00, debido a que a partir de esta hora el tráfico vehicular es mínimo y además no se tienen automóviles estacionados en la vía. En el período indicado se han registrado un total de 197 lugares en donde se realizaron las mediciones de iluminancia, datos que permitieron llegar a conclusiones interesantes luego de los análisis correspondientes. Se procedió a registrar en el formulario adecuado para el efecto la siguiente información: dirección, fecha, hora, tensión de alimentación, número y potencia del transformador, datos de las luminarias, tipo y potencia de la lámpara y balasto, tipo de disposición de las luminarias, distancia entre luminarias, altura de montaje, ancho de la calzada, ancho de veredas, avance de la luminaria, tipo de superficie, jerarquización vial, clase de alumbrado, personal encargado de la medición, equipos utilizados y las condiciones ambientales durante la medición. El voltaje de alimentación del circuito de alumbrado se registró con el equipo Topas 1000 y con el equipo portátil trifásico de energía CL3121 al inicio y en algunos casos al final de la medición. Figura 7

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 Ɛ = eficiencia energética de la instalación de alumbrado exterior ² ] [ P = potencia activa total instalada (lámparas y equipos auxiliares) (W); S = superficie iluminada (m²); Em = iluminancia media en servicio de la instalación, considerando el mantenimiento previsto (lux); Fig. 7. Medida del voltaje de alimentación

Una vez marcado cada uno de los puntos en el tramo de vialidad bajo prueba, se procedió a tomar la medición de la iluminancia en cada uno de los 15 puntos ubicando el sensor del luxómetro en posición horizontal, tomando todas las precauciones necesarias para no interferir con los valores de las mediciones. Con los datos obtenidos se realizó los cálculos de la iluminancia media y uniformidades.

El valor máximo a reconocerse por consumos auxiliares, dependerá de la potencia de la lámpara instalada, de acuerdo a los valores de la tabla 6.

En la figura 8 se observan las mediciones realizadas durante la noche. Tabla 6. Potencia máxima del conjunto lámpara y equipo auxiliar

VII.II REQUISITOS MÍNIMOS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA

Las instalaciones de alumbrado vial funcional se definen como las instalaciones de alumbrado vial de autopistas, autovías, carreteras y vías urbanas, las mismas que deberán cumplir los requisitos mínimos de eficiencia energética que se fijan en la tabla 7. Fig. 8. Medida de la iluminancia en la grilla de medición

VII.

EFICIENCIA ENERGÉTICA

Mediante el estudio de eficiencia energética determinado en el “Reglamento de Eficiencia Energética en Instalaciones de Alumbrado Exterior y sus Instrucciones Técnicas Complementarias” vigente, se podrá conocer el nivel de cumplimiento de la normativa, el estado actual en el que se encuentran las diferentes instalaciones y sobre todo identificar las zonas que deberían ser prioritarias en posteriores intervenciones para una mejora del sistema de alumbrado público, en función de una calificación energética determinada para las diferentes vías estudiadas de la ciudad de Cuenca. VII.I EFICIENCIA ENERGÉTICA DE UNA INSTALACIÓN

La referencia [6] permite definir la eficiencia energética de una instalación de alumbrado exterior como: Ɛ= Dónde:

[

²

]

(2)

Tabla 7. Requisitos mínimos de eficiencia energética en instalaciones de alumbrado vial VII.III CALIFICACIÓN ENERGÉTICA DE LAS INSTALACIONES DE ALUMBRADO

Las instalaciones de alumbrado exterior, se calificarán energéticamente en función del índice de eficiencia energética, mediante una etiqueta de calificación energética. El índice de eficiencia energética (IƐ) se define como el cociente entre la eficiencia energética de la instalación (Ɛ) y el valor de eficiencia energética de referencia (ƐR) en función del nivel de iluminancia media en servicio proyectada, que se indica en tabla 8.

Iε

ε ƐR

(3)

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Con el fin de lograr una eficiencia energética adecuada en las instalaciones de alumbrado exterior, éstas deberán cumplir, al menos, con los requisitos siguientes: 

Los niveles de iluminación de la instalación no superen lo establecido en [8]. Para el alumbrado vial, se cumplan los requisitos mínimos de eficiencia energética establecidos en [6]. Disponer de un sistema de regulación del nivel luminoso.

  Tabla 8. Valores de eficiencia energética de referencia para alumbrado vial

Con el objeto de facilitar la comprensión sobre la calificación energética de la instalación de alumbrado, se define una etiqueta que caracteriza el consumo de energía de la instalación mediante una escala de siete letras que va desde la letra A (instalación más eficiente y con menos consumo de energía) a la letra G (instalación menos eficiente y con más consumo de energía). El índice utilizado para generar la escala de letras es el índice de consumo energético (ICE) que es igual al inverso del índice de eficiencia energética.

ICE

1 Iε

(4)

La tabla 9 determina los valores definidos por las respectivas letras de consumo energético, en función de los índices de eficiencia energética declarados.

“Los cálculos de la eficiencia y calificación energética se obtuvieron aplicando las fórmulas (2), (3) y (4)”. VII.IV EVALUACIÓN DE LAS INSTALACIONES DE ALUMBRADO PÚBLICO ACTUALES

El porcentaje de averías permanente y la depreciación de las instalaciones son factores capaces de describir el estado de funcionamiento de una instalación de alumbrado público. Con el paso del tiempo se ha constatado una pérdida de eficacia por causa de la polución ambiental, el envejecimiento propio de los materiales y fallas de los accesorios eléctricos, razón por la cual la depreciación lumínica es muy importante en la explotación de las instalaciones de alumbrado y su estimación se realiza mediante la utilización del factor de mantenimiento. VII.IV.I FACTOR DE MANTENIMIENTO

El factor de mantenimiento (fm) es la relación entre la iluminancia media en la zona iluminada después de un determinado período de funcionamiento de la instalación de alumbrado exterior (Iluminancia media en servicio – Eservicio), y la iluminancia media obtenida al inicio de su funcionamiento como instalación nueva (Iluminación media inicial – Einicial) [7]. =

Tabla 9. Calificación energética de una instalación de alumbrado

El modelo de dicha etiqueta de calificación energética se indica en la figura 9.

(5)

Es una medida del grado de depreciación que una instalación de alumbrado público sufre a lo largo del tiempo y dependerá de los períodos de limpieza y mantenimiento que se aplicarán sobre la instalación a lo largo de su vida útil, a los fines de compensar inicialmente la reducción gradual por depreciación. El Factor de Mantenimiento correspondiente a una instalación es siempre igual o menor que 1 y debe ser calculado considerando todos los factores que deprecian la instalación: fm = FDFL ⋅ FSL ⋅ FDLU

(6)

Siendo: FDFL = factor de depreciación del flujo luminoso de la lámpara FSL

= factor de supervivencia de la lámpara

FDLU = factor de depreciación de la luminaria

Fig. 9. Etiqueta de calificación energética en instalaciones de alumbrado exterior

En la figura 10 se muestra la variación de iluminancia en una instalación donde se ha implementado un programa de mantenimiento. Los porcentajes indicados, aunque hipotéticos ya que no pertenecen a ningún caso en particular, son bastantes

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realistas y demuestran la ventaja de programar mantenimiento y el resultado de no tenerlo en cuenta.

el

de alumbrado público, razón por la cual se realiza como un aporte en el presente trabajo la representación gráfica de la calificación energética y etiquetado de las vías mediante la aplicación de un GIS (ARCGIS), lo que permite conocer el nivel de cumplimiento de la normativa, el estado en el que se encuentran las diferentes instalaciones, e incluso determinar las zonas que deberían ser prioritarias en aplicar posteriores mantenimientos debido a su menor grado de cumplimiento [10]. Para la introducción de datos se generó una geodatabase personal, en la cual se indica los datos requeridos para el ingreso de información referente a la calificación energética. Los datos son registrados en la tabla 10.

Fig. 10. Esquema de mantenimiento de una instalación de iluminación

La curva A indica la reducción de iluminancia si sólo actuara la depreciación de lámparas y la curva C la variación real como resultado del mantenimiento. Cuando se efectúa limpieza de luminarias únicamente (por ejemplo, al final de los años 1 y 2) no se restablece hasta el nivel dado por la curva A, ya que actúa también la depreciación del local (curva B). Hay que resaltar, que con el mantenimiento nunca se restablecen las condiciones iniciales, por cuánto hay factores que son irrecuperables, como son la depreciación de la luminaria debido al envejecimiento y a la degradación de sus materiales.

Tabla 10. Registro de datos

Para la digitalización de los datos de calificación energética se ha creado subtipos representativos, considerando la etiqueta del consumo energético de la instalación, tal como se indica en la figura 9. El registro de los datos en el Sistema de Información Geográfico (GIS) se lo realiza mediante una aplicación web desarrollada con ArcGis Online. Y cuyos resultados se observan a continuación.

VII.V COMPARACIÓN DE LOS NIVELES DE ILUMINACIÓN CON LOS DATOS OBTENIDOS EN LAS MEDICIONES DE CAMPO

Con la finalidad de llegar a comparar los niveles de iluminación se establecen unos datos de tolerancia en función de los resultados obtenidos de acuerdo al siguiente criterio definido en [8] y [9].  



Si el nivel medio está por debajo del nivel de referencia → El nivel es deficiente Si el nivel medio está comprendido entre el nivel de referencia y el nivel de referencia + 20% → El nivel es óptimo Si el nivel medio está por encima del nivel de referencia + 20% → El nivel es excesivo

VIII.

UTILIZACIÓN DE UN SISTEMA DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICO (GIS) PARA LA APLICACIÓN GENERALIZADA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA EN REDES DE ALUMBRADO PÚBLICO

En la actualidad, un Sistema de Información Geográfico (GIS) es una de las herramientas utilizadas por varias instituciones de la rama eléctrica para llevar a cabo la digitalización e implementación de los datos referentes a la red

Fig. 11. Calificación energética de una instalación de alumbrado público

IX.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Al realizar la comparación de los niveles de iluminación obtenidos en las mediciones de campo con los valores de referencia para cada una de las vías, se puede afirmar que el exceso de luz en la ciudad de Cuenca es una realidad, aunque se han identificado calles y avenidas en las que la iluminación es deficitaria (12,69%), mientras que en el 81,22% de las calles y avenidas consideradas se produce un exceso de iluminación y solamente en un 6,09% de las vías los niveles de iluminación son los adecuados, tal como se indica en la tabla 11.

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alumbrado del país, es decir sean equiparables en eficiencia a Cuenca, esto representa para Ecuador un ahorro de energía de 23.019.400 kWh/año y USD 2.341.071/año, lo cual justifica y demuestra la conveniencia de disponer de un Reglamento similar al adoptado para el presente trabajo. En el gráfico de la figura 13 se observa el ahorro de energía que se alcanzaría con las nuevas medidas adoptadas. Tabla 11. Comparación de los niveles de iluminación

La figura 12 muestra la representación gráfica de la comparación de los niveles de iluminación obtenidos.

Fig. 13. Ahorro de energía y USD en alumbrado público

X. Fig. 12. Comparación de los niveles de iluminación

Del estudio de la calificación energética de las vías analizadas, se tiene que el 84,26% (166) corresponden a una calificación A, el 10,65% (21) a la calificación B, el 4,06% (8) a la calificación C y para la calificación D y E (1 y 1) se tiene el 0,05% para cada una. No existen vías con calificación F y G, tal como se muestra en la tabla 12.

CONCLUSIONES

El presente estudio de Eficiencia Energética en el Alumbrado Público, permitirá a las distribuidoras del país reducir los consumos de energía en el alumbrado público, adecuar las instalaciones de acuerdo a los requerimientos de la normativa, incrementar los niveles de seguridad, mejorar la calidad del servicio de alumbrado y reducir los gastos de explotación; es decir se podrá contar con sistemas de alumbrado público eficientes y confiables. El presente estudio comprende únicamente el alumbrado vial de Cuenca, cuyas instalaciones a diciembre de 2014 totalizan 31.627 puntos de luz que, con una potencia media de 201 W, representa un consumo de electricidad de 2.242.106 kWh, una demanda de potencia de 6,38 MW, una facturación total de USD 228.022 y una emisión a la atmósfera de alrededor de 278.003 Toneladas de CO2 /año.

Tabla 12. Resultados de la calificación energética

A partir de los resultados obtenidos a nuestra muestra, estimamos y luego realizamos una extrapolación de la muestra a toda la ciudad, con el fin de llegar a determinar el ahorro energético que se obtendría en un año. La ciudad de Cuenca con sus 31.627 luminarias presenta un consumo de 26.905.272 kWh/año, tiene el 83,33% de sus calles y avenidas con niveles de iluminancia excesivo; es decir 26.350 luminarias y el 11,9% de vías con niveles de iluminación deficientes, lo que determina que para lograr los niveles de referencia establecidos en norma será necesario utilizar luminarias de doble nivel de potencia, disminuir y en otros casos aumentar la potencia instalada, medidas que representan un ahorro de 481.488 kWh/año que significaría USD 48.967/año y un ahorro de 59.701 Toneladas de CO2/año. A finales de 2014, el Ecuador disponía de 1.249.674 luminarias con una potencia total instalada de 198 MW, un consumo de 1.008 GWh, que si nos aventuramos a pensar de que el alumbrado público de Cuenca es similar al resto del

A partir de noviembre del 2011 Ecuador cuenta con una normalización propia para Alumbrado Público, como es la Regulación CONELEC 008/11 “Prestación del Servicio de Alumbrado Público General” y su Sustitutiva 005/14. La falta de normativa específica ha permitido que el alumbrado de nuestras calles se haya diseñado en base a recomendaciones, o normas de no obligado cumplimiento, lo que ha motivado que Cuenca según el análisis realizado sea una ciudad sobreiluminada. Para la validación de las mediciones de iluminancia en campo, se ha tomado en consideración las siguientes condiciones: misma geometría de la instalación en cuanto a interdistancia, altura de montaje, longitud del brazo, ancho de calzada, así como también la verificación del voltaje de alimentación, influencia de otras instalaciones y condiciones meteorológicas. De acuerdo a lo establecido por el Reglamento de Eficiencia Energética en Instalaciones de Alumbrado Exterior, ITC-EA02; el análisis de resultados considera que los niveles máximos

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de iluminancia media de las instalaciones de alumbrado no podrán superar en más de un 20% los niveles medios de referencia. De igual manera deberán garantizarse los valores de uniformidad mínima establecidos. De los resultados, podemos concluir que el nivel de iluminancia para las vías con clase de alumbrado tipo M2, M3, M4 y M5 es excesivo, mientras que para la vía tipo M1 es deficiente. En 45 mediciones realizadas en calles y avenidas (22,84% del total), se determina que la uniformidad general (Uo) presentan diferencias importantes con la normativa dándose un incumplimiento a la misma. Si bien los resultados obtenidos de los niveles de iluminación en las diferentes vías de la ciudad de Cuenca son excesivos, de las encuestas realizadas respecto a la satisfacción del consumidor en 63 Distribuidoras de América del Sur y América Central por la Comisión de Integración Energética Regional – CIER en el año 2015, los resultados ubican a la CENTROSUR en primer lugar respecto a la satisfacción en el servicio de alumbrado público. Del análisis de la calificación energética, se puede observar que varias vías poseen una calificación tipo A, sin embargo eso no significa que sea una instalación eficiente, por cuánto en varias de ellas se presenta un incumplimiento con los niveles de iluminación y uniformidad definidos en el Reglamento Español. Así por ejemplo, de 166 vías con calificación A, 16 incumplen los niveles de iluminación y 33 los niveles de uniformidad. El estudio de eficiencia energética de las instalaciones de alumbrado público mediante un Sistema de Información Geográfica, permitirá conocer el nivel de cumplimiento de la normativa, el estado en el que se encuentran las diferentes instalaciones, e incluso determinar las zonas que deberían ser prioritarias para futuros mantenimientos. XI.

RECOMENDACIONES

En el caso de las vías, como la Autopista Cuenca Azogues y Av. De Las Américas que son vías de entrada y salida a la ciudad de Cuenca, el diseño de iluminación inicial realizado hace años atrás consideró una clase de alumbrado M2, sin embargo las condiciones actuales de las vías, tanto en velocidad de circulación como en intensidad de tráfico han cambiado, razón por la cual es necesario y prioritario pensar en un cambio de clase de alumbrado a M1. Para mantener los niveles de iluminación dentro de los valores recomendados, es necesario dar cumplimiento al Programa de Mantenimiento Preventivo de Alumbrado Público según la división de zonas previsto, considerando en el mismo el cambio masivo de lámparas y accesorios así como la limpieza de luminarias dentro de los períodos planteados para que el factor de mantenimiento no se vea afectado. Mantener un programa de mediciones de iluminancia a lo largo del tiempo que permita elaborar una base de datos permanente actualizada, de tal manera que el procesamiento de

la información permita evaluar y controlar el grado de depreciación de las instalaciones de alumbrado. Continuar con el reemplazo de las luminarias de vapor de mercurio que todavía se encuentran instaladas en el sistema de alumbrado público vial y que representan el 0,94% del total de luminarias instaladas. Dentro del programa de eficiencia energética y con la finalidad de reducir la energía consumida por el alumbrado público, se propone el cambio de 6.165 luminarias de potencia fija, 3.235 de 150W y 2.930 de 250W por luminarias de Doble Nivel de Potencia, lo que representaría un ahorro de energía de 1.281.228 kWh/año y USD 130.301. Considerar en los futuros proyectos de iluminación vial la utilización de nuevas tecnologías como las luminarias LEDs y los Sistemas de Telegestión que ayudarán en la reducción del mantenimiento y consumo energético del alumbrado, luego de un mayor análisis de factibilidad para su uso. Con la aplicación del Reglamento de Eficiencia Energética en Instalaciones de Alumbrado Exterior, queda como propuesta para continuar este trabajo en una segunda etapa realizar los estudios para conocer los niveles sobre la Polución Lumínica. Cuando se realice una intervención en el mantenimiento programado por zonas del alumbrado público en la ciudad, será necesario complementar la información con las mediciones de iluminancia en campo y luego la información relacionada a la calificación energética deberá ser actualizada en la plataforma Web, lo que permitirá tener un conocimiento real de las instalaciones de alumbrado. REFERENCIAS [1] REAL DECRETO 1890/2008, Reglamento de Eficiencia Energética en Instalaciones de Alumbrado Exterior y sus Instrucciones Técnicas Complementarias, Madrid, 2008. [2] SIGADE-Sistema de Información Geográfica para la Administración de la Distribución Eléctrica (2014). Catastro de alumbrado público, CENTROSUR, Cuenca, diciembre 2014. [3] CONELEC - Consejo Nacional de Electricidad, Regulación 005/14. “Prestación del Servicio de Alumbrado Público General”. Resolución No. 079/14, en sesión de 18 de Septiembre de 2014. Quito – Ecuador. [4] INEN – Instituto Nacional de Estadísticas y Censos, Reglamento Técnico Ecuatoriano RTE INEN 069 (1R) “Alumbrado Público”, 2015. [5] ITC-EA-07, 2008. Instrucción Técnica Complementaria EA-07. Mediciones Luminotécnicas en las Instalaciones de Alumbrado. Madrid, Noviembre 2008. [6] ITC-EA-01, 2008. Instrucción Técnica Complementaria EA-01. Eficiencia Energética. Madrid, Noviembre 2008. [7] ITC-EA-06, 2008. Instrucción Técnica Complementaria EA-06. Mantenimiento de la Eficiencia Energética de las instalaciones, 2008. [8] ITC-EA-02, 2008. Instrucción Técnica Complementaria EA-02. Niveles de Iluminación. Madrid, Noviembre 2008. [9] UNE-EN 13201-1. Road Lighting – Part 1: Selection of lighting clases. Bruselas, Julio 2004. [10] F. López, F. Moral, J. Canito, y J. Benítez, “Estudio de Eficiencia Energética de las Redes de Alumbrado Público mediante un Sistema de Información Geográfica (SIG), Logroño, Julio 2013.

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Abriendo el cielo a través del diseño Una muestra para su valoración Diego Andrés Araya Antezana Universidad de Chile, Chile, Carrera de diseño industrial. (aaraya.diego@gmail.com)

El propósito fundamental del desarrollo de este trabajo, se basa en una revisión de literatura e investigación de campo para determinar una oportunidad de intervención del diseño en la problemática de la contaminación lumínica, con el fin de desarrollar un proyecto de diseño en un contexto de tesis que contribuya a la protección de los cielos del norte de Chile; La concientización, educación y sensibilización del patrimonio que poseemos en los cielos oscuros. I.

INTRODUCCIÓN

C

hile concentra actualmente el 50% de la observación astronómica del mundo y para el 2020 será el 70 (Mario Hamuy, 2015). Proteger los cielos oscuros del norte de Chile representa por tanto un recurso científico (Observación astronómica), económico (Astroturismo), cultural (Patrimonio de la humanidad) y ambiental (Contaminación lumínica). La sensibilización en torno a la necesidad de proteger los cielos de la contaminación lumínica es aún muy baja, sin que exista todavía conciencia masiva del valor de este recurso, esto incide en el uso inapropiado e ineficiente de la luz artificial por parte de las personas. A raíz de esta investigación de tipo exploratoria, se ha detectado que si bien existen instancias de educación con relación a la contaminación lumínica, éstas están dirigidas especialmente a las personas que toman las decisiones respecto a las luminarias a instalarse en cada municipio, a su vez, existen instancias de difusión sobre astronomía y sus contenidos, pero no existen instancias de divulgación para la ciudadanía con respecto a la contaminación lumínica para la protección de los cielos oscuros. Esperar que las personas sean responsables con la utilización de la iluminación artificial y se preocupen por su impacto en el medio, es pecar de ilusos, ya que cuando existe una población que no tiene conocimiento a cerca de una problemática, no le atribuye el valor de lo que representa su cuidado, por lo que el trabajo de concientización es una tarea a largo plazo. La astronomía, como una de las ciencias más atractivas para la ciudadanía (Academia Chilena de Ciencias, 2005), se presenta como una oportunidad de canal y/o plataforma para generar consciencia de mayor impacto a cerca de lo perjudicial de la mala utilización de la iluminación artificial y contribuir a generar una cultura científica en las regiones cercanas a centros

de observación astronómica, promoviendo la protección del patrimonio de los cielos oscuros del Norte de Chile a través de su valoración; Antes de educar, debemos valorar, para proteger Desde el diseño, el MIM (Museo Interactivo Mirador) ha desarrollado muestras centradas en la experimentación de diferentes campos, a través de la aplicación con el diseño de estrategias didácticas, con una proyección para el año 2017 de un edificio centrado en los conocimientos de la astronomía, a su vez, el planetario de Santiago tiene una plataforma de muestra y experimentación en la inmersión de los cielos a través de una visualización directa pero actualmente carece de una herramienta y/o instrumento para la valoración de los cielos oscuros del norte de Chile, que represente los efectos de la contaminación lumínica en la observación astronómica para la sensibilización con respecto a este patrimonio, aportando al sentimiento de identidad por parte de las personas de la región.

II.

¿POR QUÉ ES IMPORTANTE EL CUIDADO DE LOS CIELOS OSCUROS DEL NORTE DE CHILE?

Desde los observatorios ubicados en el norte de Chile se conoció la edad de la estrella más antigua, se encontró un sistema planetario similar a nuestro sistema solar, se descubrió que el universo está en expansión y que esa expansión además se está acelerando (Conama, 2012). Los cielos nocturnos del norte de Chile desde la década de los sesenta han sido el escenario de hallazgos relevantes en la ciencia de la astronomía, es por esto que se han construido varios observatorios como el del Cerro Tololo, Cerro La Silla, Las Campanas y Paranal, entre otros. De esta manera Chile es uno de los países del hemisferio sur que posee la mayor cantidad de centros astronómicos que, además, son los más importantes a nivel mundial, lo que representa un gran prestigio nacional e internacional a nivel científico. (Academia Chilena de Ciencias, 2005) Proteger los cielos oscuros del Norte de Chile representa cuidar un recurso científico. El año 2012 nace la iniciativa desde la IAU (International Astronomical Union) y la ICOMOS (Organización consultora de sitios culturales) hacia la UNESCO (La Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura), de que el gobierno de Chile proponga los cielos oscuros de Chile como Patrimonio

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científico Mundial, es por eso que los 3 lugares propuestos como “Ventanas al Universo” son Mauna Kea – Hawaii, Islas Canarias y precisamente el Norte de Chile (Malcom Smith, 2011). Sin embargo, la contaminación lumínica es lo que más afecta el desarrollo de las observaciones astronómicas. En un cielo oscuro es posible ver 2000 estrellas. En una ciudad solo 200 estrellas. En el centro de una ciudad tan solo 20 estrellas. Si el cielo nocturno es 10% más brillante, se requiere 10% más de tiempo a los astrónomos hacer sus observaciones y las galaxias más tenues son 40 veces más débiles que la emisión natural del cielo nocturno (Richard Wainscoat, 2011). Es cuidar un recurso económico. Chile es el país que lidera en cantidad de oferentes relacionados al astroturismo (Catastro de oferta internacional de astroturismo. Astroturismo Chile, 2016) Por lo que el objetivo principal del astroturismo en Chile, será generar/fortalecer economías locales en torno a observatorios y/o sitios de privilegiadas condiciones para visualizar un cielo oscuro (retorno social-económico al territorio). Es cuidar un recurso cultural. Una de las preguntas más existenciales de la humanidad, comienza a buscar sus respuestas en las primeras civilizaciones, cuando nuestros antepasados centran su mirada en el cielo para encontrar respuestas a su existencia; ¿De dónde venimos? En Mesoamérica y Sudamérica, existe evidencia tangible del uso de calendarios y de medidas del tiempo basadas en la observación de la bóveda celeste. En particular, las culturas Maya e Inca se alzan como manifestaciones culturales en donde la cosmología o cosmovisión fueron elementos sustanciales para la construcción de su civilización (Educarchile, 2016). Es cuidar un recurso ambiental. Datos publicados por El nuevo Atlas del brillo artificial de la noche (The new world atlas of artificial night sky brightness. Falchi et al., 2016) Señalan que debido a la mala utilización de la iluminación artificial en las ciudades: -

Más del 80% del mundo vive bajo un cielo con contaminación lumínica.

-

39,7% de los chilenos vive bajo un nivel extremo de brillo nocturno

-

Chile se ubica en el puesto 19 de los 20 más contaminados por población en el mundo.

“Los efectos adversos de este fenómeno implican al reino animal, el reino vegetal y la humanidad. El interés por la contaminación lumínica ha ido creciendo en muchos campos de la ciencia, que se extiende desde el campo de la astronomía tradicional, ciencias ambientales, ciencias naturales e incluso las ciencias humanas como la antropología o la sociología. La magnitud y las consecuencias del problema no se han abordado hasta la fecha, ya que no se han registrado los datos a escala mundial sobre la distribución y magnitud del brillo del cielo artificial.” (Falchi et al., 2016)

En 1998 se concreta el mayor avance en cuanto a convenios de observatorios astronómicos con el estado de Chile, ya que se establece la primera Norma de emisión para la regulación de la contaminación lumínica que en el año 2012 se vuelve a revisar para promulgar la norma que actualmente rige (D.S. N°043. Ministerio del Medio Ambiente. 2012) a las regiones de Antofagasta, Atacama y Coquimbo (II, III y IV región) para generar un control a la contaminación lumínica que aumenta exponencialmente con el desarrollo de las ciudades modernas. Debido a los aspectos por los cuales los cielos oscuros del Norte de Chile representan importancia, existen diferentes organizaciones que trabajan implementando estrategias que hagan frente a la problemática de la contaminación lumínica desde sus campos de acción.

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 III. MAPA DE ACTORES Y DEMANDAS

Desde la disciplina del diseño, la realización de un diagnóstico a cerca de las variables y el estado actual de la problemática; sus actores y sus demandas, permite tener una visión más amplia a cerca de las subproblemáticas de la contaminación lumínica, y como abordan el problema cada uno de los entes que trabajan por desarrollar soluciones. a.

Los observatorios, universidades y organizaciones de astrónomos, atacan la contaminación lumínica como un problema de nicho

Los observatorios que se encuentran emplazados en Chile, son financiados por universidades y asociaciones de astronomía de todo el mundo, su gran preocupación es la de no tener la certeza de poder continuar realizando hallazgos en la bóveda celeste, por lo que planifican actividades con el fin de educar a las personas encargadas de la toma de decisiones para determinar los tipos de luminarias que permitan el cumplimiento de sus fines científicos, es decir, actividades para combatir la contaminación lumínica como una problemática de nicho. En lo inmediato, las capacitaciones y la realización de charlas educativas, fomentan e incentivan el conocimiento de los parámetros por los cuáles se deben guiar las municipalidades para la implementación de sus luminarias públicas, además de pasar por un laboratorio certificado como el de Pontificia Universidad Católica de Valparaíso (Primer laboratorio en adquirir dicha certificación), sin embargo, no existen incentivos para hacer cumplir la norma, el alcalde de la comuna de Chañaral, región de Atacama, Héctor Volta señala que no existen los recursos para adquirir luminarias con la tecnología necesaria que permita cumplir con la norma (2015).

Figura 1. Fuente: Elaboración propia.

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b. Turismo astronómico, la contaminación lumínica como una problemática indirecta. El desarrollo del turismo astronómico en Chile, hoy en día está supeditado a las actividades que está realizando el proyecto Astroturismo Chile, financiado por la línea de Bienes Públicos para la CORFO (Competitividad de la Corporación de Fomento de la Producción) y apoyados por la fundación imagen de Chile (entre otros) y busca posicionar al país como el destino astroturístico de mayor relevancia en el mundo (Astroturismo, 2016), desarrollando una serie de estrategias de posicionamiento de aquí al 2025 (Hoja de Ruta del Astroturismo en Chile 2016- 2025) El proyecto está orientado a fomentar la actividad turística, aportando en diferentes plataformas a los oferentes de las experiencias astroturísticas, e incentivando la demanda de esta actividad en turistas extranjeros y nacionales, permitiendo así, el desarrollo de las localidades cercanas a destinos astroturísticos por un retorno económico. Los actores de este proyecto, son entidades gubernamentales y organizaciones relacionadas con el turismo, por lo que el problema de la contaminación lumínica se aborda de manera indirecta. Aunque la prevalencia del negocio del Astroturismo depende de la conservación de las condiciones en las que se encuentran los cielos, sus intereses están más ligados a generar socios estratégicos que permitan alcanzar su objetivo principal.

Figura 2. Fuente: Elaboración propia.

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 Organizaciones dedicadas a asegurar la visión de un cielo estrellado, entes gubernamentales y culturales, ven la contaminación lumínica como desinformación

La idea de que el gobierno de Chile proponga los cielos nocturnos de Chile como Patrimonio científico Mundial es una iniciativa que está siendo impulsada por astrónomos de diversas partes del mundo, el director de Aura en Chile, Chris Smith señala que los cielos del norte de Chile deben ser protegidos de la contaminación lumínica por el bien de la ciencia, la Unesco no reconoce cielos como patrimonio, por lo que tendrá que ser un territorio físico que habrá que definir. Según lo señalado, la idea es que los cielos chilenos como patrimonio se concrete en los próximos 3 a 5 años, aunque ya trabaja para ello una comisión llamada "Ventanas al Universo, de dónde venimos y a dónde vamos" que será presentada a la Unesco. Estas organizaciones buscan fomentar la sensibilización en torno a la apreciación por parte de la ciudadanía hacia los cielos oscuros del Norte de Chile, provocando un sentimiento de identidad por parte de las personas, junto con la valoración de este patrimonio. La baja educación en torno a la contaminación lumínica y sus impactos incide en el uso inapropiado e ineficiente de la iluminación artificial y, por lo tanto, la degradación de la calidad de los cielos.

Figura 3. Fuente: Elaboración propia.

El astrónomo de la SOCHIAS (Sociedad Chilena de Astronomía) Guillermo Blanc, señala con respecto a la divulgación de esta problemática que el gobierno debe decir que no sólo van a aprobar una ley de protección de los cielos, sino que se necesita una campaña de fiscalización y de educación muy fuerte, para que la gente entienda que la contaminación lumínica es un tema grave, además señala que “Me encantaría que en nuestra cabeza el cielo del norte estuviera a la misma altura de las torres del paine, y que cuando nos damos cuenta de que hay una instalación lumínica que está afectando la belleza, pureza, claridad y oscuridad de nuestros cielos chilenos, que son espectaculares y únicos, que nos sintamos igual de ofendidos e indignados que cuando un turista provoca un incendio en las torres del paine.” (Guillermo Blanc, 2015) Plasmada en estas organizaciones se asoma la búsqueda de un sentimiento de pertenencia, de tener la conciencia de que los cielos que nos envuelven en la zona norte son los únicos con esas condiciones en el mundo y que el único factor que amenaza la conservación de estas condiciones depende de la intervención de las personas, de nosotros, de valorar lo que tenemos.

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 IV. OPORTUNIDADES DE DISEÑO

A raíz del diagnóstico se pueden detectar oportunidades de intervención a través del diseño para con la problemática de la contaminación lumínica en sus diferentes aspectos;

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Lighting Pedro Galleguillos plantea en entrevista que una problemática de iluminación tiene que ver netamente con tareas donde hay una componente visual importante y no necesariamente contaminación lumínica, donde se necesite ver algo, puede ser, turismo, lectura, autopista funcional, etc. Es por eso que la iluminación se hace importante, ya que se diseñan artefactos que van orientados a la versatilidad, no a una necesidad específica, aunque existen casos (2016). En la oportunidad presentada, el experto señala que sería un producto que podría cuestionar si es viable o no, diseñar una luminaria al ver toda la gran variedad de productos que ofrece el mercado, teniendo quizás trascendencia si se analiza desde las características propias de Chile, o como proyectos de iluminación, que establezcan criterios, sentando bases para el diseño de iluminación en lugares específicos de Chile.

Diagrama 1. Fuente: Elaboración propia. Imagen 1. Recuperado desde https://goo.gl/aFCQyB. a.

Diseño conceptual de luminaria para concientización en zona del Norte de Chile entorno a observatorio astronómico.

La realización de un proyecto de diseño de iluminación para alumbrado público en una zona específica del norte de Chile, que sea representativa y que se pueda replicar en otros sitios con las mismas características, centrando su diseño en la representación de la educación y concientización de la contaminación lumínica. La problemática, es que las luminarias ambientales industriales existentes, mayoritariamente centradas en la densidad de la luz por metro cuadrado, aparte de no cumplir a cabalidad con la norma, por falta de información en su adquisición y/o instalación, limitan su función a iluminar los espacios por seguridad, sin estar pensadas para las tareas y actividades características de una zona turística como la de los entornos cercanos a destinos astro turísticos ni a su función durante el día, perdiendo el potencial que puede aportar el diseño de iluminación como el confort del usuario, la arquitectura del producto, el deslumbramiento, contraste, iluminación de tareas visuales específicas, rendimiento del color y apariencia de color en las lámparas para un contexto específico. Bajo el contexto de esta oportunidad de desarrollo de luminaria pública el diseñador de iluminación de Aladdin

En la imagen 1 se puede apreciar el nuevo alumbrado público en la Atjehstraat Países Bajos. Broken Light es el nombre de un proyecto de luz que se hace cargo de alumbrado público. Una combinación única de un proyecto de arte y diseño de la luz. La experiencia de diseño de iluminación en un espacio definido por la misma. El proyecto de iluminación pública ha transformado el aspecto y la sensación de Atjehstraat, creando un espacio interior, que cubre un área de proyección de 4000 m2.

Un proyecto de iluminación tiene que por sí sustentarse de un especialista, ya que se deben tener en consideración contenidos específicos adquiridos posteriormente al grado de diseñador industrial. La complejidad del proyecto, implica un trabajo también multidisciplinar, factor complejo de ser manejado a cabalidad para asegurar un resultado óptimo.

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 b. Diseño de luminaria referente de especificación técnica para norma de emisión para la regulación de la contaminación lumínica.

ópticas de una luminaria, es muy limitado a los fabricantes que tienen el conocimiento y las herramientas disponibles, debido a la alta variedad de productos de este tipo, no sería tan pertinente el desarrollo de un producto tan específico (2016).

Una oportunidad para este contexto, es desarrollar una luminaria tipo, que sirva de referente de especificación para cumplir de la mejor manera en términos de diseño con la disminución de la contaminación lumínica;

Si bien en Chile el sistema protocolar para el desarrollo de luminarias es bueno y están claros los puntos, Galleguillos señala que la aplicación de estos parámetros y el cumplimiento es donde está el mayor problema, entonces desde un aspecto del diseño, entrar en dicha materia a través del diseño puede ser limitado.

De acuerdo a los hallazgos descubiertos durante la primera etapa investigación y entrevistas, se puede determinar que una de las subproblemáticas para el funcionamiento de la norma para la regulación de la contaminación lumínica en el norte de Chile es la escasa fiscalización, de protocolos de instalación y referentes de luminarias que se adapten a esta norma de manera óptima. En este sentido, se presenta la oportunidad de contar con una luminaria que cumpla con todos los parámetros de iluminación y diseño para que fabricantes de luminarias puedan basarse en un modelo aprobado por los laboratorios acreditados, pudiendo permitir un mejor desarrollo de productos y mayor cantidad de posibilidades que se adapten a los presupuestos de cada municipio. Para determinar la viabilidad de este proyecto y definir los lineamientos y consideraciones, en reunión con el diseñador de Iluminación Douglas Leonard, académico de la carrera de diseño de la Pontificia Universidad Católica, señala que, en términos metodológicos, podría ser relevante definir los niveles y las propiedades reflectivas de una luminaria a diseñar, en términos de estandarización de parámetros, más que en el diseño óptico de una luminaria (2016).

Imagen 2. Fuente: Recuperado desde https://goo.gl/wWC5lo

En la imagen 2 se puede apreciar la primera luminaria en Chile certificada para aplicaciones en la zona Norte (II, III y IV Regiones). Luminaria de tecnología LED para ser usada en iluminación de vías de tránsito vehicular, iluminación peatonal y también de aplicación en industria y minería para iluminar vías de tránsito, como pasarelas, correas transportadoras, etc. Voltaje de entrada 12 o 24 Vdc ó 100 - 277 VAC Voltaje de salida 15 - 30 VDC Frecuencia 50-60 Hz Abriendo la posibilidad de una intervención en una luminaria, Pedro Galleguillos señala que el desarrollo de las características

Para que exista una buena aplicación de instalación y fiscalización de luminarias públicas en la región de Atacama, Antofagasta y Coquimbo, se requieren más que protocolos y modelos referentes de luminarias, se requiere una concientización de la importancia de la buena utilización de la iluminación artificial.

c.

Proyecto de diseño para la valoración de los cielos oscuros del norte de Chile

El desarrollo y la implementación de una estrategia de diseño que vaya orientada a divulgar el valor de lo que representan los cielos del norte de Chile, centrada en una muestra que permita visualizar lo rescatable de la observación a simple vista en un lugar privilegiado de los cielos del norte, en contraste con cómo afecta la contaminación lumínica. La preocupación por la degradación de los cielos oscuros de calidad va más allá de la implementación de normas para el uso de la luz artificial (D.S. N°043/2012/MMA) y es aquí el punto en donde el diseño puede jugar un papel importante. Existen actualmente programas de capacitación para municipios respecto al tema, pero el propósito actual es poner en la mesa la problemática de la contaminación lumínica y que las personas le tomen el peso a lo que conlleva la correcta utilización de la luz. En esta misma línea Igor Valdebenito, coordinador de la norma para la regulación de la contaminación lumínica en Santiago señala la mayor traba reducida a un aspecto específico, es educación, netamente, indicando que es un trabajo a largo plazo (2016) Blanc, asegura también que las iniciativas de SOCHIAS no están enfocadas en educación y no pasan por actividades puntuales, sino que, más bien trabajando en medios, en prensa, tratando de poner artículos, haciendo entrevistas, de que el tema salga en la prensa porque creen que esa es una de las formas más importantes para llegar al público general. Lograr un alto impacto de difusión, en términos de que la ciudadanía adopte una sensación de pertenencia, de orgullo, de patrimonio con el cielo de su región, es potenciar el desarrollo de actividades y proyectos que contribuyan a la protección de

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 los cielos oscuros del Norte. Esta brecha, representa la alternativa más manejable en cuanto a variables de diseño y criterios de evaluación, por lo que, en el siguiente capítulo, se abordará desde una propuesta de diseño, buscando el sustento bibliográfico de dicha propuesta, el contexto y declarando finalmente la estrategia de diseño a seguir. V. PROPUESTA DE DISEÑO

A raíz de esta investigación de tipo exploratoria, se ha podido determinar que la educación general con respecto a la protección de los cielos oscuros es una de las subproblemáticas más importantes para el manejo de la contaminación lumínica. Se han propuesto en los últimos años diversos programas y actividades para ser desarrolladas durante clases a menores de educación básica y ciudadanía en general con respecto a la contaminación lumínica y sus efectos. Para el Año Internacional de la Astronomía (IYA2009) Cornerstone project y socios para el cielo oscuro, la astronomía y la educación ambiental han colaborado para la promoción de programas ciudadano-científico que miden la contaminación lumínica a nivel local, como lo son; How Many Stars?, GLOBE at Night y Great World Wide Star Count (2009). Estos programas toman la forma de "caza de estrellas" o "recuento de estrellas”, con el fin de proporcionar a las personas de manera directa y divertida adquirir mayor conciencia sobre la contaminación lumínica a través de observaciones de primera mano del cielo nocturno. En el Año seleccionado por las Naciones Unidas como el Internacional de la Luz 2015 (IYL2015) se ha proporcionado una oportunidad para aumentar la conciencia pública sobre la conservación cielos oscuros, una iluminación de calidad y la conservación de la energía. La National Optical Astronomy Observatory (NOAO), en Chile presente con el observatorio del Cerro Tololo, desarrolló un kit educacional para la enseñanza de la buena iluminación donde el objetivo es generar en el estudiante una conciencia pública de los problemas de contaminación lumínica y soluciones de iluminación de calidad. Este kit educacional, se desarrolla a partir de la exposición por parte de monitores acerca de los distintos aspectos los cuales afecta la contaminación lumínica, seguido de una actividad de aplicación (2015). La Astronomical Society of the Pacific (Sociedad Astronómica del Pacífico) es una organización científica y educacional, que en su programa The Universe in the Clasroom (El universo en la sala de clases), proponen una actividad educativa para la concientización de la contaminación lumínica. En esta actividad, los estudiantes observan el diseño de iluminación al aire libre y discuten cómo esto afecta a la eficiencia y la eficacia del trabajo de la que la iluminación se pretende hacer y el grado de la luz en las instalaciones al aire libre. En la descripción de la actividad se señala que se ha demostrado que muchos estudiantes tienen ideas falsas profundamente arraigadas acerca de la luz y la iluminación. Lo que se busca por parte de los estudiantes es un estudio de los artefactos de iluminación al aire libre como dispositivos científicos, tecnológicos, sociales y responder a la pregunta: ¿Cómo hacer eficiente y eficaz las luces que observan en su entorno?

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Estas exposiciones y actividades son poco didácticas, por lo que no sugieren despertar el interés de los estudiantes. Desde el diseño, se han desarrollado propuestas para la concientización acerca de la contaminación lumínica y sus efectos en la apreciación del cielo, desde el ámbito conceptual, comunicacional, gráfico y de intervenciones fotográficas. Una de ellas es una propuesta presentada por la organización CoClimate, como concientización a cerca de la oscuridad de los

cielos. CoClimate es un grupo de expertos que forman un estudio de diseño estratégico, su misión es construir cuestiones esenciales sobre el cambio climático. En este caso, presentan una campaña, que busca informar a la gente acerca de la iniciativa de protección de la oscuridad, sobre los parques y reservas donde la gente puede visitar la oscuridad en sus condiciones naturales y aprender más sobre ella. Utilizando el ciclo de luz y oscuridad para transmitir un mensaje. Durante el día el material transmite un mensaje, pero en la oscuridad el segundo mensaje más personal se revela. La contaminación lumínica cubre estrellas naturales y perturba el medio ambiente natural, de la misma manera, la luz cubre el mensaje, que sólo se puede leer en suficiente oscuridad. Imagen 3. Fuente: Recuperado desde https://goo.gl/gN5jfs

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Otra de estas iniciativas es una propuesta de campaña para la concientización de la contaminación lumínica de la diseñadora gráfica Sukeshi Dalmia de Rhode Island School of Design. La iniciativa llamada DeLight pretende iluminar la unión comunal a través de iniciativas que hacen a las personas apreciar la verdadera belleza de un cielo estrellado, la que se ha perdido debido a la contaminación lumínica. Su objetivo es fomentar el uso de la iluminación eficiente que ahorra recursos y métodos. Donde la luz se enfoque hacia lo necesario, en lugar de emitirla al cielo. La campaña Delight se enfoca en el concepto de 'la revelación'. Se busca llevar la conciencia a un problema acuciante de una manera divertida y atractiva. La campaña invita a un evento que pretende unir a las comunidades y animarles a apagar las luces durante un par de horas. Durante este tiempo los miembros de la comunidad están invitados a disfrutar de un brillo en el camino oscuro que se presenta en su espacio comunal.

Imagen 6. Fuente: Recuperado desde https://goo.gl/ClPRTW El Museo Interactivo Mirador (MIM), en sus palabras; “un lugar donde se pueden descubrir distintos fenómenos y principios científicos, desde una propuesta educativa lúdica, interactiva y de exploración autónoma” (2016) tiene proyectado para fines de 2017, un edificio dedicado a la Astronomía, donde se abordarán temáticas como El Sistema Solar, La Vida de las Estrellas, La Vía Láctea, Las Galaxias, El Universo Temprano y los diferentes tipos de observación del cielo, destacando las ventajas del territorio chileno como lugar privilegiado para la exploración del cosmos.

Imagen 4. Fuente: Recuperado desde https://goo.gl/6v9rAv Desde la fotografía, el fotógrafo Thierry Cohen ha manipulado las fotos que ha sacado durante la noche en diversas partes del mundo. Pertenecientes a la serie Darkened cities, las fotografías son una vista de la ciudad con las luces removidas y el cielo nocturno estrellado, foto de un lugar en la misma latitud, pero con mucha menos contaminación lumínica. En esta imagen se puede ver cómo la ciudad de Nueva York podría ser similar bajo la Vía Láctea. Este es el cielo de la oscuridad y la noche que no todo el mundo ha visto. No es totalmente oscuro, porque la luna, las estrellas y la luminiscencia atmosférica proporcionan iluminación natural.

Imagen 5. Fuente: Recuperado desde https://goo.gl/gN5jfs

Sin embargo, todas estas muestras, se centran en los conocimientos de la astronomía, pero ninguna tiene relación con la contaminación lumínica y como está afecta a la observación astronómica, por lo que se detecta en lo relacionado al diseño industrial, un nicho de oportunidad que no se ha abordado en cuanto a lo que representa esta problemática.

Para el caso de la situación actual de la contaminación lumínica en el Norte de Chile, el nivel de conocimiento por parte de las personas con respecto a la problemática y su sensibilización es bajo. No se puede esperar que las personas sean responsables de la utilización de la iluminación artificial y se preocupen por su impacto en el medio, ya que cuando existe una población que no tiene conocimiento acerca de una problemática como la contaminación lumínica, no le atribuye el valor de lo que representa el patrimonio de los cielos oscuros del norte de nuestro país. El astrónomo Guillermo Blanc, señala que una actividad de difusión puede tener un gran impacto, en términos de que el público, y la ciudadanía en general tengan información específica de la contaminación lumínica, porque sobre ciencia y astronomía ya hay mucho en el país, pero sobre contaminación lumínica y ciudadanía, poco y nada. (2016) Antes de educar, debemos valorar, para proteger. Para educar sobre el uso de la iluminación artificial, es necesario conocer cuál es su impacto en los distintos medios. Como lo señala Kant, la idea de educar, es hacerlo conforme al

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estado óptimo de la humanidad (1803). En el caso específico, esperar con la educación un comportamiento consciente de las personas con su medio ambiente, y para adoptar medidas específicas de consciencia, se debe valorar los elementos que son perjudicados con el mal uso de la iluminación artificial, y como sería el estado de estos elementos; observación astronómica, salud humana, ecosistemas y medio ambiente si es que no hubiera factores perjudiciales como la contaminación lumínica. Por lo tanto, el presente proyecto no tendrá como fin educar a las personas acerca de la iluminación artificial, sino que, generar una instancia previa de valoración, en donde se contraste la idea de un estado libre de contaminación lumínica y cómo luce el estado actual de esta contaminación. “Más allá de lo cognitivo y lo instrumental existe una dimensión esencialmente humana no menos importante que las dos anteriores. Se trata de lo axiológico, lo que tiene que ver con la capacidad humana para valorar, para apreciar el valor de las cosas y las acciones. Justamente, la que nos permite preferir lo deseable de entre lo posible.” (Mariano Martín Gordillo, 2006)

Como ya se ha detectado que la contaminación lumínica se origina por la mala utilización de la iluminación artificial y esto va ligado a la formación y los conocimientos que tenemos sobe esta problemática, la educación es una tarea a largo plazo, y lo más importante para que la educación sea un factor de cambio, es realizarla en la etapa más apta para su comprensión, interiorizando desde la moral de realizar acciones por un bien mayor. La astronomía, como una de las ciencias más atractivas para la ciudadanía en general (Academia Chilena de Ciencias, 2005), se presenta como una oportunidad de canal y/o plataforma para generar consciencia de mayor impacto acerca de lo perjudicial de la mala utilización de la iluminación artificial y contribuir a generar una cultura científica, promoviendo el cuidado de los cielos oscuros a través de su

Preferir lo deseable entre lo posible, es un aspecto desarrollado e involucrado en la toma de decisiones de muchas personas para con sus actos de la vida cotidiana. Un adulto ve cegada en parte está decisión por factores como “lo alcanzable”, o “lo realista”, pero más que este factor existe uno que es el que rige el comportamiento de toda persona y que tiene que ver con sus convicciones propias, que muchas veces se considera ajeno a la escuela y que es fomentado por el entorno familiar y social; el criterio moral.

Propuesta de diseño

valoración. Necesidad Actualmente se carece de una herramienta y/o instrumento que despierte el interés y potencie la valoración de los cielos oscuros del norte de Chile.

Muestra interactiva de aprendizaje no formal que represente el cambio de la visualización del cielo oscuro por los efectos de la contaminación lumínica, dirigida a escolares de educación general básica (En etapa de desarrollo moral básico. Por definir) en el contexto de su escuela, para la valoración de los cielos oscuros del Norte de Chile en función del cuidado de la iluminación artificial. Centrada en la luz como elemento de alteración de la percepción de los sentidos en un espacio determinado, en términos del manejo del color, tiempo, sombra, luz artificial, proyección, tecnología, generando una experiencia inmersiva y didáctica. Objetivo General Diseñar una muestra interactiva de aprendizaje no formal a través del diseño de interacción, centrada en tecnologías y herramientas que permitan representar a través de una manera didáctica el cambio de la visualización de un cielo oscuro ante los efectos de la contaminación lumínica. Despertar el interés para implementar estrategias de educación con respecto a la utilización de la iluminación artificial. Justificación 1. Actualmente, dentro de las instancias de divulgación sobre astronomía a la ciudadanía en general, no existen módulos que grafiquen la problemática de la contaminación lumínica, por lo que el conocimiento de ésta, por parte de la ciudadanía en general es precario.

Diagrama 2. Fuente: Elaboración propia.

2. El diseño se nutre de herramientas e instrumentos de levantamiento de información que pueden potenciar el

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desarrollo de una experiencia interactiva, que propicie el interés de los niños hacia el cuidado del medio ambiente a través de la astronomía y hacia el camino de interiorizar la buena utilización de la iluminación artificial en las nuevas generaciones. 3. Como posible contexto para la muestra, se presenta el programa Explora de CONICYT (Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica), que tiene como misión implementar estrategias de divulgación y valoración de la ciencia y la tecnología, aportando a la cultura científica del país y específicamente en el programa PAR Explora (Proyectos Asociativos Regionales) en la línea de trabajo sobre Astronomía para la región de Coquimbo. Con el fin de implementar estrategias didácticas de educación la muestra se presenta como la manera de despertar el interés en los estudiantes proyectando un trabajo posterior sobre el diseño de módulos de aprendizaje con relación al impacto de la contaminación lumínica en la salud humana y la biodiversidad y ecosistemas. 4. Como referentes directos de diseño para experiencias interactivas de educación lúdica está en Chile el MIM y sobre experiencias de aprendizaje sobre astronomía el Planetario USACH (de la Universidad de Santiago de Chile), sin embargo, estos espacios no presentan la característica de masificar la divulgación de su trabajo en escuelas del Norte de Chile cercanas a observatorios turísticos. VI.

CONCLUSIÓN

Desde el punto de vista del diseño, se puede abordar la problemática de la contaminación lumínica en diferentes campos de acción, dependiendo el grado de conocimientos que el diseñador tenga respecto a las temáticas abordables y a la complejidad del tipo de proyecto. La iniciativa propuesta en este trabajo, tiene como finalidad la demostración de cómo a través de la disciplina del diseño se puede encontrar una oportunidad de intervención a una problemática como la contaminación lumínica desde una mirada específica, por lo que el desarrollo del proyecto de diseño corresponde al trabajo que el autor realizará en una segunda etapa. El desarrollo de proyectos para la concientización del patrimonio que poseemos los chilenos en nuestros cielos no se debe entender como la prioridad del desarrollo de soluciones para esta problemática, pero se hace importante cuando hablamos de la prevalencia de las condiciones de los cielos oscuros, ya que las iniciativas que atacan a las problemáticas de nicho de la contaminación lumínica se verían perjudicadas a lo largo del tiempo si no existe un conocimiento masivo de este recurso por parte de las autoridades y la ciudadanía en general e incluso olvidadas por nuevas generaciones que no han tenido la oportunidad de valorar lo que representa. “El cielo ha sido y es una inspiración para toda la humanidad. Sin embargo, su contemplación se hace cada vez más difícil e, incluso, para las jóvenes generaciones empieza a resultar desconocido”. (IAU/ICSU/UNESCO, 1992)

REFERENCIAS

[1] Hamuy, M (2015). Chile tendrá el 70% de la capacidad de observación astronómica mundial. 24horas.cl. Recuperado desde http://goo.gl/zTGJ2N. [2] Smith, Malcom (2011) Protection of Northern Chile as an ICOMOS/IAU “Window to the Universe” [3] Conama. (2012). Cielos para la Observación Astronómica. [4] Academia Chilena de Ciencias. (2005). Astronomía. Análisis y Proyecciones de la Ciencia Chilena 2005 (pp. 239–259). [5] Falchi, F., Cinzano, P., Duriscoe, D., Kyba, C. C. M., Elvidge, C. D., Baugh, K., Furgoni, R. (2016). The new world atlas of artificial night sky brightness. [6] Educarchile (2016). Chile, ventana al universo. Recuperado desde http://www.astronomiaenchile.cl/ [7] Ministerio del Medio Ambiente. (2012). Decreto 43, Norma de emisión para la regulación de la contaminación lumínica. Biblioteca Del Congreso Nacional de Chile. [8] Wainscoat, Richard (2011). The magnificent night sky Why it must be protected from light pollution. [9] Proyecto Astroturismo Chile. (2016). Hoja de ruta para el astroturismo en chile 2016 - 2025. [10] Proyecto Astroturismo Chile. (2016). Estudio sobre la demanda astroturística en chile, 236. [11] Proyecto Astroturismo Chile. (2016). Estudio sobre oferta internacional de astroturismo, 176. [12] Sukeshi Dalmia (2013). Light Pollution Awareness Campaign. Recuperado desde https://goo.gl/6v9rAv [13] CoClimate. (2013). DESIGNING FOR NONHUMAN CLIENTS Design proposals and prototypes by KHiB students, Autumn. Recuperado desde https://goo.gl/gN5jfs [14] Thierry Cohen. Darkened Cities. Recuperado desde https://goo.gl/bxbepe [15] Valdebenito, I. (2016). Entrevista a Coordinador de norma para la contaminación lumínica en Santiago. (Entrevistador Araya, D) [16] Kant, I. (1803). Pedagogía. Akal, Madrid, 114. [17] Ministerio de economía, fomento y reconstrucción. (1998). [18] Decreto 686, Norma de emisión para la regulación de la contaminación lumínica. [19] Ministerio del Medio Ambiente. Norma de emisión para la regulación de la contaminación lumínica D.S.N°043. 2012. [20] Mariano Martín Gordillo. (2006). Conocer, manejar, valorar, participar: los fines de una educación para la ciudadanía. [21] Galleguillos P. (2016). Entrevista a Diseñador de iluminación OPCC. (Entrevistador Araya, D) [22] Blanc, G. (2016). Entrevista a Astrónomo Sochias. (Entrevistador Araya, D)

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Estimación de Indicadores de eficiencia y calidad de las instalaciones de alumbrado vial con tecnología tradicional y estado de sólido (SSL). Silvina Rigali1, Eduardo Manzano2, Mario Raitelli2 1- Departamento Académico de Electricidad, FACyT, Universidad Nacional de Santiago del Estero, Argentina silvinarigali@yahoo.com.ar 2- Departamento de Iluminación Luz y Visión, FACET- ILLAV-CONICET, UNT, Argentina emanzano@herrera.unt.edu.ar - mraitelli@herrera.unt.edu.ar

Resumen- Se presenta un estudio sobre eficiencia y calidad en iluminación vial, que fue realizado en una avenida principal de la ciudad de Santiago del Estero, Argentina; cuya iluminación ha sido recientemente reconvertida de tecnología sodio alta presión (AP) a LED. La metodología consistió en una evaluación mediante mediciones in-situ de las condiciones actuales de iluminación y un registro de opiniones de los usuarios orientado a determinar el nivel de aceptación de la nueva iluminación por comparación con la situación previa. Además mediante el cálculo de iluminación asistido por computadora se realizó una estimación del factor de mantenimiento. Abstract- A study on efficiency and quality in street lighting is presented. The analyses were carried out on a main avenue of the city of Santiago del Estero, Argentina; whose lighting has been recently converted from sodium AP to LED technology. The methodology involved an in-situ measurement of the current lighting parameters and a register of user´s opinions aimed to assess the level of acceptance of the new lighting compared to the previous one. In addition, through computer aided lighting calculations an estimation of the maintenance factor was performed. I.

E

INTRODUCCIÓN

l consumo de alumbrado público representa una importante demanda de electricidad en Argentina. En los últimos años, el número de instalaciones ha crecido ligado al desarrollo urbanístico, afortunadamente la iluminación vial está experimentando avances tecnológicos que van a significar un punto de inflexión. La irrupción de la tecnología LED, y la necesidad de reducir el consumo de energía eléctrica debido a sus consecuencias ambientales, son hitos surgidos en estos últimos años que cambiarán previsiblemente las instalaciones que actualmente conocemos en el alumbrado de municipios y rutas. La demanda neta total del Mercado Eléctrico Mayorista (MEM) fue de 11.210,7 gigavatios por hora (Gwh) en el último mes del 2014, frente a un récord histórico de 12.278 gigavatios por hora (Gwh) registrados en el mismo mes del año 2015. La principal fuente de energía durante el último mes del 2014 fue la térmica, con un aporte de un 65,15%, mientras que el aporte

hidroeléctrico fue de un 28,33% de la demanda y el nuclear un 5,13%. Las generadoras de fuentes alternativas (eólicas y fotovoltaicas) mantuvieron su producción del 0,54% del total. Por otra parte, la importación representó el 0,84% de la demanda total [1]. Enero último (2016) fue récord de consumo eléctrico en Argentina: creció 5,6 por ciento respecto de enero de 2015. Este escenario, con más de un 60% de generación térmica, nos da una aproximación de las toneladas equivalentes de Dióxido de Carbono que representa el alumbrado público, más de 6.600.000 Tn CO2, según los datos publicados por la Secretaría de Energía para el año 2014 [2]. Estos números deberían alarmar a los responsables de administrar las políticas públicas y demandan políticas de transformación que incluyan tanto regulaciones como estímulos económicos y sociales para la conversión en eficiencia [3]. El Programa Nacional para Uso Racional y Eficiente de la Energía Eléctrica, PRONUREE - Alumbrado Público, (Anexo I, 2.7 del decreto del Poder Ejecutivo Nacional 140/07) es un subprograma que promueve el uso eficiente de la energía en los sistemas de alumbrado público existentes en todo el territorio de la República Argentina [4]. Hasta ahora sólo se aplicó al recambio de lámparas. Si tener en cuenta, factores por ejemplo, el diseño de una buena óptica que condiciona el aprovechamiento que podamos tener de una fuente de luz. El mayor aprovechamiento lo tenemos con el diseño de una buena óptica en combinación con la fuente de luz LED, hasta un 92% de rendimiento [5]. La Secretaria de Energía informa en su sitio web que en este momento se están llevando a cabo reestructuraciones, para la posterior puesta en marcha del programa PRONUREE, por lo cual es de esperar que se contemplen algunas cuestiones antes soslayadas. Debido a la complejidad de la situación expuesta, es creciente la preocupación en contribuir al diseño de sistemas de iluminación de calidad. Por ello en este trabajo se busca generar conocimiento sobre los indicadores de eficiencia y calidad en la iluminación de las calles, para establecer criterios y principios

90

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transferibles a contextos similares que permitan el diseño eficiente y racional, la operación y el mantenimiento sostenibles y la reducción del impacto ambiental; todo teniendo en cuenta la introducción de nuevas tecnologías de estado sólido (SSL). La avenida Belgrano, en la ciudad norteña Santiago del Estero, Argentina, es una vía principal, caracterizada “C” en la Clasificación de Vías de Tránsito, IRAM - AADL J20-22 [6], configura el eje histórico de la ciudad más antigua del país, y la recorre de norte a sur por una distancia de 7 [Km], si bien la reconversión a luminarias LED se realizó sobre el tramo central de 3,5 [Km]. Las 352 luminarias cuyas características podemos apreciar en la Tabla I, y su curva de distribución luminosa (CDL) se muestra en la “Fig. 1” [7], se dispusieron en forma similar a la que originalmente tenía la avenida, instalación central bilateral, con columnas de 8,50 [m] de altura y distanciadas 25 [m], y brazo de 0,80 [m]. La obra de reconversión fue iniciada en Octubre del 2015, sobre un monto de 5.863.968 pesos argentinos (385.787 [U$S]). Es la primera iluminación vial con LED en el territorio provincial. Pero desde el Municipio anunciaron que continuarán la reconversión a LED en las demás vías principales y secundarias de la ciudad. TABLA I CARACTERÍSTICAS DE LA LUMINARIA

II.

Figura 1: Curva de distribución Luminosa utilizada para el cálculo

Y con estos registros se establecieron los valores de Uniformidad, G1(Emín /Emed) y G2(Emín /Emáx). La Norma IRAM AADL - J 2022 Parte 2 establece la siguiente grilla de medición: Se tomarán 10 puntos longitudinales en la dirección de conducción si el espaciamiento entre luminarias contiguas del mismo lado del carril no supera los 50 [m], en caso contrario la cantidad de puntos a tomar será tal que su separación en el sentido longitudinal no supere los 5 [m]. En sentido transversal a la calzada se toman 5 puntos de evaluación por carril, ubicando el tercer punto del centro del mismo carril. La distancia entre los puntos extremos y el borde del carril ubicados a 1/10 de ancho del mismo y la distancia entre puntos restantes a 1/5 del ancho del carril. La medición de Iluminancias se realiza sobre la Grilla anteriormente descripta, coincidente con la matriz en el sentido longitudinal y en dirección transversal al sentido de circulación sólo se toman los puntos laterales extremos y el punto central de cada carril. Se utiliza un luxómetro con certificado de calibración del Laboratorio de Luminotecnia de la UNT, con fecha: 24/05/2016. Para esta instalación con columnas separadas 25 [m] y 2 carriles, platabanda de 0,8 [m] resulta suficiente una densidad de 15 puntos de medición, según se muestra en la “Fig. 2”.

METODOLOGÍA Y DESARROLLO

A.

Registro de iluminancia en campo Como metodología de análisis se procedió a realizar la labor de campo in situ, se tomaron fotografías de la instalación y se midieron los niveles de Iluminancia (E). La construcción de la grilla tomó como base la norma IRAM-AADL J 2022-2 para realizar el cálculo de la Iluminancia media mantenida (Em).

Figura 2: Grilla de medición de Iluminancias

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los períodos estipulados para aseverar tal respuesta, que compensaría totalmente la inversión realizada. Pese a ser una tecnología madura, aún le queda mucho camino a recorrer y sin duda evolucionará aún más. La conveniencia en el uso de esta tecnología la dará finalmente el tiempo, la experiencia y la correcta formación.

Lado platabanda 103,0

92,7

80,3

58,6

36,8

69,6

65,7

62,0

51.3

40,5

50,8

46,9

41,2

39,8

38,0

B.

Ensayo de la luminaria Se realizó el ensayo de la Luminaria empleada en el Laboratorio de Goniofotometría de la UNT, obteniéndose el archivo IES, cuya Curva de Distribución Luminosa podemos observar en la “Fig. 1”.

Lado vereda Figura 3: Valores de Iluminancia sobre la grilla de medición de “Fig 2”

Al ser simétrica la disposición de columnas, es suficiente relevar los niveles de iluminancia, a un 25% del total de la superficie mostrada en la “Fig. 2”, tratándose de una instalación nueva, con 9 meses de uso. Y teniendo en cuenta las dificultades para realizar los registros debido al tránsito vehicular de la vía aún a altas horas de la noche. De la “Fig.3” surge la Iluminancia media aplicando la “ecuación (1)”: n

Em = 1/n∑ Ei

(1)

i=1

Y en la Tabla II puede apreciarse que los valores medidos se encuentran dentro de lo recomendado, y en el caso de la Iluminancia podemos hablar hasta de cierto exceso, lo que generalmente se traduce en derroche de energía.

TABLA II COMPARACIÓN DE PARÁMETROS LUMINOTÉCNICOS

Parámetros luminotécnicos

Registrados in situ

Recomendados por Norma IRAM AADL J 2022-2 para una vía tipo C

Em

58,48 Lux

40 Lux

G1= (Emín /Emed)

0,5677

0,5

0,368

0,25

G2= (Emín /Emáx)

91

Esos niveles registrados, estarían garantizando que al término de la vida útil de las luminarias, 70% del flujo inicial a las 100.000 horas, 22 años a 12 horas de encendido diario, según catálogo del fabricante, aún estaríamos cerca de los 40 Lux recomendados por Norma, naturalmente estas extrapolaciones son algo difíciles de aceptar. Habrá que esperar que transcurran

C. Análisis funcional de la instalación mediante el empleo de software Relux Suite Los archivos de datos IES obtenidos en el ensayo, se leyeron e interpretaron mediante la aplicación de software libre (Relux Suite), para un caso de Av. Belgrano (SE), vía principal "C" según la norma IRAM AADL j20- 22 [6] y la Publicación CIE 115-1995 [8]. En la Tabla III, puede apreciarse la geometría adoptada para la instalación y los resultados obtenidos de los parámetros luminotécnicos: niveles de Luminancia, Iluminancia, y uniformidades. La Luminaria tiene una temperatura de color de 5.700[°K], y un índice de reproducción de color mayor a 70, según catálogo del fabricante. Con los resultados obtenidos se evalúan los índices de eficiencia y calidad [9] y [10]. TABLA III RESULTADOS DEL CÁLCULO CON RELUX LUMINARIA LED

92

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Figura 5: Valores de Luminancia 3D [Cd] Figura 4: Valores de Iluminancia 3D [Lux]

Aquí, el software nos brinda información de E y L, la Norma [1] permite evaluar los parámetros de una vía de tránsito tipo “C” con cualquiera de las dos técnicas (luminancia o Iluminancia). En algunos casos es difícil aplicar la técnica de la luminancia por ejemplo: en calles residenciales o colectoras, con vehículos estacionados en la calzada, cuando no se puede establecer claramente el área de evaluación, o cuando las propiedades reflectantes del pavimento difieren notablemente en distintas zonas de la calzada. Pero vale consignar que debido al costo de un Luminancímetro, generalmente se opta por realizar mediciones de Iluminancia, tal cual se ha hecho en este trabajo. En la “Fig. 4” se muestra una imagen en 3D, de la Iluminancia E, en función de la separación de columnas sobre el ancho de calzada, obtenida empleando el software de cálculo. Una rápida lectura nos dice que la uniformidad alcanzará los valores recomendados por Norma IRAM AADL J20-22_2 [1]. Asimismo en la “Fig. 5” una imagen en 3D, de la Luminancia L, grafica como se ve el espacio iluminado desde la posición de un observador. En la Tabla II podemos leer que los valores obtenidos de Luminancia media 4,27 [Cd/m2] para el observador 1 (ver las coordenadas de ubicación en la misma Tabla), y 3,94 [Cd/m2] para el observador 2, están por encima del valor recomendado por la Norma [1] de 2.4 [Cd/m2]. Y el incremento del umbral de percepción se encuentra próximo a los valores recomendados, 0,4. Asimismo en la Tabla II vemos valores de Iluminancia, Em= 58 [Lux], que aventaja con creces lo recomendado por Norma para este tipo de vía Em= 40 [Lux], y uniformidades, G1= 0,56, y G2= 0,26 que superan por márgenes pequeños los valores mínimos recomendados por Norma, mostrados en la Tabla I.

D. Comparación con el antiguo alumbrado con vapor de sodio, y entre lo calculado y medido La Tabla IV es similar a la Tabla III, pero son resultados obtenidos empleando una Luminaria del mismo fabricante, apantallada, tecnología convencional, modelo AL541 con lámpara SAP 250 [W]. La Lámpara tiene una temperatura de color de 1.950[°K], y un índice de reproducción de color menor a 30, según catálogo del fabricante. TABLA IV RESULTADOS DEL CÁLCULO CON RELUX CON 250W-SAP

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iluminación dotado de lámparas de Sodio de Alta Presión, en la misma disposición actual. La Tabla V nos muestra los valores obtenidos utilizando el software para realizar cálculos luminotécnicos en una misma instalación empleando dos luminarias de diferente tecnología. Y la Tabla VI comparada lo medido in situ con lo calculado. TABLA V: COMPARACIÓN DE PARÁMETROS DEL ALUMBRADO CONVENCIONAL Y CON NUEVAS TECNOLOGÍAS

Luminaria Sodio Alta Presión 250 W LED 207 W Valores mínimos recomendados por Norma

Flujo [Lm]

Em [Lux]

G1

G2

24.500

45,40

0,51

0,29

19.598

58,00

0,56

0,26

-------

40

0,50

0,25

TABLA VI: COMPARACIÓN ENTRE VALORES REGISTRADOS IN SITU Y CALCULADOS CON SOFTWARE

Luminaria LED 207 W

LED 207 W Valores mínimos recomendados por Norma

F.

Forma de obtención de parámetros

Em [Lux]

G1

G2

Medición in situ

58,48

0,56

0,36

Software Relux

58,00

0,56

0,26

-------

40

0,5

0,25

Encuestas a usuarios

La CIE (Comisión Internacional de Alumbrado) define tres objetivos principales del alumbrado público: permitir a los conductores de automóviles, motos, bicicletas y otros tipos de vehículos actuar con seguridad, permitir que los peatones vean los peligros, puedan orientarse, reconozcan otros peatones y tengan una sensación de seguridad, mejorar la apariencia nocturna del espacio urbano. En base a estas premisas fue elaborada la encuesta. Y teniendo en cuenta “La percepción de la población en relación a los cambios de alumbrado para niveles lumínicos eficientes” [11]. Como la instalación con luminarias LED tiene 8 meses de funcionamiento, se consultó a los encuestados acerca de su percepción actual y la comparación con el anterior sistema de

Figura 6: Modelo de encuesta realizada Los resultados de la encuesta realizada a 100 personas, de entre 20 y 64 años, 33 mujeres y 67 hombres, entre peatones (14), conductores (31) y ambas categorías (65), delato que hay ciudadanos, en este caso seis (6) peatones que no encontraban diferencias entre el alumbrado de Sodio y el de LED, otros cuatro (4) conductores que dijeron no recordar las anteriores condiciones de la principal vía de tránsito de Santiago del Estero, no obstante sólo han transcurrido pocos meses de su inauguración. De los restantes hubo coincidencias (entre peatones y conductores) en destacar en un 100% que las condiciones de visión eran mucho mejores, y la impresión del ambiente iluminado eran mucho mejores. Con respecto a la reproducción de colores, algunos encuestados no comprendían a que se refiere, pero al explicarles, respondían que mejor, y aquellos que comprendían el concepto globalmente referían mucho mejor. En cuanto al deslumbramiento, o molestias visuales los encuestados coincidieron en que son menores, y nadie evalúo mucho menores. Como era de esperar, ya que aunque sean apantalladas las luminarias, en determinados ángulos es posible sufrir deslumbramiento, ver “Fig. 7”.

94

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Por último con respecto a la seguridad vial, los consultados respondieron que consideraban mucho mayores las condiciones de seguridad con este nuevo alumbrado.

sin ponderar aún los valores de temperatura de color e Índice de respuesta de color, donde la tecnología convencional del SAP tiene muy mal desempeño. Cuando se observa que valores calculados con Software y medidos en la instalación real con tecnología LED, surge que son muy parecidos, si bien se presenta una diferencia menor a un 1% (0,82), en la medición in situ sobre el cálculo, véase Tabla VI. Para el valor del cálculo se emplea un factor de depreciación de 0,8, de manera que se asegure un valor de Iluminancia media mantenida, que habiendo transcurrido pocos meses desde la inauguración de la instalación aún no aplica cuando se realiza la medición. Esa podría ser una explicación. Con respecto a las encuestas realizadas los resultados favorecen la inversión que significa esta reconversión del alumbrado público a la tecnología LED. Muy pocos usuarios declaran no notar diferencias, y la mayoría encuentra mucho mejor la reproducción de colores, mucho mejor las condiciones de iluminación, y la impresión del ambiente, y mucho mayores las condiciones de seguridad vial. En lo relativo al deslumbramiento, la respuesta más escogida fue menor, y no mucho menor. Los costos de la instalación insumieron unos 385.787 [U$S], lo que significa una inversión de 1.095 dólares por punto Luz, el ahorro de energía obtenido si contrastamos ambas tecnologías con sus potencias consumidas: SAP: 265 [W] (incluyendo equipo auxiliar) y LED 207 [W], y la vida útil estimada de 24.000 y 100.000 horas respectivamente, tendríamos una diferencia de potencia de 58 [W], durante 22 años. Y teniendo en cuenta además que las lámparas de SAP deberían reemplazarse 4 veces por su menor vida útil.

Figura 7: Imagen de la Avenida Belgrano

III.

RESULTADOS

En primer término se evalúa la medición in situ, que responde a lo recomendado por la Norma [1], y supera los niveles mínimos de Iluminancia Media mantenida, y uniformidades, como se aprecia en la Tabla II. Cuando se comparan los parámetros obtenidos mediante cálculo con Relux [7] en la instalación anterior de Avenida Belgrano, equipada con tecnología convencional, luminarias Philips AL541-250 SAP, y la actual con luminarias del mismo fabricante pero tecnología LED, potencia 207 [W], puede afirmarse que los resultados son absolutamente favorables para la tecnología LED, como puede leerse en la Tabla V, y esto

Todo esto debe considerarse cuando se habla de costos, y no sólo ponderar el costo inicial. La energía ahorrada sería de 1.967 [MWh] al final de la vida útil de la luminaria LED, para toda la instalación. Esto representa casi 787 millones de toneladas equivalentes de CO2, según la matriz eléctrica de la RA [2] que tiene un 65% de generación térmica abastecida con combustibles fósiles (gas natural y fueloil).

IV.

CONCLUSIONES Y DISCUSIÓN

Si bien todos los resultados apuntan a la supremacía de la tecnología LED respecto a la convencional, aquí cabe hacer algunas reflexiones que menoscaban esta ventaja, y quedarán para analizar en próximos trabajos: -En lo relativo al deslumbramiento, o molestias visuales, la respuesta más escogida fue “menor”, y no “mucho

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 menor”. Algunos conductores y peatones encuentran cierto “brillo molesto” en ciertos ángulos de visión. Si se observa la “Fig 7”, puede notarse el alto grado de brillo de la luminaria en el sentido de circulación de la avenida. Esto requiere un análisis más profundo para determinar con objetividad el nivel de deslumbramiento. -Los costos de esta instalación insumieron unos 385.787 [U$S], lo que significa una inversión de 1.095 dólares por punto Luz, el ahorro de energía obtenido si contrastamos ambas tecnologías no llega a cubrir la diferencia de inversión, debido a los subsidios en las tarifas de energía eléctrica en la RA, situación que va a ir modificándose los próximos años, hasta equilibrarse con los valores internacionales, según informes de la Secretaría de Energía y Minas. -No se puede establecer con certeza que la vida útil será la referida en catálogos, es decir 100.000 horas, o 22 años, eso con una depreciación del flujo luminoso menor a 70%. Habrá que monitorear las instalaciones para comprobar esta prestación. -Los 787 millones de toneladas de CO2 evitadas de ser emitidas a la atmósfera, si se cumplen las estimaciones de vida útil de la luminaria LED, significan un aliciente importante si se plantea desde el punto de vista ambiental, que puede compensar aquellas dudas que surgen cuando se evalúa este tipo de reconversión dado el alto desembolso que debe realizarse al inicio de la inversión. AGRADECIMIENTOS

Este trabajo fue financiado por el Consejo de Investigaciones de la Universidad Nacional de Tucumán (CIUNT) (PIUNT) Proyecto “Eficiencia e impacto ambiental en la iluminación de espacios urbanos y edificios con tecnología convencional y de estado sólido” Código E523, con la colaboración de los Departamentos Académicos de Electricidad, y de Mecánica de FCEyT de la Universidad Nacional de Santiago del Estero. REFERENCIAS [40] Ministerio de Energía y Minas, Presidencia de la Nación. http://www.energia.gob.ar/contenidos/verpagina.php?idpagina=3102 [41] Cálculo del Factor de Emisión de CO2, de la Red Argentina de Energía Eléctrica http://www.energia.gob.ar/contenidos/verpagina.php?idpagina=2311 [42] L Assaf,. M A Estevez, et al “Dimensionando el potencial de ahorro energético nacional por la aplicación de regulaciones de eficiencia energética en los sistemas de iluminación” XI Congreso Iberoamericano de Iluminación, Cartagena, Colombia 2012, pp. 290-293. Publicación ISBN 978-958-46-0110-0. [43] PRONUREE Alumbrado Público http://www.energia.gov.ar/contenidos/verpagina.php?idpagina=3109 [44] J. Elizalde Giró “LEDs sí, o LEDs no”, XI Congreso Iberoamericano de Iluminación, Cartagena, Colombia 2012, pp. 14-17. Publicación ISBN 978-958-46-0110-0. [45] Norma IRAM AADL J 2022-2 (1995). “Alumbrado Público. Vías de tránsito. Clasificación y niveles de iluminación” [46] Software de Cálculo Reluxsuite 2016, www.relux.biz/index.php?option=com_download&Itemid=241

95

[47] Publicación CIE 115-1995 (1995). “Recommendations for the Lighting of Roads for Motor and Pedestrian Traffic” [48] S. Rigali, M Raitelli; “Estimación del Deterioro de la Calidad y la Ineficiencia Energética por Depreciación del Alumbrado Urbano. Caso de la Ciudad de Santiago del Estero, Argentina.”, X Congreso Iberoamericano de Iluminación, Valparaíso, Chile 2010, sección IV-6. Publicación ISBN 978-987-20335-5-2. [49] R San Martín, “Guía para la Elaboración de un Plan Director de Alumbrado Público”, Diputacía de Barcelona, 2011. [50] E Barbosa Prado Lópes, R. San Martín “La Percepción de la Población en Relación con los Cambios de Alumbrados para Niveles Lumínicos Eficientes”, Ponencia presentada en el IX Congreso Iberoamericano de Iluminación, Rosario, Argentina, 2008.

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Protección de los Cielos Oscuros en Chile: Iniciativas, Educación, y Coordinación Guillermo A. Blanc1, Pedro Sanhueza2, Pedro Galleguillos3 1- Sociedad Chilena de Astronomía: SOCHIAS (gblancm@das.uchile.cl) 2- OPCC, AURA/CARSO/ESO/MMA/MINREL/SOCHIAS, Chile (psanhueza2007@gmail.com) 3- Fundación Chilena de Luminotecnia, Chile (pgalleguillos@luminotecnia.org) Resumen— Durante la próxima década, Chile afianzará su lugar como “Capital Mundial de la Astronomía”. Para el 2025, más del 70% de la infraestructura mundial para realizar observaciones astronómicas profesionales estará instalada en el Desierto de Atacama, al norte del país. Los asombrosos descubrimientos científicos que generan estos telescopios tienen un impacto directo en nuestro entendimiento del cosmos, y proteger esta “ventana al universo” es fundamental para garantizar el derecho de la humanidad a contemplar el cielo nocturno y descifrar nuestros orígenes. Como país, Chile enfrenta el desafío de luchar contra la contaminación lumínica y proteger sus cielos oscuros en un contexto de crecimiento urbano descontrolado y con una industria minera en continua expansión que comparte el mismo territorio que los observatorios astronómicos. La Sociedad Chilena de Astronomía (SOCHIAS) desempeña un activo papel a la hora de proteger los cielos oscuros a través de una serie de iniciativas que implican programas educativos, ayudando en el desarrollo y aplicación de políticas públicas y regulaciones, y solicitando la declaración de los mejores sitios astronómicos de Chile como áreas de patrimonio protegidas, tanto a nivel nacional como internacional. Al tiempo que describo nuestras experiencias, subrayo la importancia de abordar el problema de la contaminación lumínica desde todos los ángulos, implicando a todos los actores relevantes (comunidades, gobiernos nacionales y locales, industria de la iluminación, ecologistas astrónomos y otros). Analizo también cómo la comunicación y la coordinación oportuna con potenciales actores problemáticos (como industrias, ciudades y algunas agencias gubernamentales) puede ser una eficaz herramienta para transformar a potenciales enemigos en aliados en la lucha por la protección del cielo nocturno. I.

D

INTRODUCCIÓN

urante la primera mitad del siglo XX los mayores telescopios del mundo, como el telescopio Hooker de 100 pulgadas en Monte Wilson, y el telescopio Hale de 200 pulgadas en Monte Palomar se concentraban en el sur de California, en los Estados Unidos continentales. En las décadas de 1950 y 1960 los astrónomos americanos y europeos comenzaron a explorar potenciales sitios en el desierto de Atacama en el norte de Chile. Esto se hizo como parte de un esfuerzo para encontrar lugares que ofrecieran excelentes condiciones de observación y garantizaran un bajo nivel de

contaminación lumínica en el futuro. El crecimiento de ciudades como Los Ángeles y San Diego estaba deteriorando rápidamente las capacidades de la mayoría de los grandes telescopios en el mundo, y la lejanía y baja densidad de población del desierto de Atacama parecía ofrecer décadas y hasta siglos de cielos oscuros por delante. Con la construcción del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo (CTIO en inglés) en 1963 por parte National Optical Astronomical Observatory (NOAO) de Estados Unidos, la creación del Observatorio La Silla en 1965, operado por el Observatorio Europeo Austral (ESO en inglés), y el inicio de operaciones del Observatorio Las Campanas en 1969, construido por la Institución Carnegie para la Ciencia, el desierto de Atacama comenzó su camino para convertirse en el centro de observación astronómica más importante del mundo. Hoy Atacama alberga alrededor del 30% de la superficie recolectora total de todos los telescopios ópticos del mundo, incluyendo proyectos emblemáticos como el Very Large Telescope (VLT) con sus cuatro espejos de 8,2 metros, los dos telescopios Magallanes de 6,5 metros en Las Campanas, y el Telescopio Gemini Sur de 8,1 metros. Esta fracción aumentará hasta un 70% con la realización de varios proyectos actualmente en construcción como el Large Synoptic Survey Telescope (LSST), el Giant Magellan Telescope (GMT) de 25 metros, y el European Extremely Large Telescope (E-ELT) de 39 metros de diámetro. Teniendo en cuenta los telescopios que observan en radiofrecuencias, donde la contaminación lumínica puede estar presente en forma de interferencia radial asociada a comunicaciones y de otras fuentes, Chile ya alberga la mayor parte del área recolectora de todos los radiotelescopios del mundo. Esto principalmente gracias al Atacama Large Millimeter/submilimeter Array (ALMA). Este es el mayor y más potente radiotelescopio del mundo, que consta de un interferómetro compuesto por sesenta y seis antenas de 12 metros de diámetro. Toda esta inversión en la infraestructura astronómica ha transformado el desierto de Atacama en la "Capital Mundial de la Astronomía", y ha traído enormes beneficios para el país en varios frentes. Chile y su gobierno ven el desarrollo de la astronomía como una oportunidad para el desarrollo nacional.

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 La cooperación científica entre los observatorios internacionales y universidades chilenas se ha traducido en enormes avances en la calidad, cantidad, e impacto de la investigación astronómica y el desarrollo de instrumentación astronómica que se realiza en Chile. Hoy en día las universidades chilenas están a la vanguardia de la investigación en esta área y compiten de igual a igual con universidades en Europa y América del Norte. Los observatorios internacionales en Atacama también han fomentado la atracción y formación de profesionales altamente calificados en varios campos de la ingeniería, las ciencias físicas y matemáticas, y las ciencias de la computación. La transferencia de conocimientos, experiencia y tecnología entre los observatorios astronómicos, las universidades y la industria privada ofrece enormes oportunidades para el desarrollo de las empresas de ingeniería avanzada en Chile, un aspecto de importancia estratégica para el futuro crecimiento económico y la competitividad internacional del país. Además, otras áreas como la educación en ciencias, la creciente industria del astroturismo, y la protección del patrimonio natural y cultural del país, también se han beneficiado de una manera u otra del desarrollo de la astronomía en el país. II.

CONTAMINACIÓN LUMÍNICA EN CHILE

Hasta la década de los 90’s la contaminación lumínica en los observatorios astronómicos más importante de Chile era mínima. La mayoría de los sitios, incluso los más próximos a grandes ciudades como Cerro Tololo cerca de La Serena, tenían cielos vírgenes cuyo brillo era consistente con los niveles naturales del lugar. Durante la década de los 90’s Chile experimentó un enorme crecimiento económico y demográfico, con un crecimiento anual sostenido del PIB en el rango del 510% y un crecimiento del 15% en la población. Este desarrollo ha continuado en las dos décadas siguientes, y una fracción significativa del mismo se ha concentrado alrededor del desierto de Atacama, la principal región minera del país. La Figura 1 muestra mapas de los niveles de brillo del cielo en dirección al cenit cálculos utilizando imágenes nocturnas de satélite y modelos de propagación de luz en la atmósfera. Es evidente que tanto el área de las zonas afectadas por la contaminación lumínica, como los niveles de contaminación han aumentado sustancialmente en los últimos años. Ya a mediados de los años 90 los sitios cercanos a ciudades como Cerro Tololo y Cerro Pachón mostraban pequeños pero significativos aumentos en el brillo del cielo por encima de los niveles naturales. Hoy en día los niveles de contaminación lumínica en Tololo y Pachón se están volviendo alarmantes, y sitios remotos que anteriormente mostraban cielos oscuros vírgenes como Las Campanas y La Silla, ahora están en el borde de regiones afectadas de manera significativa por la contaminación lumínica. El problema de la contaminación lumínica es ahora evidente a simple vista en sitios remotos como Las Campanas. La Figura

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2 muestra una imagen panorámica del cielo nocturno en este sitio. Los dos telescopios Magallanes de 6,5 metros pueden verse en la parte inferior. En el horizonte se puede identificar claramente el cielo brillando por encima de ciudades como La Serena, Coquimbo, Vallenar y Copiapó. También se pueden ver otras fuentes importantes de contaminación lumínica como operaciones mineras cercanas y las luces que iluminan los cruces de caminos y plazas de peaje en un tramo cercano de la carretera Panamericana. Un par de décadas atrás estos niveles de contaminación lumínica en un sitio tan remoto como Las Campanas eran inimaginables. Los astrónomos, buscando una mejor calidad de imagen y un bajo brillo del cielo por lo general llevan a cabo sus observaciones apuntando sus telescopios a gran altura por sobre el horizonte. Por lo tanto, las observaciones astronómicas tienden a evitar las zonas más afectadas por la contaminación lumínica. Pero si el aumento sostenido del brillo del cielo no se controla oportunamente, todo éste puede verse seriamente afectado, incluso hasta el cenit. De esta manera están en riesgo de degradarse las "ventanas al Universo "que el desierto de Atacama ofrece a nosotros. Más allá de los efectos directos de la contaminación lumínica sobre la calidad de las observaciones astronómicas, ésta produce muchos otros efectos negativos asociados con niveles excesivos e innecesarios de la iluminación. Estos incluyen, entre otras cosas, distorsiones en el patrón de sueño de las personas junto a los problemas de salud asociados, la alteración de los patrones de migración y de caza, y el comportamiento reproductivo de algunas especies animales, y un serio impacto ambiental y económico negativo asociado a la sobreproducción de energía eléctrica que se desperdicia iluminando el cielo innecesariamente. Además, en el caso particular de Chile, la contaminación lumínica amenaza los beneficios evidentes a nuestra sociedad que el desarrollo de la astronomía está teniendo y tendrá en el futuro.

III.

REGULACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN LUMÍNICA EN CHILE

Ya en la década de 1990 los astrónomos en Chile comenzaron a expresar serias preocupaciones por el problema de la contaminación lumínica y su dramática evolución. Estas preocupaciones fueron bien recibidas por el gobierno chileno y dieron origen a la primera norma de control de emisiones lumínicas que tuvo el país. En 1998, el Decreto Supremo Nº686 del Ministerio de Economía reguló las características de las luminarias de alumbrado exterior en tres regiones del norte del país (Antofagasta, Atacama y Coquimbo), en donde se encuentran la mayoría de los observatorios. Esta fue la primera protección legal dedicada a controlar directamente la contaminación lumínica que tuvo el país. Hasta esa fecha, la única protección que tenían los observatorios astronómicos era la figura de "Zonas de Interés Científico para Efectos Mineros" descrita en el Código de Minería de Chile, que define zonas de

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protección relativamente pequeñas (unos pocos kilómetros cuadrados), donde no se pueden llevar acabo actividades mineras sin autorización expresa del Presidente de la República. El Decreto Nº686 fue seguido por la creación, en Mayo de 2000, de la Oficina de Protección de la Calidad del Cielo del Norte de Chile (OPCC). La OPCC opera actualmente bajo un acuerdo entre el gobierno de Chile, un consorcio de observatorios internacionales instalados en el país, y la Sociedad Chilena de Astronomía (SOCHIAS). Esta oficina, bajo la dirección de su Director el Sr. Pedro Sanhueza, ha sido el actor más importante en la lucha contra la contaminación lumínica en Chile durante las últimas dos décadas. Un esfuerzo de más de diez años por parte de la OPCC se tradujo en un nivel de cumplimiento de las regulaciones establecidas en el Decreto Nº686 de más de un 90%. Esto mitigó enormemente el aumento de la contaminación lumínica durante la década del 2000, el cual, dado el crecimiento de las ciudades en la región, podría haber sido mucho mayor durante esa década. Durante la década de 2010, la llegada de nuevas tecnologías de iluminación, sobre todo la amplia disponibilidad de diodos emisores de luz (LEDs) de alta eficiencia con un componente fuerte de emisión en longitudes de onda azules (la luz azul produce más contaminación que la luz roja ya que se dispersa más fácilmente en la atmósfera), y la popularización de grandes pantallas LED brillantes para uso en publicidad, hizo que el Decreto Nº686 fuera insuficiente en términos de proporcionar una protección adecuada a los cielos oscuros en del norte de Chile. Esto llevó al desarrollo de una nueva norma, esta vez proveniente del Ministerio de Medio Ambiente. El nuevo Decreto Supremo Nº43 del Ministerio de Medio Ambiente de 2014 reemplazó oficialmente al o Decreto Nº686 de 1998, imponiendo regulaciones más estrictas a las características de las luminarias y carteles luminosos utilizados en iluminación exterior, publicidad, iluminación industrial (incluyendo la minería), y eventos deportivos. De particular importancia son el requisito de que todas las luminarias de alumbrado de exteriores tengan "full-cutoff" (es decir, cero emisiones por encima de la horizontal), los límites sobre la fracción de la emisión total que puede ser emitida en frecuencias de color azul, y el establecimiento de niveles máximos de iluminación a nivel del suelo. Si bien este nuevo Decreto tiene el potencial de ser una herramienta poderosa para el control de la contaminación lumínica en el desierto de Atacama, su aplicación ha sufrido retrasos, y procurar un nivel significativo de cumplimiento exigirá grandes esfuerzos en lo que respecta a la educación y coordinación de los diferentes actores involucrados en el problema de la contaminación lumínica. Es en este esfuerzo en que la Sociedad Chilena de Astronomía (SOCHIAS) en una asociación con la OPCC está jugando un papel central.

IV.

EL ROL DE SOCHIAS Y LA OPCC

SOCHIAS es una sociedad científica que agrupa a la mayoría de los astrónomos profesionales que trabajan en Chile. Fue creada el año 2000 y actualmente cuenta con más de 160 miembros, entre investigadores, profesores y estudiantes de universidades chilenas, y astrónomos e ingenieros que trabajan en los diferentes observatorios astronómicos del país. A partir de 2015 SOCHIAS ha iniciado una estrecha colaboración con la OPCC, los observatorios internacionales, y el gobierno de Chile, con el objetivo de luchar contra la contaminación lumínica y la promover protección de los cielos oscuros de Chile. El problema de la contaminación lumínica involucra la participación de muchos actores diferentes, los que pueden desempeñar distintas funciones. Estos incluyen, por un lado los astrónomos, los ecologistas y las agencias reguladoras como el Ministerio de Medio Ambiente en Chile, los que tienen un evidente interés en la lucha en contra de la contaminación lumínica. Por otra parte las comunidades locales, los gobiernos locales, las empresas privadas y otros organismos gubernamentales nacionales y regionales relacionadas con la energía, el transporte, etc., todos pueden diferentes incentivos ya sea para producir mayor contaminación, o reducir sus niveles. Por ejemplo, el gobierno local de una ciudad puede querer aumentar el nivel de iluminación en sus calles en un esfuerzo para reducir los crímenes durante la noche en una zona determinada, mientras que puede también querer reducir su factura de electricidad mediante la adopción de mejores prácticas de iluminación que reducen la cantidad de energía desperdiciada iluminando el cielo. Para abordar de manera efectiva el problema de la contaminación lumínica es necesario involucrar a todos estos diferentes actores, entender sus necesidades y prioridades, y encontrar un terreno común que permita proteger sus intereses de manera razonable al mismo tiempo de proteger nuestros cielos oscuros. En este contexto SOCHIAS está implicado en varias iniciativas destinadas a proteger a los cielos oscuros del norte de Chile, los cuales están dirigidas a diferentes actores en el problema de la contaminación lumínica. Estas iniciativas se enmarcan principalmente en dos categorías: iniciativas de educación e iniciativas de coordinación. Ambas son herramientas esenciales en nuestra lucha para proteger el recurso único que nuestro país tiene en su cielo nocturno. V.

INICIATIVAS EN EDUCACIÓN

El el punto de partida de nuestro trabajo es educar y crear conciencia en el público general sobre el problema de la contaminación lumínica, y la herramienta más eficaz para llegar a este público es la prensa. En SOCHIAS tratamos de mantener un flujo constante de noticias en la prensa nacional relacionadas con la protección de los cielos oscuros. Durante 2015 tuvimos una docena de apariciones en periódicos, televisión y programas de radio con cobertura nacional. También promovemos que todos los miembros de nuestra sociedad científica mencionen el tema de la contaminación lumínica

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 cuando sean entrevistados sobre sus descubrimientos científicos. Esto requiere el mantenimiento de buenas relaciones con los periodistas científicos en las principales agencias de noticias en el país, y también estar plenamente disponible cada vez que surge una oportunidad para plantear el tema en los medios de comunicación. Más allá del público en general, una parte fundamental de nuestra estrategia es dirigirse a grupos de interés específicos como las compañías que fabrican, importan, y distribuyen luminarias para alumbrado público e industrial. Para ello, en estrecha colaboración con el OPCC hemos organizado dos talleres durante 2015 que fueron dirigidos específicamente a la industria de la iluminación. En estos talleres, uno de los cuales incluyó una presentación del ministro chileno de Medio Ambiente y otras autoridades gubernamentales, hemos expuesto el tema de la contaminación lumínica y los requisitos técnicos que exige la ley para que los productos de iluminación puedan ser certificados para su instalación en las regiones protegidas. Aquí hemos visto una respuesta muy positiva por parte de estas empresas, y una importante lección que es bueno destacar. Las empresas del sector de la iluminación tienen un obvio interés por aumentar las ventas de sus productos, y por lo tanto han sido consideradas tradicionalmente como adversarios de los grupos que tratan de disminuir los niveles de contaminación lumínica. A través de esta nueva relación que hemos establecido por medio de estos talleres, hemos visto a algunas compañías abrazar la lucha de la contaminación lumínica, viéndola como una oportunidad para comercializar mejor sus productos, ofreciéndolos como amigables con el medio ambiente, y a la altura de los requisitos de la ley. También la industria ve la necesidad de una sustitución masiva de las antiguas luminarias que no se ajustan a las nuevas normas como una oportunidad de negocio. Este es un ejemplo de cómo la comunicación, la educación, y un interés por comprender las necesidades de todas las partes en un problema, pueden convertir potenciales adversarios en aliados. Experiencias similares se ven regularmente con las empresas del sector de la minería, que debido a consideraciones de seguridad en el trabajo tienen un fuerte incentivo para mantener altos niveles de iluminación en sus instalaciones. La experiencia de la OPCC muestra cuan receptivas son algunas de estas empresas cuando a través de reuniones y otras instancias de la comunicación, se dan cuenta de que mediante inversiones mínimas pueden mantener los mismos niveles de seguridad al tiempo de reducir drásticamente sus niveles de impacto en el brillo del cielo. En el caso del sector minero existe un fuerte incentivo para reducir la contaminación lumínica con el fin de compensar otros impactos ambientales asociados con la minería, y mantener una buena imagen de responsabilidad social y sustentabilidad ambiental. Tal vez los actores más importantes en la protección de nuestros cielos oscuros son los gobiernos de las ciudades y las

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jurisdicciones locales. En último término son éstos quienes toman las decisiones a la hora de aprobar y ejecutar la mayor parte de los proyectos de iluminación exterior. Dada la estructura administrativa de Chile, las "Municipalidades" son la unidad de gobierno fundamental que debemos asegurar tener de nuestro lado en la lucha contra la contaminación lumínica. Para ello, SOCHIAS y la OPCC han iniciado un programa de capacitación a gran escala que esperamos llevar a cabo en todos los municipios de las tres regiones del país actualmente bajo la protección de la nueva norma de emisión de luz (el Decreto Nº43 mencionado anteriormente). Mientras que los municipios tienen mucha influencia en los proyectos de iluminación exterior en sus jurisdicciones, muy a menudo carecen de los recursos económicos necesarios para renovar sus sistemas de iluminación, y en este sentido dependen mucho de los gobiernos nacionales y regionales para proporcionar los fondos necesarios para estos proyectos. Suele ser el caso además que los municipios no están a menudo bien informados acerca de los requisitos en términos de diseño y certificación que deben cumplir las luminarias, y esto puede traducirse en compras erróneas e instalaciones de sistemas de iluminación contaminantes y no conformes a la ley. Con el fin de aliviar estos problemas es que durante 2015 SOCHIAS y la OPCC consiguieron el apoyo del "Fondo del Comité Mixto ESO-Chile", el que nos permite financiar este programa de capacitación para el personal municipal en las regiones de Antofagasta, Atacama, y Coquimbo. El primero de estos programas de formación se llevó a cabo en Junio de 2016 en las ciudades de Coquimbo y La Serena. Este programa incluye un curso general sobre "Prácticas de Iluminación Sustentable" impartido por un experto en diseño de iluminación, y otras dos sesiones. La primera dirigida a la comprensión de los impactos negativos de la contaminación lumínica, y la segunda dirigida a la comprensión de los requisitos técnicos que la ley chilena impone en términos de características y certificaciones para las nuevas luminarias. Una parte fundamental de estos programas es incluir también a las autoridades regionales y los representantes locales del gobierno nacional, así como los miembros de las comunidades locales (por ejemplo partes interesadas como los propietarios de negocios astro-turismo). De esta manera podemos empezar a crear una red de apoyo a los municipios que pueden ayudar a empujar los proyectos necesarios para mejorar sus sistemas de iluminación exterior. Por último, como SOCHIAS tenemos la responsabilidad de involucrar a nuestros miembros en la lucha contra la contaminación lumínica. Sorprendentemente la mayoría de los astrónomos profesionales en el mundo no están involucrados activamente en la protección de los cielos oscuros. Dado que la capacidad de observar el Universo desde lugares como el desierto de Atacama es una parte fundamental de su trabajo, se podría esperar un nivel de involucramiento más alto en este asunto. La poca participación de los astrónomos profesionales

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es causada en parte por la naturaleza enormemente competitiva y absorbente del trabajo académico y de investigación. Pero nos hemos dado cuenta de que existe también un factor importante asociado a la falta de información y oportunidades de participación. Casi todos los astrónomos son conscientes del problema de la contaminación lumínica, pero muchos no saben lo que pueden hacer de manera concreta al respecto. Por lo tanto, como sociedad científica, estamos tratando de involucrar activamente a la comunidad astronómica chilena en nuestras iniciativas de protección de los cielos oscuros. Con este fin, ya desde 2015 hemos reservado un espacio en la Reunión Anual de SOCHIAS (la conferencia científica de astronomía más importante y concurrida de Chile) para tener conversaciones y discusiones abiertas sobre la contaminación lumínica. En estas instancias le informamos a nuestros miembros sobre las herramientas y recursos que pueden usar para desempeñar un papel protagónico en la lucha contra la contaminación lumínica. Esto incluye proporcionarles material que pueden utilizar en sus clases y durante charlas de extensión, y enseñarles a utilizar los sistemas existentes para denunciar violaciones a las normas que regulan la contaminación lumínica en el país. Además de esto los incitamos a participar directamente en las diferentes iniciativas que lideramos. Es fundamental para nosotros conseguir la participación activa de los miembros de nuestra sociedad en estas iniciativas y actividades. VI.

INICIATIVAS DE COORDINACIÓN

Mientras que la educación es una herramienta fundamental para garantizar el apoyo a largo plazo de todos los diferentes actores involucrados en el problema de la contaminación lumínica, ésta es un proceso lento y hay amenazas inmediatas a la calidad de nuestro cielo nocturno que debe ser abordadas de inmediato por medio de participación directa. En este sentido SOCHIAS y OPCC están participando activamente en esfuerzos para coordinar distintas iniciativas en curso que potencialmente pueden tener un fuerte impacto en la preservación de los cielos oscuros de Atacama. La primera de ellas es un programa a nivel nacional impulsado por el Ministerio de Energía de Chile y la Agencia Chilena de Eficiencia Energética (AChEE), que tiene por objeto sustituir durante los próximos cuatro años 200.000 luminarias a lo largo de todo el país por luminarias LED de bajo consumo. Se espera que el programa se traduzca en una disminución del 20% en el consumo nacional de energía asociado a alumbrado público. Lamentablemente, debido a la falta de coordinación e información interna del gobierno, la primera encarnación del programa no tuvo en cuenta el cumplimiento de las normas en el recientemente publicado Decreto Nº43 del Ministerio de Medio Ambiente. Una rápida reacción por parte de la OPCC, SOCHIAS, y los observatorios astronómicos, junto con el importante apoyo del Ministerio de Relaciones Exteriores ha permitido corregir estos problemas y dicho programa hoy asegura de que todas las nuevas luminarias instaladas en las

regiones protegidas serán compatibles con las nuevas normas. Otra experiencia que muestra la necesidad de una coordinación y supervisión constante por nuestra parte es el proyecto de iluminación llevado a cabo por el Ministerio de Obras Públicas de Chile en un tramo de la carretera Panamericana que cruza justo en frente de los observatorios de La Silla y Las Campanas. Como parte de la remodelación y ampliación de la carretera, y en un esfuerzo por cumplir con las normas de seguridad vigentes para la iluminación vial, todos los nuevos cruces y una nueva plaza de peaje instalada recientemente fueron equipados con luminarias extremadamente brillantes y contaminantes. Lamentablemente este proyecto fue ejecutado meses antes de que entrara en vigencia la nueva normativa de contaminación lumínica actualizados, por lo que estas luminarias no cumplen con las restricciones de “full-cutoff” ni con los niveles máximos de iluminación previstos en la nueva legislación. La Figura 3 muestra dos fotografías tomadas desde el Observatorio Las Campanas, más de 1.000 metros por encima del nivel de la carretera, antes y después de la instalación de éstas. Es impresionante ver la gran cantidad de luz que se emite hacia el cielo desde la carretera, que como se ve también en la Figura 2, es una fuente importante de contaminación lumínica en la zona. No sólo este proyecto contamina los cielos oscuros en uno de los mejores sitios astronómicos del mundo, sino que también implica un gran desperdicio de recursos ya que la nueva regulación requiere que todas estas luminarias sean reemplazadas en un plazo de 5 años, mucho más corto que la vida útil real de estos sistemas. Un mayor nivel de supervisión y coordinación podría haber evitado este problema. Afortunadamente, las preocupaciones planteadas por la OPCC tras la ejecución del proyecto han sido recibidas positivamente por el Ministerio de Obras Públicas. Hoy en día hay planes de transformar este tramo de carretera en un proyecto piloto para probar la tecnología LED Ámbar (uno de los tipos de iluminación LED más amigables con la astronomía) en las rutas chilenas. Si todo va bien este tipo de instalaciones podrían convertirse en el estándar cerca de los grandes observatorios en el país. En resumen hay una importante lección que aprender de estas experiencias. No podemos suponer que los ciudadanos, las industrias y las agencias gubernamentales están al tanto del problema de la contaminación lumínica y las legislaciones vigentes al respecto, ni que la consideren un factor importante durante sus procesos de toma de decisiones. Por lo tanto es necesaria una constante vigilancia de las partes interesadas como observatorios, sociedades científicas, y las agencias regulatorias ambientales. En nuestra experiencia, incluso niveles mínimos de comunicación, educación y coordinación pueden tener éxito en hacer que la gente entienda el problema de la contaminación lumínica, y vea los beneficios generales de evitarla.

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 I.

PATRIMONIO Y CONCLUSIONES FINALES

La iniciativa final y quizás más importante en la que estamos involucrados en la actualidad con respecto de la protección de nuestro cielo nocturno, es un esfuerzo por reconocer el valor universal excepcional que estos sitios maravillosos del desierto de Atacama tienen para toda la humanidad. Estos lugares únicos, donde residen los mejores observatorios astronómicos del mundo, son nuestras "ventanas al universo". Son los lugares desde los que la humanidad aprende sobre el cosmos, revela sus orígenes, y llega a comprender su lugar en el Universo. Hoy el Gobierno de Chile, en estrecha colaboración con SOCHIAS y la OPCC están buscando la protección y el reconocimiento del valor cultural y natural de estos sitios, tanto a nivel nacional como internacional. Con este propósito, como miembros de un grupo de trabajo especialmente designado por el Ministerio de Relaciones Exteriores de Chile, estamos trabajando en la preparación de una solicitud para buscar el reconocimiento como Áreas Protegidas de los principales lugares de observación en el desierto de Atacama. El objetivo es que esta protección a nivel nacional pueda ser seguida de una postulación a la condición de Patrimonio de la Humanidad de la UNESCO. Tales reconocimientos proporcionarían un enorme respaldo a instituciones como SOHCIAS y la OPCC para impulsar la protección de estos sitios contra la contaminación lumínica. Pero hay un impacto más fundamental que esperamos de estas protecciones. La designación como Áreas Protegidas y Patrimonio de la Humanidad nos ayudará a encontrar un lugar para el cielo nocturno en las mentes de millones de chilenos. Esperamos que los ciudadanos de nuestro país comiencen a considerar los hermosos y oscuros cielos del desierto de Atacama como una parte fundamental de su patrimonio nacional. Algo de lo que debemos estar orgullosos, y que como nación tenemos el deber de preservar para toda la humanidad hacia los siglos venideros. Es este concepto de preservar un laboratorio natural único y maravilloso, que nos proporciona una ventana al universo y a nosotros mismos, el que guía nuestros esfuerzos. Chile como nación tiene la responsabilidad de proteger lo que la naturaleza nos ha dado, y es bueno ver cómo los gobiernos, las industrias, los científicos y el público están empezando a compartir esta realización. Todavía hay mucho trabajo por hacer, pero estamos en el camino correcto para asegurar que las generaciones futuras tengan acceso al mismo cielo oscuro que hemos heredado de nuestros antepasados.

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FIGURAS

Figura 1: Evolución de la contaminación lumínica en el norte de Chile 1996-2006. Cuadrados rojos marcan la posición de los principales observatorios astronómicos ópticos en Chile. De sur a norte: Pachón y Tololo, La Silla, Las Campanas, Paranal y Armazones. Crédito: Figura modificada por Guillermo Blanc a partir de Mapas de: 1996: P. Cinzano, F. Falchi (Universidad de Padua), CD Elvidge (NOAA National Geophysical Data Center, Boulder). 2006: David J. Lorenz (Universidad de WisconsinMadison).

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Figura 2: Niveles actuales de contaminación lumínica en el Observatorio Las Campanas. Las ciudades de La Serena, Vallenar y Copiapó, al igual que la carretera Panamericana y algunas operaciones cercanas de minería son claramente visibles en el horizonte. Crédito: Yuri Beletsky (Observatorio Las Campanas).

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Figura 3: Un tramo de la carretera Panamericana que cruza frente a los observatorios de La Silla y Las Campanas. La foto muestra la carretera antes y después de la instalación de nuevos sistemas de iluminación de cruce de caminos y plazas de peaje que no cumplen con las nuevas normas de regulación de la contaminación lumínica en la región. Crédito: Yuri Beletsky (Observatorio Las Campanas).

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Marco Legal del Área de Protección Lumínica del Observatorio Astronómico Nacional de Llano del Hato, Mérida - Venezuela Elvis Puro1, 2, Jesús Hernández 1,3 1- Centro de Investigaciones de Astronomía “Francisco J. Duarte” (CIDA), Venezuela. 2- Maestría en Estudios Sociales y Culturales de Los Andes, Universidad de Los Andes (ULA), Venezuela. puroelvis@gmail.com 3- Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México, Ensenada, México Resumen—El Observatorio Astronómico Nacional de Llano del Hato en Venezuela es una obra pública importante para el desarrollo técnico, científico y de divulgación de la astronomía, a lo cual se suma su ubicación en los frágiles ambientes del páramo y la presencia de comunidades agrícolas en el área, los cuales generaron el interés del Ejecutivo Nacional para decretar su protección en el año 1990. Se crea el Área de Protección de Obra Pública Observatorio Astronómico Nacional de Llano del Hato, una zona especial de protección lumínica en la que se procura garantizar la continuidad de las actividades de observación científica de los cielos a través de los telescopios astronómicos y prevenir la contaminación lumínica de los sistemas de iluminación en las comunidades adyacentes. En el año 1991 se decreta el Plan de Ordenamiento y Reglamento y Uso de esta área especial y se establecen los lineamientos, políticas y directrices para su administración; así como la asignación de usos y actividades permitidas, prohibidas y de conservación. En el año 2009 se realiza una propuesta de revisión del plan de ordenamiento con una actualización de los requerimientos de iluminación en esta área. I.

INTRODUCCIÓN

El Observatorio Astronómico Nacional (OAN) de Llano del Hato, ubicado a 3.600 metros sobre el nivel del mar, es el único observatorio astronómico profesional en Venezuela y la base para el desarrollo científico y de investigación de alto nivel, formación de talento y popularización de la ciencia, así como la generación de propuestas legales y de trabajo comunitario para la aplicación de medidas de ahorro energético e iluminación eficiente. Desde su fundación el OAN ha estado vinculado al estudio de la problemática de la contaminación lumínica y la protección de los cielos oscuros, ya que lo instrumentos que inicialmente fueron requeridos para el Observatorio Cajigal en la ciudad de Caracas no pudieron ser instalados por los elevados niveles de contaminación lumínica que presentaba la ciudad de Caracas, siendo necesario la búsqueda de nuevos sitios en el país para la construcción de un Observatorio Astronómico. Los técnicos optan por la Loma de las Múcuras, adyacente a las comunidades de Llano del Hato y Apartaderos en el páramo merideño [1]. Desde la apertura del OAN, en el año 1975, se ha puesto de manifiesto el interés por las condiciones especiales para su funcionamiento tanto en la parte tecnológica como por la

protección de los cielos oscuros y la afectación de los mismo por los crecimiento poblacionales como por los sistemas de iluminación deficientes. De esta forma surge la necesidad del estudio de la problemática de la contaminación lumínica y las medidas necesarias para su reducción. Dentro de las actividades para el fomento de la actividad astronómica y de la protección de los cielos oscuros en Venezuela destaca la creación en el año 1990 de un Área Bajo Régimen de Administración Especial (ABRAE) denominada Área de Protección de Obra Pública del Observatorio Astronómico Nacional de Llano del Hato, con un extensión de 45.642 hectáreas (ha), con el fin de proteger el área circundante al OAN de las perturbaciones de la iluminación al cielo. En esta área se incluyen comunidades de los municipios Rangel, Cardenal Quintero y Miranda del estado Mérida. Asimismo le otorga la responsabilidad de la administración de esta área al Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales(MARN) y la Fundación Centro de Investigaciones de Astronomía (CIDA), con el apoyo de la Compañía Anónima de Administración y Fomento Eléctrico (CADAFE) [2]. La ley venezolana que regula las ABRAE es la Ley Orgánica de Ordenación del Territorio la cual establece la obligatoriedad de la elaboración del Plan de Ordenamiento y Reglamento de Uso (PORU) para cada área y su revisión cada 5 años. Igualmente le otorga la responsabilidad de la administración de este sistema al Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales. . En cumplimiento del Decreto 631 del Ejecutivo Nacional se elabora y aprueba en el año 1992 el PORU del en el área de protección al OAN a los fines de normalizar los futuros crecimientos poblacionales y los requerimientos de iluminación en las comunidades [3]. En el PORU se establecen los lineamientos y directrices para la administración del área, así como las actividades permitidas. Igualmente dentro de la ABRAE se aprueba una zona de 5 kilómetros de radio alrededor del OAN con mayores restricciones lumínicas. Las campañas de desinformación y desprestigio en contra del ABRAE y la dificultad de aplicación práctica del PORU en concordancia con las actividades, agrícolas, turísticas y de desarrollo propio de las comunidades adyacentes conllevaron a una necesaria revisión y modificación de este instrumento legal. Es por ello en el año 2006 se inicia un proyecto de modificación

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y revisión con la participación del Ministerio del Ambiente, el CIDA y las comunidades. A la par de esta propuesta se inicia un trabajo intensivo de divulgación y presencia en las comunidades, acompañados de propuestas de sustitución de luminarias con derroche energético en las comunidades adyacentes del OAN. II.

METODOLOGÍA

En el marco legal venezolano las áreas protegidas están conformadas por una serie amplia de figuras de protección especial conocidas como Áreas Bajo Régimen de Administración Especial (ABRAE), denominación que se adoptó oficialmente en la Ley Orgánica para la Ordenación del Territorio (LOPOT). Entre las ABRAE tenemos los Parques y Monumentos Naturales dedicadas a preservar unas condiciones naturales, y los ABRAE diseñados para garantizar determinados usos como las zonas de aprovechamiento o zonas de seguridad y defensa. Las ABRAE se encuentran sometidas a régimen especial de manejo conforme a leyes especiales [4]. Particularmente, en el OAN el Ejecutivo Nacional aprobó el 05-06-91 el Decreto 1.658: Plan de Ordenamiento y Reglamento de Uso del Área Protección de Obra Pública “Observatorio Astronómico Nacional de Llano del Hato”. Donde se establecen un conjunto de medidas que regulan los aspectos ambientales y la emisión de luz al cielo en un área de cuarenta y cinco mil seis cientos cuarenta y dos hectáreas (42.642 hectáreas) en los municipios Rangel, Miranda y Cardenal Quintero del estado Mérida. En el año 1999 se aprueba una nueva Constitución Nacional de la República Bolivariana de Venezuela en la cual se incluyen un conjunto de reconocimientos y leyes asociados al poder popular y el derecho de los pueblos y comunidades a participar en la toma de decisiones en su ámbito geográfico. Sin embargo, algunas leyes relacionadas con la ordenación territorial se mantienen y constituyen la metodología para la elaboración de la propuesta de revisión del Decreto 1.658. La metodología siguió el siguiente esquema:  Elaboración de la propuesta de revisión con el asesoramiento técnico-legal del Ministerio del Poder Popular para el Ambiente (MPPA) y el CIDA.  Consulta y discusión del proyecto entre las comunidades organizadas y adyacentes e instituciones públicas y privadas.  Compilación y aprobación del documento final por parte del CIDA y MPPA.  Revisión por parte de la Gerencia de Planificación y Ordenamiento Territorial del MPPA y el Instituto Geográfico de Venezuela Simón Bolívar (IGVSB).  Revisión del documento por parte de la Procuraduría General de la República. Actualmente este documento ha superado estas revisiones administrativas y se encuentra a la espera de los dos últimos pasos que consisten en:  Aprobación del Presidente de la Republica en Consejo de



Ministros. Publicación en Gaceta Oficial. III.

RESULTADOS

A partir de la iniciativa de modificación del PORU del área de protección lumínica del OAN se obtuvieron logros importantes para la planificación de esta zona, entre los que destacan:  Una propuesta innovadora con un área y un ordenamiento asociado a la prevención y la reducción de la Contaminación Lumínica.  Elaboración del proyecto de actualización del marco legal con la participación de los actores en la zona y el reconocimiento de de sus organizaciones.  Conocimiento y apropiación del proyecto de protección por parte de las comunidades vecinas.  Mayor presencia institucional de las principales instituciones rectoras del área de protección del OAN. En cuanto al PORU son apreciables los siguientes cambios Se corrige cartográficamente la poligonal del área de protección del OAN y se definen claramente los linderos, además se considera la superposición de esta área con los Parques Nacionales La Culata y Sierra Nevada (Fig. 1).  El área de protección se divide en tres zonas: máxima protección, los Parques Nacionales y el resto del área.  Se definen parámetros para la iluminación entre las que se incluyen: la intensidad máxima lumínica a nivel del suelo debe ser 30 lux, no utilizar fuentes luminosas de arco voltaico y laser de alta potencia, se prohíbe el uso de vallas iluminadas internamente y se emplaza a evitar las emisiones directas de luz artificial hacia el cielo y tomar medidas para reducir la reflectividad.  Se establecen cuatro programas con sus respectivos responsables e instituciones participantes.  Incluye un conjunto de metas posteriores a la aprobación del PORU entre las que se incluyen: evaluar el sistema lumínico exterior del área en un plazo de un año después de aprobado el Decreto; divulgar en las comunidades ubicadas dentro de la poligonal el alcance y contenido del Decreto, elaborar un plan de adiestramiento, capacitación y asistencia a las comunidades; crear una comisión técnica interinstitucional permanente para tramitar y evaluar las autorizaciones, informes e inspecciones. 

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016

Fig. 1. Unidades de ordenación del APOP Llano del Hato

REFERENCIAS J. Stock, Astronomía en Venezuela. Revista Mexicana de Astronomía y Astrofísica, vol. 6, México, pp13-16. 1981. República de Venezuela, Decreto 631 Gaceta Oficial N` E-4.158,1990. República de Venezuela. Decreto 1.658. Gaceta Oficial N`34.791, 1991.

República de Venezuela, Ley Orgánica para la Ordenación del Territorio Gaceta Oficial N`3.238, 1983

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Programa de Protección del Observatorio Astronómico Nacional de Llano del Hato, Mérida Venezuela Elvis Puro1, Franco Della Prugna2, Gustavo Barroeta3 1- Centro de Investigaciones de Astronomía “Francisco J. Duarte” (CIDA), Venezuela, elvispuro@cida.gob.ve 2- Maestría en Estudios Sociales y Culturales de Los Andes, Universidad de Los Andes (ULA), Venezuela. puroelvis@gmail.com 3- Centro de Investigaciones de Astronomía “Francisco J. Duarte” (CIDA), Venezuela, dellap@cida.gob.ve 4- Centro de Investigaciones de Astronomía “Francisco J. Duarte” (CIDA), Venezuela, gbarroeta@cida.gob.ve Resumen—El objetivo del Programa de Protección al Observatorio Astronómico Nacional de Llano del Hato es formular estrategias para el monitoreo y disminución de la emisión de luz artificial al cielo, contribuyendo a conservar la calidad astronómica del Observatorio y un mejor aprovechamiento energético de los sistemas de iluminación, mejorando simultáneamente, la visibilidad nocturna para las comunidades adyacentes. Se han logrado avances con una metodología en la que se incluye: 1) un censo lumínico del sistema de iluminación en comunidades del área de protección del OAN, 2) asambleas comunitarias; 3) sustitución y adecuación de luminarias contaminantes. Como resultado se han identificado y caracterizado luminarias públicas, se ha incentivado la participación directa de las comunidades en la implementación de proyectos pilotos de iluminación eficiente, contribuyendo a la consolidación de las políticas de ahorro energético desde el punto de vista social, comunitario, ambiental y geográfico. Este programa es pionero en Venezuela en el tema de la reducción de la contaminación lumínica y la implementación de medidas de ahorro energético.

I.

INTRODUCCIÓN

El Observatorio Astronómico Nacional (OAN) de Llano del Hato desde sus inicios ha estado relacionado con la investigación astronómica y la necesidad de protección de los cielos oscuros, asociado a una iluminación eficiente. A ello se ha sumado en los últimos años las políticas de ahorro energético y el uso de las nuevas tecnologías para la iluminación eficiente. Esto conlleva a la implementación de medidas de control y disminución de la contaminación lumínica desarrollada en el Centro de Investigaciones de Astronomía “Francisco J. Duarte” (CIDA), ente administrador del OAN. A continuación se presenta una síntesis histórica de los inicios del OAN que permitirán comprender la importancia de sus avances [1, 2]: 1.

2.

En 1953 el Ejecutivo Nacional ordena la construcción y adquisición de los telescopios equiparables a los mejores del momento, para su instalación en el Observatorio Cajigal de la ciudad de Caracas. En 1962 los equipos permanecían almacenados en los patios del Observatorio Cajigal y se decide que los telescopios no podrán ser instalados en el sitio escogido debido al aumento de la luminosidad (contaminación lumínica) que presentaba la ciudad de Caracas, siendo necesario la búsqueda de nuevos

sitios en el país para la construcción de un Observatorio Astronómico. Los técnicos optan por la Loma de las Múcuras, adyacente a las comunidades de Llano del Hato y Apartaderos en el páramo merideño. 3.

En 1973 se funda el Centro de Investigaciones de Astronomía (CIDA) con el objetivo de administrar, mantener y desarrollar el OAN, así como propiciar la enseñanza de la astronomía y estimular el intercambio técnico y científico con instituciones similares. Para ello, realizó una inversión importante en telescopios e instrumentación para la realización de investigación de alto nivel.

4.

En 1990 el CIDA inicia una campaña masiva de sustitución de luminarias contaminantes en el municipio Rangel, con la propuesta de un prototipo que luminaria que evita la emisión de luz al cielo.

5.

En 1990 se decreta un Área Bajo Régimen de Administración Especial (ABRAE) denominada Área de Protección de Obra Pública del Observatorio Astronómico Nacional de Llano del Hato, con un área de 45.642 hectáreas, con el fin de proteger el área circundante al OAN de las perturbaciones de la iluminación al cielo. Asimismo reconoce su importancia como obra pública para el desarrollo técnico y científico del país, además de las frágiles características ambientales del páramo y la presencia de comunidades agrícolas en la jurisdicción de los municipios Rangel, Cardenal Quintero y Miranda del estado Mérida.

6.

En 1992 se decreta un Plan de Ordenamiento y Reglamento de Uso (PORU) en el área de protección al OAN a los fines de normalizar los futuros crecimientos poblacionales y los requerimientos de iluminación en las comunidades.

A partir de la década de los años 90 el CIDA a través del Programa Permanente de Protección del OAN, inicia un trabajo intenso en las comunidades e instituciones del Estado Venezolano a los fines de dar seguimiento al PORU y proponer alternativas de iluminación para las luminarias contaminantes existentes en las comunidades.

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 

Se ha incentivado la participación directa de las comunidades en decisiones para la implementación de proyectos pilotos de iluminación eficiente con LED y el uso de diseños con cero emisión al cielo, se han generado líneas de acción para la consolidación de las políticas de ahorro energético desde el punto de vista social, comunitario, ambiental y geográfico.



Implementación de medidas que no sólo se protege una obra de interés científico, tecnológico y de divulgación, sino que además, se aportan soluciones eficientes de iluminación para las más de 30 comunidades del páramo merideño.



Los resultados obtenidos por el Programa Permanente de Protección al OAN han permitido realizar propuestas que permiten identificar, caracterizar y aplicar medidas para un uso racional de la energía eléctrica con la reducción de la contaminación lumínica. Este proyecto innova la visión de la problemática así como la formulación y aplicación de medidas de ahorro energético en concordancia a las actividades propias de las

Asimismo, se elabora una propuesta de revisión de plan de ordenamiento y reglamento de uso de esta ABRAE, en la cual se innovan propuestas para una iluminación eficiente que no afecte los requerimientos de iluminación de las comunidades y que por el contrario apunte a una iluminación ecológica, que apuntale las políticas de ahorro energético en el país.

II.

METODOLOGIA

La metodología de trabajo ha consistido en: 1) Un Censo Lumínico para identificar la situación del sistema de iluminación en comunidades del área de protección del OAN. Esta actividad se inicia en el año 2009 en la parroquia San Rafael y actualmente se han levantado datos de las parroquias La Toma y Capital del Municipio Rangel del estado Mérida. Se obtuvieron datos que permiten caracterizar el sistema de iluminación pública e iniciar propuestas para una iluminación eficiente en las comunidades que además de tener emisión al cielo presentaban una deficiente iluminación al suelo. No solamente se caracterizaron luminarias contaminantes sino que además se identificaron zonas pobladas con iluminación deficiente. Esto último con el fin de planificar un sistema de iluminación adecuado. 2) Actividades de divulgación a través de la participación en las asambleas comunitarias a los fines de informar acerca de la importancia del OAN, el área de protección lumínica y su normativa, los resultados del Censo Lumínico por comunidades y las propuestas de iluminación ecológica y eficiente para el área. 3) Sustitución y adecuación de luminarias contaminantes. Desde la década de los años 90 se inició una campaña de sustitución de las luminarias contaminantes con emisión al cielo en la comunidad de Llano del Hato, para ello se diseñaron y elaboraron viseras que permitan redirigir la iluminación al suelo. En el año 2011 se inicia un proyecto piloto de instalación de luminarias LED en las comunidades de Llano del Hato y Mitivivo. Esta propuesta de iluminación publica se ha revisado y actualizado con criterios básicos que incluyen: evitar la emisión directa de luz al cielo, bajo consumo energético y un color de 2700K a los fines de contribuir a la protección del OAN y las políticas de ahorro energético dictadas por el Estado Venezolano.

III.

RESULTADOS

Dentro de los resultados más relevantes de este programa destacan: 

La identificación y caracterización de más de 400 luminarias públicas en 16 comunidades de las parroquias San Rafael, La Toma y Capital del municipio Rangel del estado Mérida.

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comunidades en la vecindad del OAN. AGRADECIMIENTO

Agradecimiento especial al Dr. Cesar Briceño, al personal de Centro de Investigaciones de Astronomía “Francisco J. Duarte” (CIDA), al Sr. Luis Plaza, los voceros de los Consejos Comunales de Llano del Hato, Mitivivo, Los Apios, Peñas Coloradas, La Asomada, El Desecho, Las Cañaditas, San Isidro, Camino Real, El Pedregal, La Mucuchache, El Cambote, La Provincia, Mesa de Los Micuyes, El Royal, Mocao. Personal de la Alcaldía del Municipio Autónomo Rangel del estado Mérida, Sra. Nuris Pino en Corpoelec Mucuchies.

REFERENCIAS J. Stock, Astronomía en Venezuela. Revista Mexicana de Astronomía y Astrofísica, vol. 6, México, pp13-16, 1981. E. Puro, Propuesta del Programa de Protección al OAN para Proyectos Financiables Vía Aportes LOCTI en el año 2012. Documento Interno CIDA, 2012, No publicado

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Nuevos desafíos para el control de la Contaminación Lumínica en el Norte de Chile Pedro Sanhueza1, Pedro Galleguillos2, Guillermo Blanc3 1- OPCC, AURA/CARSO/ESO/MMA/MINREL/SOCHIAS, Chile (psanhueza2007@gmail.com) 2- Fundación Chilena de Luminotecnia, Chile (pgalleguillos@luminotecnia.org) 3- Departamento de Astronomía, Universidad de Chile (gblancm@das.uchile.cl)

Resumen—La nueva Norma Lumínica chilena, contenida en el Decreto Supremo Nº 043 del año 2012 del Ministerio del Medio Ambiente, vigente recién desde hace unos meses, por demoras en la aprobación de los protocolos de laboratorio, actualiza las restricciones aplicables en la zona norte del país, donde se ubican los principales centros astronómicos internacionales. Estas actualizaciones pretenden regular el efecto de la irrupción de nuevas tecnologías en el cielo nocturno patrimonial, especialmente el de los diodos emisores de luz –LED- en aplicaciones como la publicidad, el alumbrado vial, ambiental, ornamental, deportivo y recreacional, industrial y su aplicaciones de cañones de luz. Las nuevas restricciones aplicables a la mayoría de las tipologías de alumbrado son principalmente tres: La primera de ella es la de cierre total (o full cut off, en inglés), permitiendo un máximo de 0,49 cd/KLumen a 90º; luego la referida a disminuir la emisión radiación UV cercano y azul, en las fuentes a no más del 15% respecto del espectro visible; y, la restricción de realizar instalaciones de alumbrado exterior que no sobrepasen en más de un 20% los valores de iluminación mínimos fijados en la normativa chilena, los que son obtenidos de las recomendaciones CIE. Se actualizan, además, otras restricciones referidas a los letreros luminosos (iluminados desde su interior) fijando un máximo de 50 cd/m2 a 90º de emplazamiento. Para la iluminación deportiva y recreacional, se fija un máximo de 10cd/KLumen a 90º. Los cañones de luz no podrán orientarse en ángulos superiores a 70º hacia la horizontal. Ahora que empieza finalmente la fase de fiscalización de esta nueva norma, los desafíos serán conseguir que se elaboren los protocolos de terreno, que se capacite al personal de la recientemente creada Superintendencia del Medio Ambiente y que se sostenga en el tiempo la voluntad política de proteger los sitios con aptitud astronómica del norte del país. El presente trabajo muestra los aportes que la OPCC, junto con la Sociedad Chilena de Astronomía –SOCHIAS-, integra al trabajo en conjunto con autoridades y otros organismos involucrados. I.

L

INTRODUCCIÓN

a nueva Norma Lumínica chilena, contenida en el Decreto Supremo Nº 043 del año 2012 del Ministerio del Medio Ambiente (D.S.N°043/2012 MMA), vigente desde mayo de 2014, y complementada el año 2015 tras la aprobación de los protocolos de certificación de productos destinados a la iluminación de exteriores, actualiza las restricciones aplicables en la zona norte del país, donde se ubican los principales centros astronómicos internacionales. Las nuevas restricciones son principalmente tres:

Cierre total (o full cut off, en inglés), prohibiendo cualquier tipo de emisión lumínica en elevaciones superiores a gama 90 en todos los planos C del hemisferio fotométrico de la luminaria, y un máximo de 0,49 cd/Klm de lámpara sobre gama 90 también para todos los planos C; Restricción espectral, concentrando la emisión de fuentes luminosas en el rango visible, reduciendo además la radiación en el tramo de UV cercano y azul a no más del 15% y la radiación del tramo IR a no más del 50% con respecto al espectro de luz visible; y, Restricción a la sobre iluminación. Las instalaciones de alumbrado exterior no deberán sobrepasar en más de un 20% los valores de iluminación mínimos fijados en la normativa de alumbrado público chilena.

Se actualizan, además, otras restricciones referidas a los letreros luminosos (iluminados desde su interior), cañones de luz e iluminación deportiva. Para su implementación se han dividido las responsabilidades en dos organismos gubernamentales. La Superintendencia de Electricidad y Combustibles -SEC- queda a cargo de todo el proceso de certificación de artefactos de iluminación exterior. Mientras que para todo el proceso de inspección y fiscalización ha quedado a cargo la Superintendencia del Medio Ambiente SMA. Ambos organismos deben definir protocolos internos para dar cumplimiento a las disposiciones del D.S.N°043/2012 MMA. El presente trabajo se enmarca dentro de las acciones que la Oficina de Protección de la Calidad del Cielo del Norte de Chile –OPCC-, ha llevado a cabo con la finalidad de apoyar al proceso de establecimiento de protocolos de control, e incluye un análisis crítico al sistema con el objeto de proponer mejoras que permitan asegurar la preservación de este patrimonio. II.

SIGNIFICANCIA ASTRONÓMICA

Durante los últimos cincuenta años los cielos de Chile han brindado un laboratorio natural en el cual miles de astrónomos chilenos y extranjeros han estudiado los misterios del Cosmos y encontrado respuestas a algunas de las preguntas más

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 fundamentales que nunca nos hayamos hecho. Preguntas y respuestas que nos acercan a entender el origen y lugar del ser humano en el Universo. Chile posee un patrimonio natural único en los cielos del desierto de Atacama, patrimonio que tiene un valor universal para toda la humanidad y cuya conservación asegura que el país esté en el centro del desarrollo científico y tecnológico mundial en las próximas décadas. Un conocido ejemplo de los descubrimientos que se han podido hacer observando los cielos de Chile es el descubrimiento de la expansión acelerada del Universo. En 1998 dos equipos internacionales de astrónomos, realizando observaciones con telescopios de los observatorios de Las Campanas, La Silla y Cerro Tololo, anunciaron el descubrimiento de que el Universo no solo se expandía, como había sido establecido en la década de 1920, sino que esta expansión era de hecho cada vez más rápida. La profundidad de este descubrimiento no solo pasaba por el hecho de haber medido una propiedad fundamental de nuestro Universo, sino por el hecho de que esta observación violaba las teorías físicas fundamentales que teníamos sobre el comportamiento de la materia y la fuerza de gravedad. El descubrimiento de la expansión acelerada del Universo fue reconocido con el Premio Nobel de Física en 2011. Hoy, casi 20 años después, los cielos de Chile siguen siendo el laboratorio donde tratamos de resolver este misterio. Varios experimentos entre los que destaca el instrumento DECAM (Dark Energy Camera) en el telescopio de 4 metros de Cerro Tololo usan tecnología de punta para dilucidar la naturaleza de la llamada “Energía Oscura” que creemos está detrás de la expansión acelerada del Universo. Además de poder estudiar el Universo en las escalas más grandes que conocemos, este mismo instrumento, junto a una serie de instrumentos de los observatorios de Las Campanas, Cerro Paranal y Cerro Pachón, están revolucionando la forma en la que vemos nuestro vecindario local, nuestra galaxia (la Vía Láctea), y los sistemas que la rodean. Desde Chile se han detectado y estudiado algunas de las galaxias más pequeñas y antiguas del Universo, las que vemos orbitando a la Vía Láctea como pequeños satélites. Estos objetos conservan información fundamental para poder entender cómo se formaron las primeras estrellas en el universo temprano y como la materia se organiza y distribuye por el espacio a lo largo de la historia del Cosmos. Estos estudios han permitido por ejemplo descubrir en los cielos de Chile la estrella más antigua jamás observada en nuestra Galaxia, y mapear la posición de millones de estrellas en el cielo para así reconstruir la forma que tiene la Vía Láctea, con un nivel de detalle nunca antes visto. En ese sentido, los cielos de Chile son una ventana desde la cual los científicos entienden cada vez mejor el lugar y el momento del Universo en el cual vivimos. Una pregunta fundamental para poder explicar nuestra existencia en la Tierra tiene relación con el proceso a través del cual se forman los planetas, y las posibilidades de que surja y evolucione la vida en ellos. Observatorios instalados en Chile han jugado un rol fundamental en el estudio de los llamados

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“exo-planetas” (planetas alrededor de otras estrellas fuera de nuestro Sistema Solar). No solo se han descubierto cientos de planetas desde observatorios como La Silla, Las Campanas y Cerro Paranal, sinó que se han podido caracterizar sistemas planetarios completos. Destaca el sistema planetario más abundante más allá del Sistema Solar, el cual ha sido caracterizado por el instrumento HARPS en el telescopio de 3.6 metros de La Silla. Este sistema posee por lo menos cinco planetas orbitando a la estrella HD10180. También destaca la primera imagen directa de un exoplaneta obtenida en 2004 usando el Very Large Telelescope -VLT- de 8.2 metros, en Cerro Paranal. En términos de entender cómo se forman sistemas de planetas alrededor de estrellas recién nacidas, el telescopio Gran Arreglo Milimétrico de Atacama –ALMA- por su sigla en inglés, ubicado en el Llano de Chajnantor en el altiplano chileno, está teniendo un impacto inédito. La reciente imagen del sistema HL Tau obtenida en 2014 muestra con un grado de detalle nunca antes visto como una estrella joven es rodeada por un disco de gas y polvo en el cual surgen nuevos planetas que van dejando una clara estela al orbitar a su estrella. Este tipo de observaciones está permitiendo revisar nuestras teorías sobre la formación de planetas mediante la comparación con observaciones que solo pueden ser obtenidas gracias a las condiciones únicas que ofrece el altiplano chileno para la radioastronomía, y al silencio radial existente en estas zonas remotas el cual debe ser conservado si queremos mantener abierta esta ventana al Universo. Mirando hacia el futuro, vemos en construcción varios megaproyectos astronómicos como los telescopios Telescopio para Rastreos Sinópticos -LSST, Gran Telescopio de Magallanes GMT y el Telescopio Europeo Extremadamente Grande -EELT, los cuales implican inversiones de miles de millones de dólares americanos y que aseguran que Chile poseerá al año 2025, un 70% de la infraestructura astronómica mundial. Conservar los cielos del norte de Chile mediante el control de la contaminación lumínica, el uso de tecnologías y prácticas de iluminación apropiadas, y la protección del silencio radial en zonas como el Llano de Chajnantor, es una responsabilidad que tenemos todos los chilenos para con la humanidad. Es la única forma en la cual podremos aprovechar como país este momento histórico único que nos pone en el centro del desarrollo del conocimiento humano y nos abre un mundo de posibilidades para el desarrollo científico, tecnológico, cultural y ambiental de Chile.

III.

SISTEMA DE CERTIFICACIÓN DE LUMINARIAS (VIGENTE)

El actual sistema de certificación contenido en la Resolución Exenta N°731 del 26 de Agosto del año 2015, de la Superintendencia del Medio Ambiente, que aprueba los “Protocolos de análisis y ensayo de productos eléctricos para la determinación del cumplimiento de protección de la

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contaminación lumínica D.S.N°043/2012 MMA”; se ha subdividido en dos protocolos que definen los procedimientos para verificar el cumplimiento de la normativa. Estos son: PCL N°1, para “Luminarias y Proyectores de área para alumbrado de exteriores con lámparas de descarga o con lámparas de filamento incandescente; y PCL N°2, para “Luminarias y Proyectores de área para alumbrado de exteriores con fuentes de luz con tecnologías de estado sólido”. La diferenciación entre ambos protocolos se fundamenta en las características de funcionamiento propias de cada tecnología. Si bien es la Superintendencia del Medio Ambiente la entidad que aprueba los Protocolos de análisis y ensayos, la responsabilidad de acreditar y autorizar a los laboratorios y definir el certificado o informe técnico de ensayos, recae en la Superintendencia de Electricidad y Combustibles. Por lo tanto, el control -previo a la instalación- del cumplimiento de los límites de emisión, solo se efectúa mediante la ejecución de los ensayos definidos en cada protocolo en alguno de los centros acreditados por SEC.

El concepto de familia de productos, permite a fabricantes de productos eléctricos simplificar los procesos de certificación, basándose en la semejanza de ciertas características que permiten suponer un funcionamiento similar entre dos modelos de productos distintos pertenecientes a una misma familia. En el caso particular del mercado de la iluminación, un modelo de luminaria que permita adoptar distintas potencias de la misma tecnología de lámpara y equipo eléctrico, para efectos de cumplimiento de la normativa de seguridad eléctrica, bastará con ensayar el modelo más representativo de todas las posibilidades de combinatoria de elementos internos que constituyen las diferencias entre cada uno de los modelos de la familia a la que pertenece.

Toda luminaria ensayada, debe incluirse en el registro nacional de información de la fiscalización ambiental de la Superintendencia del Medio Ambiente, a través del portal electrónico del registro de emisiones de transferencias de contaminantes. De esta manera se pretende llevar un catastro real y actualizado del cumplimiento de la norma.

En el caso del sistema protocolar impuesto para el control de la contaminación lumínica, el concepto de familia de productos no puede ser aplicado, ya que el comportamiento fotométrico de una luminaria varía al modificar cualquier elemento del conjunto óptico, o se altere la combinación entre sus componentes. Entonces, cada modelo ensayado es representativo única y exclusivamente de cada modelo que se fabrique de manera exactamente igual. Por lo tanto, un mismo certificado de aprobación de seguridad eléctrica puede servir para la obtención de la aprobación de contaminación lumínica de cada uno de los modelos que pertenecen a esa familia.

A. Alcance y generalidades

B. Análisis y ensayos

Los protocolos de análisis y ensayos establecen el procedimiento de certificación frente a la contaminación lumínica de luminarias y/o proyectores para el uso en el alumbrado de exteriores en las regiones de Antofagasta, Atacama y Coquimbo. El procedimiento consiste en ensayar productos nuevos representativos de un lote de producción fabricados bajo condiciones similares, basándose en el Decreto N°298 del año 2005 del Ministerio de Economía, Fomento y Reconstrucción, que aprueba el “Reglamento para la certificación de productos eléctricos y combustibles” (D.S.N°298/2015 MINECON).

Los ensayos requeridos para evaluar el cumplimiento de la normativa lumínica, específicamente en los artículos 6° y 7° de D.S.N°043/2012 MMA, referidos a la distribución de intensidades luminosas para las elevaciones gama iguales y superiores a 90° en todos los planos C de la luminaria, y la emisión de radiancia espectral, se ejecutan según las recomendaciones y publicaciones específicas para cada tipo de tecnología de fuente luminosa de las organizaciones CIE e IEC.

El sistema actual requiere que previa a la certificación de los aspectos referidos en D.S.N°043/2012 MMA, los productos a ensayar cuenten con aprobación desde el punto de vista de la seguridad eléctrica, definidos mediante protocolos de ensayo basados en la norma IEC 60598. Estos protocolos, ajustándose a lo establecido en el D.S.N°298/2015 MINECON, establecen criterios para la definición de familias de productos, cuya finalidad es agrupar un conjunto de productos de un mismo fabricante, que poseen características similares de diseño, materiales, fabricación, funcionamiento, uso y tipo de energía, la que almacenan, transportan, transforman o utilizan para su funcionamiento1. 1

D.S. N°298/2015 MINECON, artículo 4° punto 4.15

El parámetro a corroborar, para la medición de la distribución de intensidades luminosas es de un máximo de 0.49 cd/Klm de lámpara en un ángulo de elevación gama para el caso de luminarias de exterior2. Los ensayos se ejecutan según las recomendaciones internacionales CIE 121:1996 e IEC 62717, para luminarias con fuentes de descarga y con fuentes de estado sólido respectivamente. Para el caso de las luminarias que utilicen fuentes no convencionales, como el caso de las fuentes LED, resulta prácticamente imposible saber el valor de flujo de las fuentes desnudas, principalmente debido a que estos sistemas generalmente se presentan integrados en circuitos impresos sobre módulos compactos y sellados con un alto nivel de hermeticidad. Para dar solución a ello se utiliza un valor equivalente de la intensidad 0,49 cd/Klm de lámpara, el cual ha sido determinado usando el rendimiento lumínico promedio en 2

D.S.N°043/2012 MMA, articulo 6°

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luminarias de descarga de gases, estimado en un 73% y corresponde a 0,49/0.73 = 0.67 cd/Klm de Luminaria3.

de luz. Al respecto, existen propuestas elaboradas que están siendo analizadas para su implementación:

En cuanto a la radiación espectral de las fuentes, lo que se busca es corroborar que la radiancia espectral total respecto de la radiancia en el intervalo visible entre 380 nm y 780 nm, sea:

•Protocolo de medición y/o Inspección de la instalación de luminarias y/o proyectores.

a) Radiancia espectral entre 300 nm y 379 nm no podrá superar el 15% de la radiancia en el intervalo visible. b) Radiancia espectral entre 380 nm y 499 nm no podrá superar el 15% de la radiancia en el intervalo visible. c) Radiancia espectral Lv entre 781 nm y 1 micra no podrá superar el 50% de la radiancia en el intervalo visible. Los ensayos se ejecutan según las recomendaciones internacionales CIE 63:1984 e IEC 62717, para luminarias con fuentes de descarga y con fuentes de estado sólido respectivamente.

•Protocolo de medición y/o Inspección de luminancia para avisos y letreros luminosos. •Método y procedimiento para una eficaz fiscalización en terreno.

Estos protocolos han sido desarrollados basándose en los procedimientos utilizados por la Oficina Técnica para la Protección de la Calidad del Cielo –IAC/OTPC, y se basan principalmente en la corroboración práctica de los parámetros certificados en los procesos anteriores a la instalación, definiendo responsabilidades, competencias y medidas de seguridad del equipo inspector.

C. Procedimiento Todo fabricante o importador de luminaria que desee comercializar productos para ser instalados en las regiones afectas a la normativa de contaminación lumínica, deberá certificar sus productos mediante alguno de los dos sistemas disponibles basados en los sistemas descritos en la normativa contenida en D.S.N°298/2015 MINECON. Las empresas comercializadoras que no poseen laboratorios de fotometría propios y que deben sortear todo tipo de complejidades derivadas de los protocolos aquí comentados, generalmente optan por acogerse al sistema de “Ensayo de tipo seguido por el control regular de los productos”, el cual consta de ensayos a una muestra o tipo inicial representativa de un lote de producción fabricado con las mismas condiciones y características, y ensayos periódicos a la producción de las mismas, con la finalidad de corroborar el correcto cumplimiento de las condiciones anteriormente descritas. La segunda posibilidad de certificación ofrecida consiste en el reconocimiento de certificados obtenidos en el extranjero, ya que es posible reconocer ensayos realizados por instituciones debidamente acreditadas, que se hayan ejecutado bajo estándares iguales o superiores a los establecidos en los protocolos de contaminación lumínica de Chile. IV.

La medición en terreno, a diferencia de las mediciones en laboratorio, están sujetas a un sin número de condiciones variables, lo cual hace casi imposible su control y estimación. Se dan variaciones en las condiciones de temperatura, humedad, viento, en los aportes y mezcla de diversas otras fuentes emisoras de luz, difíciles de diferenciar y aislar. También se presentan dificultades prácticas y de seguridad a la hora de realizar mediciones en las vías y en centros industriales, como la dificultad o derechamente imposibilidad de realizar mediciones dado el tráfico o la dificultad operacional de detener o complejizar un área industrial en plena faena (como ocurre en la minería y unidades productoras de energía). Debido a esto, la corroboración de las mediciones efectuadas en ensayos de tipo, mediante el uso de instrumental de medición fotométrico y espectral, se puede ver alterada ya que las condiciones de medición no son ni siquiera cercanas. Por otro lado, el alto costo del instrumental necesario para efectuar labores de medición en terreno, podría convertirse en una barrera limitante. En ese sentido, los protocolos sugeridos en el presente informe, tienen como primer objetivo dar cumplimiento a las disposiciones de D.S. Nº 043/2012 MMA a través de un sistema efectivo y simple.

SISTEMA DE FISCALIZACIÓN (PROPUESTA)

Sigue pendiente la implementación de un sistema oficial para la fiscalización de inspección de cumplimiento en terreno. Esta materia no solo es aplicable a los productos como luminarias y proyectores, sino que también se extiende a la regulación de la emisión de carteles luminosos, carteles iluminados y cañones

3

A. Protocolo de Medición y/o Inspección de la instalación de luminarias y/o proyectores

RES EX N°731 de 26-08-2015 de SMA, PCL N°2, Capitulo 4, nota (2)

El proceso de inspección se resume en la siguiente lista: •Establecimiento de Fecha y Lugar •Planificación •Inspección de instalaciones de alumbrado publico

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Siendo los aspectos a corroborar: 1. Tipo de Luminaria y/o proyector y forma en que está instalada (inclinación y orientación); 2. Tipo de fuente luminosa, identificando marca y modelo; y 3. Características de la zona de emisión (cantidad, disposición y material de construcción de los componentes del conjunto óptico). Del resultado de estas inspecciones se elaborará un informe de inspección, en el cual se detallará si la instalación cumple o no con los parámetros establecidos en la normativa de contaminación lumínica. En caso de no haber cumplimiento, se generará un informe de denuncia dirigido a la autoridad a fin que esta inicie las acciones legales correspondientes.

B. Protocolo de Medición y/o Inspección de luminancia para avisos y letreros luminosos. Esta propuesta aborda los criterios para la medición de luminancias en letreros luminosos, aludiendo de manera directa al Artículo 9° del D.S. N° 043/2012 MMA. Los letreros luminosos, en la generalidad, se caracterizan por tener más de una instancia en el contenido de la información que presentan, ya sea por medio de imágenes animadas, o por el paso de diapositivas. Con la finalidad de organizar la mediciones, los letreros luminosos deberán clasificarse en al menos dos grupos: 1) Letreros luminosos con información dinámica; 2) Letreros luminosos con información estática y múltiples instancias. Los primeros, se refieren a letreros cuya información se presenta de manera similar al funcionamiento de un televisor, donde en una misma instancia de presentación se entrega variada información con diversos niveles de intensidad y color. Por otro lado, están los letreros con información estática, con pantallas en donde se presenta una escena sin variación de intensidades y color durante un tiempo determinado. Los letreros con información estática pueden contener en un mismo artefacto múltiples avisos, los cuales se presentan de manera alternada tras un determinado periodo de tiempo. Antes de efectuar la medición, el inspector, deberá verificar que tipo de letrero medirá, y en función de eso, se determinará la cantidad de mediciones que deberá efectuar. En letreros luminosos con información dinámica, el inspector deberá observar el patrón de periodo en que la información que muestra el cartel se reitera, y en función del tiempo, tomar tantas mediciones como fuese necesario corroborando que ninguna de estas exceda los límites máximos permitidos según el artículo 9° del D.S. N° 043/2012 MMA. Cada una de las mediciones tomadas, como así el tiempo observado del patrón del periodo de la información que emite el letrero luminoso, deberá registrarse. En letreros luminosos con información estática y múltiples instancias, el inspector deberá identificar la cantidad de instancias que presente dicho letrero, y tomar tantas mediciones como instancias presente dicho letrero, corroborando que

ninguna de estas exceda los límites máximos permitidos según el artículo 9° del D.S. N° 043/2012 MMA. Cada una de las mediciones tomadas, como así la cantidad de instancias de emisión de información que emite el letrero luminoso, deberá registrarse. Las mediciones deben tomarse a una distancia tal, en la cual el área de medición del instrumento abarque solo el área correspondiente al letrero, y no deben incluir ninguna porción de cielo, o de otro elemento. En ese sentido, para que el inspector determine la distancia de medición, debe conocer las dimensiones generales del área emisora del letrero (largo y ancho), y en conjunción con el ángulo de medición del instrumento utilizado, determinará la distancia en la cual la medición abarque la mayor porción de área posible del letrero, a saber, el área representativa del letrero. Cabe mencionar, que las acciones mencionadas anteriormente corresponden a la inspección de avisos ya en funcionamiento. Idealmente, y dado que las publicidades son muy variadas y presentan diferentes animaciones, previo al funcionamiento de la pantalla se deberá establecer la configuración de intensidad máxima admisible para dicho cartel, en función del comportamiento para cada uno de los colores básicos que constituyen a la pantalla (Cyan, Yellow y Magenta), proyectando una presentación en la pantalla a máxima intensidad para cada color, y luego atenuarla e ir midiendo en cada caso a fin de catastrar su comportamiento y generar un protocolo de configuración propio. Para el caso de avisos y letreros iluminados, además de las restricciones señaladas en el artículo 6º del D.S. Nº043/2012 MMA, se recomienda verificar que la instalación de las luminarias y proyectores utilizados, estén orientados según las recomendaciones de “CIE 126:1997 Guidelines for minimizing sky glow”. Es decir, iluminados desde arriba hacia abajo, y sin emisión lumínica hacia el hemisferio superior. En esta tipología de letreros, al ser iluminados exteriormente (normalmente con artefactos de iluminación del tipo proyector de área), se deberá inspeccionar la instalación de dichos dispositivos, mediante la aplicación de los respectivos protocolos de medición y/o Inspección de la instalación de luminarias y/o proyectores, vistos anteriormente, y que son asimilables a la iluminación ambiental y funcional (salvo en lo relativo a la emisión espectral, no aplicable en este caso).

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 C. Método y procedimiento para una eficaz fiscalización en terreno Para la correcta fiscalización de cumplimiento para luminarias y/o proyectores, el inspector, debe contar con cierta información de entrada, que surge principalmente del proceso de certificación de productos. La finalidad de la inspección es la de corroborar que exista consonancia entre lo certificado versus lo instalado, verificando los aspectos mencionados en el punto A. A saber, las mediciones en terreno tienen un cierto grado de tolerancia, dadas las características propias de las condiciones de medición. Debido a esto, se apelará al buen criterio del fiscalizador, formado mediante los respectivos cursos de formación y capacitación que éste tenga, y a las tolerancias individuales indicadas en ciertos puntos a continuación. Las mediciones de fiscalización, se realizarán preferentemente en horarios diurnos, sin perjuicio que –y en función de que existan dudas y por necesidad de verificación- el inspector deba corroborar mediante una inspección visual nocturna, el funcionamiento de estas instalaciones (como para el cumplimiento del artículo N°8 de D.S. N°043/2012 MMA, respecto de los límites de iluminancia en el suelo). Estas verificaciones son: Respecto del artefacto: • Tipo de luminaria y/o proyector y forma en que está instalada (inclinación y orientación) - Modelo y marca - Inclinación respecto ejes X, Y y Z - Dimensiones generales • Tipo de fuente luminosa, identificando marca y modelo - Marca - Tipologia y modelo - Potencia • Características de la zona de emisión - Tipo de óptica - Tipo de refractor Respecto de la instalación: Para esto es indispensable contar con el respectivo proyecto de iluminación e identificar las zonas descritas en el proyecto con respecto a su ubicación. En caso de no existir dicho proyecto, los parámetros a incluir en el informe no tendrán el carácter de corroborativos, si no que tendrán el carácter de informativos, y en tal caso, será información que utilizará el jefe de inspección para determinar si dicha instalación tiene o no un carácter de cumplimiento de lo mandado por D.S. N°043/2012 MMA. • Tipología de distribución de puntos de luz • Altura de montaje de la instalación • Dimensiones del emplazamiento • Interdistancia entre puntos de luz

115

• Niveles de luminancia por reflexión en el suelo.

V.

DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES

Ahora que empieza finalmente la fase de fiscalización de esta nueva norma, los desafíos serán conseguir que se elaboren y pongan en marcha los protocolos de terreno, que se capacite al personal de la recientemente creada Superintendencia de Electricidad y Combustibles y que se sostenga en el tiempo la voluntad política de proteger los sitios con aptitud astronómica del norte del país. Un problema mayor será el del financiamiento del reemplazo de más de 120.000 luminarias, sólo para los asentamientos urbanos. El costo de las luminarias ha subido drásticamente ahora que prima la tecnología de estado sólido. Por ello, el reemplazo y adecuación de las instalaciones para que cumplan el nuevo decreto, si se hacen en LED, van a costar más del doble de lo que significó el masivo reemplazo con la norma anterior. Cabe señalar que en estos momentos se está en una fase muy preliminar de la implementación de la nueva Norma Lumínica. Recién están siendo emitidos los primeros certificados foto y radio métricos para luminarias y proyectores. Por ello, las instalaciones de alumbrado exterior que cumplen este decreto son todavía escasas. Sin embargo, dada la aceleración de los procesos de recambio de luminarias de alumbrado público, producto de la alta demanda por la tecnología LED, es posible que pronto se lleven a cabo proyectos de reposición masivos. Por lo mismo, es urgente que los protocolos de fiscalización de terreno sean probados y ajustados con prontitud. Por otra parte, el sistema de certificación de luminarias y proyectores, y sus protocolos de laboratorio y muestreo, está siendo cuestionado por la industria. Se critica pricipalmente, su alto costo, lo engorroso que resulta certificar la amplia variedad de artefactos que el mercado ofrece y los plazos involucrados. Como se está en esta fase preliminar de implementación, y las criticas están ya instaladas, es posible que este sistema de certificación deba ser revisado y modificado a la brevedad. Respecto de la fiscalización, y dado que la Superintendencia del Medio Ambiente no cuenta con una cantidad apropiada de fiscalizadores en materia de la normativa de protección del cielo nocturno, se recomienda acelerar la implementación del sistema de fiscalización llamado “de segundo piso”. En éste se delegan ciertas facultades fiscalizadoras a terceros idóneos. Se trata finalmente de externalizar parte de las funciones fiscalizadoras, lo que provoca un cierto nivel de debate acerca de las funciones públicas y su exclusividad. Sin embargo, en el contexto actual de escasez de fiscalizadoras, externalizar parte de sus funciones puede ser la única opción para hacer valer esta normativa en un territorio tan extenso, donde, además, se desarrolla una actividad minera a gran escala; algo muy característico del norte de Chile. Para enfrentar esta nueva fase de implementación normativa, la OPCC, junto con la Sociedad Chilena de Astronomía –

116

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SOCHIAS- realizará varias jornadas de capacitación municipal en todo el norte del país; y, en conjunto con la Fundación Chilena de Luminotecnia llevará a cabo el próximo Congreso Panamericano de Iluminación, Lux América La Serena 2016, convocando a expertos internacionales y a la comunidad panamericana de expertos en iluminación.

REFERENCIAS [51] D.S.N°043 del año 2012 del Ministerio del Medio Ambiente de Chile [52] D.S. N°298 del año 2005 del Ministerio de Economía, Fomento y Reconstrucción de Chile [53] RES EX N°731 de 26-08-2015 de Superintendencia del Medio Ambiente de Chile. Protocolos de análisis y ensayo de producto eléctrico para la determinación del cumplimiento de protección de la contaminación lumínica. PCL N°1 y PCL N°2 [54] D.S. N°02 del año 2015 del Ministerio de Energía de Chile [55] Protocolo de análisis y/o ensayo de seguridad de producto eléctrico, PE N° 5/07 de Superintendencia de Electricidad y Combustibles (SEC). [56] Galleguillos, P.. (2010). Diseño de luminarias para alumbrado público. En Actas del X Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2010 (89-98). Valparaíso, Chile: Facultad Ingeniería, PUCV.

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Evaluación de la Polución Lumínica por Luz Reflejada en Superficies Urbanas mediante un Método de Simulación Alberto Cabello1, César Amado1 1- Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión “H.C.Bühler”, Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Universidad Nacional de Tucumán, Argentina. (acabello@herrera.unt.edu.ar) Resumen—Se describe una metodología de cálculo para cuantificar el flujo luminoso enviado a la atmósfera por una cavidad urbana de referencia, teniendo en cuenta no sólo el flujo directo emitido por las luminarias sobre el plano horizontal (FHSinst), sino también del porcentaje de flujo directo emitido hacia abajo (FHI) y proveniente de la reflexión del mismo en calzadas, aceras y paredes de la cavidad de referencia. Para ello se utilizan los resultados obtenidos en un trabajo previo donde se ha desarrollado una metodología de medición y procesamiento de resultados que permite conocer la reflectancia de superficies exteriores urbanas, en determinadas direcciones. Se efectúa una simulación realista del recinto urbano de referencia, tomando como base una instalación de una calle real y asignando valores de reflectancias de cada una de las fachadas presentes en el recinto. Entonces se calcula la emisión del flujo luminoso total enviado a la atmósfera desde la cavidad, discriminando el porcentaje de flujo proveniente directamente de las luminarias y el producido por las interreflexiones. Finalmente se discute la posibilidad de considerar en el recinto urbano la presencia de árboles y su influencia en la reducción del flujo luminoso emitido a la atmosfera por la cavidad.§ Abstract—A calculation methodology is described for quantifying the luminous flux sent to the atmosphere by an urban reference cavity, considering the direct flux emitted by the luminaries over the horizontal plane (FHSinst), but also the percentage of direct flux emitted down (FHI) and from the reflection of it in roads, sidewalks and walls of the reference cavity. For this purpose, are considered the results obtained in previous work which it has been developed a methodology for measuring and processing of results to obtain the reflectances of urban exterior surfaces, in certain directions. A realistic simulation of the urban reference cavity is made, based on an installation of a real street and assigning reflectance values of each of the surfaces. The total luminous flux emission sent to the atmosphere from the cavity is then calculated, separating the direct flux of the reflected flux. Finally, the possibility of considering in the urban area the presence of trees and their influence on reducing the luminous flux emitted into the atmosphere by the cavity, is discussed.

I.

INTRODUCCIÓN

E

xiste actualmente un gran interés por limitar el impacto ambiental de las instalaciones de alumbrado urbano, sobre todo en los países altamente industrializados y urbanizados debido al efecto de contaminación lumínica que producen. Este efecto reduce la visibilidad del cielo nocturno y es crítica para los astrónomos. La Polución lumínica lleva asociado además un contenido de derroche energético que también afecta al medio ambiente y que es posible reducir [1]. Es factible optimizar el aprovechamiento de la luz artificial evitando el posible derroche de energía en el diseño de las luminarias, en el diseño de las instalaciones y durante el funcionamiento. Hace tiempo que se discute el tema de reducir la emisión directa de luz hacia el hemisferio superior y de reducir los niveles a partir de ciertos horarios. La CIE, Comisión Internacional de Alumbrado recomienda una clasificación de zonas controlando estos aspectos [2]. A. Indicadores de la polución Con el objeto de reducir el impacto ambiental asociado al alumbrado artificial el cual produce perturbaciones a determinados sectores de la sociedad (astrónomos, ciudadanos, ambientalistas, etc.), la CIE ha establecido indicadores y limitaciones de los mismos, principalmente en la publicación CIE 126-1997 “Guidelines for minimizing Sky Glow” [2], donde se presentan los fundamentos del problema de la polución lumínica urbana y se proponen recomendaciones acerca de los valores máximos permitidos para instalaciones de alumbrado en relación con el principal sector de la sociedad afectado por este problema: los observatorios astronómicos. Se utiliza el siguiente concepto como indicador principal del fenómeno: FHSINST[%](porcentaje de flujo hemisférico superior instalado): Proporción del flujo de una luminaria que se emite sobre la horizontal cuando la luminaria se monta en su posición definitiva de instalación. Se refiere al flujo luminoso de la luminaria en situaciones prácticas de montaje, en particular a las

Los autores agradecen a la Universidad Nacional de Tucumán, proyecto PIUNT E523, por el apoyo en la realización de este trabajo, y al Sr. Marcelo De Nobrega por su ayuda para elaborar las imágenes fotorrealistas.

118

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

distintas inclinaciones a las que puede instalarse la misma. Según esta definición, puede escribirse como: FHSINST[%] = ’DU / LUM

(1)

donde: ’DU: flujo luminoso emitido por la luminaria instalada en posición de montaje, sobre el plano horizontal, LUM es el flujo total de la luminaria, expresado como LUM= LAMP, entonces: FHSINST[%] = ’DU / LAMP

(2)

Fig. 1. Recinto urbano considerado en análisis de instalaciones de alumbrado.

donde: LAMP: flujo total de lámparas contenidas en la luminaria,  es el rendimiento total de la luminaria con respecto al flujo total de lámparas de la misma. Sistema de División en Zonas: Para establecer una base para las regulaciones medioambientales, la CIE establece una división en zonas que son áreas donde las actividades específicas tienen lugar, y donde se recomiendan requisitos específicos para la restricción de la luz perturbadora en función de límites aceptables del indicador FHSINST[%]. Las zonas se clasifican por el índice de clasificación de zona (E1, E2, E3 y E4). Hasta aquí la CIE únicamente considera restricciones a las características de emisión de flujo de las luminarias, que dependen únicamente de su propio diseño constructivo y de su disposición de montaje sobre las superficies a iluminar, pero no tiene en cuenta que un gran porcentaje del flujo útil FHI que emiten las luminarias por debajo de su plano horizontal, y que es el flujo directo emitido hacia las superficies a iluminar, se refleja en múltiples direcciones, principalmente hacia la atmósfera, sumándose al FHSINST y contribuyendo al problema de la polución lumínica. Por tal motivo es de suma importancia cuantificar la componente reflejada mediante un análisis de las superficies intervinientes, con el mayor grado de precisión posible. II.

B. Instalación evaluada Se encuentra en una importante calle del distrito centro de la ciudad de San Miguel de Tucumán, con intenso tráfico de vehículos y personas. La calzada tiene 9 metros de ancho con veredas de 3,5 metros. El sistema de alumbrado tiene una disposición de columnas unilateral izquierda, con columnas de acero separadas 26,5 metros y luminarias semiapantalladas montadas a una altura libre de 7,5 metros, con una inclinación de pescante de 10°, equipadas con lámparas de Sodio alta presión tubular clara de 250W. En la figura 2 se observa la instalación, tanto de día como de noche. Es importante destacar la presencia de árboles de bajo porte en el recinto urbano.

Fig. 2. Recinto urbano evaluado: de día y a la noche

REFLECTANCIAS DEL ENTORNO URBANO

Además de los dos parámetros indicados anteriormente es conveniente evaluar la instalación de alumbrado conjuntamente con el entorno donde interactúa, para evaluar la contribución de la reflexión de superficies presentes en dicho entorno. Con este fin se analiza el flujo emitido hacia el cielo (c) por una cavidad definida por una calle y sus edificios colindantes, por unidad de superficie de la calle [1]. Para el análisis se considera un recinto urbano como el indicado en la Figura 1.

Además de la evaluación de la instalación con la luminaria instalada actualmente, se efectúa una evaluación similar con una luminaria a LEDs de flujo luminoso equivalente y consumo un 25% menor. En la siguiente tabla se presentan las características de las luminarias consideradas.

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 TABLA I PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE LAS LUMINARIAS ANALIZADAS Flujo [%]

Luminaria

Cierre

Lámp.

Vidrio prismático Vidrio plano

Efic.

Control deslumb.

Plano Inf.

Plano Sup.

[lm/W]

SAP-T 250W

73,7

1,1

69,6

Semiapantall.

Placa con 96 LEDs

100,0

0,0

98,4

Apantall.

Se presupone que la luminaria con LEDS, al tener un flujo luminoso equivalente a la luminaria con SAP-T 250W (del orden de los 19000 lúmenes), no sólo va a ser un reemplazo adecuado desde el punto de vista de los niveles de iluminación y uniformidades sobre la calzada (ver TABLA II), cumpliendo con lo establecido por la norma vigente [3], sino que al ser apantallada y con un FHSINST[%] quince veces menor, va a ser una excelente alternativa desde el punto de vista de la reducción de la polución lumínica; pero no se ha tenido en cuenta la componente reflejada del FHI sobre el techo de la cavidad urbana de referencia, la cual se suma a la componente directa del flujo ’DU lo cual puede llegar a relativizar esta supuesta ventaja. La tarea propuesta consiste precisamente en determinar el valor final del flujo luminoso emitido por la cavidad urbana de referencia hacia el cielo nocturno, tanto para la instalación con luminaria actual con SAP-T 250W como con la alternativa de reemplazo con LEDs. Se considera el techo de la cavidad urbana mediante una grilla de cálculo ubicada a 16 metros de altura desde la calzada, con un ancho de 16 metros de pared a pared y un largo de 120 metros entre esquinas. TABLA II RESULTADOS DEL CÁLCULO SIN CONSIDERAR REFLECTANCIAS

Iluminancias [lux] Luminaria

Emín

’DU FHSINST

Sobre calzada (0 m)

Sobre Techo Cavidad (16m)

Emed

46,1

0,14

0,54

282

1,47

44,1

0,00

0,24

18

0,09



[lm]

[%]

El propósito de este trabajo es estimar la correspondiente contribución del flujo reflejado en la calzada, fachadas y veredas, mediante una simulación de la cavidad urbana de referencia y teniendo en cuenta factores de reflexión precisos provenientes de mediciones de campo y laboratorio de iluminancia y luminancia, incorporándolos al software de cálculo y simulación para calcular el flujo luminoso total emitido por la cavidad urbana hacia el cielo nocturno. C. Estimación de Reflectancias: Metodología utilizada En este trabajo se utilizó una metodología de evaluación y medición de la reflectancia de superficies no perfectamente difusoras [4], propias de superficies de fachadas de edificios y

119

aceras, comenzando por la evaluación de n sectores angulares de las mismas que pueden ser considerados lambertianos, obteniendo la reflectancia total a partir de la suma de las n reflectancias parciales. La determinación de las propiedades reflectantes de cualquier superficie tiende a ser cada vez más complicada a medida que ésta se aparta de las características propias de una superficie perfectamente difusora, para la cual se puede aplicar directamente la conocida relación L= ().E, donde L es la luminancia de la superficie iluminada, E es la iluminancia en el plano de dicha superficie y  es la reflectancia de la misma. La expresión general se puede escribir como:

h 

d  h  . L.dS  L   d i E .dS E

(3)

Coeficiente de Difusión de una superficie: La difusión de la luz indica la forma en que la luz es reflejada o transmitida. Una medida de la difusión la describen los siguientes valores característicos:  = (L20 + L70 )/2L5

(4)

donde L20, L70 y 2L5 son las luminancias en determinados ángulos de observación de la superficie difusora, suponiendo que la muestra es iluminada según cada dirección de observación. Para una superficie completamente difusora (lambertiana) es =1; en este caso la indicatriz de luminancia es un semicírculo. Por lo tanto, el coeficiente de difusión  nos indica en qué medida una superficie se aparta del comportamiento lambertiano. Coeficiente de Luminancia q de una superficie: Este es un parámetro utilizado en la clasificación de pavimentos. El coeficiente q de luminancia es el vínculo entre iluminancia y luminancia en una escena iluminada. De la expresión (3) podemos concluir que entre la iluminancia E y la luminancia L se verifica la siguiente proporcionalidad: L=q.E

(5)

El factor de proporcionalidad q (coeficiente de luminancia) es un parámetro que depende de la geometría de incidencia de la radiación y dirección de observación como también de las características de reflexión de los materiales iluminados, es decir de la reflectancia y de la difusión. Si la difusión posee una característica fija, como es el caso de la reflexión completamente difusa (superficie lambertiana), entonces la luminancia solo depende de la reflectancia . Es válido entonces, según la expresión (3), escribir: L = (/) . E

(6)

( para  = 1 -superficie lambertiana-) Entonces si conocemos, a partir de mediciones los valores promedio de E y L en una superficie dada:

120

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 Lm = qm . Em.

(7)

Entonces, para (superficie no perfectamente difusora) se puede escribir qm = Lm / Em. =  resultando entonces:

= qm

(8)

Por lo tanto, con mediciones previas de laboratorio de luminancias L sobre muestras (se obtiene , y mediciones de campo de E y L (se obtiene qm), pueden determinarse las reflectancias de diversas superficies presentes en la cavidad urbana de referencia. D. Reflectancias de aceras: valores utilizados En la siguiente Tabla se muestran los coeficientes de difusión y de reflexión de las muestras de materiales típicos presentes en las aceras de San Miguel de Tucumán. TABLA III REFLECTANCIAS DE MATERIALES DE ACERAS USADAS PARA SIMULACIÓN

Baldosa Baldosa Baldosa Baldosa Baldosa Granza

Muestra:

blanca

gris

ámbar

ocre

negra



0,66

0,79

0,73

0,78

0,59

0,85

h [%]

55,1

33,2

31,0

27,7

19,7

18,3

E. Reflectancias de fachadas: valores utilizados Del mismo modo, se presentan los valores de reflectancias de las fachadas más representativas del entorno urbano, obtenidas para un coeficiente de difusión promedio de m  0,7.

F. Reflectancia de pavimento: valor utilizado En el caso particular de la ciudad de San Miguel de Tucumán, para fines de la presente simulación se puede establecer un valor de reflectancia promedio de h=14% para los pavimentos asfálticos Clase R3, similar al que reviste la calzada del la cavidad urbana de referencia. III.

SIMULACIÓN DEL ENTORNO URBANO

El entorno urbano bajo estudio, representado por la cavidad urbana de referencia, ha sido simulado utilizando las herramientas provistas por un software de cálculo de libre acceso [5], lo que se ha logrado mediante un exhaustivo relevamiento del lugar, midiendo el ancho de cada fachada presente y su porción de acera asociada, tomando fotografías de las mismas para su inserción en la maqueta del software, donde a su vez se le asigna a cada fachada y acera sus correspondientes valores de reflectancias en base a su similitud con alguno de los tipos de superficies indicados en Tablas III y IV. En base a estas premisas se elaboraron dos pares de maquetas de simulación: el primer par con maqueta sin presencia de árboles en el entorno, tanto para la instalación equipada con luminarias con lámparas SAP-T 250W como para instalación con luminarias a LEDs. El segundo par de maquetas, ídem al primer par, pero con la presencia de arboles. En las siguientes figuras se observan imágenes con fotorrealismo de las maquetas.

TABLA IV REFLECTANCIAS DE FACHADAS USADAS PARA SIMULACIÓN

Tipo de superficie

v [%]

Cemento liso color ocre

27,8

Cemento desnudo oscuro

31,6

Mármol pulido claro

47,5

Cemento liso color amarillo

73,1

Cemento liso color rosado

64,4

Cemento liso color gris

42,6

Cemento liso blanco (sucio)

87

Granito gris oscuro pulido

28,2

Ladrillo vista opaco

21,6

Mármol opaco blanco

51,1

Cemento desnudo color arena 66,9 Cemento liso amarillo (sucio) 69,3 Granito opaco gris medio

17,2

Cemento liso color blanco

85,8

Granito opaco claro (sucio)

42,1

Ladrillo vista barnizado

22,2

Cerámico esmaltado crema

67,7

Fig. 3. Maqueta del Recinto urbano sin árboles, con SAP-T 250W

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016

Fig. 4. Maqueta del Recinto urbano sin árboles, con LEDs

Fig. 7. Valores de reflectancias asignados a algunas de las fachadas y sus aceras correspondientes IV.

Fig. 5. Maqueta del Recinto urbano con árboles, con SAP-T 250W

121

RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN

El programa de cálculo permite obtener el parámetro lumínico en sectores de la cavidad urbana de referencia delimitados por grillas de cálculo, en particular sobre la calzada y sobre el nivel superior de la cavidad, denominado nivel de techo, a 16 metros de altura. La iluminancia obtenida en el nivel de techo, multiplicada por el área de la grilla (16 m x 120 m = 1920 m2) da como resultado el flujo total hacia el cielo emitido por dicha área. En la siguiente figura se presentan ambas grillas de cálculo en el entorno bajo análisis.

Fig. 6. Maqueta del Recinto urbano con árboles, con LEDs

G. Ejemplo de valores considerados de reflectancias En el proceso de simulación de las superficies diversas de la cavidad urbana bajo análisis, por simple inspección visual se han asignado valores de reflectancias enumerados en Tablas II y III. En la siguiente figura se presenta un ejemplo de algunas de las fachadas del entorno y sus correspondientes valores de reflectancias.

Fig. 8. Grillas de cálculo para suelo y techo en la cavidad urbana

En las siguientes tablas se presentan los resultados de los cálculos para ambos pares de maquetas de simulación.

122

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 TABLA V

RESULTADOS DEL CALCULO CON REFLECTANCIAS PARA SAP-T 250W Y LEDS – SIN ÁRBOLES

Luminaria

Iluminancias [lux] Sobre Sobre techo de calzada cavidad (0 m) (16m)



C

r = C - ’DU

(Total) [lm]

(Componente reflejada) [lm]

48,0

6,42

12326,4

12044,4

46,0

5,0

9600,0

9582,0

TABLA VI RESULTADOS DEL CALCULO CON REFLECTANCIAS PARA SAP-T 250W Y LEDS – CON ÁRBOLES

Luminaria

V.

Iluminancias [lux] Sobre Sobre techo de calzada cavidad (0 m) (16m)

C

r = C - ’DU

(Total) [lm]

(Componente reflejada) [lm]

44,0

4,96

9523,2

9241,2

44,5

4,75

9120,0

9102,0

EVALUACIÓN DE RESULTADOS

H.

Resultados en cavidad urbana sin arboles La emisión de flujo total hacia el cielo (flujo directo + reflejado) con la instalación actual (SAP-T 250W) es 40 veces superior a la del mismo sistema de alumbrado sin considerar reflexiones; mientras que en la instalación con LEDs el flujo total supera 500 veces la emisión directa de las luminarias (despreciable para luminaria apantallada con LEDs). Los valores de la componente reflejada son un 25% mayor para la instalación con Sodio alta presión respecto a la instalación con LEDs, pues al tener mejor uniformidad que ésta (0,54 vs 0,24 – ver Tabla II-), la mejor distribución de intensidades sobre las superficies produce más luz reflejada (mayor superficie emisora). Esto significa que el recambio de tecnología (LED por SAP) en la instalación puede mejorar en tal porcentaje la reducción de luz hacia la atmósfera, con la ventaja adicional de un ahorro estimado del 25% en el consumo de energía, manteniendo similares niveles de iluminancia promedio sobre la calzada. I.

Resultados en cavidad urbana con árboles De la comparación entre los resultados de Tablas V y VI surge que la presencia de árboles atenúa en aproximadamente 23% la emisión de flujo total hacia el cielo nocturno, para la instalación con SAP, revelando así la importancia de la presencia de arbolado en ciudades, no sólo para mitigar la polución lumínica, sino también por los beneficios ambientales durante el día, regulando el clima y oxigenando la atmósfera. En el caso de la instalación con LEDs también se verifica una reducción, pero menor, del orden del 5% menos de emisión de luz hacia el cielo, debido a los efectos de verificarse una menor

uniformidad en la distribución de iluminancias sobre las superficies. Cabe destacar que esta disminución de la cantidad de flujo emitido a la atmósfera por efectos del arbolado va a depender fuertemente de la especie arbórea presente en el recinto urbano. Para esta evaluación se ha considerado una especie de pequeño porte, como el naranjo, ya que es la especie que se encuentra realmente en el recinto considerado. Además dicha especie es de hojas perennes, es decir, conserva su follaje verde durante todo el año. En trabajos anteriores [6] se han efectuado evaluaciones con otras especies, de hojas caducas, considerado la influencia estacional en las reflectancias del entorno, pero las variaciones resultantes no afectarán significativamente las tendencias y proyecciones obtenidas en el presente análisis. VI.

CONCLUSIONES

Las limitaciones impuestas por la CIE a los sistemas de alumbrado urbano para mitigar la polución lumínica urbana no resultan suficientes, pues no tienen en cuenta el aporte de la luz reflejada por el entorno. Sí son útiles al promover prácticas de diseño eficiente de instalaciones de alumbrado urbano, desde el punto de vista de la adecuación del diseño de luminarias, pasando por el cumplimiento de niveles recomendados por Normas al elegir cómo disponer las luminarias en el entorno, y por recomendar reconversiones eficaces desde el punto de vista energético. Esto significa que para seguir buscando maneras de disminuir la polución lumínica derivada de los sistemas de alumbrado urbano, es necesario actuar en otros niveles, tales como la revisión de los parámetros lumínicos mínimos recomendados por Normas, en vista de la determinación de límites más adecuados a las reales necesidades visuales. También se pone de manifiesto la importancia de la gestión del arbolado urbano, no sólo en su cantidad, sino también en su calidad, para satisfacer necesidades ambientales generales de la población, no sólo por la mitigación de la polución lumínica, sino por sus propiedades de regulación del microclima urbano. Finalmente, se ha demostrado la importancia en magnitud del aporte de luz reflejada por las superficies urbanas a la emisión de flujo luminoso que contamina la visión del cielo nocturno estrellado. REFERENCIAS

[1] Manzano E., Cabello A., “Evaluación de la Polución Lumínica Urbana”. Revista Luminotecnia, Nº 79, pp. 118-124, ed. AADL, , ISSN 0327 – 0696, Buenos Aires, Septiembre 2005. [2] CIE (Commission Internationale de L’eclairage), “Guidelines for Minimizing Sky-Glow”. Publicación CIE nº 126, Viena, 1997. [3] Norma IRAM AADL J2022-2, “Alumbrado público. Vías de transito. Clasificación y niveles de iluminación”, Buenos Aires, Argentina, Diciembre 2010. [4] Cabello A.J., Glez. Vizmanos J.L., Kirschbaum C.F., “Desarrollo de un Método para Caracterizar la Reflectancia de Superficies No Lambertianas”, Anales de

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 la 88ª Reunión Nacional de Física AFA 2003 -Asociación de Física de la Argentina- Vol.15, pp.102-110, Bariloche, Argentina, 2003. [5] Dial GmbH, “DIALux versión 4.12.0.1”, 2014. [En línea]. Available: https://www.dial.de/es/dialux/download/dialux4-download/. [6] Cabello A., Kirschbaum C. “Modelling of Urban Light Pollution: Seasonal and Environmental Influence”. Journal of the Illuminating Engineering Society of North America (IESNA), 30(2), 142-151. NY, Summer 2001.

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Capítulo II Tecnologías, materiales y equipamiento Diseño de equipos para iluminación Materiales Nuevas tecnologías

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Evaluación del impacto lumínico de un cartel publicitario con tecnología LED Guzmán Claudio1, Castillo Raquel2, Manzano Eduardo3, Diaz Belzunegui Lorena4 1- Depto. Electrotecnia, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional del Comahue, Neuquén, Argentina. claudio.guzman@fain.uncoma.edu.ar 2- Instituto de Investigación en Luz, Ambiente y Visión (ILAV-UNT-CONICET). Tucumán, Argentina. rcastillo@herrera.unt.edu.ar 3- Depto. de Luminotecnia, Luz y Visión, FaCEyT, Universidad Nacional de Tucumán. Tucumán, Argentina. emanzano@herrera.unt.edu.ar 4- Asesora en Seguridad e Higiene Laboral. Río Negro. Argentina. lorediazbelzunegui@hotmail.com Resumen - Si bien es creciente la publicidad en vías públicas que usa como medio para transmitir el mensaje dispositivos con tecnología LED, los municipios no disponen de referencias que permitan adecuar las normativas para regular el empleo de los mismos. Este documento refiere las acciones resultantes de la convocatoria de la Municipalidad de Cipolletti al Dto. de Electrotecnia de la Universidad Nacional del Comahue para las cuales se contó con el aporte del Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión de la Universidad Nacional de Tucumán, a los fines de evaluar la repercusión derivada de la instalación de un dispositivo de estas características en el Área Centro de la comuna. El estudio que se llevó adelante se articuló sobre dos ejes de análisis, uno fáctico y otro perceptual, resueltos a través de un relevamiento fotométrico y una evaluación psicofísica. Los datos resultantes se sometieron a un análisis estadístico para evaluar resultados. Abstract- While being increasingly frequent advertising on public roads using devices with LED technology, municipalities do not have references in order to adjust regulations to regulate the use thereof. This document concerns the actions resulting from the call for the Municipality of Cipolletti to the Department of Electrical Engineering of the National University of Comahue for which he received the support of the Department of Lighting, Light and Vision of the National University of Tucuman, for the purposes to assess the impact resulting from the installation of a device of its kind in the Central Region of the commune. The study was carried out was articulated on two axes of analysis, one factual and one perceptual, resolved through a photometric survey and a psychophysical evaluation. The resulting information is subjected to statistical analysis to evaluate results. I.

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo surgió a partir de una consulta planteada por la Municipalidad de Cipolletti en lo referido a las consecuencias que la instalación de un cartel de publicidad dinámica con tecnología de LED produciría en conductores y peatones. Al momento de realizar el estudio [1] no se encontraron ordenanzas, disposiciones o normativas que

regulen la instalación de este tipo de cartelería siendo cada vez más frecuente el empleo de estos dispositivos para el marketing en la vía pública. La problemática es de una complejidad significativa ya que involucra considerar no solo el área aparente del cartel, las direcciones de observación en relación al sentido del tránsito, la ubicación geográfica respecto del asoleamiento, la interferencia con las señales de tráfico y semáforos. También en lo vinculado a la propia publicidad, colores y formas predominantes, transición de las imágenes como recurso para la publicidad comercial. Y aquellas variables fotométricas como la luminancia vinculada al brillo, que puede resultar en valores molestos durante la noche o bien imperceptible durante el día afectando los objetivos del marketing. La luminancia de fondo, ya sea debida a la bóveda celeste o a una fachada de un edificio, va a influir en la percepción del estímulo visual planteado por la información publicada en el dispositivo. Vinculado a esto se han detectado equipos que no modifican su luminancia respecto del uso diurno o nocturno mostrando en horas de la noche un brillo muy alto pudiendo resultar molesto o perturbador. El objetivo del trabajo es desarrollar una metodología para el relevamiento de este tipo de dispositivos evaluando parámetros perceptuales y fotométricos. Los actores que intervienen son la Municipalidad de Cipolletti a través de la Dirección de Comercio y el Área de Seguridad e Higiene Laboral quien aporta la logística para realizar los estudios. La Universidad del Comahue, Facultad de Ingeniería, Depto. de Electrotecnia desde el Sector Luminotecnia y la Universidad Nacional de Tucumán, Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología mediante el Depto. de Luminotecnia, Luz y Visión. Que desarrollan el experimento, aportan el instrumental y evalúan los resultados de aquel.

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El dispositivo bajo estudio está ubicado en la esquina de las calles Roca y Belgrano Sur-Oeste de la Ciudad de Cipolletti. La pantalla sigue la línea de la ochava y tiene un área aproximada de 10 m2.

II.

Fig.1: Cartel estudiado y su entorno de día.

El nivel de luminancia (magnitud fotométrica) del cartel, que sensorialmente se asocia al brillo percibido visualmente, actúa como el estímulo que a través de imágenes o videos da respuesta al marketing que busca captar clientes empleando la publicidad como estrategia de comunicación. Dependiendo del momento del día en que se usa este dispositivo, una intensidad del brillo puede ser adecuada durante uso diurno, pero en la noche generar malestar. A los fines de examinar el nivel de luminancia media se realiza un ensayo fotométrico empleando un instrumento denominado luminancimetro, cuyas características se indican en el apartado que sigue.

METODOLOGÍA DE TRABAJO

Previo a la realización de la experiencia (en sus dos líneas de acción) se procede a ejecutar una serie de actividades previas. Una de ellas consistió en un relevamiento fotográfico del cartel, su ubicación (Fig.1), zona circundante y apreciación de su funcionamiento diurno y nocturno (Fig. 2). Luego se lleva adelante un análisis del funcionamiento del cartel. Finalmente ejecutamos el relevamiento fotométrico y realizamos una encuesta para valorar el impacto sobre peatones y conductores. Se relevaron las dimensiones del edificio donde está montado el cartel, las calzadas y aceras del entorno tomando en consideración las direcciones principales de observación vinculadas al sentido del tránsito vehicular y al de peatones.

Resta entonces determinar cuál es el efecto que tal estado de funcionamiento provoca en los observadores. Para ello recurrimos a la psicología donde una de sus ramas, la psicofísica, estudia la relación entre la magnitud de un estímulo físico y la intensidad con la que este es percibido por parte de un observador. Una herramienta muy empleada para establecer una medida de la percepción es el autoinforme. Hay varias técnicas en las cuales el sujeto brinda la información: entrevistas, cuestionarios, inventarios, escalas [2]. Para la evaluación perceptual se opta por aplicar la forma de inventario, donde el observador brinda respuestas nominales u ordinales (ejemplo, 1=bajo, 2=medio, 3=alto). La herramienta se formaliza a través de una encuesta y se aplica en su construcción la técnica de calificadores semánticos. En nuestro caso las preguntas o interrogantes demandan que las respuestas expresen un grado de conformidad (por ejemplo ++, +, 0, -, --; donde ++ indica plena conformidad y - absoluto desacuerdo; escala de 5 pasos teniendo en los extremos adjetivos contrarios). Fig.2: Cartel de LED y su entorno de noche.

Fig.3: Ventana para seteo del cartel de LED.

El control del dispositivo tiene posibilidades de modificar varios aspectos de la presentación. Se puede parametrizar la temperatura de color y modificar el nivel de brillo (Fig.3). Esto posibilita modificar el brillo de la pantalla ya sea de día o de noche. Según lo manifestado por los técnicos responsables, el cartel se ajustaba durante el día a un brillo del 95 % del máximo y durante la noche al 7%. Lamentablemente no es posible una automatización de este cambio por lo que actualmente depende

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de la percepción que los mismos tengan de la luminancia de la bóveda celeste durante el tránsito de día a noche para realizar este ajuste.

adecuada ya que había que esperar que se complete un ciclo para repetir las medidas en cada cuadrante.

No contempla, por ejemplo, un eventual oscurecimiento debido a condiciones climáticas que implican un brillo elevado de la pantalla si no se modificaran los parámetros establecidos para el horario diurno. A.

Experimento Psicofísico Para el relevamiento perceptual se elaboró una encuesta que se articula sobre preguntas específicas y se construye bajo el concepto de emplear calificadores semánticos [3]. Las preguntas se agruparon de acuerdo a 6 aspectos de interés relacionados con el cartel de LED. Para evaluar cada aspecto se efectúan de 1 a 4 preguntas a los observadores del cartel quienes responden de acuerdo a la sensación percibida con una escala de 5 puntos. La escala presenta un calificativo opuesto en cada extremo debiendo escoger 1 de 5 posibilidades. Los factores y sus preguntas se indican a continuación (Fig. 4). Se encuestaron un total de 309 personas por un período de una semana dos horas diarias comprendidas en turnos nocturnos y diurnos, las encuestas fueron realizadas con la colaboración de los agentes del estacionamiento rotativo y fiscalizado del Departamento de Tránsito de la Municipalidad de Cipolletti. B.

Ensayo Fotométrico Para las mediciones fotométricas se empleó un luminancimetro Minolta LS 100 que permite registrar luminancias puntuales que presenta el cartel en una zona predefinida (Fig.5). Fig. 4: Modelo de encuesta aplicada en la experiencia

Se evaluó detener la publicidad para realizar las mediciones pero estas resultaban distorsionadas por el diseño gráfico que empleaba distintos colores y mutaba instante a instante por lo que la repetibilidad de la lectura en iguales condiciones no se podía asegurar.

Fig.5: Luminancímetro empleado en el ensayo.

Debido a las dimensiones y las proporciones del cartel se decidió segmentarlo en dos filas y cuatro columnas. Esta división coincidía con los paneles que conformaban el cartel. La luminancia media se midió en el centro de cada módulo por lo cual cada medida implicaba 8 lecturas. En principio se realizaron testeos de medidas de luminancia con la publicidad que estaba programada, ello resulto en que debido a la dinámica que estas presentaban y con los colores adoptados para cada segmento publicitario no se podía asegurar una lectura

Por lo anterior se procedió a elaborar una presentación de PowerPoint con fondos plenos y colores puros. Para la misma se usaron rojo, verde, azul, cian, magenta y amarillo. Esta presentación se instaló en el computador de control y se expuso en el cartel. En el equipo evaluado esta presentación se podía detener y sobre las diapositivas detenidas se procedió a realizar las lecturas de cada medición. Se realizaron dos secuencias de mediciones, una diurna y otra nocturna.

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 III.

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RESULTADOS Y EVALUACIÓN PRELIMINAR

A.

Experimento Psicofísico Del relevamiento perceptual se obtuvieron 309 encuestas; 98 de los encuestados eran conductores, 196 peatones y en 15 encuestas no se indicó este dato. Del total 238 manifestaron haber visto el cartel con anterioridad a la realización de la encuesta y 78 no.

De las respuestas nocturnas (Fig. 6), un análisis de los resultados indica que el cartel es notable, no produce molestias a pesar que el brillo es perceptible y tampoco produce problemas de visibilidad para ver la calle, peatones o autos. Puede contribuir a accidentes y no desagrada.

Fig.7: Resultado de las encuestas diurnas

B.

Ensayo Fotométrico En lo referido a las mediciones de luminancia, se trabajó evaluando en dos niveles de brillo para la noche y uno para el día. El luminancimetro se ubicó a 29 metros en la esquina en diagonal a la perpendicular al cartel.

Fig.6: Resultado de las encuestas nocturnas

Como se mencionó se relevaron dos estados de luminancia nocturna, uno con el cartel al 10% y otro al 20 %. Para el nivel de intensidad del 10 % se midió sobre el color: -

En general resultan positivas las valoraciones. No se observan diferencias significativas respecto de las respuestas diurnas (Fig.7).

amarillo: Lmed=29 cd/m2. rojo: Lmed=9.6 cd/m2. cian: Lmed=21 cd/m2.

Contemplando estos datos y tomando en consideración que en el diseño gráfico de las publicidades expuestas no se emplearon blancos puros, se replanteo la consigna de trabajo y

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se buscó una secuencia de una publicidad que mostraba la pantalla con un gris claro en gran parte del área brillante. Se detuvo la presentación en ese punto y procedimos a medir para un nivel de intensidad de brillo del 10%. En estas condiciones se midió una luminancia media de Lmed=20 cd/m2. Luego se aumentó el nivel de intensidad al 20% relevándose una luminancia media de Lmed=39 cd/m2. Para evaluar la luminancia con este nivel de intensidad pero desde distintos puntos de observación, trasladamos el luminancimetro sobre alguna de las calles que conforman la intersección en la que se encuentra instalado el cartel. Se alejó el instrumento a mitad de cuadra y se instaló sobre uno de los carriles de la calzada vial.

conductor). La encuesta se realizó en horarios nocturnos y diurnos, llegando a tener 207 registros durante el día -entre las 10 y las 13 horas- y 51 registros durante la noche –entre las 19:45 y las 21:30 horas- (Fig. 8). Al analizar la edad de los encuestados se observa que la misma oscila entre 15 y 80 años, siendo en promedio mayor para los conductores de sexo femenino (Media=38,77 años) y menor para los peatones varones (Media=33,21 años).

En todos los casos se verifica una Lmed=38cd/m2, con la intensidad al 20%. Para el estudio diurno el cartel se encuentra seteado al 95 % de la intensidad de brillo. La experiencia se realizó cerca del mediodía y el cielo se encontraba parcialmente nublado. Antes de comenzar la experiencia se midió, a modo de referencia, la luminancia de la bóveda celeste en el entorno del cartel obteniéndose una Lmed=5000cd/m2. En las condiciones descriptas más arriba se midió sobre el color: -

amarillo: Lmed=4446 cd/m2. rojo: Lmed=2011 cd/m2. cian: Lmed=4000 cd/m2.

De manera similar al relevamiento nocturno, se detuvo la presentación de la publicidad tomada como referencia y en este caso la medición indicó una Lmed=3547cd/m2. Como podrá apreciarse existe una significativa diferencia entre los valores de luminancia para el cartel en uso diurno respecto al del uso nocturno. A los propietarios se les autorizó aumentar el nivel de intensidad de brillo desde el 7 % al 20%.

IV.

ANALISIS ESTADISTICO

Los resultados de las experiencias realizadas se sometieron a un análisis estadístico a fin de evaluar fortalezas y debilidades de los estudios realizados, así como para contrastar los mismos respecto de las hipótesis que determinaron su formulación. Con este fin se emplea el software InfoStat [4][5]. A.

Experimento Psicofísico a.

Peatón o conductor – Edad

Se encuestó a 97 conductores y 195 peatones (n=310, con 15 datos faltantes en lo referido a su condición de peatón o

Fig.8: Peatones y conductores segmentados por género.

b.

Visibilidad del cartel

Ante la primera pregunta acerca de si vio el cartel de LED, el 72% de los peatones y el 87% de los conductores manifestaron haberlo visto. Las proporciones son estadísticamente diferentes (T=-3.12, gl=245, valor p=0.002). Existe en los datos evidencia acerca de que la visibilidad del cartel es mayor para los conductores que para los peatones. Este resultado puede estar relacionado con la ubicación del cartel sobre la ochava, a mayor altura que el nivel de visión de los peatones. También invita a tener especial atención sobre la opinión de los conductores en la toma de decisiones vinculadas al cartel LED. c.

Agrado

El nivel de agrado que las personas mostraron sobre el cartel fue medio (cercano a 3 en escala de 1 a 5), siendo menor en las mujeres conductoras, aunque la diferencia entre las medias no es significativa (Fig. 9) d.

Dificultades para ver

En la encuesta se hicieron tres preguntas referidas a las dificultades que el cartel implicaba al momento de ver peatones, autos y ver la calle. En una escala de 1 a 5, con 5 indicando la mayor molestia, las puntuaciones son en promedio entre 1 y 2, según la siguiente tabla:

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016

Promedio del puntaje

Peatones

Conductores

Impide ver la calle

1.52

1.59

Impide ver a los peatones

1.52

1.81

Impide ver a los autos

1.59

1.80

131

Al ser consultados sobre si el cartel LED podría contribuir a ocasionar accidentes, los encuestados se manifestaron con puntuaciones más altas que en las anteriores preguntas (Media=2.77 para los peatones y Media=3.13 para los conductores).

Es decir, que los encuestados no manifiestan dificultades significativas en la visibilidad de lo que fue evaluado, pero el puntaje siempre es mayor entre los conductores. Las correlación entre los diferentes ítems de las dificultades para ver es alta, siendo mayor al 79% en todos los casos, tanto para peatones como para conductores (valor p<0,0001). Se encuentra evidencia de mayor correlación entre la dificultad de ver autos y peatones para los conductores, es decir, que los conductores que manifestaron que el cartel les impedía ver los autos, también manifestaron que les impedía ver a los peatones. Fig.10: Molestias provocadas por el cartel en peatones

Fig.9: Evaluación de agrado, segmentado por conductores, peatones y género

e.

Molestias ocasionadas por el cartel

Para los peatones (Fig. 10), la puntuación dada por los encuestados respecto a las molestias percibidas son medias y bajas, aunque se destacan puntuaciones promedio más altas para la velocidad y el brillo de las imágenes que para la ubicación y el tamaño del cartel LED. En el caso de los conductores (Fig. 11), las molestias percibidas son levemente más altas. f.

Riesgo de accidentes

Fig.11: Molestias provocadas por el cartel en conductores

Las correlaciones entre esta pregunta y las molestias percibidas son positivas y bajas, pero significativas. La mayor se evidencia en la relación entre el riesgo de accidentes y la molestia por la ubicación para los peatones (r=0,32 valor p<0,001) y entre el riesgo de accidentes y la molestia por el brillo para los conductores (r=0,41 valor p<0,001).

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 g.

Relevancia del cartel y atracción de la publicidad proyectada

El cartel LED captó la atención y fue notable para los peatones y los conductores (las medias superan los 3 puntos) aunque no manifiestan haberle prestado atención a las publicidades proyectadas en el cartel.

Fig.13: Luminancia media para los distintos colores en la noche.

Fig.12: Relevancia del cartel y atracción de la publicidad en conductores y peatones.

B. Ensayo Fotométrico La luminancia del cartel es evidentemente diferente durante el día (Fig. 13) y durante la noche (Fig. 14). Las mediciones efectuadas de día tienen una media de 3500 cd/m2 mientras que las nocturnas oscilan alrededor de 20 cd/m2. Recordemos además que la pantalla se programa manualmente para que funcione a diferentes niveles de brillo: al 10% para la noche y al 95% para el día. El comportamiento entre los colores es similar en los dos turnos considerados: el amarillo tiene la mayor luminancia promedio y el rojo tiene la menor. Sin embargo, en la noche la diferencia entre el amarillo y los demás es más notoria y la luminancia del cartel proyectando un color gris es similar a cuando se proyecta el cian. Evaluando estadísticamente las diferencias en las medias en cada horario se confirma la afirmación anterior, durante la noche la luminancia del color gris y del cian no es significativamente diferente pero sí lo es durante el día (test LSD Fisher).

Fig.14: Luminancia media para los distintos colores en el día.

Podemos evaluar ahora la relación con la opinión acerca de la molestia ocasionada por el brillo en relación con el horario en que se realizó la encuesta. Se registraron mayores molestias en los conductores durante la noche. También se observa que mientras a los conductores el brillo les molesta más de noche, a los peatones les molesta más durante el día (Fig. 15).

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Los carteles debieran disponer de un control automático que modifique el nivel de brillo según se expongan las publicidades durante el día o durante la noche. Como resultado de estas experiencias el Municipio de Cipolletti, a través de la Dirección de Comercio, fijo pautas para la instalación de estos dispositivos de publicidad en la vía pública y se sigue avanzando en el desarrollo de un protocolo para aplicar en los relevamientos de este tipo de cartelería comercial.

Fig.15: Evaluación de molestias en conductores y peatones durante el día y la noche.

V.

CONCLUSIONES

Al momento de ser convocados por la Municipalidad de Cipolletti, y ante el tema planteado, se procedió a revisar la documentación existente al respecto. La misma resulto muy escasa y sin precisiones respecto de valores sugeridos o recomendaciones para las administraciones públicas. Sumado a lo anterior las pocas experiencias referidas a estudios aplicados a los carteles existentes solo hacían mención a la valoración fotométrica sin tomar en consideración la repercusión en los observadores ya sean estos peatones o conductores de vehículos. El estudio que se llevó adelante, más allá de la indagación técnica y psicofísica, aspiraba a generar herramientas metodológicas que permitieran a la Municipalidad definir un protocolo de actuación ante una tecnología que se vislumbra cada vez más frecuente en el espacio urbano. Como toda experiencia, es factible de mejoras y el estudio realizado permite extraer algunas recomendaciones al respecto. Consideramos que deben realizarse ajustes en la encuesta, ampliando los parámetros indagados, redefiniendo la redacción y los términos empleados durante la consulta. Vinculado a esto, debe reformularse y ahondar en la instrucción previa de los encuestadores a los fines de lograr un mayor compromiso y comprensión del protocolo de actuación para un correcto relevamiento que disminuya la presencia de datos faltantes e inconsistencias. Respecto del relevamiento técnico estimamos conveniente incluir un colorímetro a fin de ir ajustando los parámetros de estudio de luminancia en referencia a las coordenadas colorimétricas de la publicidad expuesta.

Otro aspecto a incluir en futuros estudios, es el vinculado al impacto en el medioambiente que la inserción de estos dispositivos provoca en la trama urbana. Ya que el brillo, como expresión de un flujo luminoso, se traduce en mayores iluminancias alrededor del lugar donde se instalan estos dispositivos, sumándose al aporte que realiza la cartelería tradicional y deriva en una contaminación luminosa a la que aportan las radiaciones reflejadas por las superficies del entorno edificado, las calzadas y las aceras. RECONOCIMIENTO

Los autores agradecen al Sr. Federico Carabetta, propietario del cartel analizado, quien en todo momento estuvo a disposición del equipo encargado del estudio. Así como a sus colaboradores (que operaban el dispositivo ensayado) por su predisposición a contribuir en el avance de la experiencia. También agrademos a la Municipalidad de Cipolletti, al Departamento de Electrotecnia de la Universidad Nacional del Comahue en Neuquén y al Departamento de Luminotecnia Luz y Visión de la Universidad Nacional de Tucumán proyecto PIUNT E523 y al CONICET. REFERENCIAS [1] Guzmán C., Diaz Belzunegui L., Manzano E. (2013). Impacto de la cartelería de LEDS en conductores y peatones. Actas de las XI Jornadas Argentinas de Luminotecnia. Pag. 68-71. ISBN 978 9871 881 444. S.M. de Tucumán, Argentina. 3 y 4 Octubre 2013. [2] Los autoinformes. SlideShare. (http://es.slideshare.net/jackie1062/losautoinformes , activa al 06/10/2016). [3] Tonello G. El diferencial semántico como método de evaluación subjetiva del espacio iluminado. Tesis de Maestría. ISBN: 978-987-1881-33-8. (http://magisterenluminotecnia.blogspot.com.ar/p/egresados-y-tesis.html) [4] InfoStat versión 2015. Grupo InfoStat, FCA, Universidad Nacional de Córdoba, Argentina. URL http://www.infostat.com.ar [5] Balzarini M.G., Gonzalez L., Tablada M., Casanoves F., Di Rienzo J.A., Robledo C.W. (2008). Infostat. Manual del Usuario, Editorial Brujas, Córdoba, Argentina

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Puesta en valor de sitios arqueológicos mediante el uso de nuevas tecnologías de iluminación y visualización Peluffo Mirta María1, Ajmat Raúl Fernando2, Sandoval José3, Aguirre Mercedes4 1- Instituto de Luminotecnia, Luz y Visión, CONICET, Argentina - mirtapeluffo@hotmail.com 2- Instituto de Luminotecnia, Luz y Visión, CONICET, Argentina / FAU (UNT) - rfajmat@hotmail.com 3- Instituto de Luminotecnia, Luz y Visión, CONICET, Argentina / DLLyV (UNT) - jsandoval@herrera.unt.edu.ar 4- Dirección de Patrimonio, Ente Cultural de Tucumán, Argentina / FAU (UNT) mercedesaguirretuc@gmail.com

Resumen—El creciente aprovechamiento de los avances en tecnología y comunicación de las últimas décadas del siglo XX en el campo del Patrimonio Cultural ha resultado beneficioso en el conocimiento y la difusión exponencial del mismo en la sociedad, facilitando su preservación y permitiendo intervenciones de restauración más eficaces y seguras. En el caso de intervenciones en emplazamientos arqueológicos, en muchos casos se requiere del auxilio de estas tecnologías a fin de cooperar en la comprensión de su identidad cultural. Entre las nuevas tecnologías de visualización e iluminación, encontramos que la técnica del video mapping cumple con tres condiciones que hacen efectiva su aplicación en sitios arqueológicos: en primer lugar, mediante la proyección de una virtualidad, los monumentos del pasado pierden transitoriamente su apariencia inmutable en beneficio de una plataforma de infinitas imágenes en movimiento, añadiendo información adicional que contribuye a una correcta comprensión del bien cultural. En segundo lugar, esta técnica respeta la conservación del patrimonio debido a que las capas de material virtual no dañan el objeto intervenido. Finalmente, el video mapping como medio de comunicación con el público, mediante el uso de recursos monumentales y sorprendentes, monta un espectáculo de alto impacto a los espectadores, contribuyendo de esta forma a la cohesión entre lo social y lo identitario. El presente trabajo consiste en una propuesta de aplicación de esta técnica en sitios arqueológicos partiendo de una revisión del estado del arte de la aplicación de la tecnología del video mapping en el patrimonio cultural. Se espera que este trabajo contribuya a la transposición de técnicas de uso comercial frecuente aplicadas a los objetivos de facilitar una correcta percepción y contextualización de fragmentos arqueológicos proporcionando una lectura más accesible de la arqueología y, en consecuencia, contribuir a un fortalecimiento de la identidad cultural. Se presentan propuestas a un caso de estudio: La reserva arqueológica Los Menhires situada en la localidad de El Mollar (Tucumán, Argentina), declarada Patrimonio Arqueológico de la Nación en 1993. I.

L

INTRODUCCIÓN

a Unesco define como patrimonio cultural a la herencia cultural propia del pasado de una comunidad, con la que ésta vive en la actualidad y que transmite a las generaciones presentes y futuras. Su pérdida constituye un empobrecimiento de la memoria e identidad de un pueblo, por lo tanto es merecedor de ser protegido, conservado y puesto en valor. La apropiación social del mismo por parte de la comunidad a la que pertenece comienza con su conocimiento y estima,

garantizando su conservación en la medida que la comunidad se siente responsable de protegerlo (Carrascosa Moliner et al, 2014). La ausencia de planes integrales de gestión, protección y presentación al público del patrimonio cultural conducen a la falta de identificación y a la pérdida de comprensión de su significado. Las consecuencias son la obsolescencia, la desvalorización, el abandono funcional de los bienes, y finalmente su pérdida (Gianfrancisco, 2010). La difusión del Patrimonio como mecanismo para la identificación de los ciudadanos con el mismo, cuenta en la actualidad con una serie de medios que resultan interesantes para esta función: las nuevas tecnologías de iluminación y visualización, que han evolucionado notablemente en las últimas décadas del siglo XX (Cano, 2004). Su aprovechamiento en el ámbito del Patrimonio Cultural, ha permitido multiplicar exponencialmente su conocimiento en la sociedad, facilitando su preservación y ha hecho posibles intervenciones de restauración más eficaces y seguras (Morenés y Mariátegui, 2002). Teniendo en cuenta que las intervenciones en emplazamientos arqueológicos tienen un alto impacto cultural e identitario, resulta justificable todo esfuerzo puesto en la optimización de recursos tecnológicos para tal fin. El hecho de que algunos restos arqueológicos se encuentren deteriorados y/o dispersos desafía la imaginación y en muchos casos requiere del auxilio de estas tecnologías que complementen la información a fin de cooperar en la comprensión de una identidad cultural subyacente (Hoskins, J. 2002; Pujol, L. 2004). Tal es el caso del empleo de la realidad virtual en el mundo arqueológico, reconstruyendo en 3D escenarios de distintos periodos históricos posibilitando además la interacción con el entorno, o bien el uso de la realidad aumentada para recrear un objeto virtual en el mundo real (García et al , 2014). En cuanto a la tecnología audiovisual, posibilita la creación de réplicas y reconstrucciones de obras de arte pérdidas o descontextualizadas de su lugar de origen, entre estas destaca la técnica del video mapping (Santos M., 2014). En todos estos casos, la generación de los contenidos virtuales es el primer paso. Con las nuevas tecnologías de registro en 3D se pueden documentar tanto objetos, como sitios de interés

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 cultural, capturando sus tres dimensiones en forma rápida y precisa. La geometría digital de los objetos nos permite realizar estudios, análisis, simulaciones y restauraciones de manera no invasiva (Dueñas García, 2014). La creación de metodologías teóricas y prácticas que permitan extraer todo el potencial que ofrecen las nuevas tecnologías se hace más necesaria que nunca (Suárez, 2006). Este trabajo consiste en el estudio y la evaluación de las nuevas tecnologías de visualización e iluminación aplicadas en emplazamientos arqueológicos y patrimonio cultural en general, con el fin de rescatar y fortalecer su identidad cultural, siempre bajo la premisa de preservación. Puntualmente se profundizará en la aplicación de la técnica del video mapping a un caso de estudio particular: la Reserva Arqueológica Los Menhires, ubicada en la localidad de El Mollar (Tucumán, Argentina). Se espera que este trabajo contribuya a la transposición de técnicas de uso comercial frecuente aplicadas a los objetivos de facilitar una correcta percepción y contextualización de fragmentos arqueológicos proporcionando una lectura más accesible de la arqueología. A su vez, el relevamiento y obtención de la geometría virtual del objeto de estudio se llevará a cabo mediante la técnica de escaneo 3d denominada fotogrametría digital. II.

SÍNTESIS DEL ESTADO DEL ARTE DE LA TÉCNICA DEL VIDEO MAPPING

El video mapping consiste en una técnica de proyección de una virtualidad, video, animación o imagen sobre superficies reales, agregando información adicional al objeto físico existente y generando una ilusión óptica dinámica sobre el mismo, logrando modificar su apariencia real. Esto es posible gracias al empleo de tecnología de vanguardia, combinando en partes iguales realidad y virtualidad (Barber & Lafluf, 2013). Actualmente esta técnica se aplica para variados fines: desde proyecciones monumentales sobre las fachadas de los edificios (Salas Acosta, 2014) hasta presentaciones de productos, eventos de marca o campañas publicitarias. También resulta cada vez más frecuente su uso para la creación de escenografías en obras de teatro, ópera y música en directo. En el ámbito del patrimonio cultural a partir del uso de este recurso, se hace posible una nueva experiencia de los monumentos y documentos del pasado, ya que estos pierden momentáneamente su apariencia inmutable en beneficio de la instalación de una plataforma de infinitas imágenes en movimiento (Alonso & Gárciga, 2013). En todos los casos, se presenta principalmente como un nuevo medio de comunicación con el público, siendo una cuestión central de este fenómeno su condición de espectáculo, entendido como entretenimiento que parte del uso de recursos monumentales y sorprendentes, con el fin de movilizar la atención y la ilusión de los espectadores (Alonso & Gárciga, 2013). La evolución de la tecnología de proyección de video es la principal razón que ha hecho posible el desarrollo de esta técnica. En consecuencia surgen en el año 2005 las primeras empresas dedicadas a ofrecer la creación y proyección de este nuevo medio:

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UrbanScreen, en Bremen, Alemania y EasyWeb, en Dijon, Francia. Si bien los usos y aplicaciones del video mapping son muy diversos, es posible detectar ciertas características comunes que lo identifican: en primer lugar debemos destacar que un proyecto de video mapping implica necesariamente la articulación de varias áreas y técnicas de diseño digital a nivel visual y de sonido, y demanda para su mejor realización un trabajo colaborativo multidisciplinario que contemple los requerimientos de espacialidad, ubicación, disposición de los objetos, arquitectura y diseño, así como tecnologías relacionadas con el diseño digital para la construcción de modelos virtuales (Alonso & Gárciga, 2013). Por otra parte, el uso de la luz es una de las principales características de una proyección de video mapping, ya que según cómo interactúa con los elementos físicos sobre los cuales se proyecta, hace posible ver y definir el espacio, los colores y las texturas de las animaciones proyectadas. A su vez, el sonido es primordial para acrecentar el impacto perceptivo de las proyecciones. La música guía en forma sincronizada los videos creando una atmósfera idónea para que el espectador pueda sumergirse en la historia y las sensaciones. Aparece aquí la figura del VJ, cuyo trabajo consiste en la mezcla de imagen y sonido en tiempo real. También debemos mencionar el uso de recursos provenientes del ámbito del teatro, como es el diseño luminotécnico, los juegos de sombras, los contraluces, los telones, las escenografías, la voz con efectos de reverberación y el eco. Podemos encontrar con mucha frecuencia la simulación de luces llamadas "seguidoras" que dirigen la lectura de la imagen, señalando aquello que ha de ser elegido como primordial y único (Alonso & Gárciga, 2013). En muchos casos, al tratarse de una performance en vivo, los espectáculos de video mapping siguen una narrativa no lineal, donde los eventos son representados fuera de orden cronológico. Otra característica por mencionar es la búsqueda de una ilusión de tridimensionalidad que se consigue mediante efectos de perspectiva, tamaño, textura, luminosidad, tratados mediante máscaras y capas, que se van superponiendo entre sí (Alonso & Gárciga, 2013). Procesos, métodos y software del videomapping Una producción de video mapping requiere que se lleven a cabo una serie de complejos procesos para su realización. Valero Merkt (2012) propone una guía a modo de libro de producción, que centralice toda la información del proyecto, al que divide en tres etapas: pre-producción, producción y post-producción. En la etapa de pre-producción, el primer paso es la visita al sitio, en donde es necesario detallar aspectos tales como: estructura, color y materiales del edificio, acústica del lugar, zona de congregación y punto de proyección, nivel de iluminación artificial, etc. Luego se procede al registro bidimensional y tridimensional del objeto sobre el que se proyectará mediante fotografías, mediciones, planos arquitectónicos y escaneo 3D. A partir de esta información se pueden determinar las medidas

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del “lienzo” sobre el que se proyectará la animación y la cantidad de proyectores necesarios. Existen diferentes páginas web y softwares digitales que calculan la cantidad y modelos de proyectores necesarios. Posterior al relevamiento se elabora la conceptualización de la pieza audiovisual que puede o no tener relación con la estructura arquitectónica donde se desea proyectar. En base a la misma se hará una propuesta visual de la pieza a nivel gráfico y una propuesta sonora. Finalmente, se definen los recursos humanos y técnicos necesarios en función del presupuesto del que se dispone. En la etapa de producción se procede a crear el contenido audiovisual planificado previamente. Para ello se pueden usar varios softwares de animación y edición (After Effects, Adobe Flash, Maya, 3DS Max, Cinema 4D, Final Cut, Adobe Premiere, o programas de VJing) y mezcla en vivo (Resolume o Modul8). Igualmente se produce el contenido filmado. La música puede ser producida también con softwares (Ableton Live, Cubase, FL Studio, Reason, Logic). Luego se lleva a cabo el montaje de los proyectores y equipos de sonido en el sitio de proyección para iniciar uno de los pasos más importantes: el mapeo del objeto o fachada. El programa desde el cual se realizará la proyección actuará como interface del conjunto de archivos desarrollados en los programas de diseño, mezclándolos y secuenciándolos, modificando su escala, textura, y aplicando efectos. También hacen posible la vinculación de estos con el sonido u otros input ( Resolume, Madmapper, Arkaos Vj.). Finalmente se lleva a cabo la proyección. En la etapa de post – producción se propone realizar un registro del evento con el fin de perpetuar la pieza y que pueda ser reproducida y difundida. Es importante aclarar que la proyección una vez registrada no causará el mismo impacto que la experiencia en vivo. III.

CASO DE ESTUDIO: LA RESERVA ARQUEOLÓGICA LOS MENHIRES

Se ha seleccionado como caso de estudio a la Reserva Arqueológica Los Menhires ubicada en la localidad de El Mollar, departamento de Tafí del Valle, en la provincia de Tucumán, Argentina, ya que contiene una antigua manifestación cultural: los Menhires, enormes piedras de granito cuya confección se adjudica al grupo Tafí, asentado en el valle homónimo desde el 200 a.C. hasta el 800 d.C. (Di Lullo et al, 2013). Actualmente hay reunidos 129 monolitos de piedra. Este grupo cultural es considerado como uno de las que alcanzaron el más alto grado de desarrollo en la región. (Nuñez Regueiro y Tarragó, 1972) proponen la sub-división de la cultura en dos fases: Angostura (Tafí I) a la que pertenecería el desarrollo de los menhires, y la fase Carapunco (Tafí II) (Bartl & Videla, 2008). Las medidas máximas encontradas de menhires son de, aproximadamente, 5 m de altura, 1 m de ancho y 4,5 t de peso. Para su realización se utilizaron esquistos para los diseños más complejos y granito con inclusiones de cuarzo en las piezas sin

trabajar. El uso de la piedra reafirma la intención de perdurabilidad. Las tallas y el trabajo de escultura aparecen concentrados en un solo plano del monolito lo que indicaría su utilidad como elemento asociado al culto y estaban dirigidos hacia el Este, orientación relacionada con el culto al Sol. Entre los motivos, se alcanzan a destacar grabados de rostros humanos, animales y figuras amorfas y geométricas. En función de su ubicación original, (Azcárate, 1998) propone una clasificación que permitiría además inferir su función. La primera categoría refiere a aquellos encontrados en contextos ceremoniales o funerarios. Otros estaban ubicados en ámbitos domésticos y estarían relacionados con la protección de los habitantes de las viviendas. Los menhires pequeños enterrados en las esquinas de los campos de cultivo están relacionados con la fertilidad y la posesión de tierras. Otros a modo de mojón señalaban accesos y salidas hacia otros ambientes. Sin embargo, a lo largo de los años, los menhires fueron retirados de su ubicación original y relocalizados en repetidas ocasiones, la mayoría de las veces sin control científico riguroso (Bartl & Videla, 2008), situación que produjo la pérdida definitiva de sus referentes arqueológicos. En un primer momento, terratenientes de la zona los utilizaron en la construcción de viviendas como dinteles, pircas o adorno de portales. En 1977, durante la última dictadura militar, fueron reubicados en la Loma de La Angostura para la creación de un parque arqueológico, obligando a los pobladores a entregar las piezas que permanecían en sus predios. A su vez, condiciones climáticas adversas como vientos húmedos, sumado a la aparición de hongos, a las deyecciones de aves y al vandalismo, incidieron negativamente sobre las piedras, comprometiendo su integridad. En 1993, por su antigüedad, simbolismo, cantidad y aglomeración, fueron declarados Patrimonio Nacional (Ley 24.262), quedando bajo la supervisión de la Comisión Nacional de Monumentos y Lugares Históricos. Entre los años 2000 y 2002, por razones de conservación y seguridad, fueron trasladados hacia su actual ubicación quedando bajo la tutela del Ente Cultural de Tucumán (Di Lullo et al, 2013). En 2010 la Dirección de Patrimonio Cultural bajo la dirección de la Ing. Mónica Bahamondez Prieto inició una serie de capacitaciones técnicas para la limpieza y restauración de los Menhires. La intervención incluyó la remoción mecánica de elementos externos a las piezas y la aplicación de un producto hidrorepelente. Actualmente se monitorean y evalúan en forma periódica. IV.

RELEVAMIENTO DEL SITIO Y DE LOS OBJETOS ARQUEOLÓGICOS MEDIANTE FOTOGRAMETRÍA DIGITAL

Luego del estudio bibliográfico se visitó el sitio para un relevamiento fotográfico (Fig.1). Se eligieron tres menhires representativos sobre los cuales se harán las primeras propuestas de intervención: el famoso menhir Ambrosetti (Fig.2), el menhir El Rincón (Fig.3) y por el último el denominado Río Blanco (Fig.4).

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Fig. 1. Reserva Arqueológica Los Menhires

Actualmente aplicando técnicas avanzadas de documentación se obtiene un nivel de representación gráfica lo más cercano posible a la realidad (Esclapés et al, 2013). Tras la valoración de diferentes métodos de documentación disponibles, se optó por utilizar un software comercial de fotogrametría digital (Agisoft Photoscan) para la obtención del modelo tridimensional de los menhires. La fotogrametría es una técnica semi-automática que permite la construcción de un modelo 3D a partir de un grupo de fotografías. Mediante el uso de un software especializado, detecta la posición de pares de fotografías y de la cámara que las tomó, alinea los puntos idénticos existentes entre ellos, construye la geometría y texturiza el modelo. Finalmente se obtiene una representación tridimensional precisa de aquello que se ha fotografiado (Dueñas García, 2014). Como dispositivo para la captura de datos se utilizó una cámara digital Sony Cybershot de 14.1 mega píxeles.

Fig. 2. Menhir Ambrosetti

137

Se tomaron alrededor de 90 fotografías alrededor de cada menhir (Fig.5) para obtener un solape mayor al 80% entre una y otra. Las mismas se cargaron en el software. El primer paso a realizar es el alineado de las imágenes, proceso tras el cual el programa genera una nube de puntos 3D representando la geometría de la escena, que se consigue mediante el cálculo de la posición relativa de la cámara a la hora de tomar las fotos y la detección de los puntos en común entre las imágenes, los que ubica en un sistema de coordenadas (Fig.6). A mayor cantidad de puntos detectados, mayor será la calidad final del trabajo. Para el menhir Ambrosetti se cargaron 93 imágenes que arrojaron 12.174 puntos, para El Rincón 122 imágenes y 26.634 puntos y para Río Blanco 77 imágenes y 10.307 puntos. El siguiente paso es la creación de una nube de puntos de mayor densidad, a la que el software asigna un color para cada vértice a partir de los colores de los pixeles de las fotografías (Fig.7). Para el menhir Ambrosetti se generaron 174.415 puntos, para El Rincón 145.872 y para Río Blanco 254.955, todos para una calidad baja. Los pasos finales son: la creación de una malla poligonal entre los puntos (Fig.8) y la de una textura en calidad fotográfica sobre la misma (Fig.9). Este modelo se puede exportar en diferentes formatos digitales tridimensionales.

Fig. 3. Menhir El Rincón

Fig. 5. Fotografías 360°

Fig. 4. Menhir Río Blanco

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Fig. 6. Nube de puntos

Fig. 7. Nube de puntos densa

Fig. 8. Malla poligonal

Fig. 9. Textura

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V.

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EL PROYECTO DE VIDEO MAPPING

El siguiente paso a llevar a cabo es la elaboración del concepto del proyecto de video mapping. Para ello se recopiló información adicional de cada uno de los menhires seleccionados. El menhir Ambrosetti, hallado por quien le da su nombre en 1896, fue trasladado desde su lugar de origen al Parque 9 de Julio en 1915, donde permaneció 62 años, tras los cuales fue devuelto a los valles. De 3,10 m. de largo, un ancho casi constante de 50 centímetros y una profundidad de 20 centímetros. Sobre una de sus caras posee dibujos geométricos regulares profundamente esculpidos. Es posible que el menhir estuviera mirando al sur hacia el cerro Ñuñorco. El extremo superior presenta una representación antropomorfa (Fig.10) y en el cuerpo se observan dibujos geométricos que se repiten mediante operaciones de repetición, simetría bilateral, combinaciones simples y superposiciones (Fig.11) (Bartl & Videla, 2008). Originalmente el menhir El Rincón se encontraba al margen del río Rincón junto con otros menhires y aparentemente tenían una función ceremonial. De menores dimensiones, tiene una altura de 1 metro y 60 cm de ancho. En una de sus caras posee un grabado con una representación antropomorfa de un rostro (Fig.12) (Bartl & Videla, 2008).

Fig. 12. Representación antropomorfa de un rosto en el Menhir El Rincón

El menhir Río Blanco presenta una forma prismática y muestra un tratamiento grabado en una cara en la que se identificaron formas marcadamente geométricas de gran variabilidad y complejidad que representan dos rostros dispuestos en forma vertical. Estaría relacionado con la protección de los habitantes de las viviendas, del ganado y el cultivo ya que se encontraba ubicado en cavidades circulares domésticas (Bartl & Videla, 2008). VI.

Los siguientes pasos de este proyecto incluyen: la definición conceptual de la pieza de video mapping sobre los objetos arqueológicos seleccionados, en base a la información recopilada y la elaboración de un guión que contemple la propuesta visual y sonora. Definido esto se procederá a la creación del contenido gráfico en software de diseño. Luego se llevarán a cabo las primeras pruebas de mapeo sobre una maqueta a escala de los menhires utilizando el software Resolume Arena 5.0.0. Finalmente se realizarán las pruebas in situ. VII.

Fig. 10. Representación antropomorfa en el Menhir Ambrosetti

ACTIVIDADES POR REALIZAR

PERSPECTIVAS A FUTURO

Se espera que este proyecto se pueda aplicar efectivamente en la Reserva Arqueológica Los Menhires, con la colaboración de la Dirección de Patrimonio de la provincia de Tucumán, a los fines de revalorizar este sitio de importancia patrimonial, captar el interés del público y motivar el deseo de conocimiento del sitio mediante el uso de recursos tecnológicos como el video mapping, que además colaboran en su correcta interpretación. VIII.

CONCLUSIÓN

Los Menhires constituyen una manifestación cultural histórica, arqueológica y antropológica de gran importancia en la provincia de Tucumán y en la region, por lo tanto merecen ser conservados y revalorizados. Las nuevas tecnologías de iluminación y visualización facilitan nuevas herramientas para su presentación al público, sin comprometer su preservación. Con el uso de la técnica del video mapping se pretende complementar la información que se brinda al espectador a fin de cooperar en la correcta percepción y contextualización de los objetos arqueológicos y en la comprensión de su significado. Fig. 11. Dibujos geométricas en el Menhir Ambrosetti

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Fig. 13. Síntesis de la metodología propuesta

REFERENCIAS Alonso, L., & Gárciga, L. (2013). ¿Qué Gigantes? Dijo Sancho Panza. Proyecciones Monumentales Con Video Mapping En Los Bicentenarios De Las Independencias De Las Naciones Latinoamericanas. Arte Y Sociedad, 4(2013), 13. Azcárate García, Jorgelina. 1998. Monolitos – Huancas: Un intento de explicación de las piedras de Tafí (Rep. Argentina). Chungará. Vol 28, Nº 1 y 2. pp. 159-174. Universidad de Tarapacá, Arica-Chile. Azcarate García, J. 2000. Símbolos, piedras y espacios: una experiencia semiológica. En: Arte en las rocas. Arte Rupestre, Menhires y Piedras de Colores en Argentina, editado por M.M. Podestá y M. de Hoyos, pp. 1544. Buenos Aires. Barber, A. G., & Lafluf, L. M. (2013). New Media Art ; un abordaje al videomapping. Bartl, B., & Videla, M. V. (2008). Los menhires como imágenes materiales visuales. Una aproximación semiótica a los monolitos del Valle de Tafí, Tucumán. Cano, L. R. (2004). La difusión del patrimonio a través de las nuevas tecnologías. Nuevos entornos para la educación patrimonial históricoartística. Formación de La Ciudadanía : Las TICs Y Los Nuevos Problemas. Retrieved from http://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/1448458.pdf Carrascosa Moliner, B., Lorente, O. M., & Nieto Pérez, C. (2014). El patrimonio como apuesta para el desarrollo social y formativo de las comunidades próximas al Parque Arqueológico de Cochasquí, Ecuador, 9, 443–466. Dueñas García, M. de J. (2014). Registro arqueológico en 3D mediante la fotogrametría de rango corto. Endere,María Luz. 2007.Management of archaeological sites and the public in Argentina. BAR International Series 1708. Archaeopress, England.

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Tubos LED como reemplazo a la tecnología fluorescente David Rodríguez1, Javier Romero2, Jesús M. Quintero3 1- Universidad Nacional de Colombia, Colombia, crdrodriguezre@unal.edu.co 2- Universidad Nacional de Colombia, Colombia, jaaromerori@unal.edu.co 3- Universidad Nacional de Colombia, Colombia, jmquinteroqu@unal.edu.co

Resumen—El desarrollo e implementación de las fuentes LED tubulares, como fuente alternativa a los tubos fluorescentes, ha suscitado controversia en el mundo de la iluminación, por el usual intercambio directo de los dos tipos de fuentes. En este artículo se presenta una comparación entre las dos tecnologías, en cuanto a características eléctricas, fotométricas y el impacto económico. Se evaluaron cinco fuentes LED y cinco fuentes fluorescentes tubulares, de común acceso en el mercado. Se concluyó que las fuentes LED tubulares son una opción adecuada para el reemplazo de las fuentes fluorescentes, pero se deben tener en cuenta algunos parámetros de importancia, antes de realizar el cambio. Abstract—The development and implementation of LED tubular sources, as alternative of fluorescent tubes, has aroused controversy in the lighting world, because the usual direct interchange between these two kind of sources. In this article is presented a comparison between these two technologies, given electrical and photometric characteristics, and the economic impact. Five easy access LED sources and fluorescent tubular sources, were evaluated. The study concluded that the tubular LED sources, are an adequate option to direct replacement with Fluorescent tubular sources, but it is necessary to consider some parameters, before to do the change.

económica del sistema, para verificar el ahorro prometido por los promotores de la tecnología. Las mediciones se realizaron en las instalaciones Laboratorio de Ensayos Eléctricos Industriales – LABE, y el Laboratorio de Iluminación, Visión y Color – MATISSE; ambos pertenecientes a la Universidad Nacional de Colombia – Sede Bogotá. II.

SELECCIÓN DE FUENTES

Se eligieron un total de 11 fuentes LED [Tabla 1], y 3 fuentes fluorescentes tubulares [Tabla 2]. El criterio de selección para las fuentes bajo estudio, es la facilidad de acceso a ellas en el mercado de iluminación, y la equivalencia en flujo luminoso especificado por el fabricante. Todos los tubos seleccionados, cuentan con las mismas dimensiones (T8 – 60 cm), lo que permite realizar cambios directos entre fuentes, para una misma luminaria de selección aleatoria. III.

I.

INTRODUCCIÓN

E

n los diseños de iluminación actuales, se está observando un cambio masivo de fuentes fluorescentes a LED tubulares, por su consumo reducido, y vida útil amplia[2]; sin tener en cuenta los parámetros lumínicos clave en un diseño de iluminación, como iluminancia media Em y uniformidad en iluminancia Um sobre el plano de trabajo. El cambio de una fuente de luz especificada en un diseño de iluminación, usualmente cambia las características ópticas del sistema en general, lo cual puede traer efectos no contemplados en la iluminación sobre el área efectiva, sin embargo, los fabricantes y distribuidores de tecnologías LED, ofertan esta, como una opción de reemplazo directo en el sistema de iluminación. Se evaluaron un conjunto de 5 fuentes LED tubulares, y 5 fuentes fluorescentes, con flujo luminoso equivalente; en características eléctricas y fotométricas, en veras de verificar si el cambio directo de tales fuentes de luz, puede realizarse en un diseño de iluminación, manteniendo la infraestructura física, y sin modificar las características ópticas. También se realizó la evaluación

CARACTERÍSTICAS FOTOMÉTRICAS

A partir de la obtención de la distribución espacial de intensidades luminosas, es posible obtener el flujo luminoso de la fuente en cuestión. Se realizó una fotometría con un gonio fotómetro de campo lejano, en un barrido de 5° en ángulos ℽ y φ, que permitió conocer la distribución espacial de cada fuente, junto con el flujo luminoso emitido por las muestras evaluadas. En la tabla III, se consignan los flujos luminosos para cada fuente evaluada, y allí es posible observar que las muestras LED, además de presentar una eficacia mayor, muestran un flujo mayor, comparado con sus equivalentes fluorescentes tubulares. TABLA I FUENTES FLUORESCENTES TUBULARES SELECCIONADAS

Cantidad 2 2 2

Descripción Fuente 1. P:18W, TC:2700K, V:120VRMS Fuente 2. P:18W, TC:4100K, V:120VRMS Fuente 3. P:18W, TC:6500K, V:120VRMS

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 TABLA IV INFORMACIÓN FOTOMÉTRICA DE FUENTES EVALUADAS – MALLA 81 PUNTOS

Fuente 1 2 3 4 5 6 7

Figure 1. Distribución fotométrica fuente LED TABLA II FUENTES LED TUBULARES SELECCIONADAS

Cantidad 2 2 2 2 2

V.

Em [lx] 258.4 287.5 387.6 601.2 521.8 490.3 379.6

U0 0.61 0.67 0.65 0.68 0.53 0.56 0.59

UE 0.49 0.56 0.53 0.53 0.40 0.44 0.47

UNIFORMIDAD EN ILUMINANCIA

Para determinar el factor de uniformidad en iluminancia, se utiliza la ecuación que se presenta a continuación

Descripción Fuente 4. P:9W, TC:6500K, V:100 – 240 VRMS Fuente 5. P:9W, TC:6500K, V:100 – 264 VRMS Fuente 6. P:13,5W, TC: 6500K, V:100 – 240 VRMS Fuente 7. P:10W, TC:6500K, V:100 – 240 VRMS Fuente 8. P:9W, TC:6500K, V:100 – 240 VRMS

ECUACIÓN 2. CÁLCULO FACTOR DE UNIFORMIDAD GENERAL

ECUACIÓN 3. CÁLCULO FACTOR DE UNIFORMIDAD EXTREMA IV.

ILUMINANCIA MEDIA

En esta sección, se evaluó la iluminancia media en un área de trabajo de 80 cm2, utilizando una malla de medición con un total de 81 puntos. El cálculo de este parámetro, se realiza tomando como base, la ponderación el método europeo de 9 puntos para evaluar la iluminancia promedio. 1 256

2 ,

4 ,

,

,

ECUACIÓN 1. CÁLCULO DE ILUMINANCIA PROMEDIO 81 PUNTOS

Dónde a = 1, 9; b = 1, 9; c = 1, 9; d = 2, 3, …, 8; e = 2, 3, …, 8; f = 1, 9; g = 2, 3, …, 8; h = 2, 3, …, 8 La medición se realizó bajo las mismas condiciones del entorno, controlando la reflectancia de las áreas contiguas, para tener únicamente el efecto de la fuente sobre el área de trabajo. Se utilizó una luminaria cuadrada de 60 x 60 cm, en la cual se hizo directo intercambio de las fuentes. En la tabla III y IV, es posible ver los niveles de iluminancia media para cada fuente bajo prueba, de las cuales, se utilizaron dos unidades en la luminaria.

Se entregan los resultados para la uniformidad media, utilizando los métodos de 9 y 81 puntos, respectivamente, encontrando que se presentan diferencias entre los dos métodos, que se encuentran en el rango de 7% a 9% en uniformidad general, mientras que las discrepancias en resultados varían desde el 0% al 14% en uniformidad extrema. Se tomaron también, dos muestras LED al azar, y se realizó la medición de uniformidad, cambiando la posición de la fuente tubular, sobre su mismo eje, encontrando diferencias en uniformidad extrema para las mismas muestras, del orden de 12% VI.

PARÁMETROS ELÉCTRICOS

Otro de los elementos a evaluar, es el comportamiento eléctrico de cada una de las fuentes de luz, y su debido efecto sobre la red eléctrica. A partir de los datos mostrados en la tabla V, es posible ver que no existe una diferencia considerable entre los factores de potencia para cada una de las tecnologías, sin embargo, existe una dispersión alta, según las características de la fuente evaluada, respecto a las fuentes fluorescentes.

TABLA III INFORMACIÓN FOTOMÉTRICA DE FUENTES EVALUADAS – MALLA 9 PUNTOS

Fuente 1 2 3 4 5 6 7

Em [lx] 237.9 267.1 358.8 546.9 489.4 450.5 348.5

U0 0.66 0.73 0.70 0.75 0.57 0.61 0.65

UE 0.49 0.59 0.53 0.62 0.43 0.44 0.48

Figure 2. Distribución espacial fuente LED.

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TABLA V FACTOR DE POTENCIA EN LAS FUENTES BAJO ESTUDIO

TABLA V INFORMACIÓN FOTOMÉTRICA DE FUENTES EVALUADAS – FLUJO LUMINOSO

Fuente 1 2 3 4 5 6 7 8 VII.

ΦL [lm] 745.4 715.0 795.1 967.0 810.0 1185.2 1080.2 666.0

LER [lm/w] 43.8 42.0 46.7 110.0 94.3 89.0 109.3 86.6

EVALUACIÓN ECONÓMICA

1

Fuente 1 2 3 4 5 6 7 8

7.

Una de las características resaltadas por los fabricantes y distribuidores de fuentes LED, es el promisorio ahorro energético, al compararlo con otros tipos de tecnologías en iluminación. En esta sección se realiza la comparación económica para las fuentes fluorescentes y LED. 1 1 ECUACIÓN 4. COSTO DEL CICLO DE VIDA

El costo de ciclo de vida es uno de los métodos de análisis utilizados para evaluar el impacto económico sobre una aplicación particular, en este caso, los sistemas de iluminación. Para este caso, se utilizará, realizando las siguientes consideraciones: 1. Al ser un reemplazo directo de fuentes, no se tendrá en cuenta el costo de la infraestructura física para el estudio. 2. El costo residual de las fuentes RV, se ajustará a cero. 3. El punto de evaluación se ajusta a un total de 30.000h, y se consideraron dentro de la evaluación los recambios necesarios para las fuentes que no cumplan con el tiempo de vida útil requerido. 4. Se considerará un interés i constante, correspondiente a la inflación actual para Colombia.[3] 5. Se determinó el costo de la energía, basados en el costo nominal actual de la energía (kWh) para la ciudad de Bogotá.[4] 6. En la inversión inicial para el cambio por fuentes LED, se agrega el costo aproximado del tiempo requerido por un trabajador, para realizar el retiro del balasto.

143

Factor de Potencia 0.9623 0.9623 0.9623 0.9636 0.6165 0.8206 0.9944 0.5838

No se considera el costo del balasto para fuentes fluorescentes, dentro del estudio, ya que se asume que este es funcional durante la cantidad de horas seleccionadas.

De acuerdo a la información recolectada en la Tabla IV, es posible ver que el ahorro energético, a la hora de realizar el cambio directo de fuentes fluorescentes tubulares, a LED, se encuentra entre el 20% y el 47%, para el mismo periodo de tiempo. Esto significa que, a partir del primer reemplazo, es posible percibir ahorros considerables en el consumo de energía, y que, en tres de los cinco casos, la disminución de consumo es tal, que permite suplir el costo del recambio de fuentes LED, al finalizar su ciclo de vida útil. VIII.

CONCLUSIONES

Las fuentes LED presentan grandes cualidades en los aspectos fotométricos y económicos, lo que las hace unas fuentes atractivas como reemplazo directo a las tecnologías utilizadas convencionalmente, sin embargo, se debe tener en cuenta que el cambio de la fuente especificada en el diseño de iluminación, altera los resultados en iluminancia y uniformidad, exigidos por la reglamentación vigente. En los casos evaluados, las fuentes LED cumplieron con los requisitos de uniformidad, para las mismas características espaciales, y para las mismas mallas de cálculo evaluadas, sin embargo, los cambios en uniformidad, y en iluminancia, pueden ser de consideración.

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TABLA IV CARACTERÍSTICAS ECONÓMICAS Y ENERGÉTICAS FUENTES SELECCIONADAS

Fuente 1 2 3 4 5 6 7 8

Costo Inicial [USD] 1.38 1.38 1.38 9.96 7.66 13.56 14.22 18.08

Potencia [W] 17 17 17 9 9 13 10 9

Vida útil [h] 4000 4000 4000 30000 40000 40000 35000 30000

La afectación del driver electrónico sobre la red de alimentación, varía según el fabricante, y el factor de potencia para cada fuente, puede tener valores que van desde el 58%, hasta valores cercanos al 100%. El comportamiento puede llegar a ser similar o superior a los balastos electrónicos utilizados hoy en día, sin embargo, la dispersión es alta, y es preciso conocer esta información a la hora de adquirir estas tecnologías de iluminación. En lo relacionado al tema económico, se pudo ver que el ahorro energético es considerable, a pesar del costo inicial para las fuentes LED, incluyendo, mano de obra adicional para el retiro del balasto, y el acondicionamiento eléctrico en la luminaria. La disminución en el costo de la energía es tal, que al final de la vida útil de la luminaria, en tres de los cinco casos evaluados, representa el costo de la fuente, más la mano de obra realizada. Uno de los aspectos a resaltar a la hora de realizar el cambio de la fuente, es el acondicionamiento eléctrico, ya que se requiere la eliminación del balasto, y la adecuación de la instalación eléctrica en la luminaria, que cambia según el fabricante de la fuente, y la ubicación del controlador electrónico para el tubo LED. Se recomienda la emisión de lineamientos en cuanto a la estandarización de fuentes de este tipo, para evitar inconvenientes que comprometan la seguridad eléctrica del usuario final. En algunos países europeos, este elemento, junto a la falta de educación a los usuarios finales, ha llevado a la prohibición del uso de estas fuentes. Por esta razón, se concluye que no se pueden realizar cambios directos entre fuentes LED y fluorescente tubulares, pero que son una buena alternativa para el reemplazo de tecnología. REFERENCIAS [57] Leena Tähkämö & Anne Ylinen & Marjukka Puolakka & Liisa Halonen, “Life cycle cost analysis of three renewed street lighting installations in Finland” Sustainable Development. DOI 10.1007/s11367-011-0345-z. [58] W.R. Ryckaert , K.A.G. Smet , I.A.A. Roelandts , M. Van Gils , P. Hanselaer, “Linear LED tubes versus fluorescent lamps: An evaluation,” Energy and buildings.ISSN: 0378-7788. [59] Uribe J. “Inflation Development and Monetary Policy Decisions”. Banco de la República. Colombia. Junio 2016. [En línea]: www.banrep.gov.co [60] Grupo ENEL. Tarifario energético CODENSA para la ciudad de Bogotá. [En Línea]: www.codensa.com.co

Consumo [kWh] 74.46 74.46 74.46 39.42 39.42 56.94 43.8 39.42

LCC [USD] 71.99 71.99 71.99 40.35 38.05 57.46 47.99 48.47

Ahorro [%] 0.00% 0.00% 0.00% 43.94% 47.14% 20.18% 33.34% 32.66%

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Estudio de Desempeño de Pinturas para Aplicación en Luminarias John E. Martinez1, Juan F. Gutérrez2, Leonardo Bermeo C.3 Jesús M. Quintero 4 1- Universidad Nacional de Colombia, Colombia, joemartinezal@unal.edu.co 2- Universidad Nacional de Colombia, Colombia, jufgutierrezgo@unal.edu.co 3- Universidad Nacional de Colombia, Colombia, lbermeoc@unal.edu.co 4- Universidad Nacional de Colombia, Colombia, jmquinteroqu@unal.edu.co Resumen—Uno de los elementos más importantes en el diseño de luminarias y el control de la luz en una luminaria, es el reflector, este cumple el papel de mejorar su rendimiento; el mercado de luminarias se caracteriza por manejar en su gran mayoría reflectores de aluminio. El uso de dicho material representa un incremento en los costos de producción, debido a los diferentes procesos que se deben realizar para alcanzar un acabado óptimo, dificultando de esta manera la masificación de los productos. En el siguiente artículo se ilustrara el estudio de pinturas de alta reflectancia que permita la disminución de costos y mejora en el diseño de luminarias. Inicialmente se buscaron las pinturas ofrecidas en el mercado que cumplieran las especificaciones que debería tener para lograr un acabado que cumpla las características adecuadas para realizar diseños de iluminación de bajo costo y propiedades ópticas de alta calidad, posteriormente se llevaron a cabo pruebas de reflectancia que permitieran elegir las mejores pinturas para su aplicación además de diferentes mediciones y simulaciones de desempeño del prototipo de luminaria con reflector blanco. . Abstract—One of the most important elements in the luminary design and its light control, is the reflector, its role is to improve the performance; the market of luminaries is characterized most of it for anodized aluminum reflectors. The use of this material represent high in production costs, due to the different process, that must be done in order to reach an optimum finish, making massification of this products very difficult. In the next article it shows the study of high reflectance paintings that allow lower cost and improvements in the luminaires design. As the first step in this process, we analyzed some commercial paintings that accomplish the specifications that should have proper finish making fixture designs of low cost and high quality optics, later were made reflectance test that allow to choose best paintings for its application, also some measurements and performance simulations of the prototype luminary with white reflector. I.

INTRODUCCIÓN

C

uando se desea realizar un proyecto de iluminación para ser

aplicado en un espacio determinado, se deben tener en cuenta factores como condiciones físicas, tipo de área a iluminar, y condiciones ambientales entre otros, de tal forma que se puedan cumplir las condiciones mínimas adecuadas para desarrollar las actividades asociadas al espacio a iluminar. De esta manera, un sistema de iluminación puede afectar tanto positiva como negativamente el desempeño de una tarea realizada [1], o generar condiciones seguras o inseguras que puedan disminuir o aumentar la probabilidad de ocurrencia accidentes. Al mismo tiempo que el

sistema de iluminación debe satisfacer condiciones visuales adecuadas, debe hacer un uso eficiente de la energía con el fin de disminuir el impacto ambiental [2]. Estos dos enfoques, visual y energético están siempre determinados por un contexto económico, donde no solo se tiene en cuenta inversiones iniciales, sino costos de mantenimiento. Existen diferentes parámetros que permiten evaluar la calidad de la iluminación. Algunos de estos parámetros están asociados directamente a la caracterización de las fuentes de luz o la luminaria, bajo la medición de variables eléctricas, fotométricas y cromáticas. Bajo estos criterios se puede seleccionar cual fuente de luz o luminaria es la más óptima para utilizarla. Otros indicadores están asociados al desempeño de la iluminación aplicado en el espacio deseado, además de variables fotométricas medidas en campo como iluminancia y luminancia, el cálculo de la uniformidad, deslumbramiento, contrastes y brillos. El Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público colombiano RETILAP [3] define diferentes niveles de iluminancia, luminancia, uniformidad y deslumbramiento en proyectos aplicados en alumbrado público o en iluminación interior, según sea la aplicación que se quiera tener (vías públicas, parques, pasos peatonales o hospitales, colegios, oficinas entre otros). En general, el diseño e implementación de un sistema de iluminación puede dividirse en varias etapas, a las cuales se les asocia una serie de actividades que permiten lograr de manera adecuada los objetivos que se quieren cumplir en el espacio a iluminar. En [2] se definen de manera específica 5 etapas; Análisis de Proyecto, Planificación Básica, Diseño Detallado, Asistencia Técnica y Evaluación Posterior. Durante la planificación básica y el diseño detallado se estudian los tipos de iluminación, fuentes de luz y las luminarias que se van a utilizar. Existe una gran variedad de fuentes de luz, las cuales son clasificadas según la naturaleza del fenómeno mediante el cual realicen la emisión de radiación visible, fuentes incandescentes, fuentes de descargas en gases y fuentes de estado sólido [4].La comparación y posterior selección de la fuente puede realizarse basado en tres criterios: eficacia, cromaticidad y durabilidad [5]. La luminaria comprende tanto la fuente o fuentes de luz, los dispositivos electrónicos requeridos para el funcionamiento de la fuente y la instrumentación óptica [6]. El tipo de iluminación puede clasificarse como Iluminación General Uniforme,

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Iluminación general con iluminación localizada e Iluminación general localizada. Por ejemplo, si en un espacio en interiores se desea iluminar de forma generalizada, los niveles de iluminancia y uniformidad deben ser altos, disminuir brillos y contrastes. Esto hace necesario que la luminaria este equipada con reflectores o difusores que permitan una radiación en todo el espacio de tal forma que se logre una iluminación más homogénea.

de protegerlo y/o solidificarlo, y está compuesta comúnmente por un aceite secante el cual es refinado y tratado por calentamiento, el cual mejora su adherencia y adecuada formación de la película , adicionalmente el componente que más interesa en este documento es el pigmento, en este caso blanco, el cual brinda gran parte de su capacidad de reflexión, bien sea de manera difusa o especular.

El reflector de la luminaria es el elemento que permite La alta reflectancia en las pinturas se debe comúnmente a direccionar la luz de la fuente en la dirección deseada a iluminar, compuestos químicos como óxido de titanio, entre otros, lo cual de tal manera que la luz radiada en la dirección contraria sea permite que los diferentes niveles de luz visible se reflejen de reflejada y aprovechada, mejorando la eficacia de la luminaria. El manera adecuada y homogénea con el fin de lograr un tono blanco reflector debe tener un coeficiente de reflectancia alto logrando más resistente a los diferentes factores ambientales, logrando que un alto porcentaje de la luz incidente sea reflejada. Según la también que las molestias causadas por deslumbramiento se aplicación que se desee, los reflectores pueden ser especulares o disminuyan, en especial es las más especulares. difusos. Para iluminación en carreteras los reflectores tienden a reflejar la luz de manera especular, de tal forma que se logre una II. Implementación de Medición de Reflectancia distribución de luz más precisa. Para iluminación en interiores, La medición de reflectancia define el porcentaje de luz reflectores difusos son utilizados de tal manera que se logre mayor incidente que es reflejada por una superficie. La reflectancia uniformidad en la iluminación. El material frecuentemente espectral es el porcentaje de luz reflejado por longitud de onda utilizado para la fabricación de estos reflectores es el aluminio, [4]. Llevar a cabo este tipo de medición sobre una muestra de procesado de manera química o eléctrica con el fin de lograr pintura permitió caracterizar En [8] se definen las condiciones mayor reflexión especular; para lograr efectos de reflexión semi geométricas para realizar diferentes tipos de medición de especular o difusa el material es tratado con técnicas de reflectancia en superficies planas. En el laboratorio se dispone de sandblasting o grabado químico [7]. la estación de reflectancia RTL-STAGE de Ocean Optics[9], la cual permite realizar mediciones de reflectancia especulares a 45 En este documento se presenta el estudio realizado a varios grados. Los equipos utilizados fueron, la fuente de luz co salida tipos de pinturas blancas ofrecidas comercialmente, con el fin de a fibra óptica DH-2000 Ocean Optics [10], fibras ópticas P400-1seleccionar las pinturas con un mejor desempeño espectral y VIS [11] y el espectrometro JAZ-MODULAR [12]. Para la aplicarlas sobre reflectores en luminarias utilizadas en referencia de reflectancia de 100% y 0% se utilizaron los patrones iluminación de interiores. De acuerdo al desempeño tanto en la de reflectancia SRS-99-020 [13] y SRS-02-020 [14]. fotometrías, las simulaciones realizadas sobre un sistema de iluminación de interiores y la comparación económica entre el uso III. Búsqueda de Pinturas Comerciales de reflectores convencionales de aluminio y reflectores con La búsqueda de pinturas comerciales consistió en la consulta de pintura reflectante blanca, se estableció la viabilidad del uso de diferentes productos que fueran ofrecidos en el mercado nacional, este método en luminarias. de tal forma que se pudiera analizar el desempeño de cada una de estas pinturas y aplicarlas al reflector en la luminaria. Todas las II. METODOLOGÍA pinturas conseguidas durante esta búsqueda tienen acabado mate, lo cual define una reflexión difusa a la hora de su aplicación, y tipo esmalte. Las marcas recolectadas fueron: PINTURAS En la Figura 1 se presenta la metodología utilizada para el TONNER, TITO PABON, ICO, BRONCO y SAPOLÍN. Aparte desarrollo del estudio de pinturas. A continuación se presenta una de estos 5 productos, se consiguió un aerosol blanco brillante con descripción de cada una de las actividades llevadas a cabo en la el fin de analizar la mejor pintura mate contra una pintura metodología general del proyecto. brillante. I.

Estudio de Pinturas de Alta Reflectancia En el presente documento se utilizaron diferentes pinturas al aceite, así como lacas con el fin de determinar el mejor recubrimiento para reflectores de luminarias, de esta manera se pudo determinar que una de las características más importantes para que estas pinturas lograran ser un posible reemplazo a los tradicionales reflectores de aluminio, sería su alta reflectancia, esta puede ser determinada por métodos de medición que se describirán más adelante, en esta instancia se busca definir que se puede clasificar como una pintura de alta reflectancia. La pintura es un producto en forma fluida o fluidificada que se transforma en película sólida para recubrir un soporte con el fin

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147

Figura 2. Montaje para medición de reflectancia 45-45

V.

Luminaria e Implementación en Reflector de Aluminio Una vez analizados los datos de reflectancia y seleccionada la pintura de mejor desempeño, se procedió a pintar el reflector de la luminaria. La luminaria que se utilizó para el experimento fue una bala para bombilla ahorradora marca BLESTER. Esta elección obedece a ser un producto utilizado en interiores para iluminación general. El reflector de la luminaria fue pintado con pistola de aerografía de la misma manera que las muestras analizadas.

Figura 1. Metodología para el desarrollo del proyecto

IV. Pruebas de Reflectancia Muestras y Selección Para la prueba de reflectancia se generaron muestras planas de cada pintura en cuadrados de 10cm de lado. Se utilizó una pistola de aerografía como método de dispersión, consiguiendo una buena uniformidad en cada muestra. En la figura 2 se muestra el montaje para esta medición. Se realizaron 6 mediciones por cada muestra, rotando 90 grados la muestra con el fin de variar el ángulo de incidencia sobre la zona que se deseaba analizar. Se realizaron 3 sesiones de mediciones con el fin de comprobar la repetibilidad de la medición.

Figura 3. Reflectancia espectral de 5 pinturas comerciales

TABLA I REFLECTANCIA PROMEDIO E INCERTIDUMBRE DE LA MEDICIÓN EN CADA PINTURA. PINTURA

REFLECTANCIA PROMEDIO

DEV. STAN.

Tonner

70,33

0,76

Tito Pabon

76,53

0,33

Ico

66,43

0,92

Bronco

76,48

0,16

Sapolin

89,47

0,38

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VI.

Generación de Fotometría y Colorimetría El módulo de iluminación del laboratorio realizó la fotometría de la luminaria con los tres reflectores, aluminio, pinturas con mejor desempeño y laca brillante. Utilizando una bombilla BFC Panasonic de potencia 19W, se intercambiaron los reflectores y se determinó su distribución espacial de intensidad. Se determinaron parámetros espectrales y colorimétricos de la luminaria utilizando el espectrómetro ORB SP-2000 [15].

VII.

Simulación Luminaria en Iluminación de Interiores Conocido el comportamiento de la luminaria, se realizó el diseño de un sistema de iluminación general en interiores donde se pudieran aplicar las luminarias caracterizadas. Esta simulación permitió determinar el impacto del cambio de los reflectores en parámetros como uniformidad y deslumbramiento al utilizar un conjunto de estas luminarias. Para ello se definió simular un aula escolar. El software utilizado fue DIALUX EVO [16].

y la pintura marca ICO la de menor reflectancia 66.43%. Existe un comportamiento general en todas las pinturas y es su baja reflectancia para longitudes de onda menores a 420nm. TABLA II REFLECTANCIA PROMEDIO E INCERTIDUMBRE DE TRES MEDICIONES PARA CADA PINTURA. Medición 1

Medición 2

Medición 3

Pintura

Refl. Prom

Dev. Stan.

Refl. Prom

Dev. Stan.

Refl. Prom

Dev. Stan.

Tonner

70,36

0,77

69,57

0,77

71,07

0,64

Tito Pabon

76,33

0,72

76,38

0,65

76,89

0,56

Ico

65,90

1,09

65,91

1,18

67,48

1,11

Bronco

76,50

1,60

76,37

1,14

76,58

1,18

Sapolin

89,24

2,21

89,89

1,57

89,27

1,73

VIII.

Estudio Económico de Reflectores El objetivo de esta actividad fue realizar una comparación entre los costos de manufactura de una luminaria con un reflector de aluminio especular y difuso contra los costos de un reflector con acabado brillante o mate de pintura blanca.

IX.

Análisis de Resultados y Trabajos Futuros El análisis de resultados se llevó a cabo al final de varias actividades, las mediciones de reflectancia a las muestras de pinturas blancas, terminadas las mediciones de fotometría y colorimetría a la luminaria intercambiando reflector, luego de la simulación de estas luminarias en iluminación interior y luego del estudio económico. Esta actividad hacer referencia al análisis final del estudio realizado. Se propusieron trabajos futuros que pueden realizarse a partir de los resultados obtenidos en este proyecto.

En los trabajos futuros cabe resaltar que se deben realizar pruebas mecánicas a los diferentes reflectores pintados, esto con el fin de poder asegurar su viabilidad en luminarias de diferentes formas y tamaños sin afectar su seguridad física y eléctrica. III.

Figura 4. Fotometría luminaria con reflector convencional.

Figura 5. Fotometría luminaria con reflector pintura Sapolin

RESULTADOS

A continuación se presentan los resultados obtenidos de las diferentes mediciones, simulaciones y estudio económico. A. Prueba de Reflectancia a Muestras y Selección En la Figura 3 se muestra la respuesta espectral de cada una de las 5 pinturas analizadas. El porcentaje de cada perfil espectral está referido al patrón de reflectancia [13]. Cada curva es el resultado de promediar los 18 perfiles espectrales que fueron medidos en total para cada muestra. Con el fin de validar las mediciones se reportaron los valores promedio de cada de los perfiles espectrales mostrados en la Figura 3 con sus correspondientes incertidumbres, mostradas en la Tabla I. Como se observa, la pintura SAPOLIN tiene el mejor desempeño presentando una reflectancia promedio cercana al 90,

Figura 6. Fotometría luminaria con reflector con laca brillante.

MEMORIAS – XIII Congreso Panamericano de Iluminación – LUXAMÉRICA2016 TABLA III FLUJO LUMINOSO PARA CADA FOTOMETRÍA Y CÁLCULO DE EFICACIA Flujo[lm] Potencia[W] Eficacia[lm/W] Reflector Convencional 765 17,02 44,94 Reflector Pintura 813 17,04 47,71 Sapolin Reflector Laca Brillante 812 17,1 47,49

TABLA IV DATOS COLORIMÉTRICOS PARA LA LUMINARIA CON CADA UNO DE LOS REFLECTORES. CCT IRC Sin Reflector

6296 K

86.55

Reflector Convencional

6017 K

83.78

Reflector Pintura Sapolin

5849 K

83.99

Reflector Laca Brillante

5764 K

82.68

La mayoría de las pinturas para longitudes de onda mayores a 420nm tiene un comportamiento plano, lo cual es beneficioso ya que entre más horizontal sea éste comportamiento, el espectro de la fuente de luz, y por lo tanto su temperatura de color e índice de reproducción de color se mantendrá invariante. Las desviaciones estándar de cada de las mediciones son menores al 1%; las diferencias en la desviación de las pinturas obedece a las diferentes uniformidades en el acabado de las muestras, aun así esta variable no afecta considerablemente los datos, por lo tanto el método de dispersión mediante pistola de aerografía permite tener resultados confiables. La repetibilidad de este experimento se comprobó comparando la desviación estándar de los tres grupos de 6 mediciones de reflectancia. En la tabla Tabla II se presenta esta comparación. Se puede observar que la desviación de las tres mediciones realizadas para cada muestra, calculando cada valor de medición como el promedio de 6 perfiles espectrales, no presentan variaciones mayores a 1%, considerando este valor como óptimo para el análisis, comprobando que las mediciones como repetibles. Finalmente, mediante el experimento se logró determinar el desempeño de cada pintura, escogiendo dos de estas pinturas, las de mejor y menor rendimiento espectral, para aplicarlas al reflector y analizarlas mediante medición fotométrica de la distribución espacial de intensidad de la luminaria. B. Aplicación de Pinturas, Fotometrías y Colorimetría Se pintaron 2 reflectores, con pintura SAPOLIN y laca brillante. Se realizaron 3 fotometrías mediante el goniofotómetro tipo C [17]. En la figuras foto1, foto2 y foto 3 se muestran la distribución polar para los 3 reflectores, así como el flujo fotométrico total. En la Tabla III se presenta el flujo luminoso, la potencia eléctrica en la cual se realizaron las fotometrías y el cálculo de la eficacia. La medición de las características espectrales y colorimétricas fueron llevadas a cabo y son presentadas en la Tabla IV.

149

TABLA V ESPECIFICACIONES FÍSICAS DEL AULA ESCOLAR UTILIZADA. Altura

3.5m

Ancho

10m

Largo

5m

Reflexión Techo

70%

Reflexión Paredes

50%

Reflexión Suelo

20%

TABLA VI ESPECIFICACIONES FÍSICAS DEL AULA ESCOLAR UTILIZADA. Mi Medi Max n a Iluminancia 30 500 750 0 Deslumbramiento 19 Uniformidad

>0.5

Como se puede observar, existe un cambio significativo en el comportamiento de la distribución de intensidad que tiene la luminaria cuando se utiliza el reflector de aluminio comparado con un reflector pintado. Primero, existe un aumento del flujo luminoso de aproximadamente 48lm entre los reflectores pintados y el de aluminio. Segundo, la distribución espacial de la intensidad tiene un comportamiento localizado con dos lóbulos de máxima emisión para el reflector convencional, mientras que los reflectores pintados presentan una distribución más uniforme en el hemisferio inferior. Debido al aumento en el flujo de la luminaria para la laca brillante y la pintura Sapolín, se registró también un aumento de aproximadamente 2.8 lm/W en la eficacia. En cuanto a la colorimetría, se reportó la temperatura de color correlacionada (CCT) y el índice de reproducción de color (IRC). Comparando los tres reflectores con el desempeño de la bombilla fluorescente compacta, se determinar el impacto de los reflectores en toda la luminaria. La CCT se ve afectada en mayor medida con la laca brillante y la pintura Sapolín; este resultado es coherente con el desempeño de la reflectancia de la pintura Sapolín ya que se determinó un perfil espectral que afectaba notablemente las longitudes de onda menores a 440nm. En cuanto al índice IRC, el uso del reflector disminuye este parámetro, aunque no de manera considerable. C. Simulación en Iluminación en Interiores El espacio a iluminar fue un aula escolar, apta para sesiones magistrales, exposiciones y sala de reuniones. Las dimensiones y características generales son mostradas en la Tabla VI. De acuerdo con [3], la iluminación en este tipo de áreas debe cumplir los requerimientos mostrados en la Tabla VI. En la figura 7 se muestra el diseño 3D del salón. Se utilizaron 40 luminarias tipo bala, distribuidas uniformemente tanto en el techo sobre los puestos de trabajo como en el área circundante y el tablero del aula. El número de luminarias fue determinado de tal forma que se lograra un nivel cercano al nominal.

150

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En este trabajo se logró determinar que este material, puede tener un costo de 8 millones de pesos la tonelada, en el cual se incluyen aproximadamente 200 láminas de 1mt x 2mt x 1mm, así mismo de este material se pueden fabricar aproximadamente 35 unidades por lámina, aproximadamente 7000 por tonelada, teniendo un costo inicial del material sin procesar de alrededor de 1290 pesos por unidad, lo que representa después de los diferentes procesos a realizar hasta el producto final, entre un 40 y 50 % del costo de producción de la luminaria que se utilizó en esta investigación.

Figura 7. Modelamiento 3D del aula escolar

TABLA VII RESULTADOS DE LA SIMULACIÓN REALIZADA 100% Lm [lx]

110% Lm [lx]

148%

R. Convencional R. Sapolin

444

Unif . 0.17

Lm [lx]

489

Unif . 0.17

658

Unif . 0.17

488

0.19

540

0.19

720

0.19

R. Laca Brillante

481

0.19

534

0.19

712

0.19

Luego de esto se cambiaron por las luminarias con el perfil fotométrico con reflector de pintura Sapolín y la laca brillante. Se reportaron los datos de iluminancia media en el área de trabajo y uniformidad, así como el análisis de deslumbramiento desde varios puntos. Se aumentó el flujo de cada fotometría en un mismo porcentaje y se reportó la iluminancia media y uniformidad. En la Tabla VII se presentan los resultados obtenidos de la simulación realizada. Se observa el aumento en la iluminancia media para los reflectores pintados y una mejor uniformidad. El desempeño de la pintura Sapolín y la laca brillante es aproximadamente igual. Al aumentar el flujo de cada fotometría al 110 y 148% no se presenta ningún cambio en la uniformidad. Es evidente que con este tipo de luminarias no se logra un buen desempeño en uniformidad que permitan cumplir el requerimiento mínimo de 0.5 determinado por la normatividad nacional para estos espacios, sin embargo en los resultados arrojados por el software se pudo determinar que en las diferentes áreas de trabajo se cumplen los niveles de iluminancia así como los de uniformidad requeridos por la normatividad nacional a pesar de que en el plano general no se cumplan dichos niveles.

D. Análisis Económico de Reflectores En la actualidad las luminarias en general manejan reflectores fabricados en aluminio de bajo calibre, alta reflectancia y anodizados, sin embargo este material tiene un costo elevado y debe pasar por muchos procesos para lograr el acabado necesario para las diferentes clases de luminarias.

Dicho análisis nos permitió determinar que si se modifica dicho reflector, cambiando el material de fabricación, por acero, el cual tiene un costo de 2´500.000 de las mismas dimensiones que la lámina de aluminio, esto conlleva a que el costo inicial del material sin procesar por luminaria es de 360 pesos, y posterior a los procesos puede llegar a alcanzar un costo de una cuarta parte con relación al de aluminio, adicionalmente se puede producir en plástico, sin embargo en este material el proceso permanece invariable logrando tan solo una mejoría en la eficiencia de la luminaria al reemplazar en el proceso de pintado y pulido la pintura por la recomendada en este artículo. Finalmente podemos evidenciar que la reducción en costos de producción es considerable teniendo en cuenta la comparación entre reflector en aluminio y reflector en acero pintado. IV.

CONCLUSIONES

Durante el desarrollo del proyecto se definió una metodología clara que permitió llevar a cabo de manera ordena el método de análisis desempeño para las pinturas. Las pruebas de reflectancia realizadas a cada una de las muestras de las pinturas permitieron identificar la de mejor respuesta espectral, y fueron validadas mediante el análisis de incertidumbre de cada medición. Esta es una importante herramienta ya que hace que no sea necesario pintar los reflectores que se quieran analizar para determinar el mejor comportamiento, si no analizar pequeñas muestras lo cual hace menos costoso el estudio de estas pinturas. Existe una limitación en la medición de reflectancia, ya que las pinturas brillantes no pueden caracterizarse con el mismo método que para las pinturas mate. Es evidente el mejoramiento del desempeño de la luminaria reemplazando sus reflectores especulares con pinturas mate o laca. Se logró aumentar el flujo luminoso en un 5.6% respecto al reflector convencional, la eficacia aumentó un 6.7%, y se logró una distribución de la fotometría mayor. Debido a que este tipo de luminarias son utilizadas en sistemas de iluminación de interiores, mejorar la uniformidad de la distribución espacial es un factor importante para el diseñador. En la simulación se comprobó un aumento en la iluminancia en un aula escolar, y el mejoramiento de la uniformidad en el área de trabajo. No obstante el desempeño de este tipo de luminarias no es el mejor para este tipo de espacios, ya que no se logró la uniformidad requerida. No existe una diferencia significativa en el uso de una pintura brillante o una pintura con acabado mate.

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La alternativa para un fabricante de luminarias de reemplazar sus reflectores con la metodología llevada a cabo en este estudio es económicamente viable, ya que el uso de las pinturas reduce el costo en el proceso de fabricación del producto. La luminaria utilizada tiene dimensiones pequeñas comparadas con otros productos utilizados comercialmente, por lo tanto los niveles de flujo y potencia eléctrica son relativamente bajos. De acuerdo a los resultados obtenidos, este estudio es un punto de partida para a futuro poder caracterizar el desempeño que este tipo de pinturas pueda tener en otro tipo de luminarias, donde tanto la geometría del reflector como el flujo nominal radiante sean mayores, a un proyecto de aplicación a mayor escala. Igualmente se propone mejorar la respuesta de la pintura en longitudes de onda corta, lo cual hace necesario el estudio detallado de la composición química y el proceso de fabricación para obtener una pintura con una respuesta uniforme en todo el espectro visible, aumentando el flujo e impactando menos la temperatura de color y el índice de reproducción de color de la bombilla. Una aplicación de las pinturas blancas de alta reflectancia es en instrumentos de mediciones de variables fotométricas en laboratorio tales como esferas integradoras. Aquí, la pintura debe además de presentar una respuesta espectral en todo el rango visible, debe ser difusa y aproximarse a una superficie lambertiana, por lo tanto este proyecto abre la posibilidad de comenzar a estudiar y fabricar este tipo de pinturas llevando a cabo la metodología utilizada. REFERENCIAS

[1] E. M. Colombo, B. M. O´Donell, C. F. Kirschbaum, “Iluminación eficaz, calidad y factores humanos”. in Iluminación eficiente, Ed. Proyecto efficient lighting innovative: Buenos Aires, 2002, pp 6084. [2] E. M. Colombo, B. M. O´Donell, C. F. Kirschbaum, “Iluminación eficaz, calidad y factores humanos”. in Iluminación eficiente, Ed. Proyecto efficient lighting innovative: Buenos Aires, 2002, pp 135154. [3] RETILAP, Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público. Ministerio de minas y Energía. 2014. [4] Malacara, Daniel. "Color vision and colorimetry: theory and applications." SPIE, 2011. [5] E. M. Colombo, B. M. O´Donell, C. F. Kirschbaum, “Iluminación eficaz, calidad y factores humanos”. in Iluminación eficiente, Ed. Proyecto efficient lighting innovative: Buenos Aires, 2002, pp 85116 [6] Rea, M. S. (2000). The IESNA lighting handbook: reference & application. [7] Gordon, G. (2015). Interior lighting for designers. John Wiley & Sons. [8] ASTM E179-12, Standard Guide for Selection of Geometric Conditions for Measurement of Reflection and Transmission Properties of Materials, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2012. [9]Ocean optics, Reflection Transmission Satge RTL-Stage [online]:http://oceanoptics.com/product/stage-rtl-t/ [10]Ocean Optics, Funte de Luz DH-2000 [online]: http://www.acalbfi.com/es/Fotonica/Espectroscopia/Fuentes-de-

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luz-y-accesorios/p/Fuentes-de-luz-Halogena-TungstenoDeuterio/0000002FYU [11]Ocean Optics, Fibras Opticas 400 nm [online]:http://oceanoptics.com/wpcontent/uploads/Ocean_Optics_Fibers_Probes.pdf [12] Ocena Optics, JAZ [online]:http://oceanoptics.com/productcategory/jaz-series/ [13] Ocean Optics, Patron Blanco [online]: https://www.labsphere.com/site/assets/files/2628/spectralon_diffus e_reflectance_standards.pdf [14] Ocena Optics, Patron Negro [online]: https://www.labsphere.com/site/assets/files/2628/spectralon_diffus e_reflectance_standards.pdf [15] ORB SP-200 [online]: http://csagroupseattle.org/led-measurementproducts/spectroradiometers/sp-200-spectrometerspectroradiometer/ [16] Dialux [online]: https://www.dial.de/en/dialux/ [17] Laboratorio de ensayos eléctricos industriales “Fabio Chaparro” Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Análisis del comportamiento térmico, eléctrico y lumínico de una bombilla LED dentro de una luminaria para empotrar Javier Romero1, Fernando Herrera2, Carlos Castro3 1- Estudiante (Universidad Nacional de Colombia, Colombia jaaromerori@unal.edu.co) 2- Profesor (Universidad Nacional de Colombia, Colombia faherreral@unal.edu.co) 3- Profesor (Universidad Nacional de Colombia, Colombia c_jaimes_casto@hotmail.com) Resumen—La temperatura es un factor crucial para determinar las características de las fuentes LED, a mayor temperatura ambiental se puede presentar una reducción de la eficacia así como también de la vida útil. En este trabajo se realizó la medición de las características eléctricas, fotométricas y temperaturas de una bombilla LED instalada en una luminaria de empotrar y otra bombilla del mismo lote en condiciones ambientales normales. El estudio pretende encontrar el gradiente de temperatura adicional generado por la luminaria de empotrar sobre la bombilla LED y evaluar el comportamiento de la potencia eléctrica, y la eficacia de los dos sistemas en operación continua. Las mediciones se realizaron en el Laboratorio de Ensayos eléctricos Industriales ubicado en la Universidad Nacional de Colombia. Abstract—The temperature is a crucial factor in determining the characteristics of LED sources, a greater environmental temperature may reduce the efficiency as the life of the source. In this work the measurement of the electrical, photometric and thermal characteristics were made in a bulb in a recessed luminaire and a bulb of the same batch under normal environmental conditions. This work aims to find the additional temperature gradient generated by the recessed luminaire LED on the bulb and evaluate the performance of electric power and efficiency of the two systems in continuous operation. Measurements were performed at the Laboratorio de Ensayos Eléctricos Industriales located at the Universidad Nacional de Colombia. I.

INTRODUCCIÓN

E

l experimento contenido en este documento es motivado por una instalación de iluminación realizada en la ciudad de Bogotá – Colombia. En esta instalación el interventor de la obra se enfrentó a la elección de las fuentes de iluminación para un edificio, buscó en el mercado y encontró luminarias de empotrar diseñadas para bombillas fluorescentes (estas luminarias son conocidas en otros países como focos empotrados o balas), y también encontró bombillas LED de muy bajo costo, con estos dos elementos se instalaron cerca de 100 luminarias. Transcurrido un mes el 60 % de las luminarias presentaron fallas, el nivel de iluminación decreció drásticamente. Las luminarias LED son fuentes de iluminación sensibles a los cambios de temperatura, el desempeño de un producto LED desmejora a medida que incrementa la temperatura, se observa reducción de la vida útil y la eficiencia también se presenta cambios en las características de color. Por este motivo los

fabricantes enfocan esfuerzos para disipar de manera adecuada la temperatura generada por los dados LED [5]. La hipótesis inicial de la falla de las bombillas se atribuyó a la hermeticidad de la luminaria que impidió la ventilación de la bombilla y elevó la temperatura del conjunto, para comprobar la hipótesis se realizó el experimento descrito a continuación. II.

DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO

El procedimiento se dividió en dos etapas, la primera corresponde a la medición de características iniciales, medición de parámetros eléctricos y fotométricos y la segunda un análisis de la temperatura en la bombilla y luminaria a través del tiempo. A. Medición de características iniciales Se realizaron mediciones de parámetros eléctricos y flujo luminoso con un goniofotómetro de campo lejano y con espejo siguiendo el procedimiento de la norma IES LM 79 - 08 "Electrical and Photometric Measurements of Solid-State Products" [1], este goniofotómetro se encuentra ubicado en la Universidad Nacional de Colombia en el Laboratorio de Ensayos eléctricos Industriales. El laboratorio se encuentra acreditado por el organismo nacional de acreditación de Colombia bajo la norma NTC/ISO 17025 "Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración" [4]. Dos sistemas fueron probados en el goniofotómetro, el primero corresponde a la bombilla dentro de la luminaria y el segundo a la bombilla sola. Se midieron los parámetros de Tensión, corriente, potencia, factor de potencia, distorsión armónica y distribución de intensidad luminosa. B. Análisis del comportamiento térmico Se realizó el montaje ilustrado en la figura 1, en esta se observa una caja con dos compartimientos, en cada una de las divisiones se instaló la luminaria de empotrar con la bombilla LED en su interior, en el segundo compartimiento se instaló un portabombilla con la bombilla LED. El objetivo del experimento es comparar el comportamiento eléctrico, lumínico y térmico de la bombilla cuando se encuentra dentro y fuera de la luminaria.

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segundo, en el caso puntual de este experimento se considera una rata de muestreo “lenta”. Dados estos factores y que el equipo cuenta con más de un año de antigüedad la precisión del equipo en la medición de temperatura declarada por el fabricante es de 0,4 °C [8]. Los termopares fueron ubicados en los puntos descritos en las figuras 2 y 3 y tabla 1.

Fig. 1. Montaje de la bombilla dentro de la luminaria (Izquierda) y la bombilla descubierta (Derecha).

En el fondo de la caja se ubicaron luxómetros que registran los niveles de iluminación a través del tiempo, para analizar las características eléctricas se conectó un analizador de potencia a la entrada de cada sistema y finalmente se instalaron termopares en diferentes puntos de cada una de las bombillas.

Fig. 2. Posición de los termopares en la luminaria.

El sistema anteriormente descrito se encontraba dentro de una habitación con control de temperatura, esto con el objetivo de eliminar la influencia de los cambios de temperatura ambiental durante el transcurso del día, los cambios fuertes de temperatura pueden refrigerar o calentar las bombillas y afectar el resultado del experimento. III.

COMPONENTES Y EQUIPOS

Fig. 3. Posición de los termopares en la bombilla.

Bombilla

Se utilizó un Goniofotómetro con espejo de la marca LMT modelo GO-DS2000 para realizar la medición de la distribución de intensidad luminosa y calcular el flujo luminoso, este equipo cuenta con una distancia de 20 metros entre el sensor y la fuente de luz. Los goniofotómetros tipo C tienen una ventaja con respecto a otros tipos de goniofotómetros, mantienen la luminaria siempre en la misma posición con respecto a la gravedad y por lo tanto la luminaria es estable térmicamente durante las mediciones [2].

Luminaria

A. Goniofotómetro de campo lejano

Canal Ch1 Ch2 Ch3 Ch4 Ch5 Ch6 Ch7 Ch8 Ch9

Ubicación Interior de la luminaria Driver Bulbo Carcasa interna Ambiente exterior Ambiente Bulbo Driver Cuerpo

Tabla 1. Descripción de la posición de los termopares.

B. Sistema de adquisición de temperatura Se utilizó el equipo FLUKE HYDRA 2620A, este equipo permite la adquisición de datos en tiempo real, puede leer tensión AC y DC, resistencia y temperatura si se utiliza con un termopar, en este caso se conectaron termopares tipo J adheridos a cada componente con cinta térmica. El equipo se utiliza junto al software Hydra Logger V3.0, el sistema se configuró con un tiempo de muestreo de 1 minuto. La mayor ventaja de usar el equipo a través del software es que no se tienen limitantes de memoria debido a que los datos son almacenados directamente en un computador y no en la memoria interna del equipo de adquisición de datos. La precisión del equipo declaradas por el fabricante dependen de la velocidad del muestreo y de la antigüedad del equipo, una rata de muestreo “rápida” está definida como 17 mediciones en un

C. Sistema de medición de potencia Se utilizó un analizador de potencia YOKOGAWA WT 1600, este equipo cuenta con diferentes canales independientes de medición y puede ser controlado a través del software WT VIEWER, esto permite independizar las mediciones de la memoria interna y se realizan registros limitados únicamente por la memoria del computador, la cual en comparación con el tamaño de los archivos de texto generados en las mediciones es bastante grande y suficiente. Se midieron los parámetros de tensión, corriente, potencia activa y factor de potencia, de cada una de las bombillas. La tensión de alimentación corresponde a la tensión nominal de uso doméstico en Colombia que equivale a 120 V y 60 Hz, con el fin de garantizar una alimentación sin interrupciones y con distorsión

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armónica en tensión baja se utilizó un sistema ininterrumpido de potencia (“Uninterruptible Power Supply UPS”), en este caso la regulación es cercana al 0,2 % y una distorsión armónica en tensión menor al 2 %. La precisión del equipo en tensión, corriente y potencia declarada por el fabricante está dada por la siguiente ecuación [7]:

Según el procedimiento IES LM 79 – 08 [1], procedimiento para realizar la medición de parámetros eléctricos y fotométricos de productos LED, se requiere una precisión de 0,2 % en tensión y corriente y 0,5 % en potencia, por lo tanto ya que el equipo se encuentra calibrado y se comprobó que está dentro de las especificaciones del fabricante se garantiza que se cumple el requerimiento.

Parámetro Tensión (V) Corriente (mA) Potencia (W) Factor de Potencia THD en Tensión (%) THD en corriente (%) Flujo luminoso (lm) Eficacia (lm/W) Eficiencia (lm/lm)

Luminaria 120,06 77,18 6,71 0,7240 0,17 63,67 479 71,3 ------

Bombilla 120,05 77,45 6,68 0,7188 0,20 63,57 256 38,3 53,5 %

Tabla 2. Resultados eléctricos y fotométricos iniciales

D. Sistema de medición de niveles de iluminancia Se utilizaron luxómetros EXTECH LT 300 ubicados en el fondo del montaje descrito en el numeral I. B., las mediciones fueron tomadas manualmente y registradas en un computador. Aunque los luxómetros se encuentran calibrados, se permite usar equipos con error constante de medición ya que el comportamiento del sistema no se evalúa con la iluminancia absoluta, sino con la iluminancia relativa, cada valor de iluminancia registrada se divide entre la iluminancia máximo para obtener una medición porcentual con respecto a las características máximas.

Fig. 4. Resultados fotométricos de la bombilla LED. 1) Diagrama polar del plano C (0°-180°) 2) Diagrama polar del cono gamma igual a 5°. Máxima intensidad luminosa: 96.96 cd

E. Sistema de control de temperatura Para controlar la temperatura en la habitación se utilizó un controlador de temperatura ON – OFF y un sensor de temperatura PT 100, la habitación se encuentra construida con láminas de cartón de yeso o “Drywall” y consta de una doble pared como con el objetivo de aislar la habitación de condiciones ambientales externas. El equipo utilizado es un controlador TC4L 14R, este tiene una precisión en la medición de temperatura de ± 1 °C, se configuró el equipo para realizar control ON-OF con una histéresis de 0,2 °C, el actuador es un calentador de 1600 W. IV.

ANÁLISIS Y RESULTADOS

A. Medición de características iniciales En la tabla 2 se encuentran los resultados de las mediciones de características eléctricas y luminosas de la bombilla y la luminaria. En la figura 4 a 6 se encuentran los resultados fotométricos y una comparación de las distribuciones de intensidad luminosa de cada sistema.

Fig. 5. Resultados fotométricos de la luminaria con bombilla LED. 1) Diagrama polar del plano C (0°-180°) 2) Diagrama polar del cono gamma igual a 40° Máxima Intensidad luminosa: 75.15 cd

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transcurridos 5 días, posteriormente se mantuvo constante durante las mediciones. En la gráfica 8 se observa que el comportamiento de la potencia eléctrica consumida también fue constante. A diferencia de la bombilla, la luminaria mostro un decrecimiento lineal de la iluminancia a través del tiempo, transcurrido cerca de 240 horas la potencia aumento en un 5.5 %, mientras que la iluminancia disminuyó en un 30 %, se calcula que la eficacia para la hora 240 se encontraba en 25,4 lm/W. Transcurridas 400 horas la eficacia disminuyó a 21,7 lm/W, lo cual indica que en este punto el sistema es tan ineficiente que su comportamiento se compara con la tecnología incandescente.

Figura 6. Resultados fotométricos sobrepuestos de los dos sistemas. En color verde la luminaria, color rojo la bombilla.

Da las mediciones fotométricas iniciales se observa que la luminaria presenta una eficacia muy baja en comparación con la bombilla, inicialmente la bombilla tiene una eficacia de 71,3 lm/W pero al ser introducida en la luminaria la eficacia decae a 38,3 lm/W, desde el punto de vista de eficiencia energética la luminaria no es una buena opción ya que presenta una eficiencia del 53 %. En la distribución de intensidad luminosa de la figura 6 se observa que el ángulo de apertura de la luminaria es menor al de la bombilla, un resultado que era esperado, sin embargo se espera también que la luminaria emita una mayor cantidad de flujo luminoso hacia abajo en comparación a la bombilla, esto no sucede debido a que el difusor de la luminaria tiene muy baja transmitancia. B. Comportamiento térmico, eléctrico y luminoso en el tiempo

Fig. 8. Comportamiento de la potencia a través del tiempo.

Parámetro Tensión (V) Corriente (mA) Potencia (W) Factor de Potencia

Luminaria 120,2 92,85 6,94 0,6210

Bombilla 120,3 92,65 6,77 0,6072

Tabla 3. Promedio de parámetros eléctricos a través del tiempo.

Fig. 7. Comportamiento luminoso a través del tiempo

En la figura 7 se observa el comportamiento lumínico de los dos sistemas, el nivel de iluminación de la bombilla incrementó

Transcurrida una hora una vez iniciado el experimento las bombillas alcanzaron la estabilidad térmica. En las figuras 9 y 10 se observa el comportamiento térmico transcurridas 400 horas, las temperaturas se mantuvieron estables a excepción de la temperatura en el driver de la bombilla dentro de la luminaria ya que incrementó en 1 °C cada 10 horas. Si se comparan las medidas de los sensores ubicados en los mismos puntos de las bombillas se encontrará el resultado de la figura 11, donde el incremento de temperatura en el bulbo de la bombilla de la luminaria con respecto a la temperatura que tendría en un funcionamiento normal es de 46,8 %, para el driver de la bombilla el incremento es de 42 % y el incremento en la temperatura ambiente a la que se expone la bombilla es de 50,2 %.

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Al finalizar la prueba la bombilla dentro de la luminaria presentó fallas y dejo de funcionar, se retiró el bulbo de la bombilla y se encontró quemaduras en el chip LED como lo muestra la figura 12. La elevación de temperatura que sufrió debido al encerramiento de la luminaria generó este efecto y llevo al daño de la bombilla.

Fig. 9. Comportamiento luminoso a través del tiempo

Fig. 12. Registro fotográfico de la bombilla sin bulbo. Izquierda. Bombilla en buen estado. Derecha. Bombilla después del experimento V.

Bombilla

Luminaria

Fig. 10. Comportamiento luminoso a través del tiempo

Temperatura (°C) 51.21

Canal

Posición

Ch1

Interior de la luminaria

Ch2

Driver

112.59

Ch3 Ch4 Ch5

Bulbo Carcasa interna Ambiente exterior

54.45 50.6 25.51

Ch6

Ambiente

25.49

Ch7

Bulbo

28.99

Ch8

Driver

65.29

Ch9

Cuerpo

49.9

Al incrustar bombillas LED dentro de luminarias de empotrar la eficacia se ve afectada por la eficiencia de la luminaria, como resultado se encuentra que la alta eficacia característica de las fuentes LED disminuye y se compara con la eficacia de otras tecnologías. Otra ventaja de las fuentes LED es una mayor vida útil, por lo tanto el interventor esperaría que aunque la eficacia del sistema sea igual a otras tecnologías, la luminaria LED supere otros sistemas en cuanto a vida útil, pero en el experimento se observó que debido al encerramiento de la luminaria la temperatura en cada uno de los componentes de la bombilla se incrementa al doble y se provoca una falla prematura del sistema, en este caso un mes fue suficiente para provocar el fallo de los LEDs. A través del tiempo se observó una elevación de la potencia consumida por la bombilla, mientras que el nivel de iluminación disminuyó, como resultado la eficacia del sistema decreció rápidamente, originalmente la eficacia era de 38.3 lm/W, transcurridas 400 horas la eficacia calculada fue de 21,7 lm/W.

Tabla 4. Temperatura promedio en cada componente

REFERENCIAS [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]

Fig. 11.Gradientes de temperatura generados en la bombilla.

CONCLUSIONES

IESNA Electrical and Photometric Measurements of Solid State Products, IES LM 79 2008 IESNA Testing Procedures Committe, Goniophotometer Types and Photometric Coordinates, LM 75-01 IESNA Testing Procedures Committee, Standard File format for Electronic Transfer of Photometric Data and Related Information, LM 63 – 02 ICONTEC Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración, NTC-ISO/IEC 17025 2005 W. G. Julian, Lighting: Basic Concepts, Edición 6. Faculty of Architecture, Design and Plannung 2006 C. J. Lasance and A. Poppe, Thermal Management for LED Applications. Springer 2014 YOKOGAWA, WT1600 Digital Power Meter User’s Manual. Edición 4 2004 FLUKE, 2620A/2625A Hydra Series II Data Acquisition Unit Hydra Series II Data Logger Users ManualNoviembre 1997

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Efectos de las características espectrales de las fuentes de luz en la eficiencia energética del alumbrado público Oscar U Preciado1, Eduardo R Manzano1 1- Depto. de Luminotecnia, Luz y Visión, Universidad Nacional de Tucumán-ILAV CONICET, San Miguel de Tucumán, Argentina, upreciado@herrera.unt.edu.ar

Resumen— En el año 2010 la CIE (Comisión Internacional de Iluminación) definió un sistema para calcular la función de eficiencia luminosa espectral mesópica basado en el rendimiento visual. De acuerdo con este sistema, a niveles mesópicos de adaptación, espacios iluminados con fuentes de luz cuya relación S/P (flujo escotópico/ flujo fotópico) alto serán percibidos como más iluminados en comparación con espacios iluminados con fuentes de luz de menor S/P a un mismo nivel de iluminación fotópico. Sin embargo, existen otros efectos de la SPD (distribución de potencia espectral) que, al ser cuantificados, el efecto final podría ser contradictorio. El objetivo de este trabajo fue evaluar cómo el alumbrado público es afectado por la reflectancia espectral del pavimento y por la transmitancia espectral del ojo humano a medida que las personas envejecen. Los resultados obtenidos sugieren que los beneficios de considerar el efecto de la visión mesópica cuando se utilizan luminarias con alto ratio S/P, son contrarrestados por completo por la influencia de la reflexión espectral del pavimento y el efecto de la transmitancia espectral del ojo del observador cuando la luminancia mesópica se ⁄ ⁄ y , para personas entre 20 encuentra entre , y 60 años. Abstract-- In 2010 the CIE published a recommended system for mesopic photometry based on visual performance. According to this system, scenes illuminated at mesopic levels with light sources of high S/P ratio (scotopic to photopic flux ratio), will be perceived of greater brightness than those illuminated with sources of a lower S/P ratio at equal photopic output. However, there could be other factors affected by SPD (spectral power density) that, when are quantified, the final effect could be contradictory. The scope of this paper was to evaluate how road lighting is affected by the spectral road surface reflectance and by the human eye transmittance response, as people get older. Our results suggest that the benefits of considering the mesopic vision effect for luminaire sources with high S/P ratios are totally counteracted by the spectral reflectance and spectral eye transmittance effect other two effects at a mesopic luminance ⁄ ⁄ to , for people between 20 and 60 between , years old. I.

E

INTRODUCCIÓN

xisten tres estados de sensibilidad del sistema visual humano, el escotópico, el mesópico y el fotópico. La visión fotópica ocurre cuando los ojos están adaptados a luminancias altas, por y los fotorreceptores llamados conos son los arriba de 5 ⁄ principales responsables de la visión. Su respuesta está caracterizada por la función de sensibilidad luminosa fotópica . En el otro extremo, la visión escotópica se presenta cuando se tienen luminancias de adaptación por debajo de 0,001 ⁄

y los fotorreceptores llamados bastones dominan la visión. La función de sensibilidad luminosa escotópica ’ es la representación de este estado del sistema visual [1]. El estado intermedio del sistema visual es la visión mesópica (entre y 5 ⁄ ). En la visión mesópica, conos y 0,001 ⁄ bastones se encuentran activos, por lo que no existe una función de sensibilidad luminosa única, sino que esta se desplaza desde el fotópico al escotópico conforme disminuye la luminancia de adaptación [2]. El intervalo de luminancias mínimas mantenidas recomendadas por las normas a nivel mundial [3] [5], se encuentra y2 ⁄ para iluminación vial destinada a entre 0,3 ⁄ vehículos automotores. Para caminos peatonales y diseñados para ciclistas, las mismas normas recomiendan iluminancias horizontales mínimas mantenidas entre 2 y 15 , lo que implica luminancias fotópicas de adaptación entre 0,04 ⁄ y 0,33 ⁄ [6]. Por lo tanto, las aplicaciones de iluminación urbana se encontrarían, en principio, bajo el estado visual mesópico. Actualmente, y por más de 70 años, la fotometría se basa en la función de sensibilidad luminosa fotópica , lo que significa que todas las mediciones fotométricas son ponderadas respecto de esta curva. Sin embargo, en algunas situaciones nocturnas, el uso de podría generar valores que no tienen sentido visualmente [7] debido a que estas situaciones se producen a niveles mesópicos. En los últimos años se han realizado estudios que muestran evidencia de que existe una relación entre la distribución de potencia espectral (SPD, por sus siglas en inglés) de una fuente y el rendimiento visual [7]–[13]. La Comisión Internacional de Iluminación (CIE) definió en el año 2010, la sensibilidad espectral en el mesópico [14], así como un método que modifica los valores fotométricos para condiciones mesópicas. El modelo publicado por la CIE se basa en dos modelos propuestos para visión mesópica: el Unified System of Photometry (USP) [15] y el sistema MOVE [16]. Ambos modelos fueron desarrollados a partir de pruebas relacionadas con el rendimiento visual e intentan definir la sensibilidad espectral retiniana fuera de la fóvea, es decir, para visión periférica. El sistema de fotometría mesópico de la CIE alienta el uso de fuentes de luz con un alto valor de S/P como son las fuentes de luz blanca, por ejemplo: luminarias con lámparas de mercurio halogenado (MH) y luminarias LED debido a que el ojo humano

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es más sensible a la luz blanca fría en el rango mesópico. Este hecho daría lugar a una reducción en los costos de instalación, a un menor consumo de energía y a un menor impacto ambiental. Gran parte del diseño de la iluminación vial en el mundo está basado en el cálculo de luminancias [17]. La luminancia es la luz reflejada del pavimento que llega al ojo humano medida en ⁄ . La luminancia sobre cualquier punto en el pavimento depende de dos factores, primero, del nivel de iluminancia sobre la superficie pavimentada y, segundo, de las propiedades reflectivas de la propia superficie. Evidentemente, estas propiedades dependen de la composición del pavimento y de las partículas agregadas que podrían tener [18]. La reflectancia espectral del pavimento también puede tener un efecto en el rendimiento visual del conductor [7], [19] y por tanto, una importante influencia cuando se seleccionan lámparas y luminarias. La reflectancia del pavimento ya sean asfalto o concreto, presenta un comportamiento muy similar y, en general, es menor para la radiación en longitudes de onda bajas, por lo que las fuentes de luz que emiten mayormente en esta región del espectro, tendrán menos luz reflejada por estas superficies [20]– [24]. Esto indicaría, en primera instancia, que las fuentes con mayor emisión de luz en la parte baja del espectro, serían menos eficientes que aquellas que, por el contrario, emitiesen luz predominantemente en la parte alta del espectro visible [20]. Con la edad, algunas habilidades cognitivas y visuales se deterioran. En términos generales, en el mundo existen límites bien establecidos de la edad mínima de las personas para poder conducir, sin embargo, en el otro extremo, no existe una edad máxima bien definida y en muchos países las personas continúan conduciendo hasta edades cercanas a los 80 años [25]. La edad de los conductores o los peatones podría afectar la cantidad de luz que llega a la retina de acuerdo con la SPD de la fuente de luz [7]. Se estima que en los próximos 35 años, la población con 60 años o más, crecerá en un 100% a nivel global y, específicamente la región latinoamericana será la de mayor crecimiento con un aumento estimado de 140% [26], [27]. Para que el sistema visual humano pueda percibir imágenes, es necesario que llegue la cantidad apropiada de luz a la retina. Esta cantidad de luz está determinada por el tamaño de la pupila y por la transmitancia espectral en el ojo [25]. Conforme envejecemos, las lentes de los ojos (los cristalinos) tienden a volverse amarillentas, actuando como un filtro, lo cual afecta su transmitancia [28]–[30]. Además, está comprobado que la transmitancia del ojo disminuye considerablemente con la edad para longitudes de onda bajas (380 500 ). Por el contrario en longitudes de onda mayores (600 850 ) la transmitancia es prácticamente independiente de la edad, además es en esta región donde se presenta su máximo valor [30]. En este trabajo se reportan los resultados de cuantificar los efectos combinados de la visión mesópica (basada en el modelo de la CIE), la reflectancia espectral del pavimento y de los cambios en la transmitancia espectral de las lentes del ojo humano cuando envejece. II.

A.

METODOLOGÍA

SPDs de las luminarias Tres distintos tipos de luminarias fueron usadas en este

trabajo: luminaria con lámpara de sodio en alta presión (HPS), luminaria con lámpara de mercurio halogenado (MH) y luminaria de estado sólido (LED), considerando que estas tecnologías son las más usadas en la actualidad para el alumbrado público. Las SPD (irradiancias) de las luminarias (Fig.1) fueron medidas con un espectrorradiómetro JAZ-EL350 (350-1000 nm) de Ocean Optics.

Fig. 1. SPDs de las luminarias normalizadas para un valor máximo de 1,0

Posteriormente, las relaciones S/P de las luminarias fueron calculados a partir de las SPD de las luminarias con base en las sensibilidades espectrales escotópica y fotópica [14]: ⁄ 0,58; ⁄ 2,07; ⁄ 2,41. B.

Reflectancia espectral del pavimento Fueron estudiadas 22 muestras de pavimento (M1-M22) en uso por muchos años (excepto uno nuevo, M18) las que fueron recolectadas en tres provincias de Argentina: Buenos Aires, Entre Ríos y Tucumán. Todas ellas son concreto asfáltico, que esencialmente consiste de una mezcla de asfalto y partículas agregadas (componentes rocosos). Las reflectancias espectrales de las muestras de pavimento fueron medidas con un espectrorradiómetro JAZ-EL350 (3501000 nm) de Ocean Optics. Como valor de referencia para las mediciones de reflectancia se utilizó una muestra de reflectancia estándar de blanco (10 mm de ancho) de polvo de politetrafluoretileno (PTFE) cuya reflectancia absoluta es de 99,4% a todo lo largo del espectro visible [31]. El ángulo de medición o ángulo de observación (α) fue fijado en 45º. Este ángulo se encuentra al medio de los límites (20º a 60º) entre los cuales un pavimento puede ser considerado como una superficie lambertiana [32]. Se realizaron nueve mediciones de reflectancia en cada muestra y después se obtuvo el promedio. El promedio de la desviación estándar relativa entre las mediciones de reflectancia de las muestra de pavimento fue de 19,8%. En la Fig. 2 se muestran cinco de las muestras de pavimento que representan la diversidad de toda la colección, considerando: alta reflectancia, baja reflectancia, alto gradiente de crecimiento y bajo gradiente de crecimiento de la reflectancia a lo largo del espectro visible. M18 es una muestra de pavimento nuevo mientras que las otras cuatro son muestras

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 de pavimentos que ya han estado en uso. En términos de color, las muestras M7 y M21 son más amarillas que las muestras M15 y M17 y de igual manera su reflectancia es mayor; M21 tiene las partículas agregadas más grandes y es la que presenta la más alta reflectancia.

159

datos tabulados de transmitancia para longitudes de onda de 300 nm a 700 nm y edades de 1 año a 100 años [34]. Las curvas de la transmitancia espectral para personas entre 20 y 80 años fueron reproducidas de este reporte (Fig. 4).

Fig. 2. Estas cinco muestras de pavimento representan las diferencias más importantes en reflectancia. M18 es una muestra de concreto asfáltico nuevo, mientras que las otras cuatro son muestras de pavimento que han estado en uso por varios años.

La reflectancia espectral de todas las muestras medidas tiene un comportamiento similar: la reflectancia es mayor en la parte alta del espectro visible (Fig. 3). Estos resultados son consistentes respecto de otros estudios [20]–[22], [24]. La reflectancia de los pavimentos basados en asfalto es, en general, muy baja y, los componentes de hidrocarburos determinan el proceso de absorción, es decir, la forma de la reflectancia espectral [24], [33]. Por otro lado, la reflectancia total depende de muchos factores [22], [24]: (a) el color o claridad de las partículas agregadas; (b) la exposición de estas partículas; (c) el tamaño de las partículas y (d) el tiempo de uso del asfalto. De acuerdo con Herold [24]: “el desgaste de los complejos componentes hidrocarburos ocasionan un incremento general en reflectancia en todas las partes del espectro”; esto explica por qué la reflectancia de la muestra M18 es la más baja entre todas las muestras.

Fig. 4. La transmitancia espectral de las lentes del ojo humano disminuye considerablemente con la edad, especialmente entre los 380 nm y los 550 nm (curvas reproducidas con datos de la CIE 203:2012)

Existe una disminución significativa en la transmitancia espectral con la edad. Los cambios más evidentes suceden en la parte baja del espectro donde, por ejemplo, a 500 nm, la transmitancia del ojo de una persona de entre 60-69 años es 25% menor que la transmitancia de un ojo de 20-29 años y, 48% menor a 450 nm (Fig. 4). Se ha asumido que la transmitancia espectral del ojo de una persona de 20-29 años ha sido ya considerada cuando se desarrolló la [35]. Por tal motivo, se consideró a la transmitancia espectral de 20-29 años como de referencia (100% a lo largo de todo el espectro) y, por tanto, se calcularon las transmitancias espectrales relativas a esta transmitancia para los otros rangos de edad. D.

Fig. 3. Las 22 muestras de pavimento reflejan más luz conforme se incrementa la longitud de onda

Transmitancia espectral del ojo humano El comité técnico TC 6-15 de la CIE se encargó de recolectar datos espectrales de transmisión y absorción del ojo humano publicados por distintos investigadores. Después de una revisión crítica, en el año 2012 publicó un reporte técnico con

Cálculo de la luminancia mesópica Teniendo las SPD de las fuentes de luz, las curvas espectrales de la reflectancia de las muestras de pavimento y de la transmitancia del ojo humano, el siguiente paso fue calcular la luminancia mesópica para todas las posibles combinaciones de luminarias, muestras de pavimento e intervalo de edades. Para estos cálculos, se consideró al pavimento como el campo de adaptación, es decir, la luminancia fotópica del pavimento como la luminancia fotópica de adaptación. Se describe ahora el procedimiento seguido para calcular la luminancia mesópica: 1) Las iluminancias espectrales fotópica y escotópica ( , y , , respectivamente) fueron calculadas de: ,

C.

,

683 ∙ 1699 ∙

∙ ∙

(1)

∙

,

,

∙ ′

(2)

160

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Donde: , : es la SPD de la luminaria o irradiancia espectral; : es un factor de escala que afecta , con la intención de tener siempre la luminancia fotópica deseada calculada en la sección 3) de este procedimiento. 2) Las luminancias espectrales fotópica y escotópica ( , y ′, , respectivamente) fueron calculadas de: ,

′,

,

∙

∙

(3)

′,

∙

∙

(4)

Donde: ρ : es la reflectancia espectral del pavimento T : es la transmitancia espectral del ojo humano. Para una persona en el rango de edad de 20-29 años, a lo largo de todo el espectro. 3) Las luminancias fotópica y escotópica totales ( y respectivamente) serían: 1 ,

∙

∙

′,

∙

∙

1 ′

′,

(5) (6)

4) El S/P de la luz que proviene del pavimento ⁄

sería: (7)

′

⁄

1

5) De acuerdo con la CIE 191:2010, la luminancia fotópica puede ser convertida en luminancia mesópica ( ) por medio de las ecuaciones: ∙

1

683 ,

∙ ′

(8) (9)

∙

Donde: : es un coeficiente que representa el estado de adaptación y tiene un valor entre 0 y 1; 0 cuando y 1 cuando 5 ⁄ ; 0,005 ⁄ es una función para normalizar el valor máximo de a 1; es el valor de a 555 ; es la radiancia espectral. , 6) El coeficiente y fueron calculados por medio de un proceso iterativo utilizando las siguientes expresiones [14]:

7) Fueron calculados valores de correspondientes a en el rango de 0,01 ⁄ valores de cada 0,01 ⁄ a5 ⁄ . Los cálculos se realizaron utilizando el programa R [36]. III.

RESULTADOS

A.

Efectos de la visión mesópica (MVE) Con la intención de cuantificar los efectos de la reflectancia espectral del pavimento y de la transmitancia espectral del ojo humano, es necesario primeramente calcular los efectos producidos por la visión mesópica de acuerdo con lo establecido en la CIE 191:2010 para tenerlos como el caso base de comparación. La luminancia mesópica fue calculada para un hipotético pavimento plano (en términos de reflectancia espectral) y considerando la visión de una persona en el rango de edad de 20-29 años ( 1, a lo largo de todo el espectro visible). Se seleccionó una reflectancia arbitraria de 10% a lo largo de todo el espectro para estos cálculos. Estas dos consideraciones implican que el ratio S/P de la luz proveniente del pavimento y el ratio S/P de la luz que alcanza la retina sería el mismo ratio S/P de la luminaria. La razón de este hecho es que la forma del espectro de la luz que llega al pavimento (iluminancia, ecuaciones (1) y (2)) no es modificada por la reflectancia del pavimento ni tampoco por la transmitancia del ojo (luminancia, ecuaciones (3) a (6)). Las diferencias encontradas entre y en este caso específico (Fig. 5) son aquellas que predice la CIE 191:2010: la luminancia mesópica obtenida con MH y LED son considerablemente más altas que la luminancia producida por HPS, especialmente para luminancias fotópicas muy bajas. Por 0,5 ⁄ , la luminancia mesópica ejemplo, para una sería para HPS un 7,4% más baja ( 0,46 ⁄ ); , 0.58 ⁄ ) y para para MH un 16,5% más alta ( , ⁄ ). Por arriba LED un 21.2% más alta ( 0.61 , de 3 ⁄ , las diferencias son menores al 5%.

0,5 ∙ ,

0,767

1 1 0,333 ∙ log

∙ ′∙ ′ ∙ ′ ,

(10) (11)

683⁄1699 es el valor de la eficiencia Donde ′ 555 . luminosa espectral escotópica a

Fig. 5. De acuerdo con el sistema de fotometría mesópica recomendado por la CIE, las luminarias con ratios S/P altos (MH, LED) producen más luminancia que una luminaria con un menor ratio S/P (HPS)

Debido al hecho de que la condición para comparar los

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 resultados bajo las tres diferentes fuentes de luz es que la luminancia fotópica sea la misma: ,

,

1

∙

, ,

1 , ,

(12)

,

∙ ∙

(13)

∙

1

∙

, ,

∙

Se puede inferir fácilmente que, bajo estas condiciones ( y constantes), la iluminancia fotópica es la misma para las tres fuentes de luz (de la ecuación (13)): ,

,

Por otra parte, cambiando la perspectiva, se calculó la iluminancia fotópica necesaria para tener la misma luminancia mesópica bajo las tres diferentes fuentes de luz, es decir, ,

,

B.

Efectos de la reflectancia del pavimento (RSE) En este caso, se calculó la luminancia mesópica para las 22 muestras de pavimento y considerando únicamente la visión de 1, a todo una persona en el rango de edad de 20-29 años ( lo largo del espectro), esto con la intención de evitar la influencia del envejecimiento del ojo. Originalmente, la iluminancia espectral sobre el pavimento mantiene forma de la SPD de la fuente de luz (ecuaciones (1) y (2)); sin embargo, la reflectancia espectral del pavimento modifica esta forma (ecuaciones (3) a (6)) y por tanto, evidentemente, el ratio S/P de la luz que proviene del pavimento (ecuación (7)) será diferente del ratio S/P de la fuente de luz (Tabla I). TABLA I DISMINUCIÓN DE LOS RATIOS S/P CONSIDERANDO RSE

(14)

,

,

(15)

Esto se hizo numéricamente con un proceso iterativo mediante la variación del factor de escala en la ecuación (1) el cual afecta la SPD de las fuentes de luz y después, calculando nuevamente la luminancia mesópica hasta el valor deseado. Los resultados de este cálculo son mostrados como diferencias porcentuales en iluminancia fotópica entre las luminarias de luz blanca (MH y LED) respecto de HPS, siendo esta última tomada como referencia (Fig. 6). Estas diferencias muestran que, para tener la misma luminancia mesópica, siempre es necesario tener más iluminancia sobre el pavimento cuando se ilumina con HPS que cuando se utilizan MH y LED; por 0,5 ⁄ , se requiere ejemplo, para obtener una 21,2% menos illuminancia fotópica con MH y 24.8% menos con LED que la iluminancia necesaria utilizando HPS.

Fig. 6. Considerando solamente el MVE, las luminarias de luz blanca (MH and LED) requieren menos iluminancia fotópica que HPS para obtener la misma luminancia mesópica

161

⁄ ⁄

,

Relativa % ⁄

,

⁄

HPS 0,58

⁄

MH 2,07

⁄

LED 2,41

0,50

1,77

2,02

1,37%

1,55%

1,72%

0,86

0,85

0,84

En general, el ratio S/P promedio de las muestras de pavimento ( ⁄ , ) es menor que el original ratio S/P de las luminarias. Esta modificación del ratio S/P afecta el cálculo de y, por ende, la diferencia entre y (Fig.7). Para HPS, esta diferencia crece negativamente (ver Fig. 7a) mientras que para MH y LED, se reduce (Fig. 7b y 7c). Sin embargo, ambos cambios implican que la luminancia mesópica será menor que la que predice la CIE 191:2010, es decir, menor que la luminancia mesópica calculada cuando se utiliza el ratio S/P de las fuentes de luz (MVE). Se debe hacer notar además que el impacto no es el mismo para todas las fuentes de luz (Fig. 7): la reducción en el valor de será mayor para las luminarias de luz blanca que para HPS. Por ejemplo, cuando se tiene 0,5 ⁄ , la diferencia cambia de 21,2% (0,61 ⁄ ) a 15,8% (0,58 ⁄ ) para LED, mientras que para HPS, sólo cambiaría de -7,4% (0,46 ⁄ ) a -8,9% (0,45 ⁄ ). Los últimos resultados muestran los efectos de la reflectancia espectral del pavimento bajo tres diferentes tipos de iluminación con la condición de tener la misma luminancia fotópica de adaptación. Sin embargo, esto no necesariamente significa que la luz que alcanza el pavimento (iluminancia) será la misma. Por este motivo, se calculó la iluminancia fotópica necesaria ( ) para que al final se obtenga la misma bajo las tres diferentes luminarias (Fig. 8).

162

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

(a)

(b)

(c) Fig. 7. RSE afecta la diferencia entre

y . En términos generales, la luminancia mesópica será menor que la calculada cuando se toma en cuenta únicamente el MVE para todas las fuentes de luz. Sin embargo la reducción es mayor para las luminarias de luz blanca (b) y (c) que para HPS (a)

RSE ocasiona un cambio en la iluminancia fotópica necesaria de las tres luminarias en comparación con la iluminancia fotópica cuando se considera únicamente el MVE de MH y LED respecto (Fig. 8). Las diferencias relativas en de HPS no sólo se reducen sino que incluso, a partir de una entre 1,47 ⁄ (para MH) y 1,73 ⁄ (para LED) la diferencia relativa se convierte positiva, lo que significa que más iluminancia fotópica proveniente de las luminarias MH y LED es necesaria comparada con la que se necesita utilizando una luminaria HPS con la intención de obtener la misma luminancia mesópica. C.

Efectos de la transmitancia del ojo (ETE) Finalmente, además del MVE y el RSE, se consideraron los cambios en la transmitancia espectral del ojo humano con la edad. La transmitancia del ojo también modifica la forma del espectro de la luz que alcanza al ojo (luminancia) en comparación con la forma de la iluminancia espectral sobre el pavimento (ecuaciones (3) a (6)). El resultado de esta

modificación es una reducción en el ratio S/P de la luz que llega a la retina. Se calcularon los ratios S/P para personas entre 40) y 60-69 años ( ⁄ ) (Tabla II). 49 años ( ⁄ , , Sin embargo, la reducción en los ratios S/P no es la misma para cada luminaria y en general sigue la siguiente regla: a mayor ratio S/P de la fuente de luz, mayor reducción del ratio S/P con la edad. (Tabla II). Debido a esta reducción en los ratios S/P, la diferencia entre y disminuye para las luminarias de luz blanca y se incrementa negativamente para HPS, así por ejemplo, para 0.5 ⁄ , con LED la diferencia cambia de 21,2% (0,61 ⁄ , MVE) a 13,4% (0,57 ⁄ , MVE + RSE + ETE (40-49 años)) y a 9,8% (0,55 ⁄ , MVE + RSE + ETE (60-69 años)); mientras que para HPS, cambiará solamente de -7,4% (0,46 ⁄ , MVE) a -9,2% (0,453 ⁄ , MVE + RSE + ETE (40-49 años)) y a -9,8% (0,451 ⁄ , MVE + RSE + ETE (60-69 años)) (Fig. 9).

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

IV.

Fig. 8. RSE no solo reduce la diferencia en entre las luminarias de luz blanca , la diferencia es ahora y HPS sino que incluso, a partir de una determinada a favor de HPS.

TABLA II DISMINUCIÓN DE LOS RATIOS S/P CONSIDERANDO ETE

⁄ ⁄

LED 2,41

1,31%

1,51%

1,67%

,

0,82

0,80

0,77

,

0,44

1,50

1,62

1,20%

1,48%

1,58%

0,77

0,73

0,63

Relative % ,

⁄

⁄

1,86

⁄

⁄

MH 2,07 1,67

Relativa %

⁄

⁄

0,48

,

⁄

HPS 0,58

Considerando ahora la perspectiva de tener la misma luminancia mesópica bajo las tres diferentes luminarias, se calculó la iluminancia fotópica necesaria para personas entre 40-49 años y 60-69 años (Fig. 10). Los resultados muestran que existe un valor específico de luminancia mesópica a partir del cual es necesaria más iluminancia fotópica cuando se ilumina con MH y LED que cuando se usa HPS; por ejemplo, para el rango de edad 40-49 (MH) y 1,3 ⁄ (LED), es años, a partir de 1,14 ⁄ necesaria una mayor iluminancia fotópica con estas dos luminarias que con HPS para obtener la misma luminancia mesópica. Similarmente, para el rango de edad 60-69 años estos (MH) y valores disminuyen aún más: 0,68 ⁄ 0,75 ⁄ (LED) (Fig. 10).

163

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Cuando sólo se considera el MVE, las diferencias encontradas en luminancia mesópica entre la luminaria HPS y las luminarias de luz blanca (Fig. 5) corresponden a aquellas mostradas en la CIE 191:2010. De acuerdo con esto, para una determinada iluminancia fotópica sobre la calzada, las luminarias MH y LED proveerían siempre una luminancia mesópica mayor que la luminancia mesópica producida por una luminaria HPS. Para el rango específico de aplicaciones en el to 2 ⁄ ), una vía alumbrado público (0,04 ⁄ iluminada con una luminaria MH como la utilizada en este trabajo, representaría una luminancia mesópica entre 68% y 8% por arriba de la luminancia que proveería una luminaria HPS y, entre 80% y 10% por arriba si la vía se ilumina con una luminaria LED. Estos beneficios de utilizar luminarias de luz blanca serían verdaderos para una superficie que refleje luz con la misma intensidad para todas las longitudes de onda en el rango visible y para una persona de 20-29 años. Sin embargo, las superficies pavimentadas no presentan esa característica espectral en su reflectancia y la gente continúa conduciendo hasta los 70 años o más. Cuando se considera el efecto del pavimento y de la transmitancia del ojo, nuestros resultados han mostrado que las diferencias entre las luminarias de luz blanca y las luminarias HPS se reducen dramáticamente. Se han realizado comparaciones con base en dos condiciones: 1) las luminarias producen la misma luminancia fotópica y 2) las luminarias producen la misma luminancia mesópica. Bajo la primera condición se han analizado los cambios del ratio S/P. Debido a la forma de la reflectancia espectral del pavimento y de la transmitancia espectral del ojo, los ratios S/P de la luz que alcanza la retina, tienden a ser menores que los ratios S/P originales de las luminarias. A pesar de que esta reducción ocurre entre todas las luminarias, el grado de impacto es diferente y ha resultado evidente que las luminarias que producen luz blanca son las más afectadas. Esto implica que menos luminancia mesópica será percibida respecto de la que predice la CIE 191:2010. Sin embargo, bajo esta consideración, las luminarias MH y LED aún pueden considerarse como más eficientes que las luminarias HPS a niveles mesópicos. Sin embargo, la condición de tener la misma luminancia con las tres fuentes de luz, no significa que la iluminancia sobre el pavimento sea también la misma para las tres luminarias, a menos que la reflectancia de la superficie pavimentada sea espectralmente plana. Debido a que esto no sucede, se cambió la perspectiva y se ha calculado entonces cuánta iluminancia fotópica sería necesaria para tener la misma luminancia mesópica bajo las tres distintas fuentes de luz.

164

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

(a)

(b)

(c) Fig. 9. RSE afecta la diferencia entre y . En términos generales, la luminancia mesópica será menor que la calculada cuando se toma en cuenta únicamente el MVE para todas las fuentes de luz. Sin embargo la reducción es mayor para las luminarias de luz blanca (b) y (c) que para HPS (a)

(a)

(b)

Fig. 10. La diferencia porcentual de la iluminancia fotópica MH (a) y LED (b) respecto de HPS disminuye dramáticamente cuando RSE y ETE son tomados en consideración e inclusive, a partir de ciertos valores de luminancia mesópica, la diferencia se vuelve positiva, es decir, que se necesita más iluminancia fotópica de estas fuentes de luz para obtener la misma luminancia fotópica

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 Bajo esta segunda condición, primeramente se evaluó la diferencia en iluminancia fotópica cuando se considera una hipotética superficie pavimentada espectralmente plana, es decir, uniforme a todo lo largo del espectro visible; en este caso, las luminarias MH y LED requieren menos iluminancia para producir la misma luminancia mesópica que HPS. Este resultado era de esperarse debido a que este tipo de superficie no modifica la forma de la SPD y, por tanto, se obtiene la misma luminancia fotópica, independientemente del tipo de luminaria, a partir de la misma iluminancia fotópica. Cuando en cambio se usan pavimentos reales para calcular la luminancia mesópica, se encontró que a niveles mesópicos de luminancia bajos, las fuentes de luz blanca aún requieren menos iluminancia fotópica que HPS para producir la misma luminancia mesópica, sin embargo, a partir de una determinada luminancia mesópica, esta situación se invierte y, por tanto, menos iluminancia fotópica es requerida de una luminaria HPS que de las fuentes de luz blanca. Este resultado se puede explicar por la forma de la reflectancia espectral, la cual refleja menos luz en la parte baja del espectro visible (Fig. 3) y, debido a que las luminarias MH y LED presentan una mayor de emisión de luz en estas longitudes de onda que HPS (Fig. 1), la luminancia fotópica resultante será menor. En el mismo sentido, las lentes del ojo humano transmiten menos luz para longitudes de onda por debajo de los 550 nm y cada vez es menor conforme las personas envejecen. Esto contribuye a reducir aún más el valor de la luminancia mesópica a partir del cual la luminaria HPS requiere menos iluminancia fotópica para obtener la misma luminancia mesópica que las luminarias de luz blanca. V.

CONCLUSIONES

El sistema de fotometría mesópica recomendado por la CIE alienta el uso de fuentes de luz blanca fría con ratios S/P altos, como MH y LED, debido a que esto llevaría a reducciones en los costos de instalación, consumo de energía y el impacto medio ambiental. Sin embargo, se ha mostrado en este trabajo que existen otros factores afectados por la SPD que, cuando son cuantificados, actúan de manera opuesta al efecto de la visión mesópica y sugieren que luminarias con bajo ratio S/P serían en realidad más eficientes de lo esperado. Mientras más emisión luminosa tenga una fuente en las partes bajas del espectro, menor será la luminancia reflejada por el pavimento. Un efecto similar ocurre con la transmitancia de ojo humano y este efecto tiende a ser exacerbado cuando incrementa la edad. El cálculo de la luminancia mesópica y fotópica tomando en consideración la SPD de las fuentes de luz, la reflectancia espectral del pavimento y la transmitancia espectral del ojo humano, sugiere que los beneficios del efecto de la visión mesópica para las luminarias con ratios S/P altos (MH, LED) son contrarrestados por los efectos de la reflectancia del pavimento y de los cambios en la transmitancia del ojo humano con la edad. Dependiendo de las características del pavimento, a partir de (MH, MVE + RSE una luminancia mesópica entre 0,75 ⁄ + ETE (60-69 años)) y 1,73 ⁄ (LED, MVE + RSE + ETE

165

(20-29 años)) los efectos de la reflectancia del pavimento y de la transmitancia del ojo son más importantes que el efecto de la visión mesópica. Por debajo de esta luminancia mesópica, el efecto de la visión mesópica aún contribuye para seguir considerando como más eficientes a las luminarias con ratio S/P altos; por arriba de esta luminancia mesópica, los efectos producidos por la reflectancia espectral del pavimento y por la transmitancia espectral del ojo tienen un mayor peso y sugieren que las luminarias con bajo ratio S/P como HPS serían más eficientes. VI.

RECONOCIMIENTOS

Los autores agradecen a la Universidad Nacional de Tucumán, proyecto PIUNT E523, al CONACYT de México, a la Secretaría de Educación Pública y el Gobierno Mexicano y al CONICET de Argentina por la ayuda económica para la realización de este trabajo. REFERENCIAS

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Tecnologías, arquitectura y soluciones para la iluminación inteligente Arturo Rubio Dobón1, Juan José González Mendez2 1- ELT- Especialidades Luminotécnicas S.A.U., España, (arubio@elt.es) 2- ELT- Especialidades Luminotécnicas S.A.U., España, (jjgonzalezmendez@elt.es) Resumen— La iluminación inteligente (Smart Lighting) es una nueva línea de desarrollo e innovación en iluminación, de carácter multidisciplinar, resultado de la convergencia e integración multicapa de nuevas tecnologías en el campo de los dispositivos de monitorización y control de luminarias, de las nuevas soluciones de sensorización, de la conectividad inalámbrica punto a punto y las comunicaciones, del tratamiento y procesado de datos e información, y del desarrollo de nuevas aplicaciones. A continuación describiremos como se articula la arquitectura de un sistema que haga posible una iluminación inteligente (Smart Lighting) aplicada al alumbrado público. Para ello nos basaremos en Stelaria, un avanzado sistema inalámbrico de gestión remota punto a punto de iluminación exterior, desarrollado por la empresa española ELT. I.

E

INTRODUCCIÓN

l sector de la iluminación está viviendo una doble revolución tecnológica en muy poco tiempo. Primero fue la irrupción de la tecnología SSL (Solid State Lighting), comúnmente conocida como LED, hoy por hoy una realidad extendida. La tecnología SSL ha actuado como catalizador de una segunda revolución, ya en marcha, que consiste en dotar de inteligencia y conectividad a las luminarias como parte de un entorno caracterizado por la comunicación e interacción de los objetos a través de internet (IoT – Internet of Things). Los sistemas de gestión de la iluminación urbana más comunes hasta ahora están todavía basados, en un elevado porcentaje, en comunicaciones a través de los cables de la red eléctrica, lo que se conoce como comunicaciones PLC (Power Line Communication), centralizadas en cuadro eléctrico. Estos sistemas sólo permiten realizar labores básicas de telegestión sobre las luminarias mediante una doble arquitectura de red. Por un lado está la red PLC, entre el cuadro eléctrico y las luminarias, que utiliza un protocolo de comunicaciones distinto (KNX, BACnet, DALI, PLC-Lonworks) según la elección del fabricante de los dispositivos de comunicaciones. Por otro lado está la red IP que permite transportar los datos de cada instalación hasta las aplicaciones y dispositivos de gestión. La conexión entre ambas redes, PLC e IP, se realiza mediante gateways 3G/GPRS o comunicaciones cableadas, con instalación en cuadro eléctrico. Estos sistemas basados en PLC presentan varias limitaciones que los alejan del concepto de iluminación inteligente. En primer lugar, las redes PLC disponen de una baja capacidad de transferencia de datos, así como una limitada capacidad de interacción entre el sistema de control y las luminarias, y una estructura de red vinculada a cuadro eléctrico. En segundo lugar, existe un problema de interoperabilidad y ampliación de las redes

PLC, dado que los diferentes sistemas y protocolos no son compatibles entre sí. En tercer lugar, la ampliación del sistema con nuevas aplicaciones presenta una gran complejidad (actualizaciones, escalabilidad y extensibilidad). Finalmente, los sistemas basados en PLC son complejos de instalar y de mantener, y no implementan niveles elevados de seguridad en las comunicaciones. 1.1. Integración de tecnologías. Para llevar a cabo el desarrollo de sistemas que posibiliten una iluminación inteligente, que pueda superar las limitaciones de los sistemas y tecnologías previas, es necesaria la convergencia e integración de diferentes áreas tecnológicas: El área de la iluminación, puesto que el desarrollo de la tecnología LED supone un factor determinante en la evolución de las soluciones para el alumbrado. Con respecto a tecnologías previas de iluminación, la tecnología LED aporta una mayor eficiencia lumínica, una iluminación de calidad y una vida útil de la luminaria más prolongada, además de su excepcional capacidad de regulación. El desarrollo de la tecnología LED, además, ha impulsado una importante evolución en los dispositivos de potencia de las luminarias, con soluciones innovadoras para la monitorización y el control de las mismas. El área de las comunicaciones, con la posibilidad de diseñar e implementar dispositivos de reducido tamaño que, junto con nuevos protocolos y arquitecturas, posibilite conectividad inalámbrica punto a punto con bajo coste y bajo consumo. El área de los sistemas digitales, con referencia al almacenamiento, tratamiento, combinación y procesado de datos, y con el desarrollo de aplicaciones de gestión y visualización de la información obtenida sobre diferentes plataformas y dispositivos. Finalmente, el área de la sensorización, con la posibilidad de integración de dispositivos de adquisición de datos para diferentes aplicaciones sobre la misma plataforma de gestión inteligente de la iluminación. 1.2. Interoperabilidad Es tal el grado de interoperabilidad que es necesario lograr en un sistema complejo y multidisciplinar de estas características que debe ser desarrollado a medida para adaptarlo a la iluminación en exteriores, y debe abordarse su desarrollo de manera integral, con el fin de que sea flexible, adaptable, interoperable, replicable, robusto y seguro. Además, su desarrollo debe acompañarse de un nivel integral de servicio al usuario final, que incluya consultoría y planificación, ingeniería de proyecto en cada instalación,

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formación y puesta en marcha, soporte técnico y mantenimiento y aplicaciones para la generación de valor. El desarrollo de un sistema de gestión de estas características plantea una serie de retos y desafíos. Requiere un análisis y una elección cuidadosa y adecuada de la tecnología, en un entorno de estandarización dinámico, con nuevas soluciones, alianzas y propuestas emergiendo y desapareciendo a gran velocidad y que compiten entre sí. Requiere la integración y compatibilización de criterios, normativas y especificaciones de la industria de la iluminación con los de la industria de los sistemas de comunicación y la Internet de las Cosas. Requiere la aceptación por parte del usuario final, teniendo en cuenta consideraciones y garantías de seguridad y privacidad. Y requiere un modelo basado en los más altos estándares de fiabilidad, calidad y servicio al ciudadano.

Fig. 2. Solución ELT para la iluminación inteligente

Fig. 1. La integración tecnológica e interoperabilidad es clave.

1.3. La solución El sistema que describimos a continuación incorpora las tecnologías más avanzadas en electrónica de potencia para luminarias, sistemas de comunicaciones y procesado de datos. Esto posibilita, entre otras funcionalidades, el encendido y apagado programado de las luminarias, la regulación dinámica de los niveles de iluminación, la representación gráfica de las luminarias sobre mapa, la generación automática de avisos y alarmas, la monitorización en tiempo real del estado de las luminarias, así como el mantenimiento preventivo de cada una de las luminarias de forma individualizada en múltiples instalaciones al mismo tiempo. De igual modo este sistema permite la interoperabilidad con otros sistemas de adquisición de datos y plataformas de gestión de servicios urbanos, lo que es clave en el entorno tecnológico actual y futuro del sector de la iluminación en particular y de los servicios urbanos en general.

II.

ESTRUCTURA DEL SISTEMA

La estructura del sistema es del tipo multicapa y presenta los siguientes niveles: 2.1. Capa inferior, los dispositivos Corresponde a la luminaria y su control, así como los dispositivos que aportan la tecnología de comunicaciones y los dispositivos de sensorización, la combinación de diferentes tecnologías analógicas y digitales. Drivers o convertidores LED. El desarrollo de nuevos drivers para luminarias LED con importantes capacidades de monitorización y control, además de autonomía de funcionamiento, permiten la adquisición de datos muy valiosos para una gestión de la iluminación urbana eficiente y su mantenimiento. A la capacidad de generar perfiles de iluminación programables y en tiempo real, de acuerdo con la localización de la luminaria, adaptados al entorno y sus características, optimizando el consumo de energía y su coste, se suma la capacidad de proporciona información para el mantenimiento preventivo de las instalaciones, mediante la medida de parámetros relacionados con el propio driver, el módulo LED o la red eléctrica. Para que esto sea posible el equipo de control de la luminaria (Driver o convertidor LED) ha de incorporar capacidad de adquisición, almacenamiento y tratamiento de datos mediante arquitecturas digitales basadas en microprocesador, y disponer de la capacidad de intercambio bidireccional de esta información con el exterior del equipo, mediante un dispositivo y una arquitectura de comunicaciones, que además recoja e integre en las tramas de datos la información generada en todo tipo de sensores ajenos al driver y al control de la iluminación. Aquellos drivers o convertidores LED que no incorporen una

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 capacidad de almacenamiento y comunicación digital mediante canal propio u otros estándares de comunicación (DALI), no son los más óptimos para formar parte de un sistema de iluminación inteligente. Por tanto, los equipos dotados de una entrada analógica de regulación (0-10V, 1-10V) o del tipo PWM (Pulse Width Modulation) no son adecuados para integrarse en este tipo de sistemas, ya que si bien nos permiten regular la intensidad de luz, no nos aportan la capacidad de almacenamiento, procesado y comunicación bidireccional de datos necesaria para construir un sistema verdaderamente inteligente. El driver para luminarias LED de tipo “eSMART”, diseñado y fabricado por ELT (Fig. 3), dispone por ejemplo de la capacidad de generar perfiles de iluminación programables y en tiempo real, de acuerdo con la localización de la luminaria, adaptados al entorno y sus características, optimizando el consumo de energía y su coste. Además, proporciona información para el mantenimiento preventivo de las instalaciones, mediante la medida de parámetros relacionados con el propio driver, el módulo LED o la red eléctrica, posibilitando procedimientos de diagnóstico y test y la gestión eficaz de alarmas e incidencias. Así mismo también incorpora la posibilidad de conectar y gestionar sensores directamente relacionados con la iluminación como detectores de presencia o foto-sensores.

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un puerto específico, permiten la generación de una red de nodos IPv6, adaptada a una red local mesh, inalámbrica, multisalto, punto a punto en la banda de frecuencias ISM (Industrial, Scientific and Medical) sub-GHz. El protocolo de red utilizado se basa en 6lowPAN (IPv6 over Low power Wireless Personal Area Networks), protocolo estándar e interoperable propuesto por el IETF (The Internet Engineering Task Force) para redes inalámbricas de sensores WSN (Wireless Sensor Network). El stack del protocolo 6LoWPAN permite compatibilizar el protocolo TCP/IP en redes IPv4/IPv6 con la limitada capacidad de procesado y memoria de sistemas basados en microprocesadores, permitiendo un enlace basado en direccionamiento IP con cada luminaria desde la aplicación. En capa física y MAC (Media Access Controller), en el dispositivo radio, 6lowPAN está subordinado al estándar IEEE 802.15.4, y la capa de aplicación utilizada es CoAP (Constrained Application Protocol).

Fig. 4. Stack 6lowPAN



Fig. 3. Driver LED programable de ELT con tecnología “eSMART”.

2.2. Dispositivos y red de comunicaciones Para completar este primer nivel de la iluminación inteligente, el de la luminaria y su control, y para habilitar el segundo nivel, el de la gestión de los datos, es necesario disponer de un sistema bidireccional de comunicaciones con las luminarias y de una plataforma de almacenamiento y tratamiento de datos, con la correspondiente capacidad de inteligencia de negocio y con herramientas de presentación y visualización de resultados. La elección de la tecnología y de los dispositivos de comunicaciones está basada en diferentes criterios:

Debe ser un sistema fácil de instalar, configurar y mantener, compatible con cualquier luminaria, con lo que hay que combinar nuevas formas de integración física en la luminaria con sistemas de conectividad específica, basada en estándares digitales, entre el driver y el dispositivo de comunicaciones, con sistemas y algoritmos de descubrimiento automático de dispositivos, enrutado de las tramas de datos y autoconfiguración de red.



Debe ser un sistema orientado en su arquitectura a la evolución de las luminarias como centro servidor de datos (data enabled lighting), gestionable desde una infraestructura siempre disponible, en nube, y controlada desde cualquier lugar, mediante dispositivos smart, para hacer realidad las oportunidades del nuevo modelo de negocio basado en los servicios Para implementar este tipo de sistema de comunicaciones, ELT ha diseñado y fabrica dispositivos específicos que, instalados en el exterior de la luminaria y conectados al driver LED mediante

Fig. 5. Nodo ELT- Stelaria integrado en el exterior de una luminaria LED



Debe utilizar tecnologías radio robustas y probadas, funcionales en cualquier lugar del mundo, atendiendo a criterios de propagación radioeléctrica y modulación de la señal, eligiendo la banda de frecuencias ISM (Industrial,

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 Scientific & Medical) más adecuada en la red mesh y la tecnología GSM (2G/3G/4G) para su comunicación con el exterior, por su extensión y uso global, y por su capacidad de evolución hacia modelos de conectividad flexibles basados en la tecnología eSIM (Embedded-SIM) o en el desarrollo de soluciones NB-IoT (Narrow Band –Internet of Things). Incluso el diseño estético de los dispositivos de comunicaciones debe atender a criterios de optimización y robustez del canal radioeléctrico.



Debe, finalmente, proporcionarse soporte y servicio de planificación, puesta en marcha y mantenimiento de la red de comunicaciones, de forma que no se traslade la complejidad del sistema a los gestores de la iluminación.

A este respecto Stelaria incorpora las tecnologías anteriormente mencionadas, comunicación radio operando en banda ISM a frecuencias inferiores a 1 GHz y compatibilidad GSM 2G/3G/4G usando eSIM. Los nodos de luminarias de la red mesh se comunican con la plataforma de gestión mediante nodos concentradores (Gateway) 2G/3G/4G, situados también en el exterior de una de las luminarias de la instalación, en número y posición tal que permitan la suficiente redundancia como para evitar los canales críticos del sistema. Los gateways se encargan de la gestión de los nodos en su radio de influencia, de la sincronización de eventos y de la transferencia IPv6 por la red IPv4. El sistema dispone a su vez de mecanismos de descubrimiento automático de dispositivos y autoconfiguración de red, mecanismos que se utilizan para hacer el proceso de instalación y entrega de la instalación de una manera rápida y sencilla. En el marco de un modelo de servicio, ELT ofrece además a sus clientes el servicio de gestión de las redes de comunicaciones mediante personal cualificado específico. 2.3. Capa intermedia, los datos La necesidad de adquisición, tratamiento de datos y presentación de la información, hace que el sistema deba incorporar arquitecturas en nube con diferentes tecnologías de implementación, compatibles e interoperables: 

Es necesario un módulo interno de mensajería (comunicaciones), encargado de recibir los datos de cientos, miles de luminarias en instalaciones de todo el mundo. Este módulo de comunicaciones debe procesar mensajes conteniendo datos para la gestión de la iluminación con mensajes de gestión de la red de comunicaciones, utilizando protocolos específicos para cada tarea como CoAP (Constrained Application Protocol) y LWM2M (Lightweight M2M). Este procesamiento de mensajes debe estar soportado por sistemas de almacenamiento y persistencia de datos, basados en estructuras noSQL y SQL, que permitan el procesado mediante herramientas Big Data y el intercambio de datos puros con otros sistemas y aplicaciones



Es necesario un módulo de gestión que trate y presente al usuario toda la información necesaria para la gestión de la iluminación y de la red de comunicaciones y lo envíe a la capa superior de presentación y uso de la información.

2.4. Capa superior, las aplicaciones Tan importante como la adquisición y procesado de datos es la presentación de resultados, que permitan la capacidad de gestión y la información necesaria para la toma de decisiones: 

Es necesario una aplicación de gestión de la infraestructura de luminarias, de una manera sencilla e intuitiva, una aplicación de usuario con distintos módulos funcionales, de gestión web, multidispositivo y con diferentes perfiles de usuario, basado en la representación geolocalizada de las luminarias, y basado en tecnologías como Java o herramientas de representación de última generación como Vaadin.



Es necesario, así mismo, un módulo de interoperabilidad con otras aplicaciones, sistemas o plataformas smart city o de gestión de ciudad, basadas en estructuras SOA y RESTfull, y en el concepto de servicio web.

2.5. Capa transversal, la seguridad Garantizar la seguridad, privacidad y fiabilidad del sistema es fundamental y prioritario para asegurar un buen servicio de la instalación. Para ello , y de manera transversal, se han implementado diferentes niveles y mecanismos de protección para que las comunicaciones y los datos sean seguros de extremo a extremo, tales como encriptación (Advanced Encryption Standard) AES128 en las capas más bajas de la comunicación, SSL y https en el intercambio de datos con la nube, almacenamiento seguro, confidencialidad en la información, redundancia y sistemas en espejo a diferentes niveles o control y gestión de permisos de acceso al sistema a nivel de aplicación de usuario. Para garantizar la autenticación y autorización de usuarios de la aplicación, Stelaria soporta múltiples modelos de autenticación: http básica, HTTP Digest, LDAP, OpenID, JAAS, etc. entre otras medidas de protección frente a diferentes niveles de ataque o intrusión.

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Fig. 13. Pantalla de acceso de usuarios

La autenticación del usuario se realiza en el presentador de la aplicación web. Esta autorización es obligatoria con el fin de acceder a cualquier parte del modelo, que, a su vez, dará autorización para ingresar a los distintos módulos de la aplicación, dependiendo de las autorizaciones y roles definidos para cada usuario. III.

ARQUITECTURA DEL SOFTWARE

La estructura de capas del sistema anteriormente mencionadas viene soportada por la arquitectura software del sistema cuya estructura básica se resume a continuación.

Fig. 15. Arquitectura software del sistema

3.1. Módulo de gestión El módulo de gestión es responsable de la gestión de la red de alumbrado y nodos de comunicaciones. Aunque ambas estructuras lógicas comparten la aplicación y la interfaz de usuario, la gestión de la iluminación es responsabilidad del usuario final mientras que la gestión de la red de comunicaciones es ofrecido por ELT dentro de su modelo de servicio. Así mismo se incluye un módulo de administración del sistema, para gestionar los usuarios, permisos y roles de los mismos a la hora de interaccionar con el sistema (fig. 16).

Fig. 14. Estructura de capas del software del sistema.

Desde el punto de vista del sistema a alto nivel, la arquitectura de software Stelaria está compuesta por dos bloques principales o módulos: el módulo de gestión Stelaria y el módulo de comunicaciones Stelaria (Fig. 15). Estos dos bloques intercambian información utilizando el motor de mensajería JMS (Java Message Service). JMS permite la independencia entre el módulo de gestión y el módulo de comunicaciones, ya que establece un enlace asíncrono entre ambos bloques, pero manteniendo las propiedades de escalabilidad utilizando un número variable de canales. Esta arquitectura ha sido diseñada con el fin de incorporar a la arquitectura del software de Stelaria otros sistemas de gestión de servicios de la ciudad aparte de la iluminación.

Figura 16. Software propietario de monitorización y gestión. Interfaz web multi-dispositivo

3.2. Módulo de comunicaciones Por último el módulo de comunicaciones es responsable de establecer comunicación punto a punto síncrono con los dispositivos concentradores (gateways) que concentran los datos procedentes de los nodos situados en las luminarias que forman la red mesh.

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 IV.

APLICACIÓN DE GESTIÓN

A continuación se enumeran aquellas funcionalidades más relevantes y representativas de un sistema de gestión inteligente del alumbrado, ejemplificado en el modelo de Stelaria. La aplicación de usuario de Stelaria se divide en tres bloques principales (Fig. 6):

Fig. 8. Creación y aplicación de programas de alumbrado en sencillos pasos.

Fig. 6. Aplicación web de gestión, modular e intuitiva.

El módulo de administración de la aplicación tienen como misión la de hacer posible la configuración y parametrización de todos aquellos elementos que permite el sistema en lo referente a la creación y modificación de usuarios, roles, ubicaciones, permisos, instalaciones, calendarios, preferencias etc. El módulo de gestión de la iluminación. A través de este módulo, y dependiendo de los permisos que cada usuario del sistema tenga, se realizan las tareas directamente relacionadas con la gestión de las luminarias, tales como su localización geográfica así como la gestión de las agrupaciones lógicas definidas para cada instalación. Sin embargo la tarea más importante de este módulo es la creación, modificación y aplicación de los programas de alumbrado (Fig. 7 y 8) más idóneos a cada luminaria individualmente o bien a un grupo lógico de luminarias agrupadas de acuerdo a diversos criterios tales como modelo, potencia, barrio, calle, número, coordenadas etc.

Así mismo el sistema nos permite realizar una monitorización y almacenamiento de los datos, durante todo el periodo de vida operativa de la instalación, de todos aquellos parámetros relevantes de la instalación tales como:  Identificación, estado y posición en un mapa de cada una de las luminarias de la instalación (Fig. 9). o Información relativa a la localización física de la luminaria (coordenadas, calle, municipio, país…) o Datos generales de las características de la luminaria (fabricante, modelo, potencia, rendimiento…) o Estado funcional de la luminaria (encendido, apagado, porcentaje de regulación, fallo...) o Evolución histórica del estado de la luminaria en un intervalo temporal escogido.  Definición y reporte de los eventos y alarmas acaecidos en cada una de las luminarias de la instalación (Fig. 11).  Monitorización de los parámetros más relevantes de la luminaria en su conjunto y de cada uno de sus componentes principales (driver y módulo LED) tales como tensión, intensidad, temperatura, potencia.  Monitorización de los consumos exactos en cada una de las luminarias (Fig. 10).  Reporte de alarmas y eventos acaecidos en la instalación (Fig. 11).  Monitorización del estado de la red de suministro eléctrico en cada luminaria (Fig. 12).  Monitorización del estado de la vida operativa de la luminaria y sus componentes.  Definición de agendas de mantenimiento preventivo y reactivo.

Fig. 7. Creación de perfiles de iluminación.

Fig. 9. Identificación geolocalizada de las luminarias y su estado.

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al usuario esa complejidad. Es por ello que, entre otros aspectos, el sistema se ofrece bajo un modelo de servicio por el cual el proveedor del sistema ofrece la supervisión y mantenimiento de todo el sistema de comunicaciones implícito en el funcionamiento del sistema. El módulo de gestión de la red de nodos, operado por de personal cualificado de ELT, es el encargado de esta tarea. A través del mismo se puede monitorizar y actuar sobre la red de comunicaciones durante el proceso de instalación de la red de luminarias así como durante todo el transcurso de la vida útil.

Fig. 10. Monitorización del consumo energético.

Las principales funciones son: • Identificación, información acerca del estado y localización de cada uno de los nodos de la red (fig. 9): • Información de consulta relativa a la gestión electrónica del nodo (temperatura, tensión, estado de la conexión con el equipo de potencia). • Información de consulta de los datos del nodo en relación con la red de comunicaciones. • Información de consulta de otros detalles técnicos del nodo a nivel de red. • Configuración de los nodos (altas, bajas, reasignar nodos) • Gestión del firmware de los nodos, actualizaciones. V.

Fig. 11. Reporte de alarmas y eventos.

Fig. 12. Monitorización de la red eléctrica.

El modelo de servicio de ELT para estos sistemas ofrece la posibilidad de personalizar la solución atendiendo a las necesidades de cada cliente o instalación, mediante la adquisición de las aplicación de forma modular partiendo de un paquete básico imprescindible y ampliable con otras funciones de más alto nivel, como son el módulo de monitorización de la red de suministro eléctrico (Fig. 12) o como veremos más adelante, el módulo de planificación de alumbrado SLUX (Fig. 20). Módulo de gestión de la red de nodos. Como ya se ha señalado con anterioridad, pese a la complejidad tecnológica que representa un sistema de estas características, el manejo y operación de un sistema debe ser lo más sencillo posible. Debemos evitar trasladar

INTEROPERABILIDAD DEL SISTEMA

La posibilidad de adquisición de datos de las instalaciones de alumbrado público y la capacidad de actuar sobre ellas puede ir más allá de la mera gestión de un servicio urbano básico, como lo es el alumbrado. Una vez que se dispone de la capacidad de transporte y tratamiento de los datos activos de alumbrado es posible combinarlos con otras fuentes de datos urbanos, y crear herramientas de análisis e inteligencia para plantear mejores políticas urbanas y soluciones de valor añadido para ciudadanos y gestores municipales. El conjunto de información generada por las poblaciones es, de este modo, susceptible de usos distintos a los inicialmente definidos. Stelaria, la solución inalámbrica punto a punto para la gestión de alumbrado público de ELT incorpora dicha plataforma de almacenamiento y tratamiento de datos, con la correspondiente capacidad de inteligencia de negocio y con herramientas de presentación y visualización de resultados, que permite que determinados datos activos intercambiados en los sistemas de gestión remota del alumbrado público se pueden combinar con datos pasivos de los sistemas de gestión municipales o con los datos de cualquier otro servicio municipal (residuos, agua, tráfico, emergencias, e-administración, etc.). En esta línea ELT está llevando a cabo actualmente un proyecto pionero, mediante la implantación de una instalación de alumbrado público inteligente gestionada por Stelaria y su integración con la plataforma ya existente de gestión municipal. Dicho proyecto, denominado SLUX (smart lighting for urban experience), tiene como objetivo la realización de un alumbrado eficiente, inteligente, dinámico, autónomo y adaptable en tiempo real a las necesidades cambiantes de los ciudadanos.

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Para ello se ha desarrollado e incorporado a Stelaria un módulo específico del mismo nombre (SLUX) que combina los datos activos obtenidos de instalación de alumbrado público, con datos pasivos de los sistemas de gestión municipales tales como padrón, contabilidad, inventario, normativa técnica etc., para proporcionar una base sólida de indicadores operativos y unos algoritmos para el planeamiento de futuras instalaciones y el ajuste especifico de la iluminación a la evolución del municipio y las necesidades de sus ciudadanos. Un buen ejemplo de estos indicadores es el demográfico. Podemos adaptar el alumbrado en un área concreta de la ciudad dependiendo de la cantidad de personas que habitan allí, su edad, sexo etc. Atendiendo al mismo tiempo a las posibles variaciones poblacionales que sucedan. Lo cual es de especial interés en aquellos municipios turísticos con una gran fluctuación poblacional y de presencia en las calles dependiendo de la época del año en al que nos encontremos (Fig. 17).

Fig. 19. Módulo Stelaria – SLUX. Consumos medios por vía y habitante.

Todo ello facilita al responsable de la gestión del alumbrado la elección del alumbrado más adecuado, tanto en su aspecto físico (tipo de luminaria, tecnología, flujo luminoso, rendimiento) como funcional (valores e intervalos de regulación, horarios de funcionamiento). Por otro lado nos proporciona a su vez una herramienta fundamental para su correcto mantenimiento y operación (Fig. 20).

Fig. 17. Módulo Stelaria – SLUX. Indicadores demográficos.

Otro indicador fundamental a la hora de decidir cómo debe ser la iluminación de una calle es el que nos muestra el tipo de actividad predominante en zona (Fig. 18). Esto puede influir de forma determinante en los horarios escogidos para el encendido y apagado de la misma, así como para las reducciones de flujo y su intensidad. No son las mismas necesidades, por ejemplo, las que plantea una zona residencial que aquellas dedicadas a los negocios, el comercio o el ocio.

Figura 18. Módulo Stelaria – SLUX. Indicadores de ámbito de actividad.

Desde el punto de vista análisis económico, podemos usar esta herramienta para evaluar el impacto de la inversión del alumbrado en los ciudadanos, así como articular eventualmente una reciprocidad entre el servicio recibido y el coste repercutido al ciudadano en cada caso (fig. 19).

Fig. 20. Módulo Stelaria - SLUX. Planificador de instalaciones.

Es importe resaltar de nuevo, que por medio de un sistema de gestión punto a punto, como lo es Stelaria, podemos configurar de una manera extremadamente sencilla el comportamiento de cada luminaria individualmente, lo que nos permite una flexibilidad total a la hora de plantear el alumbrado de nuestra ciudad, posibilitando que este sea verdaderamente dinámico y eficiente. Con ayuda de los indicadores mencionados anteriormente, el responsable de la instalación de alumbrado es capaz pues de tomar las decisiones más oportunas para dotar al municipio del alumbrado más idóneo en cada momento y lugar. Este módulo evolucionará hacia la implementación de una inteligencia autónoma del sistema de gestión del alumbrado a la hora de configurar el funcionamiento de las luminarias en base a los indicadores y algoritmos específicamente definidos para cada instalación de alumbrado.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 VI.

CONCLUSIONES

Un sistema como el descrito anteriormente es capaz de elevar la gestión de las infraestructuras de alumbrado público al máximo nivel posible de la iluminación inteligente. Cada luminaria para alumbrado exterior se puede convertir en un servidor de datos (data-enabled lighting). La infraestructura de alumbrado pasa de este modo a convertirse en un servicio: además de ser puntos de luz, las luminarias son nodos de la infraestructura de Internet de las Cosas (IoT). Los dispositivos de comunicaciones y la arquitectura de red de un sistema de estas características están preparadas para facilitar la incorporación de sensores adicionales (medioambientales, ruido, movimiento, vibración y una larga lista de posibilidades), permitir y habilitar su integración en plataformas Smart City o plataformas horizontales de gestión de ciudad, y facilitar la instalación de otras infraestructuras de comunicaciones o de otros servicios, como son la gestión de los contadores de agua, mediciones de afluencia de personas y vehículos, recogida de residuos inteligente o sistemas de emergencias y de información al ciudadano entre otros. La solución tecnológica descrita es una herramienta avanzada e intuitiva, que proporciona a los gestores de las infraestructuras de alumbrado, bien sean privadas o de titularidad pública, la capacidad de mejorar el servicio que prestan al ciudadano, mejorando la fiabilidad y seguridad de dicho servicio ahorrando simultáneamente en costes maximizando la reducción del consumo eléctrico y la optimización del mantenimiento y operación de las instalaciones. Todo ello redunda a su vez en una reducción importante del impacto en las emisiones CO2 de dichas instalaciones haciendo el entorno urbano mucho más sostenible y confortable para los habitantes.

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Iluminación en zonas protegidas de la contaminación lumínica Nikol Vargas1, Pedro Galleguillos2 1- Aladdin Lighting SpA, Depto de Investigación y Desarrollo, Chile (nvargas@aladdin.cl) 2- Fundación Chilena de Luminotecnia, Chile (pgalleguillos@luminotecnia.org) Resumen— El norte de Chile posee uno de los cielos más transparentes del mundo, razón por la cual los principales y más importantes proyectos de centros astronómicos se han instalado en el país. De la mano a esto, se han implementado regulaciones especiales que buscan proteger y preservar esta condición. El actual decreto supremo número 043 del Ministerio del Medio Ambiente regula todo tipo de fuentes que se utilicen en instalaciones de alumbrado de exterior en algunas zonas específicas del país. Este trabajo engloba aspectos y consideraciones específicas que se deben tomar en cuenta al momento de diseñar proyectos de iluminación, incluyendo el diseño de la luminaria misma, su proyección en la instalación en base a un contexto que no solo debe considerar las exigencias de la normativa de contaminación lumínica sino que además, estándares mínimos de calidad en función de las tareas visuales del espacio a iluminar, y por supuesto, presentarse como una solución viable y sostenible en el tiempo. El principal objetivo de este trabajo es demostrar mediante ejemplos con proyectos ejecutados y en ejecución, que las regulaciones especiales de las regiones que cuentan con protección contra la contaminación lumínica, no deben ser vistas como trabas o aspectos que impliquen aumentar los costos fijos, sino que al contrario, son requerimientos que apuntan a la eficiencia y buenas prácticas en iluminación. I.

INTRODUCCIÓN

C

on la promulgación de la nueva Norma Lumínica Chilena, se logra un gran avance en materia de protección contra la contaminación lumínica, en las regiones II, III y IV del país, lo cual va de la mano con los grandes avances tecnológicos que hemos vivido en las últimas décadas. Desde el punto de vista comercial, el mercado de iluminación de exteriores en el Norte de Chile posee una gran barrera de entrada delimitada por los aspectos contenidos en el Decreto Supremo N°043 del Ministerio del Medio Ambiente (D.S.n°043/2012/MMA), que limitan el funcionamiento de estos productos, acotando la oferta disponible. La gran barrera a derribar para que un comerciante de luminarias pueda vender productos en la zona, es comprender el complejo sistema de certificación impuesto, y someter a ensayos de Tipo y Seguimientos periódicos sus productos1, una vez que sus 1 Sanhueza, P., Galleguillos, P. y Blanc, G. (2016) XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 2 Art. N°6°.- Limite de emisión de intensidad luminosa, D.S.n°043/2012/MMA, Chile

productos han sido aprobados, estos podrán ser propuestos para el desarrollo de proyectos de iluminación e instalados en diversos lugares de la zona. Si bien, el proceso no es simple e involucra costos adicionales, esto no debe ser visto como un problema si no que más bien, como una oportunidad de mejora. El presente trabajo recoge la experiencia y metodología de trabajo de la empresa Chilena Aladdin Lighting, y busca demostrar que aplicando un desarrollo metodológico a través de los distintos recursos del diseño es posible desarrollar proyectos viables para la iluminación de zonas protegidas de la contaminación lumínica. II.

NUEVAS EXIGENCIAS

Las nuevas exigencias que incluye D.S.n°043/2012/MMA, apuntan a mejorar el control de la radiación no útil generada por artefacto de iluminación de exterior. En lo que respecta al funcionamiento de luminarias, debe existir un mayor control de la distribución espacial de la luz, sobre todo en elevaciones gama = 90° y en elevaciones superiores a esta para todos los planos C del globo fotométrico2; y las fuentes de luz de estos artefactos no deben emitir radiación que supere un 15% de Ultravioleta cercano (considerado el rango de longitudes de onda desde 300nm a 379nm), y Luz Azul (considerado el rango desde 380 a 499nm); y un 50% de Infrarrojo (considerado el rango desde 781nm y 1.000nm), respecto de la luz emitida (considerando el rango desde 380nm a 780nm)3. Estos dos aspectos (control en la emisión espacial y control en la emisión espectral), se convierten en dos parámetros fundamentales desde la perspectiva del diseño, por lo que serán aspectos claves a considerar a la hora de desarrollar un nuevo producto. III.

DISEÑO DE LUMINARIAS

A. Fase Conceptual Desde el encargo, en donde quedarán claras las variables del entorno de desenvolvimiento del producto, el tipo de luminaria solicitado y por supuesto la factibilidad4, los aspectos de control de emisión espacial y espectral de la norma de contaminación 3 Art N°7°.- Limite de emisión de radiancia espectral, D.S.n°043/2012/MMA, Chile 4 Galleguillos, P,. (2010) X Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2010

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

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lumínica deben estar presentes. El proyecto de diseño de Luminaria de Alumbrado Público NKL, consideró estos aspectos, y desde las fases más tempranas del diseño se proyectó una forma que cumpla con ello. El mercado de iluminación en Chile no es lo suficientemente amplio como para permitir abordar diseños desarrollados especialmente a la medida de cada requerimiento, y tampoco es en ningún caso el objetivo de la empresa, por otro lado, Chile presenta un sin número de condiciones geográficas con características ambientales propias y muy distintas la una de la otra, por esta razón es que todo diseño a desarrollar debe prepararse considerando que podrá destinarse a lugares muy distintos y debe tener un desempeño óptimo en cada uno de estos lugares. El desarrollo formal del proyecto NKL, introdujo un desafío novedoso respecto de los anteriores diseños de la empresa, en cuanto al mecanismo de disipación del calor residual generado por LED (fig2), este, además de permitir un desempeño óptimo de los módulos LED, debía evitar los problemas de acumulación de polvo u otros agentes, muy típico en luminaria con sistema de disipación a través de radiadores de múltiples aletas. Además el resultado formal de la luminaria debía mantener el sello de su predecesora, modelo FUGA, con el objeto de desarrollar una familia de productos que mantengan una coherencia formal identificativa con la marca. Siendo así, la concepción formal rescató el perfil de su predecesora FUGA e integró en la zona de emisión un sistema de disipación enfocado en la conducción del calor residual de cada diodo LED por separado, y privilegiando la confección de un área exterior despejada con una forma aerodinámica que facilite la convección (fig1)

Figura 2 Esta zona además, desde el punto de vista formal debe evitar que el haz lumínico proyectado (independiente del tipo de fotometría que se quiera utilizar), emita intensidades en y sobre las elevaciones gama 90. Para esto, la misma luminaria apantallará la salida de luz a una elevación máxima de 88° (fig3), por lo que los módulos LED quedarán posicionados de manera tal que no sobresalga su óptica del perfil de la luminaria.

Figura 3 En cuanto a las zonas de alojamiento, se proyectó un volumen que permitiera albergar una gran variedad de modelos de controladores (o drivers), en conjunto con sistemas para la tele gestión o control por celdas fotoeléctricas (C.F.E.). Figura 1

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Figura 4 Teniendo en consideración el montaje, en especial, el de zonas en donde se debe tener especial preocupación por evitar la emisión de luz intrusa, su zona de anclaje se proyectó de manera tal que se pudiese ajustar dentro de un rango la inclinación, de esta manera, sin mucho esfuerzo, es posible corregir errores en el montaje de gancho y/o postes directamente desde la configuración de montaje de la luminaria. B. Fase de detalles En esta fase del proyecto, la forma ha sido resuelta y se determinan aspectos específicos como: espesores, tipo de herraje, sellos y aspectos de diseño relativos al método de fabricación y producción. Desde el punto de vista de la contaminación lumínica, en esta fase los principales esfuerzo se abocan en asegurar que la distribución espacial de la luz emitida por este artefacto, cumpla con los requerimientos establecidos en la norma. La zona de emisión podrá albergar en su máxima capacidad hasta 4 módulos de 16 LED cada uno, estos módulos tienen la posibilidad de albergar distintos tipos de ópticas con distintas distribuciones fotométricas en consecuencia al requisito de generar productos versátiles. No obstante, dadas las características formales de la luminaria, independiente del tipo de distribución fotométrica seleccionada, el tipo de haz siempre será controlado o cut-off.

Figura 6 La utilización de una cubierta de vidrio como elemento difusor en la zona de emisión de la luminaria, responde a varios requerimientos entre los cuales se incluye el aporte que este material posee en términos de absorción espectral en el rango del UV. Si bien, la emisión espectral de LED en general se ajusta de muy buena manera al rango visible, dado lo riguroso de la normativa de contaminación lumínica, se decidió mantener este elemento independiente del tipo de modulo LED a utilizar. De esta manera, además de evitar radiación en la porción anterior al visible del espectro electromagnético, aprovechando el índice de refracción del vidrio nos aseguramos de mejorar el control cut-off del haz lumínico. C. Fabricación y producción Tras el diseño analítico en detalle, las fases de fabricación y producción a menudo conllevan el desarrollo de prototipos físicos enfocados y generales. Los primeros buscan corroborar el correcto desempeño de aspectos particulares, como un correcto desempeño mecánico del sistema de vinculación al medio, o ensayos del comportamiento térmico sobre sistemas de disipación similares al propuesto. En cuanto al prototipado general, en ocasiones es necesario validar la forma de manera tangible, para lo cual se construyen maquetas no funcionales a través de sistemas de corte CNC en madera.

Figura 5 Con los ensayos analíticos de disipación térmica, se comprobó que el sistema propuesto es efectivo (fig6), sin embargo, para mejorar el rendimiento, lo ideal es desarrollar dos versiones de un mismo producto, uno preparado para grandes potencias de funcionamiento (de hasta 175W), y un segundo modelo más pequeño para potencias de funcionamiento menores (de hasta 80W). Para este criterio, analizamos la capacidad en términos de potencia eléctrica ya que este término está íntimamente relacionado con la cantidad de calor residual que generan los LED.

Figura 7 Pero sin duda, la fase más importante del prototipado es el ensamble de prototipos Beta, los cuales permiten evaluar los requerimientos y necesidades que tendrá el puesto de trabajo que lo ensamblará. Si bien, los prototipos Betas se construyen con mayor dedicación y no necesariamente aplicando los métodos de producción definitivos, a través de este proceso es posible proyectar esta estrategia y definir instructivos de

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 ensamble de manera conjunta con las unidades productivas. La comunicación entre sub departamentos es muy importante también, así como la retroalimentación interna incluso ya en fases de producción en serie. D. Certificación El proceso de certificación inicia junto con el ensamble de los prototipos Beta ya funcionales. La normativa Chilena exige la certificación de productos eléctricos bajo los estándares de seguridad eléctrica descritos en la Norma IEC 605985; y en los casos de luminarias de uso exterior destinadas a instalarse en las regiones II, III y IV del país se exige cumplimiento de la normativa que protege de la contaminación lumínica D.S.n°043/2012/MMA. Para ambos casos, es necesario certificar una muestra tipo que servirá como referencia de que la producción en serie del mismo se realice en consonancia a la muestra inicialmente ensayada. Los procesos de certificación además permiten validar de manera objetiva que el producto cumple con los requerimientos iniciales del diseño, sin embargo, en necesario tener plena seguridad del correcto funcionamiento del producto antes de ser enviado a cualquier proceso de certificación, ya que, en caso de existir alguna no conformidad mayor que implique el no otorgamiento del respectivo certificado, el organismo certificados tiene la obligación de dar aviso a la autoridad competente (Para seguridad eléctrica es la Superintendencia de Electricidad y Combustibles, SEC; y para contaminación lumínica es la Superintendencia del Medio Ambiente, SMA), quienes inmediatamente decretan una prohibición de comercialización del producto hasta que no se demuestre mediante ensayos de mayor rigurosidad que el problema, cualquiera sea el motivo, ya fue solucionado y no se reiterará en el tiempo. IV.

PROYECTOS DE ILUMINACIÓN

El desarrollo de proyectos de iluminación de exteriores en Chile están normados por el Decreto Supremo N°2 del Ministerio de Energía que establece el Reglamento de Alumbrado Público de vías de tránsito vehicular, y por el Decreto Supremo N°51 del Ministerio de Energía que establece el reglamento de alumbrado público destinado al tránsito peatonal. Estos reglamentos, definen los niveles de iluminación mínimos necesarios para el alumbrado de vías de transito del país, mientras que por otro lado, el D.S.n°043/2012/MMA, en su artículo 8, define que en las zonas afectas a este decreto no se debe exceder en un 20% los valores mínimos de los reglamentos anteriormente citados, de manera tal que se establece un límite máximo a cumplir. La Tabla 1 muestra los valores P exigidos por los reglamentos de alumbrado público para vías de tránsito vehicular y vías de tránsito peatonal sin separación entre estas; y se incluye, los 5 Protocolo de Análisis y/o Ensayos de Seguridad de Producto Eléctrico PE 5/07 2009, SEC

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límites máximos considerando el criterio del 20% estipulado en D.S.n°043/2012/MMA. Clase de Alumbrado P1 P2 P3 P4 P5 P6

Media Máxima (Lux) 25,0 12,5 9,5 6,5 4,0 2,5

Media (Lux) 20,0 10,0 7,5 5,0 3,0 2,0

Mínima Puntual (Lux) 7,5 3,0 1,5 1,0 0,6 0,4

20% DS043 (Lux) 24,0 12,0 9,0 6,0 3,6 2,4

Tabla 1 A. Iluminación en Antofagasta Antofagasta, es la quinta ciudad más poblada de Chile, es la capital de la provincia y región que reciben el mismo nombre. Ubicada en el norte grande de Chile en las planicies litorales y afecta a la normativa de contaminación lumínica contenida en D.S.n°043/2012/MMA. El parque de alumbrado considera alrededor de 25.000 luminarias de exterior, y un porcentaje de cumplimiento de la antigua normativa de contaminación lumínica de más del 90%6. Siendo la mayoría de estas, luminarias de descarga de Sodio a Alta Presión. En el año 2011, la empresa Aladdin Lighting participó en un proceso de recambio de 9.997 luminarias de Sodio Alta Presión que daban cumplimiento a la antigua norma de contaminación lumínica D.S.n°686/1998/MINECON, en potencias de 100W, 150W y 250W. Luminaria

Cantidad

VENTUS 250W SAP

3.385

VENTUS 150W SAP

5.906

VENTUS 100W SAP Tabla 2

706

A modo comparativo, se tomaron 3 casos tipos de alumbrado desarrollados por la empresa para la Ilustre Municipalidad de Antofagasta. Esta información fue analizada en el software DIALux versión 4.12 buscando dar cumplimiento a la nueva normativa utilizando luminarias que cumplan con las nuevas exigencias de la normativa contenida en D.S.n°043/2012/MMA. La Tabla 3, muestra los parámetros del primer caso analizado correspondiente a la calle General Lagos, que posee un tránsito peatonal superior a 480 peatones por hora, por lo cual para los

6 Según información de la Oficina de Protección de la Calidad de los Cielos del Norte de Chile - OPCC

180

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

cálculos corresponde aplicar la clase de iluminación P17. La Tabla 4, muestra los resultado de manera comparativa entre la luminaria modelo VENTUS con fuente iluminante HID utilizada y actualmente instalada versus la luminaria modelo NKL con fuente iluminante LED.

NKL con fuente iluminante LED CASO C

CASO A Ciudad

Antofagasta

Proyecto

Calle General Lagos

Separación

40mt

Ancho calle

7mt (2 carriles)

Luminaria

P1

VENTUS NKL MD04

Potencia (W)

Flujo (lm)

Em (lx)

Emin (lx)

VENTUS NKL SD01 Emax (lx)

33000 25 7,66 51

0,302

0,149

140

14380 21 8,61 41 Tabla 4

0,406

0,209

La Tabla 5, muestra los parámetros del segundo caso analizado correspondiente a la calle Simón Bolívar, que posee un tránsito peatonal aproximado entre 300 y 480 peatones por hora, por lo cual para los cálculos corresponde aplicar la clase de iluminación P2. Luego, la Tabla 6, muestra los resultado de manera comparativa entre la luminaria modelo VENTUS con fuente iluminante HID utilizada y actualmente instalada versus la luminaria modelo NKL con fuente iluminante LED.

Ciudad

Antofagasta

Proyecto

Calle Simón Bolívar

Altura de montaje

8,7mt

Separación Ancho calle

35/40mt 10mt (3 carriles)

Clase

P2

NKL SD02

80

3mt (1 carriles) P3

Potencia (W)

100 47

Flujo (lm)

Em (lx)

0,382 0,583

0,198 0,365

En los casos mencionados anteriormente, se compararon dos luminarias con diferentes fuentes de luz en términos luminotécnicos. Sin embargo, para hacer un análisis más acabado, es necesario comparar también aspectos económicos. Teniendo claras las características de funcionamiento de las luminarias a comparar, las Tablas 9, 10 y 11 relacionan la energía consumida por cada artefacto, el flujo de luz emitido y el valor de venta de cada luminaria indicado en pesos Chilenos.

VENTUS SAP

LED

Potencia Nominal

250 W

140 W

Potencia Real

275.3 W

146.58 W

Flujo lámpara

33000 lm

14380 lm

Precio*

0,727 0,766

0,439 0,538

Por último, la Tabla 7, muestra muestra los parámetros del tercer caso analizado correspondiente al Pasaje Laurel, que posee un tránsito peatonal menor que los casos anteriores aproximado entre 121 y 299 peatones por hora, por lo cual para los cálculos corresponde aplicar la clase de iluminación P3. La Tabla 8, muestra los resultado de manera comparativa entre la luminaria modelo VENTUS con fuente iluminante HID utilizada y actualmente instalada versus la luminaria modelo 7 Según Decreto N°02 del 2015 del Ministerio de Energía que aprueba el Reglamento de Alumbrado Público de Vías de Tránsito Vehicular

NKL MD 04

Lámpara

Flujo luminaria

28 15

27 12

B. Costos relacionados

24515.7 lm $

140,000

14380 lm $

375,000

Tabla 9

Emin Emax Emin/Em Emin/Emax (lx) (lx)

17500 17 12 8126 10 7,8 Tabla 6

Emin Emax Emin/Em Emin/Emax (lx) (lx)

10500 14 5,45 4646 7,8 4,52 Tabla 8

Luminaria

Tabla 5 Em (lx)

30mt

Ancho calle

Caso A Proyecto: Calle General Lagos, Antofagasta

CASO B

Flujo (lm)

Separación

Emin/Em Emin/Emax

250

Potencia Luminaria (W) VENTUS 150

Pasaje Laurel 8,7mt

Tabla 7

Tabla 3 Luminaria

Antofagasta

Proyecto Altura de montaje

Clase

Altura de montaje 10mt

Clase

Ciudad

Caso B Proyecto: Calle Simón Bolívar, Antofagasta Luminaria

VENTUS

NKL SD 02

Lámpara

SAP

LED

Potencia Nominal

150 W

80 W

Potencia Real

169.8 W

83.68 W

Flujo lámpara

17500 lm

8126 lm

Flujo luminaria Precio*

13079.5 lm $

132,000

Tabla 10

8126 lm $

244,000

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

Caso C Proyecto: Pasaje Laurel, Antofagasta Luminaria

VENTUS

NKL SD 01

Lámpara

SAP

LED

Potencia Nominal

100 W

47 W

Potencia Real

112.7 W

51.98 W

Flujo lámpara

10500 lm

4646 lm

Flujo luminaria Precio*

7868.7 lm $

125,000

4646 lm $

196,000

Tabla 11 Desde una perspectiva económica, el costo promedio inicial de la instalación es bastante mayor si es que se considera el uso de luminarias LED. Sin embargo, para hacer una correcta comparación es necesario también considerar factores como la vida media de las fuentes de luz en relación al flujo luminoso mantenido en el tiempo, el costo de la energía consumida, y las mantenciones proyectadas considerando el valor actual neto (VAN) y la tasa interna de retorno (TIR). La vida útil nominal de una lámpara de Sodio es de 40.000 horas según el fabricante y la potencia nominal de la misma, sin embargo, en la práctica, los municipios realizan recambio de lámparas en periodos de 3 a 4 años, lo que significa, aproximadamente 16.400 horas de funcionamiento real8, la Tabla 15 resume los costos por mantención involucrados en cada tipo de luminaria. Por otro lado, la vida útil nominal de fuentes LED promete hasta 100.000 horas, que estarán condicionadas a las características de diseño de la luminaria. En el caso de la luminaria NKL, el diseño formal ha sido preparado para asegurar al menos 50.000 horas de funcionamiento, según las especificaciones dadas por el fabricante de los módulos LED utilizados9. Actualmente, no se dispone de antecedentes que permitan comparar con datos prácticos la real durabilidad de estos productos, por lo cual el análisis contempló proyecciones estimativas, asumiendo una durabilidad de al menos 10 años, es decir de 41.000 horas de funcionamiento. En las Tablas 12, 13 y 14 se compara en detalle los costos iniciales por cada tipo de luminaria propuesta a recambio, y el costo total de la energía consumida en un año de funcionamiento10, considerando que el costo del Kilo Watt por hora en la Ciudad de Antofagasta es de $117,188; Evidenciando que si bien, la inversión de entrada es considerablemente mayor en todos los casos, también, es evidente que el gasto involucrado por consumo eléctrico es considerablemente menor en todos los casos. El valor del impuesto sobre valor agregado (I.V.A.), en Chile asciende al 19%, el cual fue considerado para calcular los valores finales de cada inversión.

8 Según datos proporcionados por la empresa Aladdin Lighting SpA, considerando un funcionamiento diario de 11.23hrs 9 Basado en IESNA LM80-TM21

181

Cantidad Valor Neto ($) Valor unitario con IVA ($) Inversión Inicial Δ$ Δ% Potencia Real por luminaria (W) KW total KW/H año Costo anual por consumo eléctrico Δ$ Δ%

VENTUS SAP 100 3.385 125.000 148.750 503.518.750 0 0

NKL SD 01 3.385 196.000 233.240 789.517.400 285.998.650 56.8

112.70

51.98

381.5 1.564.107,0

176.0 721.404,4

183.294.565,3

84.539.942,3

98.754.622,9 53.9

0 0

Tabla 12 Cantidad Valor Neto ($) Valor unitario con IVA ($) Inversión Inicial Δ$ Δ% Potencia Real por luminaria (W) KW total KW/H año Costo anual por consumo eléctrico Δ$ Δ%

VENTUS SAP 150 5.906 132.000 157.080 927.714.480 0 0

NKL SD 02 5.906 244.000 290.360 1.714.866.160 787.151.680 84,8

169,80

83,68

1.002,8 4.111.639,1

494,2 2.026.277,7

481.834.760,5

237.455.434,4

244.379.326,1 50,7

0 0

Tabla 13 Cantidad Valor Neto ($) Valor unitario con IVA ($) Inversión Inicial Δ$ Δ% Potencia Real por luminaria (W) KW total KW/H año Costo anual por consumo eléctrico Δ$ Δ%

VENTUS SAP 250 706 140,000 166,600 117,619,600 0 0

NKL MD 04 706 375,000 446,250 315,052,500 197,432,900 167.9

275.30

146.58

194.4 796,883.4

103.5 424,290.5

93,385,169.5

49,721,751.4

43,663,418.2 46.8

0.0 0

Tabla 14

10 Según tarifas de suministro eléctrico de septiembre 2016, de Empresa Eléctrica de Antofagasta - ELECDA

182

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

V.

Luminaria VENTUS SAP Potencia

100W

150W

250W

Valor lámpara ($)

3.915

4.307

6.426

Mantención por Luminaria ($)

14.280

14.280

14.280

Total mantención $

18.195

18.587

20.706

Total mantención proyecto $

61.590.414 109.779.547 14.618.436 Tabla 15

Considerando estos datos, se analizó por cada tipo de luminaria la rentabilidad del proyecto tomando en cuenta el valor actual neto (VAN) con una tasa máxima de un 5%, para un periodo máximo de 10 años considerando los ahorros en dinero que se obtendrían al tener en funcionamiento la instalación propuesta y los costos ahorrados por al menos dos mantenciones por concepto de recambio de lámparas de Sodio de Alta Presión, según la información proporcionada por la empresa Aladdin Lighting. Las proyecciones globales muestran que al noveno año, el proyecto ya es rentable con una tasa interna de retorno (TIR) de un 6.6% (Tabla 17). De manera individual, desde el octavo año el proyecto de recambio de Luminarias del Tipo NKL SD 02 registró rentabilidad positiva, y desde el noveno año, ya todos los casos son rentables. La Tabla 16, resume las proyecciones desde el octavo hasta el onceavo año, destacándose que al décimo año, el proyecto es rentable y satisface las expectativas planteadas.

Inversión inicial ($) VAN 8vo año TIR no VAN 9 año TIR mo VAN 10 año TIR 11vo VAN año TIR

NKL SD 01

NKL SD 02

NKL MD 04

‐789.517.400

‐1.714.866.160

‐315.052.500

‐58.887.859 3,2% 4.770.251 5,13% 65.397.023 6,65% 123.136.806 7,85%

29.228.442 5,41% 186.757.535 7,33% 336.785.242 9% 479.668.772 9,98%

‐10.925.582 4,16% 17.220.246 6,19% 44.025.798 7,76% 69.554.894 8,99%

Tabla 16 VAN

TIR

Séptimo año

‐428.268.950

0,65%

Octavo año

‐40.585.000

4,66%

Noveno año

208.748.032

6,60%

Décimo año

446.208.062

8,10%

Onceavo año

672.360.472

9,28%

Tabla 17

CONCLUSIONES

Este trabajo buscó demostrar que las consideraciones para el diseño de una luminaria destinada al alumbrado público de zonas que cuenten con protección de la contaminación lumínica, no distan de manera relevante de las consideraciones que se deben tener en cuenta para el diseño de luminarias destinadas a cualquier otro tipo de zonas, por lo cual, los costos diferenciales que pudiesen existir, son paradigmas relacionados a la irrupción de condiciones nuevas en el mercado. Las nuevas exigencias en el campo del alumbrado urbano, así como los últimos estudios respecto a nuestros sistemas de visión y el estado de adaptación de este en el exterior, apuntan a una reducción de los niveles de iluminación necesarias para la realización de las diversas actividades de manera eficiente. De manera consecuente, cada vez es mayor la preocupación social por utilizar productos que otorguen una mayor eficiencia en el consumo eléctrica y un mejor aprovechamiento de la energía, y en ese sentido el enfoque del buen diseño es satisfacer las necesidades de uso del producto de manera simple, otorgando un valor agregado, pero sin que esto necesariamente implique mayores costos productivos. Para el caso de la tecnología LED podemos decir que hoy en día pueden ser consideradas una alternativa factible al momento de desarrollar proyectos de iluminación tanto en el norte como en el resto del país, ya que para conseguir los mismos resultados luminotécnicos en un proyecto, solo es requerida un 50% de la energía consumida por luminarias de tecnología de iluminante convencional. El desarrollo de la tecnología de iluminación en base a fuentes LED, ha demostrado un importante crecimiento sostenido. Sin embargo desde el punto de vista de la inversión requerida para implementar estos sistemas, especialmente en el sector del alumbrado público, hasta hace muy poco tiempo no era posible justificar desarrollo de proyectos de iluminación, ya que su rentabilidad en relación a su evolución no se condecían, es decir, el mismo desarrollo exponencial de la tecnología LED hace que los estándares de eficiencia sean cada vez más altos, dejando obsoletas luminarias con 5 años de vida por ejemplo. Por otro lado, al hacer comparaciones con luminarias de tecnología de iluminación convencionales como HID, dado que los estándares actuales de eficiencia LED superan a los de HID, es que es viable poder establecer comparaciones. Un factor desfavorable de la tecnología LED, es que aún representa altos costos productivos en comparación a otro tipo de fuentes de iluminación. La discusión se centra entonces en la vida útil real, y la verdad respecto si los costos por mantención se verán realmente mermados. En la actualidad existen instalaciones de alumbrado que podrán ser referencia y discusión para futuros análisis al respecto. Un aspecto relevante a considerar, es la estimación de que la demanda eléctrica del país, si bien aumentará casi al doble de la

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 actual, será menor a la esperada en el periodo 2015-203011, tomando en cuenta las proyecciones de demanda de las distribuidoras eléctricas, las estimaciones de las generadoras, las perspectivas de los centros de despacho económico de carga, estudios de la comisión Chilena del cobre más análisis macroeconómicos que tienen como base las proyecciones del Fondo Económico Mundial (WEF). Para efectos de este trabajo, basándose en las políticas públicas en la materia, así como las nuevas licitaciones eléctricas e iniciativas como la Ley N°20.928 que establece mecanismos de equidad en las tarifas de servicios eléctricos del país, el costo de la energía eléctrica, que ha impulsado una reducción del costo de la energía de hasta un 20,9% en la tarifa residencial (BT1) de la región de Antofagasta; El valor de la energía utilizado fue constante al valor actual, sin embargo, sus variaciones en el tiempo (suponiendo que en consonancia con el aumento de la demanda, este también aumentará), en términos comparativos afectarían de manera positiva la evaluación financiera, lo que podría significar incluso que a futuro este tipo de proyectos se rentabilicen en menor cantidad de años. Desde la perspectiva de la contaminación lumínica, toda práctica que se oriente a mejorar la eficiencia de los productos utilizados para la iluminación de espacios urbanos es bienvenida. El diseño de luminarias que utilicen tecnología LED como fuente iluminante, permite tener un control total de la luz emitida, mejorando el factor de utilización y por consiguiente utilizando menor cantidad de energía. Los nuevos avances así como los futuros esfuerzos en materia de diseño, deberán ir enfocados a potenciar el desempeño de estas fuentes de luz de manera amigable con el medio ambiente.

REFERENCIAS [1] [2] [3]

D.S.N°043 del año 2012 del Ministerio del Medio Ambiente de Chile D.S. N°02 del año 2015 del Ministerio de Energía de Chile Protocolo de análisis y/o ensayo de seguridad de producto eléctrico, PE N° 5/07 de Superintendencia de Electricidad y Combustibles (SEC). [4] Galleguillos, P.. (2010). Diseño de luminarias para alumbrado público. En Actas del X Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2010 (89-98). Valparaíso, Chile: Facultad Ingeniería, PUCV.

11

Según informe de Previsión de Demanda 2015-2035 del Centro de Despacho Económico de Carga del Sistema Interconectado Central (CDEC SIC)

183

184

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Relevancia de la temperatura de color en el diseño de la disipación térmica de Luminarias LED Pedro Galleguillos1, Eduardo Manzano2 1. Fundación Chilena de Luminotecnia, Chile (pgalleguillos@luminotecnia.org) 2.

Depto. de Luminotecnia, Luz y Visión, Universidad Nacional de Tucumán-ILAV CONICET, Argentina, (emanzano@herrera.unt.edu.ar)

Resumen— La tecnología LED admite una amplia gama de características de funcionamiento, permitiendo poder ajustar la temperatura de color correlacionada y el rendimiento térmico según necesidades puntuales entre otros aspectos relevantes. Uno de los principales desafíos a la hora de desarrollar productos de iluminación que utilicen como iluminante Fuentes de Estado Sólido (SSL), es la evacuación del calor generado. De la información publicada por los fabricantes de luminarias LED analizados en este trabajo, se observó que la generación de calor en Luminarias con LED de temperatura de color cálida es mayor que en las Luminarias LED con temperatura de color fría, por consiguiente, este estudio buscó evaluar la relevancia de un buen diseño de disipación térmica que pudiese existir en sistemas de iluminación destinados al uso en iluminación de exteriores en relación a la temperatura de color de las fuentes utilizadas. Algunos de los resultados preliminares apuntan a que la diferencia térmica pudiese ser irrelevante cuando se habla de bajas corrientes de alimentación y la temperatura medida en el punto de control térmico está muy lejana a los limites, sin embargo, en zonas donde por normativa se debe hacer uso de LED con temperaturas de color cálida, bajos en contenido de luz azul, el análisis acabado de estos aspectos, pudiese llegar a convertirse en un factor preponderante a tomar en cuenta.

VI. INTRODUCCIÓN

E

principales herramientas de la industria para mejorar sus procesos y eficiencia. Desde el punto de vista del diseño, los productos a desarrollar idealmente deberían estar preparados para adaptarse a todas estas posibilidades, la versatilidad pareciera ser el concepto clave para la confección de nuevos productos, sin embargo, en la práctica, los parámetros de diseño se deben acotar a las necesidades visuales propias de la o las tareas a realizar según el tipo de aplicación, las capacidades y características de la planta productiva y por supuesto a las limitantes tecnologías actuales. En lo que respecta al aspecto formal del diseño de Luminarias, esto, responderá a diversos parámetros en función de su necesidad [3]. Para el caso de luminarias que utilizarán fuentes del tipo LED, es necesario tener especial preocupación por su sensibilidad al calor. Sabido es que el rendimiento de las fuentes LED está íntimamente relacionado con su temperatura de funcionamiento, y a diferencia de otras tecnologías, la evacuación del calor generado principalmente se efectúa mediante conducción, debido a esto, es trascendental que los diseños de luminarias contemplen sistemas eficientes de disipación térmica, y en ese sentido, toma relevancia conocer el comportamiento térmico de diversas fuentes LED.

n el último tiempo, el diseño de sistemas de iluminación en todo ámbito se ha enfocado principalmente en el desarrollo de luminarias a base de tecnología LED, los principalesVII. HIPOTESIS fabricantes de iluminación en el mundo han dejado de desarrollar nuevos productos de iluminación con tecnologías convencionales Uno de los aspectos más complejos del diseño de luminarias de descarga de gases, manteniendo solo en algunos casos un LED, es la poca estandarización de las fuentes LED, como pequeño stock destinado a brindar soporte y garantía para antiguas sabemos, este tipo de fuente no poseen una característica instalaciones. Este enfoque está íntimamente ligado a la creciente constante o común de rendimiento (lm/W), tampoco poseen una necesidad por aprovechar de manera más eficiente nuestros característica de comportamiento cromático común, así como recursos energéticos, de manera tal que, se debe analizar y si es su temperatura de color correlacionada (Tcc) o el índice de necesario adaptar las metodologías de diseño convencionales en rendimiento del color (IRC), ya que estos parámetros pueden pos de los requerimientos particulares de este tipo de fuentes de variar en función de muchos aspectos como: La corriente de iluminación. circulación, la temperatura de funcionamiento, número de horas de servicio, la tecnología del fósforo o el propio diseño del Chip Por otro lado, la industria a su vez también requiere la adopción LED. de procesos y estrategias de desarrollo que apunten a la eficiencia en términos de aprovechamiento de recursos y disminución de Un aspecto fundamental en el diseño de luminarias es el costos. Y en cierto sentido, el amplio espectro de posibilidades de desarrollo óptico y el aprovechamiento de la luz emitida por la funcionamiento que ofrece la tecnología SSL, sumada a su fuente [4]. Para asegurar esto, en el caso de Luminarias con constante evolución, atenta contra estrategias de estandarización fuentes LED, debe existir un buen diseño de sistemas de lo cual, desde un punto de vista productivo, es una de las disipación térmica que asegure un funcionamiento a

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 temperaturas óptimas, evitando el deterioro anticipado de la(s) fuentes. El calor generado por un LED debe ser removido por conducción o convección al ambiente circundante. Según la información recopilada de las notas de aplicación de diversos fabricantes de chip LED, la cantidad de calor generado por un módulo LED -y que debe transferirse al ambiente- varía dependiendo de la Tcc, del IRC, y de la corriente que circula por el módulo. En términos generales, hablaremos de LED cálidos cuando Tc< 3.500K como las fuentes incandescentes cuya emisión tiene una apariencia algo “amarillenta”, mientras que a Tc>5.000K como algunas fuentes fluorescentes cuya emisión tiene una apariencia más “azulada” las llamaremos frías [2], y las fuentes de luz que contengan una emisión cercana a los 4.000K las llamaremos “neutras”. Generalmente los módulos LED con Tcc fría y de bajo IRC son más eficientes y producen menos calor residual mientras que los módulos LED con Tcc cálida y con alto IRC son menos eficientes y producen más calor residual. La perdida por calor producida en términos de la potencia de entrada del módulo es aproximadamente un 65% para módulos LED blanco Fríos y 75%1 para módulos blanco cálido a una corriente nominal de 350mA y con un IRC entre 70 y 80. En base a esto, se decidió comprobar si existe esta misma diferencia en la generación de calor residual entre dos o más módulos LED de distinta Tcc pero igual IRC.

185 Pth = Vf * If * H

Dónde: Pth es el calor disipado en las junturas del módulo. Vf es la tensión directa del módulo. H es el coeficiente de calor (porcentaje de energía que se convierte en calor). If es la corriente que circula en el módulo. Los cálculos deben ejecutarse considerando la máxima potencia de disipación, de esta misma manera, el diseño estratégico de luminarias se basará en planificar para el caso más extremo de funcionamiento considerado dentro del rango inicial de posibilidades. Es decir, considerar la máxima potencia y circulación de corriente utilizando fuentes LED de temperaturas de color cálidas. Existen tres formas básicas de transferencia de calor; conducción, convección y radiación. Todo el calor es transferido a través de gradientes de temperaturas, es decir, el calor viaja de regiones calientes a regiones frías, cada uno de estas formas de transferencia tiene un importante rol en la trasmisión de calor desde la fuente de luz al exterior. Tal y como se mencionó anteriormente, la transferencia de calor mediante conducción, es el principal mecanismo a través del cual se logra transferir el calor generado en la juntura del LED a través de su placa de circuito impreso, el material térmico de interface (TIM por sus siglas en inglés), el disipador y finalmente al exterior. Para esto, los diseños de sistemas de disipación deben considerar al menos los siguientes factores:

VIII. OBJETIVO

Teniendo en cuenta, el desarrollo de productos versátiles preparados para diversas condiciones, el presente trabajo buscó analizar la relevancia del diferencial existente entre la generación de calor en fuentes LED frías y cálidas para el diseño de sistemas de disipación térmica, y analizar si debe ser necesario tener consideraciones especiales en el diseño, evaluar su costo y determinar la viabilidad productiva, sobre todo teniendo en consideración que las del tipo cálidas son preferentemente aptas para ser utilizadas en zonas en donde existe protección ambiental desde el punto de vista de la contaminación lumínica, y por consiguiente es un aspecto que merece análisis. IX. DISEÑO

Es importante considerar cuando se diseña una solución de disipación térmica a módulos LED, que mucho del calor generado puede ser debido al propio diseño. Para calcular el calor que debe ser disipado se debe multiplicar la tensión directa en corriente continua (Vf) por la corriente (If) por el coeficiente de calor H, según se describe en la siguiente ecuación:

1

AN30 – Thermal Management for Bridgelux Vero Series LED Arrays.

- Reducir la distancia que el calor debe recorrer desde la fuente hasta el exterior, a mayor distancia menor efectividad, sin embargo, tampoco la distancia debe ser muy pequeña ya que se puede generar un cuello de botella restringiendo el libre flujo del calor hacia el exterior. - Seleccionar materiales con una buena conductividad térmica, tales como el Hierro, Aluminio o Cobre - Utilizar disipadores que presenten una gran área. - Evitar las bolsas de aire o espacios vacíos entre módulos LED y la superficie de contacto del disipador, el aire en reposo es un pésimo conductor de calor. Idealmente se recomienda el uso de algún tipo de TIM que rellene cualquier tipo de espacio entre las superficies de contacto del módulo LED y el disipador. Por otro lado, la transferencia de calor a través de convección, que es el mecanismo a través del cual el calor existente en la superficie disipadora es transferido hacia el exterior, dependerá directamente del flujo de aire que exista sobre esta superficie. De manera natural, las partículas de aire se pondrán en movimiento debido a la diferencia de densidad entre el aire caliente existente cerca de la superficie del disipador y el aire frio circundante a este generando una fuerza de flotación que http://www.bridgelux.com/sites/default/files/resource_media/AN3 0-Thermal-Management-of-Vero-LED-Modules.pdf

186

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

eleva en un ciclo constante las partículas de aire caliente. Para mejorar esto se debe considerar los siguientes aspectos: - Utilizar sistemas de disipación que presenten una gran área. - Evitar cubrir la superficie disipadora con algún otro elemento. - Orientar las aletas del disipador de manera tal que siempre permita que fluya hacia arriba el aire caliente X.

METODOLOGÍA

A. Antecedentes Para el análisis inicial, se analizó el comportamiento de un grupo de módulos instalados en una luminaria especialmente diseñada para ellos. El objetivo fue identificar si en un modelo de luminaria existente, se detectan diferencias notorias entre la generación de calor y por consiguiente la necesidad de evacuación del mismo entre un arreglo de cuatro módulos LED de Tc= 2700K e IRC 75; y un arreglo de cuatro módulos LED de Tc= 4.000K y IRC 81. En este caso, los ensayos se ejecutaron utilizando un material de interface para la transferencia de calor residual entre los módulos LED y la armadura de la luminaria.

Imagen 1, Luminaria NKL MD 04

Para los ensayos realizados a cada módulo LED se utilizaron disipadores especialmente desarrollados por la misma empresa para albergar este tipo de módulos construidos en aluminio con un 7% de silicio. Se instalaron de manera contigua uno al lado de otro evitando el contacto directo entre ellos para evitar transferencias por conducción entre un disipador y otro.

Posteriormente en un segundo ensayo, se utilizó como base tres módulos LED de la marca VOSSLOH SCHWABE modelo WU-M-475 con chip LED modelo NVSL219B de NICHIA y Tcc nominal 2.700K, y 5.000K e IRC ≥70 en ambos casos, con la finalidad de corroborar el rendimiento térmico de cada tipo de módulo LED, y determinar si existen o no diferencias en la generación de calor. Adicionalmente se incorporó un tercer módulo de mayor IRC y una Tcc intermedia, con esto se evaluará la implicancia que pudiese tener en la gestión de calor residual el índice de reproducción de color. Tcc (K)

IRC

2,700 4,000 5,000

75 81 75

Imagen 2, Arreglo modulo LED

B. Ejecución Para los ensayos realizados sobre un modelo de luminaria existente, se utilizó el modelo NKL MD de la empresa ALADDIN LIGHTING, el cual ha sido diseñado para permitir un óptimo desempeño de hasta 4 módulos LED con una circulación de corriente de hasta 1A.

La medición de temperatura se realizó tomando como referencia los puntos de control (Tc) que el fabricante de los módulos indica. Para asegurar que todos los módulos sean sometidos a las mismas condiciones de ensayo, se conectaron en serie a un mismo Driver de corriente continua, y se midió su temperatura a través de Sondas Termopar tipo K fijados con adhesivo térmico Artic SilverTM en los respectivos puntos de medición Tc. La finalidad de este tipo de adhesivo es fijar la sonda sin alterar drásticamente la transferencia de calor, a fin de obtener mediciones fidedignas. Cada módulo LED ha sido desarrollado utilizando los mismos componentes, por lo cual, la resistencia térmica de la placa dada por la distancia entre el punto de juntura de cada diodo LED y el punto de medición Tc y el material con el que ha sido confeccionado el circuito, en todos los casos es el mismo.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 XI. RESULTADOS

El gráfico 1, resume los datos comparativos de las mediciones efectuadas a los módulos dentro de la luminaria modelo NKL, a una corriente de funcionamiento de 1.000A. Tc4000°k (°C)

Ta4000°k (°C)

Tc2700°k (°C)

Ta2700°k (°C)

187

Tras un ciclo de 10 horas de funcionamiento, la sonda Tc2700K promedió 40,6°C, la sonda Tc4000K promedió 41,9°C y la sonda Tc5000K promedió 41,0°C a una temperatura ambiente de 24,40°C promedio. El gráfico 3, resume los resultados obtenidos al analizar el comportamiento térmico de los mismos tres módulos LED a una corriente de 700mA

100 80 60 40 20 0

Tc2700K (°C)

Tc4000K (°C)

Tc5000K (°C)

Ta (°C)

Con la finalidad de aislar y reducir variables que pudieran inferir en los ensayos, se analizó cada módulo de manera individual instalado utilizando los sistemas de disipación especialmente diseñados por la empresa ALADDIN LIGHTING. El grafico 2, resume los resultados obtenidos al analizar el comportamiento térmico de los tres módulos LED a una corriente de 400mA.

50 40 30 20 10 18:30

17:30

16:30

15:30

14:30

13:30

12:30

11:30

10:30

0 9:30

Tras un ciclo de 24 horas de funcionamiento, la sonda Tc2700K promedió 76,7°C, la sonda Tc4000K promedió 77,6°C a una temperatura ambiente de 22,4°C promedio. La diferencia de calor residual generado entre ambos tipos de módulos fue de 0,9° a favor de los módulos de Tc4000K, es decir, estos módulos generaron en promedio 0.9°C más de calor residual que los módulos de Tc2700K.

60

8:30

Gráfico 1

TEMPERATURA TC (°C)

9:00

8:30

18:00

17:00

16:00

15:08

14:08

13:00

12:00

11:00

10:15

9:30

9:00

70

TIEMPO (HRS) Gráfico 3

Tras un ciclo de 10 horas de funcionamiento, la sonda Tc2700K promedió 49,96°C, la sonda Tc4000K promedió 51,83°C y la sonda Tc5000K promedió 50,33°C a una temperatura ambiente de 23,20°C promedio La diferencia térmica entre el modulo que registró menor cantidad de temperatura (medido en grados Celsius) y el que registró mayor cantidad varió de 1,33° a 1,87° en promedio, y cómo es posible observar en los gráficos, en ambos casos se mantuvo la misma relación térmica, es decir, la temperatura mayor fue registrada en el módulo de Tc4000K, seguido del módulo de Tc5000K, y por muy poca variación pero siempre por debajo, el módulo de Tcc2700K. La diferencia en el registro del calor residual generado por el módulo LED Tcc2700K y el módulo LED Tcc5000K, en promedio fue menor a 1° en ambos casos, por ello es que las curvas en el gráfico se tienden a solapar.

XII. DISCUSIÓN

Gráfico 2

La principal preocupación que motiva este tipo de análisis, es asegurar un óptimo rendimiento de los módulos LED utilizados en la producción de luminarias de alumbrado público. El control del calor residual es uno de los factores clave para asegurar que la extensa vida útil que promete este tipo de tecnología se cumpla. En particular, esta información es importante para el diseño y fabricación de equipos de iluminación y en especial a los destinados a ser utilizados en

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

zonas con protección de la contaminación lumínica, ya que, la determinación y caracterización de la variable más crítica para el diseño permitirá entender si es conveniente considerar en la etapa del proyecto de luminarias la selección de módulos LED del tipo Tcc frías, cálida, o si esto es irrelevante. El análisis propuesto no consideró la cantidad de energía luminosa emitida por cada módulo ensayado, y solo se consideró la potencia de entrada cerciorándose que para todos los casos sea lo mismo. Y siendo así, los resultados obtenidos arrojan algunas diferencias leves en el comportamiento de módulos LED cuando la Tcc varía desde valores cálidos a valores fríos, siendo con Tcc más fría cuando se evidenció una mayor cantidad de calor residual. No obstante, estas diferencias pudiesen ser despreciables cuando estamos hablando de bajas corrientes y medición de temperaturas que están muy lejos de los límites máximos recomendados por los fabricantes de LED; en casos contrarios, es decir cuando la temperatura de trabajo está muy cerca del límite recomendado, esto podría inducir a concluir que el trabajar con Tcc cálidas, podría aportar a mejorar el rendimiento térmico, lo que sería contrario a lo esperado. Los resultados preliminares apuntan a que la generación de calor residual en LED con Tcc fría es menor que la generación de calor residual en LED Tcc cálidas, no obstante, se requiere de una mayor variedad de muestras provenientes de otros fabricantes. Futuros análisis, contemplarán estos resultados como hipótesis a trabajar, así como también la relevancia de otros factores. Por otro lado, se ha observado también que al mejorar el IRC, el calor residual generado es mayor, para corroborar esto, será necesario ensayar módulos de iguales características e iguales Tcc pero con distintos IRC. RECONOCIMIENTOS

Los autores agradecen a las empresas SALVI y VOSSLOH SCHWABE. Por su colaboración técnica y bibliográfica, y especialmente a la empresa Chilena Aladdin Lighting SPA, por el respaldo en el desarrollo de este trabajo y al proyecto PIUNT E523 de la UNT. REFERENCIAS [1] [2] [3] [4]

IESNA. (1993). Lighting Handbook. New York, U.S.A.: Publications Department IESNA. Boyce, P., Raynham, P.. (2009). The SLL Lighting Handbook. England: The Society of Light and Lighting. Galleguillos, P.. (2010). Diseño de luminarias para alumbrado público. En Actas del X Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2010 (89-98). Valparaíso, Chile: Facultad Ingeniería, PUCV. Elizalde, J.. (2012). LEDs sí, o LEDs no. En Memorias XI Congreso Iberoamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2012 (14-17). Cartagena de Indias, Colombia: Universidad Nacional de Colombia.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

189

Iluminación inteligente de ciudades Telesforo Pastor Penalva 1- Consultor Eficiencia Energética (España, e-mail: telesforo.pastor@gmail.com)

XIII.

INTRODUCCIÓN

L

a Administración Pública es la principal proveedora de los principales servicios básicos y estratégicos de los ciudadanos, y tiene la obligación de utilizar todos sus medios de una manera eficiente. Este principio no siempre se cumple, y con demasiada frecuencia comprobamos derroche, descoordinación y uso inadecuado de los recursos. Es por ello que ante las necesidades de ofrecer servicios urbanos basados en la energía, como la iluminación, la climatización, la movilidad, el respeto del medioambiente, o la calidad de vida en general. La ciudad inteligente (Smart City) es la nueva oportunidad para la nueva sociedad, conectando los servicios con los ciudadanos, donde la interacción cada vez es más importante. Nuestra obligación es ofrecer soluciones integradas para la prestación de servicios en el siglo XXI

trata de no comenzar nunca la casa por el tejado. Hay que valorar si se cuenta o no con un Plan Director, o un Plan Estratégico, y su grado de cumplimiento, y con los medios humanos, materiales, y económicos para desarrollar el proyecto. Con toda la información dispondremos de una base objetiva para establecer el diagnóstico y proponer las soluciones. Apuntarse a la última moda, sin la información objetiva y el planeamiento adecuado, puede tener un impacto de marketing pero resultar una desafortunada decisión.

XV.

LA ILUMINACIÓN INTEGRADA

El alumbrado público es un servicio más de los que se prestan en las ciudades y necesariamente cada vez tiene que estar más integrado en plataformas horizontales. Vapor de sodio, led, luz blanca o cálida, según donde convenga. Pues además hay que valorar la capacidad de integración e interarcción en un sistema más complejo denominado Ciudad Inteligente. La trastienda o backoffice del alumbrado público tiene que estar respaldado mediante potentes sistemas de información, que tiene que disponer de flexibilidad para establecer reglas de tratamiento y almacenamiento de datos, para compartir los mismos con el resto de servicios y gestionarlos de forma integral. Deben ser compatibles y complementarse con cualquier modelo de datos espaciales basado en sistemas GIS estándar de mercado (como AutoCAD, AutoCADMap, MicroStation, ESRI, Intergraph, o similares), así como con sistemas de ámbito territorial localizado en tecnología abierta Open Source.

XIV.

ANÁLISIS Y DIAGNÓSTICO

Prácticamente no hay ciudades iguales no tampoco soluciones iguales. Es por ello que hay que llevar a cabo un análisis los más completo posible. Desde las horas de sol, el número de habitantes, las características urbanísticas, y otros aspectos como las costumbres sociales y la zonificación por áreas de uso. Disponer del catálogo de servicios públicos, y auditar todos aquellos sobre los que deseamos intervenir. Se

Y disponer de utilidades complementarias a la mera representación de datos sobre la cartografía Google Earth (o similar), disponiendo de herramientas de análisis y exploración de datos sobre los elementos representados, como: 

La creación de mapas de influencia urbana.



Sistemas B.I. (Busissness Inteligence) de contenido analítico sobre Google Earth



Creación de mapas/capas temáticas



Incluir texto descriptivo, enriquecido y HTML

190

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 

Compartir mapas propietarios con otros usuarios y visualizarlos en Google Earth, de forma segura e independiente al contenedor de datos propio del sistema informático.

Disponer de la capacidad de ser un generador de datos públicos en formatos abiertos, para contribuir a la reutilización de la información. Como datos de comercio, culturales, educativos, demográficos, medio ambiente, movilidad, urbanísticos, infraestructuras, bienestar, sanidad y salud pública, seguridad ciudadana, planes de emergencia y desastres naturales. Y tener posibilidad de utilizar la plataforma SEMANCO, que permite la creación de modelos energéticos urbanos, mapeando los flujos de energía a nivel multiescala, creando modelos de edificio-barrio-ciudad, con aplicaciones tan importantes como la integración de consumos reales desde contadores, nivel de renta y necesidades (para determinar la existencia de pobreza energética).

El abanico de posibilidades que permite el alumbrado público tiene un amplio horizonte, un poste o una farola permiten dar luz, y contener elementos propios del servicio comunicados con el Sistema de Gestión, como cámaras de gestión de tráfico y videovigilancia, automatización del manejo de iluminación, gestión semafórica, gestión inalámbrica distribuida (GID), monitorización del servicio en tiempo real, mediciones de tensión y carga, identificación de falta de energía, fase y sobrecarga, lo que permite una capacidad de respuesta inmediata. La monitorización permite conocer la temperatura, la humedad, el movimiento de personas y tráfico, y por supuesto

regular la intensidad del flujo luminoso de cada lugar según convenga. Cualquier fallo es reportado inmediatamente para actuar en su subsanación. Puede programarse la reducción de flujos al 10, 20, 0 30 por ciento, que se reactivan al 100 por ciento cuando los sensores detectan determinado movimiento. Se puede personalizar la iluminación de monumentos, fuentes, rotondas, carriles bici, pasillos peatonales. Un sistema que tiene que estar conectado con el ciudadano para poder interactuar en esta nueva era digital. La elección de transformarse en Ciudad Inteligente conlleva dotarse de un Plan Estratégico a medio plazo para una implantación armonizada y acompasada. Reduciendo la demanda de energía y las emisiones de CO2, así como la limitación de la contaminación lumínica, con un retorno de la inversión en un período de 8 a 12 años. RECONOCIMIENTO

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XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

Capítulo III Sistemas de iluminación Iluminación de espacios interiores y exteriores Iluminación y urbanismo Sistemas de alumbrado público Iluminación de emergencia en áreas clasificadas

191

192

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Iluminación led en autopistas argentinas Pablo Ixtaina, Alejandro Armas, Braian Bannert, Nicolás Bufo Laboratorio de Acústica y Luminotecnia de la Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires LAL CIC1, Argentina – http://www.cic.gba.gov.ar/centros/otros-centros/lal/ pixtaina@yahoo.com Resumen—La irrupción de luminarias leds en el alumbrado vial ha modificado pautas tradicionales de diseño. El cambio tecnológico propone una instalación con mayor costo inicial y menor consumo de energía. Por un lado, la relación de precios entre luminaria led y luminaria tradicional es al menos, 3:1. Por otra parte, la mayor eficiencia energética del led permitiría mantener adecuados niveles de iluminación con menor potencia instalada. En este marco, desde mediados de 2013, las concesionarias viales de las autopistas que integran la Red de Accesos a la ciudad de Buenos Aires (Argentina), junto con las Autopistas Urbanas de la mencionada ciudad, iniciaron un proceso de reconversión de sus sistemas de alumbrado a tecnología led. Enmarcado en una revisión de conceptos de eficiencia y clasificación energética para instalaciones de alumbrado vial, el trabajo presenta los principales resultados de las pruebas de evaluación previa y de las instalaciones reconvertidas, que pueden considerarse como las primeras aplicaciones a gran escala del led en el alumbrado vial de la región. Abstract-- The barrage of leds luminaires in road lighting has modified traditional design rules. An initial more expensive installation with less energy consumption is proposed by the technological change. On one hand, the prices relationship between led luminaries and traditional ones is minimum 3:1. On the other hand, the increase of energy efficacy would give good lighting levels with less installed power. Within this framework, the vial concessionaries of the access network road to Buenos Aires City (Argentina) together with the Urban Motorways began a reconversion to led lighting process. Within the efficiency and energy classification concepts review framework, the paper presents the main results of installation evaluation proofs and the reconverted installation results. These lighting installations can be considered as the first road lighting led applications in the region. I.

INTRODUCCIÓN

L

a Red de Accesos a la ciudad de Buenos Aires (Argentina) comprende cuatro concesiones viales: Acceso Norte, con dos ramales principales, Acceso Oeste, Autopista Ezeiza Cañuelas como ingreso sur y finalmente la Autopista La Plata Buenos Aires que vincula la capital nacional con la provincial. Esta red de autopistas, cuya traza íntegra posee iluminación artificial, se completa con las también iluminadas Autopistas Urbanas de la Ciudad, que la cruzan y la Avenida General Paz, que la circunda. El conjunto involucra alrededor de 400 km de autopistas cuyos sistemas de alumbrado se encuentran en diversas etapas de reconversión.

1 Los autores agradecen a la CIC PBA, donde P.I. es miembro de la Carrera de Investigador Científico y Tecnológico, A.A. y B.B. son profesionales y N.B es personal técnico.

1

En líneas generales, la red está compuesta por instalaciones típicas de autopista, con reserva central (cantero o división tipo “New Jersey”), entre dos y seis carriles por mano, con vanos de entre 50 y hasta 65 m, y alturas de montaje que rondan los 16 m. La iluminación se rige por la normativa nacional: IRAM AADL J 2022-2[1], que sigue a la Recomendación CIE 30.2 [2]. Establece parámetros de calidad en base a luminancias, que se resumen en la Tabla I. TABLA I PARÁMETROS LUMINOTÉCNICOS SEGÚN IRAM AADL J 2022-2 Valores mínimos admitidos Luminancias promedio Nivel inicial Lmed (cd/m2)

UO 1)

Ul

Lmin/Lmed

Lcmín

A

2,7

0,4

B1

2,0

B2 C*

Clase

TI (%)

G

0,7

 10

6

0,4

0,6

 20

5

1,3

0,4

0,6

 15

6

2,7

0,4

0,6

 15

6

Uniformidades

1)

En el caso de calzadas de cinco carriles en un mismo sentido de circulación, se admite Uo  0,36. En seis carriles o más se admite Uo  0,32.

B1 B2 Ul Uo TI G *

Ruta de clase B con entornos iluminados. Ruta de clase B con entornos no iluminados. corresponde a los valores de unif ormidad longitudinal de cada carril (ver el apartado 5.2.2) corresponde a los valores de unif ormidad general (ver el apartado 5.2.3) Incremento del umbral de percepción (ver el apartado 5.5.6). Deslumbramiento molesto (psicoIógico) (ver el apartado 5.5.5). En el caso de utilizar el método de luminancias para la clase C.

Inicialmente, las autopistas argentinas se consideraban calzadas tipo A, estableciéndose 2,7 cd/m2 como luminancia media inicial. A partir del proceso de reconversión led y para el caso de las autopistas urbanas, con limitaciones en la velocidad máxima a 100 u 80 km/h, se adoptó allí la clase B1, con luminancias medias iniciales de 2,0 cd/m2. El proceso de cambio estuvo guiado por estudios lumínicos de campo y pruebas de laboratorio, realizadas por el LAL, Laboratorio Oficial de la provincia de Buenos Aires. Las primeras se basaron en mediciones de luminancia estandarizadas [1], realizadas sobre “zonas testigo”. Éstas se conformaron sobre un tramo recto de ruta, seleccionado por entre otros aspectos, la facilidad para desviar o interrumpir el tránsito, homogeneidad del pavimento, facilidad de acceso. En dicha sección, se reemplazaban las luminarias por aquellas a evaluar, sobre entre cuatro y ocho columnas, adoptándose el vano entre las dos centrales como “área de evaluación”. Estas pruebas, que comenzaron en 2011, junto con las evaluaciones iniciales de las

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 instalaciones ya reconvertidas (2014-2015), conforman la base de datos de performance de luminarias leds en autopistas utilizada en el presente trabajo y que se completa con los estudios fotométricos realizados a las luminarias. II.

LED EN ALUMBRADO VIAL

Podemos resumir los cambios que introduce el uso de luminarias led en alumbrado vial de la siguiente manera:  Incremento en la eficiencia de la instalación.  Luz blanca  Un espectro que permite aprovechar la visión mesópica.  Vida superior de la instalación.  Menores costos de mantenimiento. El primer punto será analizado en detalle en el apartado III, en virtud de los resultados recabados en las campañas de medición realizadas. Está claro que el ítem eficiencia energética es quizá el punto central en los planes de reconversión de instalaciones y la principal promesa del led como fuente luminosa. A.

Luz Blanca

No hay duda que la luz blanca es preferida por los usuarios de los espacios públicos, incluso en el caso de conductores de vehículos (alumbrado vial). En este sentido, la luz blanca del led posee un rendimiento cromático que aventaja en mucho a las fuentes que, por su eficiencia, han sido preferidas en los últimos 20 años para el alumbrado público y vial (sodio alta presión, con luz predominantemente amarilla). La alta reproducción cromática del led permite una excelente percepción de colores en parques, plazas, áreas comerciales, etc., y no hay duda que este punto se torna una ventaja sustancial e irremplazable en entornos urbanos, parques, zonas verdes.

193

a ser preferida, mejore la visión bajo los preceptos del alumbrado vial. B.

Visión Mesópica

El sistema de visión humano tiene dos tipos de receptores en la retina, conos y bastones. Los primeros, son los responsables de la llamada “visión diurna” o fotópica, cuya sensibilidad espectral (estandarizada) V es la base para la definición de luz, con un máximo en 555 nm. Para niveles muy bajos de iluminación, los segundos fotorreceptores (bastones) adquieren protagonismo en la llamada “visión nocturna” o escotópica. La curva de sensibilidad para bastones adopta la misma forma que la fotópica, pero se encuentra desplazada hacia el azul en 55 nm. La visión mesópica es una situación intermedia entre la fotópica y la escotópica, que se da en situaciones de iluminación, que sin llegar a la oscuridad total, tampoco alcanzan a ser la de un día a pleno sol. En el alumbrado vial, los valores luminancias en juego en la visón del conductor, pueden clasificarse como mesópicos [8]. En estas condiciones, el corrimiento de la sensibilidad espectral de ojo hacia el azul, puede generar cierta ganancia perceptiva, gracias al espectro del led, que posee fuertes componentes en esta región. Kostic [9] cuantifica la mejora perceptiva a partir de considerar el incremento de sensibilidad del ojo en visión mesópica. La Tabla II, extraída de su publicación, permite obtener en forma simple la luminancia mesópica equivalente, para una cierta luminancia fotópica (medible), en función de la relación espectro fotópico – escotópico de la fuente (relación S/P). TABLA II LUMINANCIA FOTÓPICA CORREGIDA, CONSIDERANDO VISIÓN MESÓPICA (REFERENCIA S/P 0,65 –SAP-) – TOMADA DE [9]

Photopic luminance (cd/m2)

Sin embargo, buena reproducción cromática no es un sinónimo de “ver bien”. En este punto, debe considerarse la tarea visual y el requerimiento que se le impone al sistema de alumbrado. En alumbrado vial, con eje en la seguridad del tránsito vehicular nocturno, el concepto de “ver bien” está asociado a la detección temprana de obstáculos y orientación adecuada a fin de evitar accidentes. En este sentido, [1] define: “EI alumbrado de calles tiene por objeto facilitar a los participantes del tránsito vehicular el reconocimiento de la superficie de la calzada, sus límites, obstáculos, accesos, cruces, objetos móviles y estáticos sobre ella, de modo de permitir el desplazamiento nocturno con un mínimo de riesgo, facilitando también un rápido drenaje del tránsito”. Caracterizaciones similares pueden encontrarse en bibliografía que puede hoy considerarse clásica [3,4,5]. Tomando como base la definiciones anteriores, numerosos estudios han demostrado que el contraste monocromático o con espectros de iluminación acotados, favorecen la detección de obstáculos, mejorando la sensación de claridad de la calzada [4, 6, 7]. De este modo, no estaría comprobado que la luz blanca, pese

S/P

0.30

0.50

0.75

1.00

1.50

2.00

0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.75 0.85 0.95 1.05 1.15 1.25 1.35 1.45 1.55 1.65 1.75 1.85 1.95 2.05 2.15 2.25 2.35 2.45 2.55 2.65 2.75

0.33 0.32 0.32 0.31 0.30 0.29 0.29 0.28 0.27 0.27 0.26 0.26 0.25 0.25 0.24 0.24 0.23 0.23 0.23 0.22 0.22 0.21 0.21 0.21 0.20 0.20

0.54 0.53 0.52 0.51 0.50 0.49 0.48 0.48 0.47 0.46 0.45 0.45 0.44 0.43 0.42 0.42 0.41 0.41 0.40 0.39 0.39 0.38 0.38 0.37 0.37 0.36

0.80 0.79 0.77 0.76 0.75 0.74 0.73 0.72 0.71 0.70 0.69 0.68 0.68 0.67 0.66 0.65 0.64 0.63 0.63 0.62 0.61 0.61 0.60 0.59 0.58 0.58

1.05 1.04 1.02 1.01 1.00 0.99 0.98 0.97 0.96 0.94 0.93 0.92 0.91 0.91 0.90 0.89 0.88 0.87 0.86 0.85 0.84 0.83 0.83 0.82 0.81 0.80

1.56 1.54 1.53 1.52 1.50 1.49 1.48 1.47 1.46 1.44 1.43 1.42 1.41 1.40 1.39 1.38 1.37 1.36 1.35 1.34 1.33 1.32 1.31 1.30 1.29 1.28

2.05 2.04 2.03 2.02 2.00 1.99 1.98 1.97 1.96 1.95 1.94 1.92 1.91 1.90 1.89 1.88 1.87 1.86 1.85 1.84 1.83 1.82 1.81 1.80 1.79 1.78

194

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

P: Potencia instalada

Para ejemplificar el efecto de la visión mesópica, consideremos una instalación con led blanco frío (S/P  1,85). Según la tabla II, en dicha instalación, una luminancia media de 0,88 cd/m2 tendría el mismo efecto visual que 1,0 cd/m2 logrados con un espectro SAP (S/P = 0,65). La diferencia se vuelve mínima para luminancias mayores, con lo que, si consideramos nuestra norma ([1], Lmed 2,7 cd/m2), la influencia de la visión mesópica es prácticamente despreciable. C.

Vida y Mantenimiento.

Los datos reales que pueden recabarse en este punto tienen un significado relativo, debido a los tiempos de uso relativamente cortos de las nuevas instalaciones. Pensando 3600 h/año para el tiempo de encendido medio de una instalación de alumbrado vial, las reconversiones locales no superarían el 20% de la vida prometida para el led, de 50.000 h. Asimismo, los datos suministrados por los fabricantes (fig. 1, extraída de [10], como ejemplo) se basan en mediciones de relativo corto plazo (5000 h) y extrapolaciones.

H

aN S

aN S Fig. 2. Esquema elemental de la calzada

L = Qo u

LOR L B PLum

(1)

S aN

En (1), u es el rendimiento de la luminaria en la instalación (relación entre flujo luminoso útil y flujo emitido por la luminaria), Qo el coeficiente de luminancia media, LOR es el rendimiento de la luminaria, L es la eficacia de la lámpara, B es el rendimiento del balasto y PLum la potencia de la luminaria.

Fig. 1. Vida y depreciación de módulos led, extraída de [10]

Tomando la fig. 1, y como dato adicional, la vida y depreciación del led dependen fuertemente de la temperatura de juntura dentro de la luminaria real, también difícil de estimar, por lo que el desempeño de las instalaciones actuales darán datos valederos recién en un par de años. III. EFICIENCIA ENERGÉTICA

Considerando el esquema de la fig.2, la luminancia media que produce una luminaria convencional puede obtenerse a partir de (1).

En la luminaria led, la fuente luminosa (módulo led) es inseparable de la luminaria. El rendimiento es conjunto: módulo led, sistema óptico y driver. De modo que la (1) debe reescribirse como (2).

L = Qo u

LUM PLum

(2)

S aN La comparación entonces entre eficiencia de luminaria led frente a luminaria convencional, debe realizarse a partir de confrontar (3) con (4). LOR L B

(3)

LUM

(4)

La tabla III reúne datos típicos de luminarias, lámparas y equipos auxiliares instalados en nuestro país y evaluadas en el LAL.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 TABLA III PARÁMETROS TÍPICOS DE LUMINARIAS CONVENCIONALES

Luminarias - LOR

195

TABLA IV EFICACIAS DE LUMINARIAS CONVENCIONALES

LOR L B

0,75 - 0,85

Lámpara - L

120 lm/W – 140 lm/W

0,75 x 120 lm/W x 0,90

81 lm/W

Balasto - B

0,90 – 0,95

0,85 x 140 lm/W x 0,95

113 lm/W

LOR = 0,75 es el valor mínimo admitido por el programa PRONUREE [11] de Argentina para el financiamiento de instalaciones de alumbrado. Valores más altos se pueden lograr en luminarias con ópticas cuidadas y cierres transparentes. Consideraciones similares valen para el resto de los parámetros. Por ejemplo, 120 Lm/W corresponde a una lámpara de sodio alta presión de uso corriente, 140 lm/W vale para lámparas SAP de última generación y también para las conocidas como “sodio cerámico”, de luz blanca.

Comparando los promedios de los rangos de eficacia para cada tipo de luminaria, se obtiene una ventaja de las luminarias led de alrededor del 7% frente a luminarias con lámparas de descarga. Sobre esta última comparación debe notarse que no necesariamente una luminaria led es sinónimo de la más alta eficacia, ya que coexisten en el mercado distintas tecnologías led, algunas de las cuales resultan en luminarias menos eficientes que las tradicionales con SAP. A.

Con respecto a luminarias led, los datos recabados se resumen en la figura 3.

Eficiencia en la Instalación. Densidad de potencia normalizada

Para cuantificar la eficacia de una instalación se define la densidad de potencia normalizada PN como la potencia instalada por unidad de área de camino (fig.2) en forma relativa al nivel de alumbrado producido.

140 120 Eficacia lm/w

100

P

80

(5)

60 40

En (5), Lm es la luminancia media sobre la calzada, quedando expresada la densidad normalizada en W/m2/cd/m2.

20 2016

2015

2014

2013

2012

2011

0

Fig. 3. Eficacia de luminarias leds

Con respecto a la fig. 3, los datos presentados se corresponden a luminarias medidas en el LAL. Se muestran luminarias comercializadas y también prototipos o pruebas previas que posiblemente no llegaron al mercado. Este comentario vale principalmente para los período 2011/2013. Las barras del diagrama no tienen una correspondencia cierta con una cantidad de luminarias, los valores indicados son los característicos de cada período. La media de pruebas ronda las 15/20 fotometrías anuales, exceptuando 2013, año en que la media fue superada justamente por la asistencia a empresas que ensayaron numerosos prototipos. Si bien la fig. 3 muestra una tendencia creciente para la eficacia de las luminarias leds para el período 2011-2014, se observa una cierta estabilidad actual, con valores entre 90 lm/W y casi 120 lm/W. Para luminarias convencionales ty tomando los valores mostrados en la tabla III, se obtienen las eficacias mostradas en la tabla IV.

Pracki [12] elaboró una propuesta de clasificación energética para instalaciones de alumbrado vial. Su estudio se basó en la simulación, mediante software, de varias alternativas de instalación: dos geometrías, pavimento estándar oscuro y claro, dos formas típicas de distribución luminosa de luminarias y variadas eficacias de lámparas. Las combinaciones logradas generaron un rango de valores posibles de PN, que posteriormente fue utilizado para calificar energéticamente a la instalación. La tabla V, extraída de la referencia citada, muestra el sistema de clasificación propuesto, que califica las instalaciones según su potencia normalizada en siete niveles, desde la mayor eficiencia (clase A) a la menor (clase F). TABLA V CLASIFICACIÓN EN FUNCIÓN DE LA POTENCIA NORMALIZADA

Clase de eficiencia energética A B C D E F G

La mayor eficiencia energética Muy eficiente Eficiente Eficiencia intermedia Poco eficiente Muy poco eficiente La menor eficiencia energética

PN [W/m2/cd/m2] <0,2 0,2 – 0,4 0,4 – 0,6 0,6 – 0,8 0,8 – 1,0 1,0 – 1,2 >1,2

196

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 REFERENCIAS

B.

Potencia Normalizada en Autopistas Argentinas.

En la tabla VI se muestran potencias normalizadas obtenidas a partir de evaluaciones de luminancias en las autopistas de ingreso y urbanas de la ciudad de Buenos Aires (Argentina) ya citadas. TABLA VI CLASIFICACIÓN EN FUNCIÓN DE LA POTENCIA NORMALIZADA Autopista

Lmed [cd/m2]

Pot/col [W]

Densidad de potencia normalizada [W/(m2cd/m2)]

Led 1

2.30

416

0,29

Led 2

3,79

270

0,23

Led 3

2,15

570

0,32

Led 4

2,11

570

0,38

Sodio 400 1

4,34

440

0,27

Sodio 400 2

2,32

880

0.36

Sodio 400 3

5,20

880

0,33

Todas las evaluaciones se realizaron según los métodos estandarizados por [1]. Se incluyen instalaciones led reconvertidas en el período 2013/2015 (mediciones en estado inicial) y valores típicos de las mimas instalaciones con iluminación tradicional (sodio alta presión). Estas últimas mediciones se corresponden con sistemas depreciados. La totalidad de las evaluaciones consideradas contemplaban, para el caso led, estaciones que mantuvieron los mismos parámetros geométricos (vanos, alturas de montaje, etc.) esto es, la reconversión solo incluyó recambio de luminarias. Se observa que todas las instalaciones mantuvieron una clasificación tipo “B” – “Muy eficiente”, sin embargo, el uso de leds no generó grandes diferencias en la potencia normalizada. Existe una caso incluso, que la eficiencia empeoró con el uso de leds.

IV. CONCLUSIONES

El uso de leds en autopistas no está evidenciando un sustancial incremento en la eficiencia energética. En este sentido, la mejora del 7% promedio encontrada para la eficacia de las luminarias led, no se pone de manifiesto en las instalaciones estudiadas, que mantienen prácticamente sin cambios el índice PN. Las nuevas instalaciones reducen el consumo energético a partir de niveles medios más cercanos a los reglamentados [1], lo que marca una tendencia a reforzar el control del sobredimensionamiento. RECONOCIMIENTOS

Los autores agradecen a la CIC PBA, donde P.I. es miembro de la Carrera de Investigador Científico y Tecnológico, A.A. y B.B. son profesionales y N.B es personal técnico.

[1] Instituto Argentino de Racionalización de Materiales, IRAM AADL J 20222, Alumbrado Público, Vías de Tránsito – Clasificación y Niveles de Iluminación. Buenos Aires, 1995 [2] Publication CIE Nº 30-2 (TC-4.6), Calculation and measurement of luminance and illuminance in road lighting. Vienna, 1982. [3] J. De Boer, M. Cohu, D. Schreuder, Public Lighting. Philips Technical Library, The Netherlands, 1967. [4] W. van Bommel, J.de Boer, Road Lighting, Philips Technical Library, The Netherlands, 1982. [5] A. Erbay, Reflection properties of road surfaces. ILTUB, Berlin, 1974. [6] Boer, J.B. Investigations on the influence of colour of light on vision in road. Zentralblatt fur Verkehrs-Medizin, Verkehrs Psychologie, Vol.6, 1960. [7] Blackwell, O.M., Blackwell, H.R. A proposed procedure for predicting performance aspects of roadway lighting in terms of visibility. Journal of IES, vol.6 p. 148, 1977. [8] Moon, P. The Scientific Basis of Illuminating Engineering. McGraw Hill Company, London, 1936. [9] AM Kostic, MM Kremic, LS Djokic and MB Kostic, Light-emitting diodes in street and roadway lighting - a case study involving mesopic effects, Lighting Research and Technology 2013 45: 217 [10] http://www.cree.com/ [11] http://energia3.mecon.gov.ar/contenidos/verpagina.php?idpagina=3102 [12] P. Pracki, “A proposal to classify road lighting energy efficiency”, Lighting Res. And Technol. Vol 43, p271-280, 2011.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

197

Efectos de la iluminación LED en el coeficiente de luminancia Pablo Ixtaina, Braian Bannert, Ayelen Gallardo Laboratorio de Acústica y Luminotecnia de la Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires LAL CIC1, Argentina – http://www.cic.gba.gov.ar/centros/otros-centros/lal/ pixtaina@yahoo.com Resumen—El trabajo analiza los efectos del espectro de la iluminación led en la reflexión de la luz sobre las calzadas. Tomando como eje la mejora en la aplicación de la Técnica de Luminancia para el alumbrado vial, se estudió la influencia del espectro de la luz incidente en el coeficiente de luminancia medio Qo, asimilable al “grado de claridad” de la calzada. Los resultados obtenidos permiten inferir cierta “selectividad espectral” en la reflexión de la luz blanca del led en las calzadas analizadas, pertenecientes a autopistas de zonas aledañas a la ciudad de Buenos Aires (Argentina). Esta “selectividad” se manifestó por un perceptible incremento del coeficiente Qoo para instalaciones con iluminación led, frente a las mismas calzadas iluminadas por tradicionales lámparas de sodio alta presión. El trabajo se complementa con mediciones de reflexión espectral de probetas de superficies de calzada, evaluadas para las condiciones de observación e iluminación estandarizadas.

distribución de iluminancias. Por ser Qo una propiedad determinada principalmente por el tipo de mezcla asfáltica o el tipo de hormigón, además de los métodos constructivos usados, su valor puede cambiar regionalmente o por zonas. Este efecto ya fue evidenciado para concretos asfálticos de una misma área, con diferentes compuestos o técnicas de aplicación [1]. Resulta entonces de interés estudiar si este “grado de claridad” puede cambiar con el espectro de la luz usada en el sistema de iluminación. Particularmente y a la luz de los cambios tecnológicos actuales, el presente trabajo se centrará en posibles efectos de “selectividad espectral” que influencien la reflexión de la luz blanca del led.

Abstract--The effect of led light spectra on road surfaces reflection is analyzed in the present paper. The application improvement of Luminance Technique for road lighting is the central orientation of this work and for that the influence of light spectra on average luminance coefficient Qo, which can represent the “road surface lightness”, was studied. The obtained results show a “spectral selectivity” for white led light in the analyzed road surfaces, belonging to Buenos Aires City (Argentina) motorways. This “selectivity” resulted in an appreciable increase of luminance coefficient Qoo for led lighting installations, compared with traditional high pressure sodium lamps installations. Additionally, the work presents spectral road surface measurements on road samples, evaluated under standard observation an illumination conditions.

La luminancia L de una superficie elemental S sobre la calzada (fig. 1), queda determinada por (1):

A.

Coeficiente de luminancia.

,

L

q α, β, δ, γ cos γ

I(C,) es la intensidad luminosa de la luminaria en dirección al punto en el que se calcula la luminancia, H la altura de montaje de la luminaria y q es el coeficiente de luminancia del pavimento.

  

I.

INTRODUCCION

E

n alumbrado vial, la percepción visual del conductor está condicionada por la distribución de luminancias sobre la calzada de la ruta iluminada. En este modelo del fenómeno de visión, conocido como Técnica de Luminancia, las propiedades de reflexión de la superficie del camino se caracterizan por medio del coeficiente de luminancia “q”, factor de proporcionalidad, para cada punto de la calzada, entre su iluminancia y la luminancia reflejada en la dirección de observación. La integral del coeficiente de luminancia “q” sobre un ángulo sólido que subtienda a un elemento de calzada, se denomina coeficiente de luminancia medio Qo, factor útil para evaluar el grado de “claridad” de la superficie del camino. El Qo del pavimento repercute directamente en la eficiencia energética de la instalación. Un pavimento “más claro” generará mayores luminancias en dirección al observador para una misma

(1)



S 

  



  

O Fig. 1. Geometría básica para el análisis de la visión en rutas.

198

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

El coeficiente de luminancia depende enteramente de la superficie del camino: material de base, composición del aglutinante, método de aplicación, textura final, tiempo de uso, etc. Lejos de ser una constante, su valor depende de las posiciones del observador y de la fuente luminosa con respecto al punto que se considera. Los estudios demostraron que una simplificación válida es fijar los ángulos de observación: se ha estandarizado la línea de visión del conductor paralela al eje del camino ( = 0º) y su elevación tal que incide sobre el punto de visión con una inclinación  = 1º. De este modo, las condiciones estandarizadas para visión en ruta consideran a q dependiente solo de  y  [2]. Si E es la iluminancia puntual sobre la calzada, (1) puede re escribirse como: L

q β;  E

sodio alta presión y se respetaron las siguientes reglas:  Los datos recabados se agruparon por tramos o secciones con el mismo tipo de asfalto (composición y técnica de aplicación).  Se consideraron solamente períodos sin recapados o cambios de superficies.  La instalación de alumbrado se mantuvo sin cambios para cada zona evaluada, exceptuando tareas de limpieza, reparaciones y cambios de lámparas. La fig. 2 muestra un ejemplo de relación luminancia iluminancia de una sección evaluada. Para los casos estudiados se evidenció una clara correlación E – L que justificó la definición y el uso de Qoo.

(2) 6.0

El coeficiente de luminancia cumple la función de factor de proporcionalidad, para cada punto de la calzada, entre iluminancia y luminancia. Con este sentido, se define el coeficiente de luminancia medio Qo, que cuantifica el grado de “claridad” de la superficie del camino: 

qd 

(3)

El coeficiente Qoo

Si se cuenta con una cantidad suficiente de evaluaciones simultáneas de luminancias e iluminancias puntuales en varias secciones de una vía de tránsito, es posible utilizar el factor Qoo, relación entre luminancia media e iluminancia media, como una aproximación empírica al grado de claridad de la calzada: Q

4.0

3.0

2.0

1.0

En (3), o representa el ángulo sólido que subtiende al elemento s de la fig. 1. Tal como se comentó en los párrafos precedentes, mayores valores de Qo, asociados con pavimentos más “claros”, permitirán obtener un incremento de la luminancia media, para un mismo sistema de iluminación (aumentando así la eficiencia de la instalación). B.

Luminance Lav [cd/m2]

Q

5.0

0.0 0

10

20

30

40

50

60

70

Illuminance Eav [lx]

Fig. 2. Ejemplo de relación luminancia – iluminancia (extraída de [1])

Comparando las distintas secciones o tramos estudiados, pueden observarse diferencias sustanciales en el grado de claridad de sus pavimentos. Asimismo, el estudio muestra una notoria discrepancia entre los Qoo de los pavimentos reales y el Qo del pavimento estándar de la CIE R3, empleado como referencia casi exclusiva en los diseños locales. La fig. 3 resume los resultados obtenidos en el estudio citado. En ella, M1, M2, etc. corresponden a distintos sectores o autopistas con pavimentos homogéneos.

(4)

Aunque no existe ninguna relación teórica entre las definiciones de Qo y Qoo, la baja dispersión obtenida en el análisis de un número importante de evaluaciones de luminancia e iluminancia, permite suponer un buen desempeño de este coeficiente como indicador del grado de claridad de la calzada [1,3]. El estudio descripto en [1] verificó diferencias de importancia en el “grado de claridad” de las calzadas de las autopistas de acceso y urbanas de la ciudad de Buenos Aires (Argentina). Dicho trabajo tuvo como base más de 300 evaluaciones simultáneas de luminancia e iluminancia, efectuadas en autopistas cercanas a la ciudad de Buenos Aires (Argentina), para el período 1998 -2012. Todas las mediciones se llevaron a cabo siguiendo procedimientos estandarizados según la recomendación argentina [4]. Las instalaciones estudiadas utilizaban lámparas de vapor de

Fig. 3. Valores de Qoo (extraída de [1]) II.

GRADO DE CLARIDAD BAJO ILUMINACIÓN LED

El presente estudio tiene como objeto verificar si existe algún cambio en el coeficiente de luminancia medio atribuible a la luz

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

199

blanca del led. En otras palabras, se busca algún tipo de selectividad espectral en la reflexión sobre la calzada. A.

Antecedentes.

Ekrias [5] estudió la reflexión espectral de once tipos de compuestos asfálticos de Finlandia, combinando muestras de superficies “naturales” y con agregados de pigmentos colorantes o para clarificarlos. Sus mediciones se basaron en muestras circulares, de 100 mm de diámetro, ángulos de incidencia = 20º y elevación =55º. El ángulo de observación  fue de 35º, mayor al estándar CIE de 1º. La fig. 4 permite observar algunas de las muestras empleadas en dicha investigación. En la imagen se puede observar un tamaño de piedra importante, con una proporción de compuesto asfáltico aglutinante notoriamente menor a la de los pavimentos en uso en nuestro país. Asimismo, algunas de las muestras presentaban una tonalidad rojiza, fruto posiblemente de los agregados colorantes.

Fig. 4. Muestras de pavimentos empleadas en [5]

La tonalidad mencionada se pone de manifiesto en los espectros obtenidos por Ekrias, que evidencian un ligero incremento en su reflectancia hacia la zona roja del espectro. Los estudios de Adrian [6] muestran resultados similares. En este caso las muestras estudiadas fueron concretos asfálticos y hormigones, sin especificación del uso de algún tipo de agregado colorante. La fig. 5, extraída de [6] muestra un crecimiento en la reflectancia para longitudes de onda crecientes, similar al encontrado en [5].

Fig. 6. Estudios Herol (EEUU). Pavimento C, con más de 10 años de uso.

B.

Qoo con Iluminación Led

Siguiendo el modelo de experiencia descripta en [1], se analizaron mediciones simultáneas de luminancia e iluminancia en instalaciones de autopistas con iluminación led, extraídas de la base de datos del Laboratorio para el período 2013 – 2016. Los casos evaluados fueron instalaciones reconvertidas a led (15 áreas de medición) y pruebas de artefactos leds. Estas últimas se basaron en la medición de tramos “testigos”, conformados por el reemplazo de al menos las luminarias de 4 columnas consecutivas de un sector de autopista. El área de evaluación se ubicó en el vano central (5 casos). Todas las pruebas consideradas tenían su correlato con artefactos con sodio alta presión y se encontraban contabilizadas en el estudio [1]. Asimismo, se cuidó de incluir solo aquellas áreas de evaluación sin cambios extremos en la carpeta de rodamiento. La tabla 1 resume los casos analizados: TABLA I INSTALACIONES LEDS EVALUADAS

Autopista

Áreas evaluadas

Qoo (medio) [cd/m2lx]

Incertidumbre estándar [cd/m2lx]

La Plata Bs As Tramo1

8

0,0860

0,006

La Plata Bs As Tramo2

4

0,1080

0,010

Urbanas Bs As

6

0,0828

0,005

Panamericana

2

0,0640

‐‐‐‐

Siguiendo [8], la incertidumbre estándar, considerando solo la atribuible a la componente tipo A, fue evaluada como: Fig. 5. Resultados de los estudios espectrales de Adrian.

Estudios americanos [7] exhiben un incremento en la reflectancia hacia el rojo mayor, más notorio en superficies desgastadas por varios años de uso (fig. 6). Es interesante notar la coincidencia entre estudios de lugares distantes (EEUU – Europa) pese a la alta influencia regional en la composición del pavimento y al uso o no de colorantes agregados.



 √

(5)

Pese a que los casos considerados fueron acotados, la incertidumbre resultó del mismo orden de magnitud que en el estudio [1], por lo que las estimaciones de Qoo para iluminación led pueden considerarse representativas de cada tipo de pavimento. Una excepción a este comentario es el último caso, con solo dos mediciones, que se incluye solo a título ilustrativo.

200 C.

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 Resultados

La fig. 7 muestra las relaciones luminancia media – iluminancia media, para cada una de las secciones estudiadas.

superficies iluminadas con lámpara de sodio, con respecto al mismo pavimento bajo luz blanca (mercurio alta presión). Por otra parte, no podemos afirmar que los pavimentos europeos o estadounidenses de las investigaciones citadas sean comparables a los actualmente en uso en Argentina y que fueron objeto del presente estudio. La fig. 9 muestra probetas de tales calzadas, del tipo “drenante”. Se puede observar una granulometría y color distintos de los presentados en la fig. 4. Está claro que la comparación entre fotografías tiene solo un relativo valor descriptivo, pero muestra para las superficies locales una densidad (al menos superficial) mayor de aglutinante y menor tamaño de piedras. Asimismo, las imágenes no muestran evidencias de tonalidades rojizas.

Fig. 7. Relación luminancia / iluminancia para los tramos leds estudiados.

En la fig. 8 se comparan, para cada zona, los valores de Qoo obtenidos con iluminación tradicional (sodio alta presión) y las nuevas luminarias leds.

Fig. 9. Muestras (probetas) de superficies drenantes, similares a las calzadas de las autopistas estudiadas. III. ESTUDIO ESPECTRAL

A.

Esquema de medición

Se trabajó sobre una probeta, similar a las mostradas en la fig.9, de dimensiones estandarizadas para evaluación de muestras [2], montada en el equipo para la medición de la tabla-r del LAL (Reflectómetro de muestras). La fuente luminosa se ubicó en =0º, utilizando tres ángulos de incidencia vertical:  = 0º, 15º y 30º. El espectro reflejado por la muestra se registró con un espectrómetro Avantes Starline, AvaSpec 2048 [9], con ángulo de observación estándar CIE, =1º. Fig. 8. Comparación del Qoo obtenido para instalaciones con sodio alta presión y leds.

Los resultados obtenidos indican un aparente incremento en el “grado de claridad” de cada superficie de calzada para el espectro de la luz led. En un primer análisis, este resultado es coincidente con los antecedentes antes mencionados, al menos en el hecho cualitativo de influencia del espectro de la fuente en la reflexión media del pavimento, en otras palabras, que la reflexión no puede considerarse acromática. Sin embargo, no es claro el vínculo entre el incremento de Qoo para el espectro led, con la tonalidad “rojiza” de los pavimentos estudiados por Ekrias, Adrian y Herold. Esta tendencia, combinada con el espectro predominantemente azul del led, induce a pensar en un resultado opuesto al encontrado en nuestro estudio. Coherente con este último razonamiento, en [5] se menciona una mejora en Qo para

La fig. 10 muestra un esquema del sistema de medición, las figs. 11 y 12 aspectos de la experiencia.

 Fuente Detector

Muestra

Fig. 10. Esquema del sistema de medición.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

201

120

100

80

60

40

20

0 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

‐20

Fig. 14. Espectro de la fuente led.

Fig. 11. Aspectos de la experiencia. Detector

B.

Resultados

La comparación de los espectros directos y reflejados se efectuó a partir de re escalarlos a valores porcentuales de sus respectivos máximos. La superposición de ambas curvas debería indicar (en el caso de no coincidencia) la zonas con diferencias en absorción espectral. La fig. 15 compara los espectros para lámpara SAP, con incidencia  de 30º y es representativa de  0º y 15º. Se ha puesto énfasis en la región del espectro con mayores diferencias, destacándose la región 560-580nm y 590-630 nm, que presentan una absorción mayor que en el resto del espectro. 120

100

Fig. 12. Aspectos de la experiencia. Muestra

Se compararon dos fuentes luminosas. Por un lado, una lámpara de sodio alta presión, del tipo tubular clara, cuyo espectro se muestra en la fig. 13.

80

60

40

120 20

100 0 550

570

590

610

630

650

670

690

80 ‐20

Fig. 15. Espectro directo y reflejado para SAP

60

En las zonas mencionadas, el cociente de ambas curvas (que debería centrarse en 1, por el re escalado), tiene tendencia a situarse en la inmediaciones de 0,9, lo que indicaría una absorción un 10 % mayor en esta parte del espectro (fig. 16).

40

20

0 400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

‐20

Fig. 13. Espectro de la lámpara SAP

Como fuente led se empleó una placa con componentes SMD, sin lente refractora, características cromáticas x= 0,362, y= 0,366, CCT= 4500 K. Su espectro se muestra en la figura 14.

202

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 medición: = 1, = 0 y = 30), se calcularon los factores F1 y F2 proporcionales a la emisión y reflexión fotópica y definidos como:

2 1.8 1.6 1.4

F1

Gdir λ V λ dλ

(6)

F2

Gref λ V λ dλ

(7)

1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 550

570

590

610

630

650

670

690

En (6) y (7) V(λ) es la curva de sensibilidad espectral normalizada del ojo y G(λ) son los espectros medidos, “dir” directo y “ref” reflejado por la muestra en las condiciones ya mencionadas. La fig. 19 muestra a modo de ejemplo, Gref(λ), V(λ) y el producto, para el caso de lámpara de sodio.

Fig. 16. Relación espectro reflejado/directo 1.2

La fig. 17 muestra superpuestos los espectros directos y reflejados para la fuente led. Exceptuando una pequeña diferencia en la región 450 – 500 nm y en torno a 650 nm, ambas curvas parecen superpuestas, mostrando discrepancias menores que para el caso del sodio. La fig. 18, que presenta la relación espectro reflejado a directo, muestra con más detalle este fenómeno.

1

0.8

0.6

0.4

0.2

120 0 200

100

300

400

500

600

700

800

900

‐0.2

Fig. 19. Espectro SAP reflejado y curva V(λ)

80

60

La Tabla II resume los resultados de los cálculos realizados. Se observa una diferencia a favor del reflejo led (“ganancia”) cercana al 4% para el pavimento estudiado, para las condiciones de observación e iluminación ya enunciadas.

40

20

0 400

450

500

550

600

650

TABLA II RESULTADOS COMPARACIÓN FOTÓPICA

700

‐20

Fig. 17. Espectro directo y reflejado para Led Diferencia relativa (F2‐F1/F1)

Espectro 2

Sodio directo

25,00

Sodio reflejado

23,52

Led directo

85,30

Led reflejado

83,49

1.8

Ganancia Reflejo led a sodio

‐5,92 %

1.6

3,8 %

1.4 1.2

‐2,12 %

1 0.8 0.6 0.4

IV. CONCLUSIONES

0.2 0 450

500

550

600

650

Fig. 18. Relación espectro reflejado/directo

En la zona visible del espectro, la fig. 18 muestra una línea de tendencia muy cercana a 1. Para valorar el efecto “fotópico” de estas diferencias y poder cuantificar con un número único, representativo de la reflexión media en la zona visible (valor válido solo para las condiciones de

Los resultados encontrados son coincidentes con estudios previos realizados en este laboratorio y las investigaciones realizadas en Europa y EE.UU en cuanto a la existencia de una suave dependencia del reflejo en calzadas con el espectro de la luz incidente. Esto implica una leve coloración hacia el verde rojo, que surge en todos los estudios a pesar de las diferentes técnicas de investigación empleadas y el tipo y composición de los asfaltos estudiados.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 El estudio con calzadas reales, en uso en la zona metropolitana de Buenos Aires (Argentina) permitió correlacionar esta “selectividad espectral” con un incremento (ganancia) en el grado de claridad cuando se ilumina con leds frente al espectro del sodio alta presión. Las mejoras de Qoo encontradas en autopistas resultaron del orden de un 20% promedio, mientras que en el estudio espectral sobre una muestra, el incremento pudo estimares en alrededor de un 4%. Aquí debe mencionarse que en este último caso se trató de una muestra de un pavimento no necesariamente igual a los reales en uso actualmente. Sin embargo, la coincidencia en al menos la tendencia, indica un nuevo punto a favor de la tecnología led y su vínculo con la eficiencia energética.

RECONOCIMIENTOS

Los autores agradecen a la CIC PBA, donde P.I. es miembro de la Carrera de Investigador Científico y Tecnológico, B.B. es profesional y A.G. es becaria interna del LAL. REFERENCIAS [1] Ixtaina, Pablo R; Vidal, Pedro A., Road Surface Lightness and Energy Efficiency inroad Lighting, 12th European Lighting Conference “LUX EUROPA 2013, Poland, 2013. [2] Publication CIE Nº 30-2 (TC-4.6), Calculation and measurement of luminance and illuminance in road lighting. Vienna, 1982. [3] Ixtaina P, Armas A, Bannert B, Use Effects on the Reflection of Macro Textured Surfaces. Journal of Applied Engineering Sciences ISSN: 22473769 / e-ISSN: 2284-7197, VOL(6), ISSUE 1/2016, pp51-56, May 2016. [4] Instituto Argentino de Racionalización de Materiales, IRAM AADL J 2022-2, Alumbrado Público, Vías de Tránsito – Clasificación y Niveles de Iluminación. Buenos Aires, 1995J. [5] Ekrias A, Ylinen A, Eloholma M, Halonen L, Effects of Pavement Lightness and Colour on Road Lighting Performance.CIE International Symposium on road surface photometric characteristics: Measurement Systems and Results, Italy, 2008 [6]Adrian W.,Jobanputra R, Influence of Pavement Reflectance on Lighting for Parking Lots. Portland and Cement Association, PCA R&D Serial No 2458, 2005. [7] Herold, M. Remote Sensing of Impervious Surfaces, Ch. 12 - Spectral Characteristics of Asphalt Road Surfaces, Wageningen University, DOI: 10.1201/9781420043754, 2007. [8] International Organization for Standardization ISO, “Guide to the expression of uncertainty in measurement”, Switzerland, 1993. [9] http://www.avantes.com/products/spectrometers/starline

203

204

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

EVALUACIÓN DEL RIESGO DE DETERIORO EN MUSEOS PROVOCADO POR LA ILUMINACIÓN Mario Raitelli, Daniel Vásquez Molini2 1- Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión - Universidad Nacional de Tucumán - Argentina mraitelli@herrera.unt.edu.ar 2- Facultad de Óptica y Optometría - Universidad Complutense de Madrid - España - dvazquez@ucm.es Resumen— Se describe una metodología para calcular el aporte de radiación ultravioleta (UV) en iluminación de interiores, que permite sustituir la medición instrumental. Bajo la hipótesis de que las leyes de la energía radiante son válidas tanto para el rango visible como para el UV, la propuesta consiste en calcular parámetros radiométricos empleando procedimientos desarrollados para calcular radiación luminosa. Los resultados se validan con comparaciones entre valores calculados y medidos, que conducen a diferencias menores al 10%. Se hacen análisis de parámetros, fotométricos y radiométricos, para evaluar el riesgo de daño en museos por radiación UV. Los estudios se realizaron sobre un modelo a escala, -con alumbrado artificial y natural. Abstract— A methodolgy aimed to estimate levels of ultraviolet radiation (UV) in interior lighting is presented. Based on the hyphotesis that radiant energy´s laws are valid for both, visible and UV spectrums, the proposal allows to replace measurements and involves radiometric analyses employing a software developed to make photometric calculations. The procedure is validated through comparisons between measured and calculated values, which lead to differences less than 10%. The analyses involved electric lighting and dayligthing and were carried out on a scale model of an interior space, with the aim to make UV risk assessment in museums. I.

E

INTRODUCCIÓN

n museos y lugares donde se exhiben o se trabaja con objetos sensibles, éstos pueden resultar eventualmente expuestos por accidente o negligencia- a condiciones de iluminación que ponen en riesgo su integridad; por ejemplo, a niveles excesivos de radiación por incidencia solar directa. A fin de evitar daños, se establecen valores límites de iluminancia y dosis admisibles en función de la sensibilidad de los materiales [1]. Sin embargo, por lo general no se especifica cómo determinar esos parámetros. En la práctica museológica es importante evaluar el riesgo de daño; para lo cual se debe controlar -entre otras variables físicas y ambientales- las radiaciones luminosa y UV. Esto se hace con mediciones y registros continuos en áreas de exhibición y almacenaje y frecuentemente, también en sectores próximos. Para estas tareas se necesita instrumental y equipos especiales y de elevado costo; lo cual constituye una seria limitación para muchos museos latinoamericanos [2]. En luminotécnica, una alternativa menos onerosa -y que permite determinaciones bastante aproximadas a los valores obtenidos con mediciones- consiste en calcular las variables involucradas. Sin embargo, esta estrategia requiere de: un

procedimiento de cálculo, el conocimiento de la emisión espacial de las fuentes de luz y las propiedades de reflexión y transmisión de los materiales que la radiación encuentra cuando es emitida en un espacio interior. Para la radiación luminosa se han desarrollado herramientas de cálculo simples, algunas incluso, son de libre disponibilidad en Internet. No ocurre lo mismo para la radiación UV. La dificultad radica principalmente en la necesidad de contar con los factores de reflexión y transmisión antes mencionados. En este trabajo se describe una metodología para calcular el aporte de radiación UV de la iluminación de espacios interiores, que permite sustituir la medición instrumental. La misma consiste en determinar parámetros UV utilizando procedimientos desarrollados para calcular la radiación luminosa. La hipótesis es que las leyes de la energía radiante son válidas tanto para el rango visible como para el UV. Se analiza también la posibilidad de evaluar el riesgo de daño por radiación UV, redefiniendo para ese rango, parámetros empleados en luminotecnia; como por ejemplo, el factor de utilización y algunas métricas de alumbrado natural. II.

METODOLOGÍA

La metodología consistió en comparar los valores de parámetros fotométricos y radiométricos, determinados en un modelo a escala de un espacio interior, mediante mediciones y cálculos; estos últimos, utilizando el programa de diseño de iluminación Relux Pro, versión 2016 [3]. Los estudios se efectuaron con iluminación artificial y natural. A. Modelo a escala El modelo utilizado en los análisis se describe en la figura 1. Se trata de un paralelepípedo de base rectangular, con una abertura cenital de 10 cm x 6 cm que fue empleada para montar la fuente de iluminación artificial y como claraboya, respectivamente. En el piso se dispuso una grilla de análisis de 4x4 puntos. B. Fuente de iluminación artificial Para los análisis con luz artificial se empleó una luminaria fluorescente tubular (FLT) con lámpara de 20 W (figura 2) que tiene una banda de emisión en el intervalo 350-400 nm (es decir, dentro del rango UV-A) como se puede ver en su curva de emisión espectral presentada en la figura 3.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 Figura 1: Modelo utilizado para los análisis. Las 6 superficies son del mismo

205

315-390 nm. En las figuras 5 y 6 se muestran las curvas promedios obtenidas para los planos acimutales longitudinal, transversal y a 45°. Además, las DIL y DIR se editaron en formato fotométrico electrónico estándar IES [4] a fin de ser utilizados en los cálculos mediante software.

material y color y por lo tanto, tienen el mismo factor de reflexión.

Figura 4: Goniómetro tipo B empleado para medir las DIL y DIR de las luminarias de la figura 2.

Figura 2: Luminaria FLT de 20 W utilizada para los análisis. Se indican también los ejes de los planos acimutales longitudinal, transversal y a 45° donde se realizaron las mediciones de intensidad luminosa y radiante.

Figura 5: Curvas DIL polares de la luminaria de la figura 2

Figura 3: Curva de emisión espectral de la lámpara utilizada para los análisis fotométricos y radiométricos.

C. Software de cálculo Para realizar cálculos fotométricos con el programa Relux Pro es necesario contar con la distribución espacial de intensidades luminosas (DIL) de la fuente utilizada, y las reflectancias medias en el rango visible (vis) de las superficies del local. Correspondientemente, para cálculos radiométricos se debe reemplazar la DIL por la distribución espacial de intensidades radiantes (DIR) y vis, por la reflectancia media en el rango UV (uv). Figura 6: Curvas DIR polares de la luminaria de la figura 2 III.

MEDICIONES

A. Fotometría y radiometría de la fuente de iluminación Las DIL y DIR de la luminaria utilizada como fuente se determinaron con un goniómetro tipo B (figura 4), empleando como sensores, un fotómetro Minolta T-1M y un radiómetro International Ligthing IL1400A, con rango de medición entre

En las las figuras 5 y 6 se puede ver la similitud de formas de las curvas DIL y DIR; lo que indica que -espacialmente- las radiaciones visibles y UV se comportan de la misma manera. B. Reflectancias medias vis y uv de las superficies La reflectancia media para el rango visible (vis) de las

206

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

superficies del modelo, se calculó a partir de su reflectancia espectral (figura 7) la cual que se midió con un espectroradiómetro Ocean Optics, modelo JAZ-EL350. El valor obtenido es vis = 52.48 %.

Figura 7: Reflectancia espectral de las superficies del modelo y valor medio para el rango visible (vis).

Para estimar la reflectancia media uv, en primer lugar se midió la irradiancia energética media (Eemed), en la grilla de análisis del modelo. El resultado fue 7.23 W/cm2. La medición se realizó con el mismo instrumento utilizado para obtener la DIR de la luminaria. A continuación, se empleó el programa Relux Pro, y la DIR obtenida en el punto anterior, para determinar la función Eemed=F(uv); es decir la irradiancia energética media en función de la reflectancia uv (figura 8). Finalmente, utilizando la función Eemed=F(uv) y Eemed (7.23 W/cm2), se determinó el valor de uv ~ 7.8 %, como se muestra

Los flujos luminoso y radiante UV totales emitidos por la fuente utilizada para los análisis fueron determinados empleando el método del diagrama zonal [5]. Los valores resultantes son 13.18 lúmenes y 5.88 mW, respectivamente, como se indica en la figura 9. Figura 9: Diagramas zonales para la determinación de los flujos luminoso (eje izquierdo de ordenadas) y radiante UV (eje derecho de ordenadas) de la luminaria utilizada para la iluminación artificial.

En la figura 9 se aprecia que la forma de los diagramas zonales luminoso y UV es similar (lo cual se puede deducir por la similitud de las curvas DIL y DIR que se muestran en las figuras 5 y 6). También se muestra la emisión UV relativa de la fuente (446.1 W/lm). B. Determinación de parámetros fotométricos y radiométricos Empleando el sotware Relux Pro con los archivos DIL y DIR en formato IES obtenidos en el punto D de la sección III, se realizaron cálculos de valores de iluminancia (E) e irradiancia energética (Ee) en la grilla de análisis descripta en la figura 1. Los resultados se muestran en las figuras 10 y 11, junto con los valores medios y la diferencia promedio entre las mediciones y los cálculos.

en las figuras 8. Figura 8: Obtención de uv medio, a partir del valor medido de Eemed.

El procedimiento para estimar uv fue validado mediante una determinación adicional de vis con el mismo método, obteniéndose una diferencia de 5% con respecto al valor indicado en la figura 7. IV. ANÁLISIS COMPARATIVOS CON ILUMINACIÓN ARTIFICIAL

A. Determinación del flujo luminoso y radiante de la fuente

Figura 10: Iluminancia en lux, medida (en fondo blanco) y calculada (en fondo negro) en la grilla de análisis. Se muestra también el valor medio y la diferencia promedio entre estos parámetros. Figura 11: Irradiancia energética en W/cm2 medida (en fondo blanco) y calculada (en fondo negro) en la grilla de análisis. Se muestra también el valor medio y la diferencia promedio entre estos parámetros.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

En las tablas 1 y 2 se muestran algunos parámetros fotométricos y radiométricos de la instalación determinados en el plano de análisis, a partir de los valores presentados en las figuras 11 y 12. MEDIDO Flujo luminoso de la fuente (F) Flujo luminoso total incidente (Tot) Flujo luminoso indirecto (i) Relación: i /Tot Factor de utilización: TotF

CALCULADO 13.26 lm 6.12 lm

-

2.11 lm

-

34.5 %

0.459

0.461

Tabla 1: Parámetros fotométricos determinados en el plano de análisis.

Flujo UV de la fuente (eF) Flujo UV total incidente (eTot) Flujo UV indirecto (ei) Relación: ei /eTot Factor de utilización: eTot / eF

plano de análisis y el flujo de la fuente) evalúa la eficiencia de una luminaria para enviar flujo hacia la superficie de cálculo en un espacio interior. Se trata de un parámetro que puede ser fácilmente determinado mediante cálculos [6], y es ampliamente conocido y utilizado en el campo de la luminotecnia. Aplicado al caso de la radiación UV puede servir para hacer estimaciones rápidas del nivel de radiación media sobre una superficie. El nivel medio de irradiancia UV relativa [7] sobre el plano de análisis puede determinarse a partir de los flujos luminoso y UV que se presentan en las figuras 10 y 11, respectivamente. Su valor es 319.9 W/lm, nivel que supera ampliamente el límite recomendado de 75 W/lm para materiales sensibles [1]. Por lo tanto, se puede concluir que la fuente resulta inapropiada para la iluminación de ese tipo de objetos. Es importante destacar también, que la emisión UV relativa de la fuente (determinada en la figura 9) difiere de la irradiancia UV relativa sobre el plano de análisis. V. ANÁLISIS COMPARATIVOS CON ILUMINACIÓN NATURAL

6.09 lm

MEDIDO

207

CALCULADO 5.88 mW

1.945 mW

1.95 lmW

-

0.07 mW

-

3.6 %

0.33

0.33

Tabla 2: Parámetros radiométricos determinados en el plano de análisis.

Los resultados de las figuras 10 y 11 indican que existe una buena correlación entre los valores medidos y calculados. Las diferencias promedios, tanto para el análisis fotométrico como para el radiométrico, son del orden del 7%; un nivel que se puede considerar aceptable, si se tiene en cuenta que en la práctica luminotécnica, por lo general, estas diferencias son superiores a 10%. La relación entre los flujos indirecto y total que inciden sobre un objeto o superficie en un local, es una estimación de las propiedades de absorción de la radiación por parte de las superficies del local. En las tablas 1 y 2 se puede observar que esta relación es 34.5% para el caso del flujo luminoso y sólo 3.6% para el flujo UV. El factor de utilización (relación entre el flujo total sobre el

Los análisis con iluminación natural se llevaron a cabo en la ciudad de San Miguel de Tucumán, Argentina (S26° 48.275´ y W65° 21.600´) bajo condiciones de cielo claro y nublado. Para el primer caso, se eligió un horario de manera de evitar la radiación solar directa sobre el plano de análisis. Solamente se hicieron comparaciones entre valores medidos y calculados fotométricos, pues el programa Relux Pro no dispone de rutina para cálculos radiométricos. A. Análisis con cielo claro Estas determinaciones se hicieron el 16/09/2016, entre las 16:30 y 16:50 horas. En la figura 12 se muestran los valores de iluminancia medidos, y la diferencia promedio entre mediciones y cálculos sobre la grilla de análisis; mientras que en la figura 13 se presentan los valores medidos de irradiancia energética UV. En la figura 12 se aprecia que la diferencia media entre valores medidos y calculados con iluminación natural y condiciones de cielo claro es 24.5%, un valor bastante superior al determinado con iluminación artificial. En parte, esto se debe a que la rutina de cálculo de alumbrado natural del programa Relux Pro no tiene en cuenta las condiciones atmosféricas y climáticas del lugar de análisis. Además, en los cálculos tampoco se consideró la influencia de las obstrucciones externas. La irradiancia UV relativa media sobre el plano de análisis se calcula como el cociente entre la irradiancia UV (4.86 W/cm2) e iluminancia (230.5 lux) mostrados en las figuras 12 y 13, respectivamente. El valor resultante para este parámetro (210.8 W/lm) indica la necesidad de utilizar filtros UV o protecciones en la claraboya para no superar el nivel de 75 W/lm, recomendado para materiales sensibles [1].

208

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 En la figura 14 se puede ver que para la condición de cielo nublado, se obtiene una diferencia media de 20.6 % entre valores medidos y calculados, que es también superior a la obtenida en los análisis con luz artificial, por las razones explicadas en el punto anterior. Para esta condición de cielo también de determinó el nivel medio de irradiancia UV relativa sobre el plano de análisis, a partir de los valores mostrados en la figuras 14 y 15, resultando 213.7 W/lm.

Figura 12: Análisis con cielo claro. Iluminancia en lux, medida (en fondo blanco) y calculada (en fondo negro) en la grilla de análisis. Se muestra tambien el valor medio y la diferencia promedio entre estos parámetros. Iluminancia exterior media durante las mediciones: 58050 lux

VI. MÉTRICAS DE ALUMBRADO NATURAL APLICADAS A LA DETERMINACIÓN DE RIESGO POR RADIACIÓN UV

A fin de evaluar el riesgo de daño a objetos sensibles por radiación UV del alumbrado natural se propone emplear el factor UV de la luz natural (FUVLN). Este factor se define -por analogía- a partir de sus equivalentes para la radiación visible: los factores de luz natural (FLN) y de disponibilidad de luz natural (DLN) [8]. Estos parámetros, como se sabe, son utilizados para evaluar, por ejemplo, el rendimiento de un sistema de captación de luz diurna, para condiciones de cielo nublado y claro, respectivamente.

Figura 13: Análisis con cielo claro. Irradiancia UV enW/cm2, medida en la grilla de análisis. Irradiancia exterior media durante las mediciones: 1.488 mW/cm2.

Eeint FUVLN = --------- x 100 Eeext

B. Análisis con cielo nublado Los estudios con cielo nublado se hicieron el 19/09/2016, entre las 09:30 y 10:00 horas. En la figura 14 se muestran los valores fotométricos medidos y la diferencia promedio entre mediciones y cálculos sobre la grilla de análisis, mientras que en la figura 15 se presentan los valores medidos de irradiancia energética UV.

En la expresión anterior, Eeint y Eeext son, respectivamente, las irradiancias UV en el interior y exterior –sin obstruccionesobtenidos simultáneamente. Al igual que FLN y DLN, FUVLN puede ser determinado para un punto o como promedio para una superficie. En la tabla 3 se presentan los valores medios del FUVLN determinados a partir de las mediciones con cielo claro y nublado, respectivamente. Tipo de cielo

Figura 14: Análisis con cielo nublado. Iluminancia en lux, medida (en fondo blanco) y calculada (en fondo negro) en la grilla de análisis. Se muestra tambien el valor medio , la diferencia promedio entre estos parámetros. Iluminancia exterior media durante las mediciones: 12500 lux.

Claro

Nublado

Irradiancia UV interior (W/cm2)

4.86 W/cm2

2.90 W/cm2

Irradiancia UV exterior (mW/cm2)

1.488 mW/cm2

337 W/cm2

FUVLN medio

0.32 %

0.86 %

Tabla 3: Factores FUVLN medios sobre el plano de análisis, determinados para cielo claro y nublado, respectivamente.

La determinación de los valores de FUVLN que conducen a niveles medios de radiación UV relativa superiores a los recomendados sobre las áreas de exhibición, podría ser una buena estimación del riesgo de daño ocasionado por la iluminación natural.

Figura 15: Análisis con cielo nublado. irradiancia UV enW/cm2, medida en la grilla de análisis. Irradiancia exterior media durante las mediciones 337 W/cm2.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 VII.

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CONCLUSIONES

El método propuesto para calcular niveles de radiación UV en espacios interiores con luz artificial, empleando el software desarrollado para análisis fotométricos, conduce a determinaciones que difieren en menos del 7% con respecto a los valores medidos, un nivel de incertidumbre que está dentro de los límites con que normalmente se trabaja en la práctica luminotécnica. No ocurre lo mismo para análisis con luz natural. Las diferencias entre valores medidos y calculados son superiores a 20 %. Esto se debe a las limitaciones del software utilizado y a las simplificaciones realizadas para llevar a cabo los estudios. Sería recomendable replicar los análisis con herramientas más elaboradas de cálculo de alumbrado natural. El procedimiento desarrollado es simple y permite estimar una serie de parámetros que son necesarios para evaluar el riesgo de daños en materiales sensibles, por radiación UV. Sin embargo, requiere contar con las características de emisión espacial de radiación UV de las fuentes y también con las reflectancia y transmitancias de las superficies del local; siendo este último aspecto el más difícil de resolver. El empleo del factor de reflexión medio para el rango UV (uv) conduce a determinaciones promedios. Para análisis más precisos es necesario trabajar con las componentes espectrales. La definición del factor de utilización para el rango UV, y el factor UV de la luz natural (FUVLN), por analogía con sus equivalentes luminotécnicos, permite realizar sencillas y rápidas determinaciones del nivel de radiación UV que aportan la iluminación artificial y natural, respectivamente. Sería interesante también analizar la posibilidad de utilizar otras métricas de evaluación de sistemas alumbrado natural, aplicadas a la evaluación del riesgo de daños por radiación UV. La metodología de análisis sobre modelos a escala ofrece la ventaja de la simplicidad para controlar las variables involucradas. No obstante, estas determinaciones deberían ser validadas con estudios a escala real y sobre todo, con análisis de campo. Las normas y recomendaciones sobre iluminación de obras de artes establecen valores límites a fin de evitar daños a objetos sensibles. Sin embargo, por lo general no especifican cómo determinar esos parámetros, y esto puede dar lugar a confusiones. REFERENCIAS

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[3]

Control of damage to museum objects by optical radiation. Publicación CIE 157:2004. ISBN 978 3 901906 27 5. Comisión Internacional de Alumbrado (CIE). Babenbergerstraße 9/9A, A-1010 Vienna, Austria Raitelli M. “Conservación preventiva en museos: Relevamiento del estado de situación en Argentina y América Latina”. Memorias del Simposio: La luz en el museo y el cuidado del patrimonio. Ed. Digital.ISBN 978-950554-976-4. Tucumán, Argentina. Octubre 2015. Software de diseño de iluminación ReluxPro - 2016.1.1.0. Relux Informatik AG, Postfach 744, Kaspar Pfeiffer Strasse 4 CH-4142 Münchenstein.

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209

Standard file format for electronic transfer of photometric data. Publicación IESNA LM-63-02. Illuminating Engineering Society of North America. R.H. Simons. Lamps and Lighting. Cap. 8, pp. 104: “Lighting fittingperformance data and photometry”. H. Hewitt and A.S. Vause Eds. 52 Vanderbilt Av. New York 10017, NY. H. E. Bellchambers. Lamps and Lighting. Cap. 9, pp. 123: “Lighting calculations”. H. Hewitt and A.S. Vause Eds. 52 Vanderbilt Av. New York 10017, NY. Jean Tétreault. Measurement of Ultraviolet Radiation. Canadian Conservation Institute (CCI), 2015 ISSN 1928-1455 Khalid Alshaibani B Arch MBdgSc PhD. A Daylight Factor for Clear Sky Conditions. Architectural Science Review Vol. 42 , Iss. 4,1999 RECONOCIMIENTOS

Este trabajo se desarrollo en el marco del programa 2014-2016 Eficiencia e impacto ambiental en la iluminación de espacios urbanos y edificios con tecnología convencional y de estado sólido, financiado por el Consejo de investigaciones de la Universidad Nacional de Tucumán, Argentina. Los autores agradecen también a los señores Dario Jaen y Luis Perez, y a la Dis. de Iluminación Natalia Valladares e Ing. Bárbara Silva, todos ellos miembros del Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión de la UNT, por su colaboración en el montaje del dispositivo experimental y en las mediciones.

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

La simulación al servicio de la Iluminación en Museos María del Rosario Pérez Zamora1, Raul Ajmat2, José Sandoval3 1- Arquitecta. Especialista en Medio Ambiente Visual e Iluminación Eficiente. Estudiante de Doctorado en Medio Ambiente Visual e Iluminación Eficiente. Becaria CONICET. DLLyV-ILAV. FACET. UNT.Filiación. Tucumán. Argentina. mariahperezamora@hotmail.com 2- Doctor en Diseño Arquitectonico, Arquitecto. Docente en la Facultad de Arquitectura y Urbanismo e Investigador del Instituto de Luz, Ambiente y Visión, ILAV-CONICET, UNT. Tucumán. Argentina. rfajmat@hotmail.com 3- Magister en Luminotecnia e Ingeniero Eléctrico. Docente del Dpto de Luminotecnia, Luz y Vision, FACET-UNT; Investigador del Instituto de Luz, Ambiente y Visión, ILAV-CONICET, UNT. Tucumán. Argentina. Jsandoval jsandoval@herrera.unt.edu.ar

Resumen— La incorporación de la iluminación natural y el control de la iluminación artificial existente en los edificios destinados a museos puede resultar una tarea compleja para aquellos responsables de llevarla a cabo. Estudios realizados con anterioridad demostraron que es posible la utilización de técnicas de simulación en iluminación para predecir el comportamiento de la envolvente de un edificio mediante la incorporación de los datos de las luminarias existentes en el recinto y las condiciones de iluminación natural utilizando modelos geométricos de cielo comparados con datos medidos in situ. Este estudio avanza en capacidad de reproducir la situación de edificios destinados a museos, con la incorporación de bases de datos climáticos del sitio. Se espera con ello mayor precisión en la reproducción del clima luminoso local. El estudio se encuentra particularizado, en este caso para los museos locales: Museo Casa Padilla, Museo de la Industria Azucarera: Casa Obispo Colombres y el Museo Casa Histórica de la Independencia. También permite analizar alternativas de intervención a la envolvente (análisis de obstrucciones/protecciones y color de los paramentos interiores y exteriores, propiedades de los materiales de las aberturas, etc) y de diseños de iluminación localizada, demostrando su influencia en los valores de radiación anual acumulada sobre la obra expuesta. Los resultados de éste estudio contribuirían a la evaluación de situaciones actuales y de las propuestas para la disminución del daño por radiación al que son sometidos los objetos exhibidos en museos por efectos de la iluminación. I.

INTRODUCCIÓN

L

os museos son espacios destinados al aprendizaje, tienen la misión de comunicar al visitante el significado de los objetos allí exhibidos, para ello es necesario un profundo estudio interdisciplinario que debe encontrar la justa medida entre las tareas de exhibición en relación a las de conservación. Esto es particularmente notable en el caso de las Casas-Museo que son percibidas como el objeto original real o verdadero que, posee una connotación emotiva muy importante digno de ser recorrida. (Risnicoff de Gorgas 2001) La realidad de los museos en la República Argentina y en el resto de América Latina es el resultado de la compleja combinación de los factores sociales, culturales, profesionales, políticos y económicos, y que; a lo largo del avance en la historia, llevaron a los mismos a una situación de crisis. Al decir esto se hace alusión a la crisis constante del concepto de museo como espacio de interacción entre el público y una colección, y como consecuencia de una política cultural. (Flores Crespo 2006 ) La problemática hace su aparición en el momento que la

necesidad de representar y exhibir se sitúa por encima del respeto por la integridad física de los objetos que conforman la muestra, se presenta el primer desafío entonces, el de poder exhibir el edificio y los objetos que allí se encuentran sin causarles perjuicios que muchas veces resultan irreversibles. El daño causado a los materiales por efecto de la iluminación es acumulativo, por ello, debe ser entendido desde ese punto de vista. Los principales agentes de deterioro son las condiciones de humedad, temperatura, contaminación e iluminación. Este estudio está abocado exclusivamente a la iluminación como factor de deterioro en los edificios destinados a museos. Para la iluminación presente en los museos los rangos de interés son el Ultravioleta (UV), el Visible (VIS) y el Infrarrojo (IR). En términos generales, las fuentes de luz utilizadas para iluminar emiten radiaciones visibles y no visibles, que inciden sobre el objeto y son parcialmente absorbidas por él. Es la energía la que impulsa al producto químico a producir reacciones que resultan dañinas para los objetos ocasionando su decoloración. (Ajmat, y otros 2011) Introducir estrategias efectivas para el diseño de la iluminación natural en edificios se ha convertido en una meta para los edificios destinados a funcionar como museos. Sin embargo, resulta muy difícil evaluar la cantidad y calidad de luz natural presente en espacios no convencionales utilizando métodos manuales. El uso de la simulación en iluminación natural ha crecido considerablemente, lo hizo como un paso necesario para alcanzar niveles de precisión importante en la evaluación de la luz diurna en edificios. La intención principal es colaborar con los diseñadores y/o responsables de las muestras a elegir soluciones técnico/arquitectónicas apropiadas para el tratamiento de la envolvente con la finalidad de reducir los valores lumínicos en los interiores de los edificios (Ibarra y Reinhart 2009) El control lumínico es diferente según el tipo de iluminación de que se trate. La iluminación natural, que si bien resulta necesaria en algunos casos para apreciar correctamente una Casa-Museo, puede resultar altamente peligrosa para los bienes exhibidos por su contenido de energía ultravioleta capaz de penetrar los materiales y por lo tanto debe regularse empleando dispositivos externos (p.ej. vidrios difusores con filtros UV). Por

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 el contrario, el control de la iluminación artificial posee la ventaja de ser regulable con mayor facilidad debido a que se disponen de diversas lámparas y luminarias a la hora de seleccionar la iluminación para objetos de museos, además de otorgar una correcta visibilidad y desempeño de las tareas. No obstante, se debe insistir en el estado de conservación propio de los objetos previos a su iluminación, ya que pueden contar con daños anteriores que imposibiliten su iluminación en los niveles teóricamente admisibles por éstos. La importancia del trabajo radica en la posibilidad que presentan los sistemas de simulación computacional de predecir las condiciones de iluminación de los recintos donde se exhiben objetos en las casas destinadas a funcionar como museo, de este modo poder estimar la radiación incidente (W/m²) sobre planos de medición y su acumulación a lo largo de un período determinado (año). También se estudiaron diferentes alternativas de diseño tendientes a reducir los valores de radiación en el interior de los espacios cuya ejecución implicaría una mínima intervención en la envolvente del edificio. Sensibilidad de los materiales Las características de los materiales y las técnicas utilizadas en la confección de las obras, determinan en gran medida su sensibilidad a las radiaciones. En base a estas cualidades, la CIE estableció una clasificación referida a la sensibilidad de las obras de arte. (CIE Commission Internationale de L'Eclairage 2004) TABLA I CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES QUE SE EXPONEN DE ACUERDO A SU SENSIBILIDAD A LA RADIACIÓN LUMINOSA

Categoría

Descripción

Insensible

Objetos compuestos enteramente de materiales inorgánicos permanentes. La mayoría de los metales, piedra, la mayoría de los vidrios, cerámicas, minerales, esmaltes.

Baja Sensibilidad

Oleos y temperas, frescos, cuero y madera sin teñir, lacas, algunos plásticos, hueso, marfil.

Media Sensibilidad

Pasteles, acuarelas, tapices, dibujos o impresos, manuscritos, pinturas sobre destemple, empapelados, cueros teñido y la mayoría de objetos históricos naturales que incluyen especímenes botánicos, piel, plumas.

Alta Sensibilidad

Sedas, colorantes con alto riesgo de decoloración como las anilinas, manuscrito con tintas antes del siglo XX.

La curva de sensibilidad el ojo humano (sensibilidad estándar v λ) nos indica que tanto las emisiones en los rangos azul/violeta – UV como en los rojos extremos IR, aportan muy poco a la visión. Considerando además lo dicho sobre el efecto de los rayos UV, la regla general es eliminar por completo las emisiones en longitudes de onda menores a 400 nm. El máximo permitido que establece la CIE es de 10 W/lm (clase 1) que es el límite determinado por cuestiones prácticas ya que son niveles difíciles de detectar. Para los casos donde la influencia de la radicación UV no es crítica, se puede adoptar 75 W/lm (clase 2). El efecto de las radiaciones es acumulativo, de modo que dependerá de la combinaciones de nivel de radiación / tiempo de exposición. En este sentido en la tabla 3 se indican niveles

211

máximos de iluminancia (radiación VIS) y tiempos de exposición en unidades de lux durante horas por año, para cada categoría de materiales anteriormente clasificados. TABLA II RECOMENDACIÓN CIE SOBRE NIVELES DE ILUMINACIÓN Y EXPOSICIÓN ANUAL MÁXIMA

Categoría

Iluminancia máxima [lux]

Exposición máxima [lux-hora/año]

Insensible:

sin límite

sin límite

Baja sensibilidad:

200

600000

Sensibilidad media:

50

150000

Alta sensibilidad:

50

15000

II.

OBJETIVOS

El objetivo principal que aquí se plantea es la posibilidad de simular con precisión los niveles de irradiancia sobre un plano de medición para los diferentes espacios, de este modo tomar conocimiento sobre la situación lumínica que presentan en la actualidad en un modo acumulativo y sobre ello estudiar diferentes alternativas de intervención de la envolvente más precisamente en las ventanas con la finalidad de reducir los valores de irradiancia en el interior. Otro horizonte que este trabajo se plantea es de estudiar la practicidad del método utilizado, es decir, que exista la posibilidad de reducir los tiempos empleados en la simulación y a su vez acrecentar la cantidad de datos obtenidos. Todo esto se vuelve posible mediante la incorporación de archivos de datos climáticos con la información de los valores radiación global directa y difusa, que permiten reproducir con mayores niveles de precisión del clima luminoso local. Los resultados comparativos entre valores predictivos y medidos in situ en forma continua estudiados en otros trabajos (Perez Zamora, Ajmat y Sandoval, Simulando para conservar : Caso de estudio Museo Casa Padilla de Tucumán 2014) (M. Perez Zamora, S. Zamora, y otros 2014) indican que es posible demostrar la precisión y practicidad del método utilizado, así como su aplicabilidad a diferentes situaciones complejas de exhibición, sirviendo también como elementos de verificación entre la realidad construida y la simulada. Estos valores permiten predecir con razonable precisión condiciones o alternativas de iluminación teniendo en cuenta el comportamiento de la envolvente en combinación al entorno circundante y las características propias del recinto en forma anualizada, datos estos de relevancia para las condiciones de exhibición y preservación de los objetos de museos. III.

CASOS DE ESTUDIO

Para realizar este estudio se situaron planos de medición verticales y horizontales. Dichos planos se encuentran conformados por puntos situados en las salas a 0,80m del suelo (horizontales) y a 0,20m de la pared (verticales) con la finalidad de que cada punto de la grilla se comporte como una fotocélula capaz de captar los valores de iluminancia e

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

irradiancia espectral. El software utilizado para el cálculo luminotécnico es RADIANCE el cual es un conjunto de programas para la visualización y análisis en el diseño de iluminación. Diseñado por Greg Ward (1998) para un entorno UNIX Permite realizar cálculos de iluminación natural y artificial evaluando radiancia espectral (luminancia + color), irradiancia (iluminancia + color) y los índices de brillo. Los resultados se pueden obtener mediante imágenes a color, valores numéricos y gráficos de isocontorno. La principal ventaja de RADIANCE sobre el resto de los softwares de simulación de iluminación es, que no presenta limitaciones en la geometría y los materiales simulados.

Fig. 1. Fachada del museo Casa Historica de la Independencia

utilización de vinilos microperforados sobre la superficie de los vidrios que conforman las ventanas, generalmente utilizados como herramienta de propaganda comercial que permite reproducir patrones sobre las vidrieras permitiendo el paso de la luz natural, su costo económico es bastante menor a la alternativa anterior, solamente ofrece esta reducción de ingreso de luz natural, no tiende a mejorar las condiciones higrotérmicas en el interior de las salas. Tanto en esta como en todas las casas se simuló la combinación de la situación actual de iluminación natural con la incorporación de la iluminación artificial presente en las salas con la finalidad de estudiar su impacto. En el caso de la Casa del Obispo Colombres se simularon las salas correspondientes a la actual muestra del museo en el sector perteneciente a la antigua vivienda, en total las salas simuladas son cinco y las alternativas exploradas son las mismas que las estudiadas en el museo mencionado con anterioridad a excepción de los toldos exteriores ya se consideró de gran impacto en la fachada del edificio y sin correspondencia a la tipología de la vivienda. Para el museo Casa Histórica de la Independencia las simulaciones fueron realizadas para sus ocho salas siendo la última la correspondiente al salón de la jura, las variantes de diseño estudiadas fueron las mismas que para el museo Casa Obispo Colombres y la decisión de la no incorporación de toldos exteriores se debió a la no correspondencia con la tipología de la vivienda y a la imposibilidad de realizar intervenciones de esas características en el museo.

Fig. 2. Fachada del Museo Casa Padilla

Fig. 3. Fachada del Museo de la Industria Azucarera Casa del Obispo Colombres.

En el caso de la Casa Padilla se simularon desde la sala 1 a la 5, siendo la primera la que demostró en estudios anteriores las condiciones más desfavorables para la exhibición de objetos de alta, media y baja sensibilidad. Las alternativas exploradas para esta casa-museo fueron: la incorporación al vidriado de la ventana un film capaz de proteger contra los rayos UV dañinos del sol, rechazar casi el 82% de la energía solar con la finalidad de aumentar el confort interior, reducir el brillo hasta un 94%, entre muchas otras virtudes; estos films se encuentran disponibles por diferentes fabricantes en el mercado en las más variadas presentaciones; la otra variante explorada es la incorporación de protecciones exteriores (toldos) a las ventanas que no se encuentren protegidas por techos de galerías. Otra alternativa simulada fue la de

Fig. 4. Planimetría Museo Casa Histórica de la Independencia.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

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Fig. 7. Representación de los planos de medición en la Sala 1 de la Casa Padilla. Fig. 5. Planimetría Museo de la Industria Azucarera Casa del Obispo Colombres.

Fig. 6. Planimetría Museo Casa Padilla. IV.

MATERIALES Y MÉTODOS

Para realizar este estudio se situaron planos de medición verticales y horizontales. Dichos planos se encuentran conformados por puntos situados en las salas a 0,80m del suelo (horizontales) y a 0,20m de la pared (verticales) con la finalidad de que cada punto de la grilla se comporte como una fotocélula capaz de captar los valores de iluminancia e irradiancia espectral. El software utilizado para el cálculo luminotécnico es RADIANCE el cual es un conjunto de programas para la visualización y análisis en el diseño de iluminación. Diseñado por Greg Ward (1998) para un entorno UNIX Permite realizar cálculos de iluminación natural y artificial evaluando radiancia espectral (luminancia + color), irradiancia (iluminancia + color) y los índices de brillo. Los resultados se pueden obtener mediante imágenes a color, valores numéricos y gráficos de isocontorno. La principal ventaja de RADIANCE sobre el resto de los softwares de simulación de iluminación es, que no presenta limitaciones en la geometría y los materiales simulados.

Se tuvo especial cuidado en el modelado de las salas, es decir, un profundo estudio de las características de los materiales intervinientes en el recinto así como también la posición y orientación de la iluminación artificial presente en las salas. El método utilizado para la ejecución de la simulación es el Método de Tres Fases, desarrollado por los creadores del software con la intención de acrecentar la precisión de los resultados mejorando la definición de los sistemas complejos de aventanamientos, protecciones y vidriado. Una ventaja de este método es la posibilidad de introducir información sobre las condiciones de cielo provenientes de los archivos de clima, con la finalidad de reproducir con la máxima precisión posible el clima luminoso local de la ciudad de San Miguel de Tucumán. Los resultados fueron analizados desde la significancia de los datos provenientes de las simulaciones en las cuales se introdujeron cambios en la envolvente del edificio con la finalidad de reducir los valores de irradiancia en el interior. Se evaluó su capacidad de reducir los valores medios acumulados de irradiancia espectral (W/m²) en cada punto de medición con respecto al caso que fue tomado como base, es decir, aquel en el que se simularon las condiciones actuales de las salas con el sistema de vidriado que presenta hoy en día. También se evaluó para cada sala dicha significancia, ya que la orientación de las ventanas en las salas guarda una estrecha relación con los valores de radiación acumulada en el interior. RESULTADOS

De la simulación correspondiente a cada sala se pudieron extraer los valores de irradiancia espectral acumulada a lo largo de un año para cada punto de la grilla de medición, para una representación gráfica de dichos valores se les asigna una escala de color a modo de poder mostrar a simple vista como las diferentes variantes pueden contribuir a reducir los valores acumulados y en qué medida.

214

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 muchos de los casos, como por ejemplo la sala 3 de la Casa Padilla cuyas ventanas se encuentran hacia el norte la presencia de vegetación como protección exterior determinó que los valores de irradiancia correspondientes a dicha sala sean bastante bajos, aumentando las posibilidades de exhibición para el recinto. Otras puertas y ventanas se encuentran antecedidas por galerías que tienden a reducir los valores interiores de manera muy significativa.

Fig. 8. Representación gráfica de los valores de irradiancia espectral para cada variante de diseño en el plano horizontal de medición de la casa del Obispo Colombres.

Los resultados fueron analizados desde dos puntos de vistas, el primero es en función de la variante introducida con respecto al caso base y el segundo está relacionado con la ubicación de la sala y la orientación de sus aventanamientos. En función a la significatividad de las alternativas estudiadas el caso base fue considerado como el 100% de la irradiancia total acumulada a partir de este se interpretaron las diferentes variantes y sus porcentajes de irradiancia acumulada siempre teniendo en referencia el caso base, por ejemplo, para el caso de la Casa Padilla la incorporación del Film TV40 a los vidrios de las ventanas demostraron reducir en promedio en un 51% los niveles de irradiancia espectral en los interiores de las salas (Tabla 3). La iluminación artificial por su lado tiende a acrecentar estos valores para cada casa en función de los tipos de iluminación presentes. TABLA I CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES QUE SE EXPONEN DE ACUERDO A SU SENSIBILIDAD A LA RADIACIÓN LUMINOSA

Vidrio Común + Luz Natural Vidrio Común + Luz Artificial Vidrio Común + Vinilos Microperforado s Vidrio Común + Film TV40 Vidrio Común + Toldos Exteriores

CASA HISTORIC A

CASA PADILL A

100%

100%

CASA OBISPO COLOMBRE S 100%

109%

103%

106%

71%

65%

69%

56%

49%

52%

x

52%

x

En función a la orientación de las ventanas presentes en las salas, los resultados arrojan datos previsibles para la ciudad de San Miguel de Tucumán, las salas que presentan aventanamientos hacia el este demostraron valores de irradiancia acumulada superiores en hasta un 35% en relación a locales cuyos aventanamientos se encuentran orientados hacia el oeste o norte. Es importante mencionar que en

Fig. 9. Incidencia de la orientación de las ventanas en los valores de irradiancia espectral interior. Caso de estudio Casa Padilla CONCLUSIONES

De lo estudiado es posible concluir que la simulación es una herramienta que puede resultar de gran ayuda al momento de la toma de decisiones sobre las intervenciones posibles en un edificio que pertenece al patrimonio cultural arquitectónico, ya que contribuye eficientemente al estudio de variables de diseño sin necesidad de intervenir el edificio, de este modo encontrar la solución más eficaz para reducir los niveles de radiación presentes en el interior del edificio. La incorporación de los vinilos microperforados demostró ser una alternativa sumamente eficaz al momento de reducir el ingreso de luz natural por la ventana disminuyendo el daño por luz en el interior, a su vez, ésta presenta la ventaja de ser la que menor costo implica, la menos invasiva arquitectónicamente y la que requerirá una mano de obra poco especializada para ser ejecutada. Otro aspecto a ser destacado es la incidencia de la iluminación artificial, que por el contrario de lo que era de esperarse demostró que su contribución no resulta en gran medida significativa a los valores obtenidos en el interior de las salas, el aporte mayoritario de iluminación proviene de la iluminación natural que como se mencionó anteriormente, es la más complicada de controlar y a su vez la más dañina para los objetos en exhibición. La utilización de film protector sobre las superficies vidriadas (en el caso del estudio fue simulado el tipo TV40) demostró que es notoria la mejora en los valores obtenidos, aproximándose los mismos, a los considerados admisibles por la CIE (Comisión Internacional de Iluminación) para la exhibición de objetos de baja sensibilidad. La incorporación de las protecciones exteriores contribuye con la reducción de los valores pero en menor medida ya que reducen el área expuesta de la ventana.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 Este estudio permitirá elaborar un esquema de exhibición que esté en función del comportamiento de la envolvente informando al expositor cómo organizar el espacio teniendo en cuenta la sensibilidad propia de cada objeto y el espacio disponible para él. Son muchas las posibilidades de alternativas a ser estudiadas, así como también es posible manipular las características de los materiales de las superficies interiores y evaluar su impacto sobre los valores obtenidos. REFERENCIAS [1]

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Método de Comparación y Ajuste entre Valores Medidos y Calculados en Instalaciones de Alumbrado Vial Alberto Cabello1, Francisco Espín2, Eduardo Manzano1, Mario Raitelli1 5- Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión “H.C.Bühler”, Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Universidad Nacional de Tucumán, Argentina. Email: acabello@herrera.unt.edu.ar 6- Instituto Nacional de Eficiencia Energética y Energías Renovables (INER), Quito-Ecuador, email: francisco.espin@iner.gob.ec; laboratorio.luminotecnia@iner.gob.ec Resumen— Se presenta una metodología de análisis y diseño de alumbrado vial que permite obtener una buena coincidencia entre los valores calculados y medidos. El procedimiento contempla la geometría de la instalación, la fotometría de luminarias y el tipo de calzada, e incluye cálculos con computadora y mediciones de campo de iluminancia (E) y luminancia (L); a partir de los cuales se hace una estimación del coeficiente de reflexión de calzada promedio (Qo) y del factor de mantenimiento (FM). La comparación entre los valores calculados y medidos en dos instalaciones seleccionadas para el estudio, indica que las magnitudes Em y Lm pueden ser estimados con una incertidumbre < 4%; lo cual muestra un mejor ajuste de los valores de E y L, comparado con estudios previos. Abstract—A methodology of analysis and design of road lighting which allows a good agreement between calculated and measured values is presented. The procedure involves the geometry of

installation, photometry of luminaires and the type of road surface, and includes computer calculations and field measurements of illuminance (E) and luminance (L); from which an estimate of the average reflection coefficient road (Qo) and the maintenance factor (FM) is made. The comparison between calculated and measured values in two installations selected for the study, indicates that Em and Lm magnitudes can be estimated with an uncertainty of 4%; which shows a better adjustment of both, E and L values, compared with previous studies. I.

INTRODUCCIÓN

E

l correcto dimensionamiento de los niveles de iluminación de vías de tránsito es necesario para el desplazamiento seguro de vehículos y personas, ya que se ha demostrado que una adecuada iluminación puede ayudar a reducir el número de accidentes en la noche por más del 30% (Fisher, 1977 y CIE, 1992b) 1,2. Es práctica común de los diseñadores de iluminación de vías de tránsito el realizar los cálculos en programas informáticos previa su instalación. En ocasiones existen diferencias entre lo calculado en los mencionados programas, y lo medido en campo. Este trabajo tiene por objeto presentar una metodología para aproximar los valores medidos in situ a los calculados, para lo Los autores agradecen a la Universidad Nacional de Tucumán, proyecto PIUNT E523, por el apoyo en la realización de este trabajo.

cual se propone un procedimiento que contemple los siguientes aspectos: A) Los datos que generalmente se dispone previo realizar el cálculo son la geometría de la vía, la fotometría de la luminaria a instalar, la caracterización del tipo de calzada de acuerdo a recomendaciones establecidas (IESNA, EN, IRAM-AADL, NTC 900, etc.) 3, 4, 5, 6. B) Mediciones en campo de luminancia e iluminancia para cada punto de una grilla para medir, como por ejemplo la grilla especificada en la norma IRAM-AADL J2022-2 o CIE 140-20005, 7. C) Relación entre valores de luminancia e iluminancia medidos, para obtener un coeficiente de luminancia (Qo), es decir encontrar un coeficiente de luminancia promedio de la instalación. D) Estimación del factor de mantenimiento (FM) de la vía con la relación entre la iluminancia medida y la iluminancia calculada punto a punto, siendo el promedio de estos valores el factor de mantenimiento de la vía. E) Simulación mediante computadora, introduciendo los valores de Qo y FM previamente calculados en C) y D). Para validar la metodología propuesta, se dispone de los datos de mediciones fotométricas de los parámetros de calidad efectuadas a dos instalaciones de alumbrado existentes, las cuales son verificadas mediante cálculos, respecto de los valores previamente medidos. La elaboración de estos estudios se pudo concretar a partir de mediciones de campo de parámetros luminotécnicos por un lado, y por mediciones fotométricas de luminarias y equipos auxiliares efectuadas en laboratorio, con las que se logró obtener la matriz de intensidades luminosas de las luminarias evaluadas para planos (C,), con las cuales fueron posibles los cálculos de luminancia e iluminancia punto por punto. El principal objetivo es efectuar una verificación teórica mediante cálculo de los valores registrados en el relevamiento fotométrico sobre las dos instalaciones que han sido consideradas para este estudio; siendo posible además estimar con buena aproximación los factores de mantenimiento FM y coeficiente de reflexión de calzada Qo, con el objeto de poder

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 comparar los resultados y estimar así un factor de correlación entre los valores medidos y calculados. Para cumplir con este objetivo, se ha desarrollado una metodología de medición, cálculo, comparación y ajuste de factores, que se detalla a continuación: A. Metodología propuesta Paso 1: Registro de las mediciones de campo y especificaciones de los indicadores de calidad de la instalación a comparar. Es importante el relevamiento físico de la instalación, registrando las dimensiones geométricas de la misma, como la separación entre columnas, anchos de calzada y mediana, altura libre de las luminarias, inclinación del pescante y distancia de penetración del mismo sobre la calzada. También es importante la estimación visual del tipo de pavimento, a fin de adoptar a posteriori una tabla Ri de reflexión de calzada. Paso 2: Verificar la disponibilidad de la matriz de intensidades luminosas de la luminaria instalada, o sea la información fotométrica correspondiente a la luminaria con el tipo y potencia de lámpara efectivamente instalada. Paso 3: Con la matriz de intensidades luminosas de la luminaria, bajo el sistema de referencia angular conocido como planos (C,), se realizan los cálculos de luminancia e iluminancia punto por punto, empleando el software Calculux Road versión 7.7.0.18 con el correspondiente archivo fotométrico en formato electrónico normalizado *.IES 9 y la tabla de pavimento estándar Ri determinada en el Paso 1. En el software es preciso ajustar las grillas de cálculo a la grilla efectivamente empleada durante las mediciones. Paso 4: Se comparan en planilla Excel los valores calculados con los medidos, observando y comparando los valores promedio de E[lux] y L[cd/klm]. Paso 5: Se estima el factor de mantenimiento haciendo el cociente punto por punto de los valores de iluminancia Es [lux] medidos con los correspondientes valores de iluminancia Eo [lux] calculados. Asimismo, en esta misma etapa, se procede a efectuar el cociente punto a punto de los valores de Luminancia Ls [cd/klm] medidos con los correspondientes valores de iluminancia Es [lux] medidos, con el fin de estimar el coeficiente de reflexión promedio del pavimento real, qp = / = Ls/Es . Paso 6: Se repiten los cálculos del Paso 3, esta vez ajustando en el programa el factor de mantenimiento FM y el coeficiente de reflexión qp obtenidos en el Paso 5. Se comparan nuevamente los valores calculados con los medidos, observando si se produce un mejor ajuste.

II.

MEDICIÓN DE PARÁMETROS LUMINOTÉCNICOS

B. Instalaciones evaluadas Instalación de Alumbrado Nº1: en la calzada de una Avenida secundaria, dos carriles, con disposición central-bilateral; Luminaria instalada Nº1 – SAP-T 250W (ver Figura 1). Instalación de Alumbrado Nº 2: en la calzada principal de una Avenida de Acceso a una ciudad, tres carriles, con disposición central-bilateral. Luminaria instalada Nº2 – SAP-T 250W (ver Figura 2);

217

TABLA I INSTALACIONES EVALUADAS

Geometría

Instalación Nº Instalación Nº 2 1Central bilateral Central bilateral

Ancho Calzada [m]

9,0

9,36

Cantidad Carriles

2

3

Mediana* [m]

1,80

2,92

Separación Columnas [m]

26,80

30

Altura Libre Luminarias [Saliente** ] [m]

8,45

9

2

2,2

Inclinación [º]

10

12

Clase Pavimento

R2

R1

Lámpara Flujo Nominal [lm]

SAP-T 250W Std. 27000

SAP-T 250W Súper 32000

Donde: *Mediana: reserva central, que separa los sentidos de conducción en vías de dos manos de circulación. **Saliente: penetración en [m] del centro fotométrico de la luminaria sobre el ancho de calzada, a partir del bordillo de la mediana. Las mediciones se realizaron en un tramo por cada vía, es decir, entre dos luminarias consecutivas se traza por cada carril una grilla de 5 puntos en la dirección transversal, y 11 puntos en la longitudinal, así la grilla consta en total de 55 puntos en cada carril. En cada punto de la grilla se mide la iluminancia [lux] a nivel de piso, por medio de un Luxómetro. Se calcula la iluminancia Media aritmética horizontal (Emed) y se calcula la Uniformidad (G1) como la relación entre la Iluminancia mínima (Emín.) sobre la Iluminancia media (Emed) y (G2) como la relación entre la Iluminancia mínima (Emín.) sobre la Iluminancia máxima (Emáx) 5. Se mide luminancias según las especificaciones dadas en norma IRAM-AADL J2022-2 5, para luego calcular la Luminancia Media aritmética (Lmed) que se define como el nivel medio de luz reflejada por la calzada al ojo del conductor, además de la Uniformidad General (Uo) como la relación entre la luminancia mínima (Lmín.) sobre la luminancia media (Lmed) y la Uniformidad Longitudinal (UL) como la relación entre la luminancia mínima (Lmín.) sobre la luminancia máxima (Lmáx), ubicadas al centro del carril de conducción.

218

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 También se puede escribir: FM = FB x FMLP x FMLM

(3)

Donde: FB: considera la influencia del balasto en el flujo luminoso resultante, FMLP: considera la depreciación de lámparas, por envejecimiento (FELP), por ensuciamiento (FSLP) o por mortalidad (FVLP), entonces: FMLP = FELP x FSLP x FVLP

Fig. 1. Instalación Nº1: Avenida secundaria.

(4)

FMLM: considera la depreciación de la luminaria, también por degradación de sus componentes (FELM) y por ensuciamiento (FSLM), o sea: FMLM = FELM x FSLM

(5)

Mediante mediciones de varias muestras de lámparas, luminarias y sus equipos auxiliares se establece el orden de magnitud de los componentes del FM, teniendo en cuenta las características de densidad de tráfico, polución ambiental, factores climáticos, etc.

C.

Estimación del tipo de pavimento Se efectúa, considerando los valores puntuales de iluminancia y luminancia medidos en cada punto de la grilla según el siguiente parámetro: qp = / = Lp/Ep (1) Se denomina Coeficiente de Luminancia de una superficie difusora. Bajo ciertas condiciones, examinando la superficie de la calzada, se puede estimar de una forma muy simple a qué clasificación corresponde (ver Tabla II) y basar el cálculo en una Tabla de Pavimento estándar Ri.

E. Valores registrados en Instalación Nº1: Avenida secundaria La Instalación Nº 1 consiste de una calzada de hormigón claro, con más de diez años de rodadura, presentando una superficie aproximadamente difusa, por lo que se le asigna la Clase R2 a los efectos de los cálculos. Instrumental de medición: Luxómetro marca MINOLTA modelo T-1M y luminancímetro marca LMT modelo L-1009. Ambos con fotocélula de Silicio corregida por V (). Los valores obtenidos del cálculo se presentan en Tabla III. TABLA III ILUMINANCIAS[LUX] CALCULADAS -FM=1

DISTANCIA LONGITUDINAL [m]

Fig. 2. Instalación Nº2: Avenida de acceso a una ciudad.

TABLA II ESTIMACIÓN SIMPLIFICADA

Clase

Tipo de Reflexión

R1 R2 R3 R4

Difusa Aproximadamente difusa Ligeramente especular (brillante) Especular (brillante)

Como recomendación práctica, basada en la experiencia, para los cálculos con software se recomienda utilizar la matriz de reflexión clase R3 para evaluar superficies de conglomerados asfálticos, y la clase R2 para firmes de hormigón. D.

Factor de mantenimiento [10] El factor de mantenimiento (FM) se define como la relación entre la iluminancia media determinada durante la operación (ESi) y la inicial (Eo), es decir el valor al momento de la puesta en servicio de la instalación, o sea: FMi = ESi / Eo

(2)

DISTANCIA TRANSVERSAL [m] 0.9 2.7 4.5 6.3 8.1 26.8 107 98 81 61 42 24.1 100 91 76 59 42 66 58 48 36 21.4 72 47 44 38 30 18.7 51 39 37 36 32 26 16 34 32 29 24 13.3 35 37 36 32 26 10.6 38 50 47 44 38 30 7.9 72 66 58 47 36 5.2 2.7 100 90 76 58 42 107 98 80 60 42 0

Resultados del cálculo de iluminancias: Emáx = 107 lux; Emín = 24 lux Emed = 54,2 lux; G1= Emín/Emed= 0,44; G2= Emín/Emáx= 0,22

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

219

TABLA IV

TABLA V

LUMINANCIAS[CD/M2] CALCULADAS -FM=1- Q0=0,07- R2

ILUMINANCIAS[LUX] MEDIDAS - INSTALACIÓN Nº1-

Resultados del cálculo de luminancias:

DISTANCIA LONGITUDINAL [m]

DISTANCIA LONGITUDINAL [m]

DISTANCIA TRANSVERSAL [m] 0,9 2,7 4,5 6,3 8,1 4,7 4,5 3,9 2,9 2,1 26,8 5 4,8 4 2,9 2,1 24,1 2 21,4 4,7 4,4 3,9 2,8 4 3,5 2,7 1,8 18,7 4,2 3,7 3,8 3,4 2,5 1,7 16 13,3 3,5 3,6 3,3 2,4 1,8 10,6 3,4 3,6 3,4 2,6 1,9 3,3 3,6 3,5 2,8 2 7,9 3,7 3,9 3,6 2,9 2,1 5,2 4,4 4,3 3,9 3 2,2 2,7 4,6 4,5 4 2,9 2 0

TABLA VI LUMINANCIAS[CD/M2] MEDIDAS - INSTALACIÓN Nº1-

Lmín = 1,7 cd; Lmed = 3,32 cd/klm ; DISTANCIA LONGITUDINAL [m]

Uo = Lmín/Lmed = 0,51 Uniformidad Longitudinal UL: Carril 1:

Lmín/Lmáx= 0,75

Carril 2:

Lmín/Lmáx= 0,80

Mediciones de Iluminancias: En cada uno de los 55 puntos demarcados sobre la calzada se ubicó la fotocélula del luxímetro con su plano de medición paralelo al plano de la calzada y sobre la misma con el objeto de medir iluminancia horizontal en [lux]. Luminancias: Se ubicó el luminancímetro a una distancia de 60 mts de la grilla establecida, a 1,5m de altura y a ¼ del ancho total, medido desde el borde derecho de la calzada, midiendo valores de luminancia en [cd/m²] en cada uno de los 55 puntos de la cxalzada. En Tablas V y VI se presentan los valores de las mediciones de iluminancia y luminancias respectivamente.

TABLA VII ESTIMACIÓN Q0: COEFICIENTES PUNTUALES -INSTALACIÓN Nº1

G1= Emín/Emed= 0,56;

G2= Emín/Emáx= 0,27

Resultados de mediciones de luminancias: Lmín = 1.9 cd;

Lmed = 2,96 cd/klm ;

Uo = Lmín/Lmed = 0,64 Uniformidad Longitudinal UL: Carril 1:

Lmín/Lmáx= 0.50

Carril 2:

Lmín/Lmáx= 0.63

DISTANCIA LONGITUDINAL [m]

Emed = 35,23 lux;

DISTANCIA TRANSVERSAL [m] 0,9 2,7 4,5 6,3 8,1 4,2 4,1 3,6 2,7 2 26,8 24,1 2,1 2,6 3,2 3,3 3,9 2 21,4 2,8 3,4 3,2 2,5 2 2,4 3 3,2 2,9 18,7 2,3 2,8 2,9 2,4 1,9 16 2 2,3 3,1 3 2 13,3 10,6 1,9 2,3 3,2 3,7 2,9 2,3 2,6 3,2 3,8 3,4 7,9 2,2 2,2 2,7 3,3 3,8 5,2 4,3 4,4 4,1 3,5 2,8 2,7 4,2 3,8 3 2,6 2,6 0

Estimación del Coeficiente Qo: Se define como la relación entre la luminancia en un punto sobre la calzada respecto de la iluminancia en el mismo punto. Al trabajar con las mediciones se obtiene los siguientes valores puntuales:

Resultados de mediciones de iluminancias: Emáx = 73,7 lux; Emín = 19,6 lux

DISTANCIA TRANSVERSAL [m] 0,9 2.7 4.5 6.3 8.1 39 27 26.8 73,7 69,6 55,7 37 25,9 24.1 62,2 59,7 49,8 21.4 43,5 43,3 38,7 31,5 23,6 18.7 21,6 26,6 29,8 29,7 28,5 16 19,6 23,8 26,2 24,4 22,2 23 24,8 23,1 19,7 13.3 20,6 26 24,9 22 10.6 23,2 24,4 7.9 28,4 28,5 28,1 25,3 21,2 40 37 29 22,8 5.2 43,4 26 2.7 60,6 54,5 44,5 33,8 72 60,8 49,3 38,5 29,7 0

DISTANCIA TRANSVERSAL [m] 0,9 2,7 4,5 6,3 8,1 26,8 0,057 0,059 0,065 0,069 0,074 24,1 0,034 0,044 0,064 0,089 0,151 21,4 0,064 0,079 0,083 0,079 0,085 18,7 0,093 0,090 0,101 0,108 0,102 16 0,117 0,118 0,111 0,098 0,086 13,3 0,097 0,100 0,125 0,130 0,102 10,6 0,082 0,094 0,123 0,149 0,132 7,9 0,081 0,091 0,114 0,150 0,160 5,2 0,051 0,055 0,073 0,114 0,167 2,7 0,071 0,081 0,092 0,104 0,108 0,058 0,063 0,061 0,068 0,088 0

Qopromedio = 0,093

Estimación del Factor de Mantenimiento FM: Es la relación entre la iluminancia medida y la calculada; entonces realizando los cocientes de la relación punto a punto y su promedio total se obtienen los valores de la siguiente Tabla:

220

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 TABLA VIII

DISTANCIA LONGITUDINAL [m]

FACTORES DE MANTENIMIENTO PUNTO A PUNTO-NSTALACIÓN Nº1 DISTANCIA TRANSVERSAL [m] 0,9 2,7 4,5 6,3 8,1 26,8 0,689 0,710 0,688 0,639 0,643 24,1 0,622 0,656 0,655 0,627 0,617 21,4 0,604 0,656 0,667 0,656 0,656 18,7 0,424 0,566 0,677 0,782 0,950 16 0,503 0,643 0,728 0,763 0,854 13,3 0,589 0,676 0,775 0,797 0,821 10,6 0,611 0,659 0,722 0,778 0,846 7,9 0,568 0,606 0,639 0,666 0,707 5,2 0,603 0,606 0,638 0,617 0,633 2,7 0,606 0,606 0,586 0,583 0,619 0,673 0,620 0,616 0,642 0,707 0

FMpromedio = 0,66 Ajuste de los valores de cálculo con FM y Qo: Se obtuvo previamente para este ejemplo el coeficiente de luminancia de 0,093 y el factor de mantenimiento promedio de 0,66; estos datos se ingresan nuevamente en el programa y se obtienen los siguientes resultados de iluminancia y luminancia: TABLA IX

DISTANCIA LONGITUDINAL [m]

ILUMINANCIAS[LUX] CALCULADAS -FM=0,66 DISTANCIA TRANSVERSAL [m] 0,9 2,7 4,5 6,3 8,1 71 64 53 40 28 26,8 66 60 50 39 28 24,1 48 44 39 31 24 21,4 33 31 29 25 20 18,7 25 24 24 21 17 16 23 22 21 19 16 13,3 25 24 23 21 17 10,6 33 31 29 25 20 7,9 47 43 38 31 24 5,2 66 60 50 39 28 2,7 71 65 53 40 28 0

Resultados del cálculo de iluminancias com FM=0,66: Emax = 71 lux; Emin = 16 lux Emed = 35, 75 lux; G1= Emin/Emed= 0,45;

G2= Emin/Emax= 0,23

Resultados del cálculo de luminancias con FM=0,66 y Qo=0,093: Lmín = 1,5 cd; Lmed = 2,92 cd/klm ; Uo = Lmín/Lmed = 0,51 Uniformidad Longitudinal UL: Carril 1:

Lmín/Lmáx= 0,76

Carril 2:

Lmín/Lmáx= 0,81

F.

Evaluación de Resultados para Instalación Nº1 Si no se aplica la metodología de ajuste propuesta, se observa una diferencia significativa entre lo medido y lo calculado; pero al aplicarla, esta diferencia se reduce, es decir se obtienen resultados medidos muy semejantes a los calculados, debido a que este método considera las incertezas asociadas al factor de mantenimiento FM y coeficiente de luminancia Qo. En las siguientes tablas se presenta un cuadro resumen con los resultados encontrados y la diferencia porcentual antes y después de aplicar el método. TABLA XI COMPARATIVA ILUMINANCIAS INSTALACIÓN Nº 1

ILUMINANCIAS INSTALACIÓN Nº1 Cálculo condic. Mediciones Cálculo condic. iniciales (FM=1) sobre calzada finales (FM=0,66) Emed Emed G1 G2 G1 G2 Emed G1 G2 [lux] [lux] 54,2 0,44 0,22 35,23 0,56 0,27 35,75 0,45 0,23

TABLA XII DIFERENCIAS PORCENTUALES ILUMINANCIAS INSTALACIÓN Nº 1

TABLA X

DISTANCIA LONGITUDINAL [m]

LUMINANCIAS[CD/M2] CALCULADAS -FM=0,661- Q0=0,093

DISTANCIA TRANSVERSAL [m] 0,9 2,7 4,5 6,3 8,1 4,1 4 3,4 2,6 1,8 26,8 24,1 4,4 4,2 3,5 2,6 1,8 21,4 4,1 3,9 3,4 2,5 1,7 18,7 3,7 3,5 3,1 2,4 1,6 3,2 3,3 3 2,2 1,5 16 13,3 3,1 3,2 2,9 2,1 1,6 3 3,2 3 2,3 1,6 10,6 2,9 3,2 3 2,4 1,8 7,9 3,3 3,4 3,1 2,5 1,8 5,2 3,9 3,8 3,4 2,6 1,9 2,7 4,1 3,9 3,5 2,6 1,8 0

ILUMINANCIAS INSTALACIÓN Nº1 Diferencia entre condiciones Diferencia entre condiciones iniciales y medido [%] finales y medido [%] Emed G1 G2 Emed G1 G2 35,0% -26% -19% 1,4% -24% -18%

TABLA XIII COMPARATIVA LUMINANCIAS INSTALACIÓN Nº 1

LUMINANCIAS INSTALACIÓN Nº1 Cálculo condic. Cálculo condic. Mediciones iniciales finales (FM=0,66sobre calzada (FM=1 – Qo=0,07) Qo=0,093) Lmed Lmed Lmed U Uo UL [cd/m2 Uo Uo UL [cd/m2 [cd/m2 L ] ] ] 3,32

0,5 1

0,7 5

2,96

0,6 4

0.5

2,92

0,5 1

0,7 6

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

221

III. EVALUACIÓN FINAL DE LOS RESULTADOS

TABLA XIV DIFERENCIAS PORCENTUALES LUMINANCIAS INSTALACIÓN Nº 1

ILUMINANCIAS INSTALACIÓN Nº1 Diferencia entre condiciones Diferencia entre condiciones iniciales y medido [%] finales y medido [%] Lmed Uo UL Lmed Uo UL 11,0% -26% 21% -1,4% -25% 22%

G. Evaluación de Resultados para Instalación Nº2 A continuación se presentan los correspondientes resultados de aplicar esta metodología a los valores medidos y calculados en la Instalación Nº2, que por razones de espacio no se incluyen en este informe. La Instalación Nº 2 consiste de una calzada nueva de hormigón claro, casi sin rodar, por lo que puede adjudicársele la Clase R1 (superficie clara y difusora). Es necesario consignar que en la aplicación de la metodología a los valores medidos y calculados en la Instalación Nº2, se obtuvieron los siguientes valores de Qo y FM:

TABLA XV COMPARATIVA ILUMINANCIAS INSTALACIÓN Nº 2

ILUMINANCIAS INSTALACIÓN Nº2 Cálculo condic. Mediciones Cálculo condic. iniciales (FM=1) sobre calzada finales (FM=0,80) Emed Emed G1 G2 Emed G1 G2 G1 G2 [lux] [lux] 64 0,41 0,2 50,8 0,4 0,2 51,2 0,41 0,2 DIFERENCIAS PORCENTUALES ILUMINANCIAS INSTALACIÓN Nº 2

ILUMINANCIAS INSTALACIÓN Nº2 Diferencia entre condiciones Diferencia entre condiciones iniciales y medido [%] finales y medido [%] Emed G1 G2 Emed G1 G2 20,6% 2% 0% 0,7% 2% 0% COMPARATIVA LUMINANCIAS INSTALACIÓN Nº 2

LUMINANCIAS INSTALACIÓN Nº2 Cálculo condic. Cálculo condic. Mediciones finales (FM=0,80iniciales sobre calzada Qo=0,104) (FM=1 – Qo=0,10) Lmed Lmed Lmed Uo UL [cd/m2 Uo UL [cd/m2 Uo UL [cd/m2 5,63

Trabajos

Chain, Lopez, Verny (Francia) REEIE (España) [14] Hargroves (Reino Unido)

[15]

]

]

4,52

0,4 6

0,4 7

Lm

Qo

Uo

UL

Observ.

Aconseja 5%<Lm<7 Difiere en Uo<11% redefinir a Qo % 30% 10%<UL<13,4% real Se conoce Federal Highway propiedades Administration Lm<10% -------------reflectivas (Bélgica) [12] pavimento

[13]

TABLA XVII

0,4 5

TABLA XIX RESULTADOS ESTUDIOS PRECEDENTES

CIE 66 [11]

TABLA XVI

0,4 6

IV. ANÁLISIS DE RESULTADOS DE ESTUDIOS PRECEDENTES

A modo de comparación con estudios previos realizados en la búsqueda de conformidad entre valores medidos y calculados en instalaciones reales, se presentan resumidos los resultados de dichos estudios en la tabla siguiente:

FMpromedio = 0,80; Qopromedio = 0,104

]

Se puede apreciar, luego de efectuar la correspondiente comparación entre valores medidos y calculados, que éstos últimos se ajustan bastante bien en lo que respecta al orden de magnitud, y que la diferencia apreciada se debe principalmente quizá a inexactitudes en el montaje de la instalación real, como por ejemplo leves variaciones de la altura, inclinación de la luminaria y separación entre las columnas. En la Instalación Nº2, las diferencias entre las mediciones y los valores calculados con los ajustes, para luminancias son Lm < 4%, para uniformidad general son Uo < 2% y longitudinal Ul < 4%, coeficiente Qo < 4%; mientras que en la Instalación Nº1 son Lm < 2%, Uo < 25%, Ul < 22%, Qo < 32%. Se observa que la Instalación Nº2 posee menores diferencias en los valores de uniformidades que la Instalación Nº1, esto quizás pueda deberse a que también posee menor diferencia del coeficiente Qo respecto de los valores estandarizados.

4,68

0,4 7

0,4 5

Fotios, Boyce, Ellis (Reino Unido)

Lm>30% -----

-----

-----

Envejecimiento de calzada

Lm<10% ------

<10%

<10%

Aplica a todas las magnitudes medidas

Recomen dado por Lm ± 45% norma y después ajustado

-----

-----

Instalaciones medidas sobre los 4 años de antigüedad

Lm<30% ------

-----

-----

Analiza para varios tipos de calzadas

[16]

TABLA XVIII DIFERENCIAS PORCENTUALES LUMINANCIAS INSTALACIÓN Nº 2

ILUMINANCIAS INSTALACIÓN Nº2 Diferencia entre condiciones Diferencia entre condiciones iniciales y medido [%] finales y medido [%] Lmed Uo UL Lmed Uo UL 19,7% 0% -4% 3,4% 2% -4%

Van Bommel

[17] Bodman, Schmidt (Alemania) [18]

Lm<20% Conocido

-----

-----

Medido con Lm<31% equipo portatil

4%< Uo<12%

8%<UL<9%

Conocidas las características reflectivas de la calzada, E ±10% Instalaciones entre 3 y 20 años, la mayor parte R2

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Del análisis de estos valores, podemos afirmar que los resultados de este estudio, al menos en lo que respecta a valores medios de Luminancia, presentan un mejor ajuste que los correspondientes a los estudios previos. V. CONCLUSIÓN

El procedimiento expuesto es simple de implementar y aporta indudables ventajas. Por ejemplo, se podría utilizar para la recepción de obras o para realizar auditorías de calidad, también para verificar el cumplimiento de las operaciones de mantenimiento pautadas en los contratos, etc. REFERENCIAS [1]

Fisher,A.J. ”Road Lighting as an accident counter-measure”. Australian Road Research, Vol.7 nº4, pp.2-16. Australian Road Research Board, Victoria, Australia, 1977. [2] COMMISSION INTERNATIONALE DE L’ECLAIRAGE, 1992b. “Road Lighting as an Accident Countermeasure”. Publicación CIE nº 93, Viena, Austria. [3] ILLUMINATING ENGINEERING SOCIETY OF NORTH AMERICA. “Roadway Lighting”. American National Standard, ANSI / IES RP-8. New York, 1982. [4] EN 13201-1, Road lighting - Part 1: Performance requirements, 2001. [5] Norma IRAM-AADL J 2022-2: “Alumbrado Público. Vías de Tránsito. Clasificación y Niveles de Iluminación”, Buenos Aires, Diciembre 2010. [6] NTC 900, Norma Técnica Colombiana, “Reglas Generales y Especificaciones para el Alumbrado público”. ICONTEC, Bogotá, 2011. [7] COMMISSION INTERNATIONALE DE L’ECLAIRAGE, 2000. “Road Lighting Calculations”. Publicación CIE nº140, Viena, Austria. [8] Philips, «Calculux Viario versión 7.7.0.1,» 2010. [En línea]. Available: http://www.centralamerica.lighting.philips.com/connect/tools_literature/ downloads.wpd. [9] IESNA-LM-63-02, Standard File Format for the Electronic Transfer of Photometric Data and Related Information, 2002. [10] Cabello A.J., Raitelli M.R.,“Estimación del factor de Mantenimiento del Sistema de Iluminación de una Concesión Vial. Parte I”. Revista LUMINOTECNIA, ed. AADL., Nº 123, Julio/Agosto 2014, pp.40-45, ISSN 0325 – 2558, Buenos Aires 2014. [11] COMMISSION INTERNATIONALE DE L’ECLAIRAGE, 1984. “Road Surfaces and Lighting”, Publicación CIE nº 66, Viena, Austria,1984. [12] Federal highway Administration, “European Road Lighting Technologies”, September 2001. [En línea]. Available: http://international.fhwa.dot.gov/euroroadlighting/. [13] C. Chail, F. Lopez y P. Verny, “Impact of real road photometry on public lighting design”, 26th Session of the CIE, Beijing, 2007. [14] Ministerio de Industria, Energía y Turismo, «Reglamento de Eficiencia Energetica en Instalaciones de Alumbrado Exterior».Madrid,España, 19 Noviembre 2008. [En línea]. Available: http://www.boe.es/boe/dias/2008/11/19/pdfs/A45988-46057.pdf. [15] Hargroves R.A. “Road Lighting. As calculated as and in service”. Lighting Research & Technology, Vol.13, nº3, pp.130-136, September 1981. [16] Fotios S., Boyce P., Ellis C., “The Effect of Pavement Material on Road Lighting Performance”. Technical Report, Sheffield Hallam University, UK Lighting Board, October 2005. [17] Van Bommel I. W. J. M., de Boer P. J. B., “Road Lighting“, Eindhoven: Kluwer Technische Boeken, 1980. [18] Bodmann H.W., Schmidt H.J., “Road surface reflection and road lighting: Field investigations”. Lighting Research & Technology, Vol.21, nº4, pp.159-170, April 1989.

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La Luz en los museos: calidad ambiental y satisfacción. Objetos y visitantes Ajmat, Raúl Fernando1-2; Sandoval, José2; Lombana, Santiago1-2; Bazán, Natalia2 1- Instituto de Luminotecnia, Luz y Visión, CONICET, Argentina / FAU (UNT) - rfajmat@hotmail.com 2- Instituto de Luminotecnia, Luz y Visión, CONICET, Argentina / DLLyV (UNT) - jsandoval@herrera.unt.edu.ar Resumen— La cuestión de la exhibición y preservación de los bienes culturales en general y del patrimonio de un museo en particular puede estudiarse atendiendo tanto a las características del espacio que contiene al museo: el contenedor; como a las del contenido (los objetos y su forma de exhibición). Esto genera desafíos diversos en el campo de la investigación, por un lado pueden estudiarse las condiciones constructivas del museo que generan condiciones ambientales y arquitectónicas (termohigrométricas y de iluminación) bajo las que se realiza la exhibición. Por otro lado puede estudiarse desde el punto de vista del objeto, el deterioro que podría producirse, los criterios de preservación y los requisitos visuales para una correcta percepción de los mismos. En estas consideraciones, suele afectarse directa o indirectamente la satisfacción del visitante de museos quien protagoniza una escena donde la percepción juega un rol decisivo en su experiencia y en la confirmación o no de sus expectativas previas a la visita. El abordaje de esta temática en la región noroeste de Argentina, donde un número significativo de los espacios destinados a museos se localiza en las denominadas “casasmuseo” (edificios de valor patrimonial que albergaron otras funciones y hoy son museos), cuenta con un desarrollo incipiente generando continuamente situaciones de difícil resolución en la preservación de los objetos así como en la calidad de exhibición para los entes que gestionan el patrimonio en la región. El presente trabajo indaga en las correlaciones entre las condiciones ambientales, entre las cuales la luz natural o artificial juega un rol predominante, y la experiencia perceptual que de ese ambiente tienen sus visitantes. Se presentan aquí los resultados de metodologías de evaluación aplicados a casas-museo del noroeste argentino en diferentes estaciones del año correlacionando las variables ambientales de exhibición con los requerimientos de preservación y la respuesta de los visitantes. I.

INTRODUCCIÓN

L

a exhibición y conservación de obras de arte y objetos de valor histórico-patrimonial, es una de las labores más complejas que deben llevar a cabo los museos e instituciones afines. Las condiciones ambientales bajo las cuales se exponen los objetos y obras de arte en museos tienen una influencia decisiva en la conservación de los mismos y en la velocidad a la que se producirán los cambios irreversibles que conducen a la pérdida de las características relevantes de esos objetos [1]. En la historia de los museos de Latinoamérica y particularmente en el caso de Argentina es importante el rol que han jugado las casas-históricas-museo. El desafío de las llamadas Casas Museo consiste entonces en la conservación de un espacio simbólico y a la vez, exhibir en él, objetos u obras de arte que deben ser preservados. Se plantea entonces una cuestión entre la exhibición de los objetos para su conocimiento y disfrute del

público y el resguardo de los mismos para mantener su integridad material. Cualquier cambio en el estado físico o en la composición química de un objeto u obra de museo degrada y deteriora lo que constituye parte del Patrimonio Cultural de la sociedad, patrimonio que debe ser legado en las mejores condiciones posibles a sucesivas generaciones. A fin de encontrar un equilibrio entre las posibilidades de exhibición y la preservación de los objetos, es necesario estudiar profundamente al propio objeto así como a las condiciones ambientales a las cuáles se someten, considerando además, la funcionalidad del espacio y las actividades humanas que en él se realizan [2][3]. Entre ellas se encuentran la exhibición y, en consecuencia, la visita del público a quien está destinada la exhibición y el museo como contenedor. La necesidad de conocer a sus públicos de manera de poder atender correctamente sus necesidades, ha determinado que con el paso de los años los estudios de público hayan ido adquiriendo también un papel importante para la gestión de estas instituciones. Pero si bien este paulatino cambio de rol de los museos en la sociedad, donde pasaron de ser simples espacios de presentación de objetos a lugares de participación y difusión del conocimiento de manera informal y donde el visitante comenzó a cobrar un papel protagonista, ha dado lugar a un aumento cada vez mayor de las instituciones que realizan estudios de públicos en carácter de evaluaciones particulares; a nivel académico, de investigación, con vistas a la generación de un conocimiento de dominio público y centrado en principios generales de mayor alcance, la temática ha sido muy poco abordada hasta los últimos años. II.

SÍNTESIS DEL ESTADO DEL ARTE DE METODOS DE EVALUCION SUBJETIVA

La mayoría de las metodologías utilizadas en la bibliografía revisada se basan en métodos de evaluación subjetiva, por lo que abarcan un conocimiento casi exclusivamente cualitativo, salvo en excepciones. Comenzando por el punto de vista propio de la museología, orientada a los “estudios” de públicos, donde el objetivo principal es siempre la evaluación del funcionamiento de ciertas variables en exposiciones particulares, las técnicas más utilizadas son las de observación y los autoinformes [4]. Las técnicas de observación son variadas, identificándose diferentes metodologías: 1. Los registros narrativos, donde el observador realiza, como el nombre lo indica, un registro narrado de la

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observación que realiza del comportamiento de cada visitante. Al ser un tipo de recogida de datos no sistemática, se la utiliza generalmente en etapas previas a la investigación, cuando no se conoce nada sobre los posibles patrones de comportamiento de los visitantes. 2. Observación de recorridos (tracking), que es uno de los métodos más usados. Consiste en registrar ciertos comportamientos del visitante, determinados de importancia de antemano, utilizando esquemas de flechas sobre planimetrías del museo. Generalmente se registran los recorridos seguidos, tiempos parciales (frente a cada elemento expositivos) y totales (de la visita), etc. 3. Los mapas conductuales se utilizan en cambio cuando la atención no está centrada en el comportamiento de cada visitante con la visita sino en el estudio de un área o elemento expositivo en particular. Se selecciona un espacio y se cuenta la cantidad de personas que pasan por el mismo usando intervalos de tiempo específicos en diferentes días y horarios, observándose ciertas variables de interés como nivel de ruido, densidad de visitantes, edad, etc. Los datos recogidos tienen un carácter marcadamente estadístico por lo que siempre se sugiere complementarlos con otros métodos de observación o autoinformes. 4. Observación en puntos de muestreo: se seleccionan puntos relevantes a estudiar del recorrido planteado por la institución y se realiza una observación detallada del comportamiento de cada individuo que pasa por los mismos. Es una versión abreviada de la observación de recorridos completos, que permite ahorrar tiempo de recogida de datos enfocándose sólo en los puntos de interés del recorrido. Como contrapartida, se debe tener realizado de antemano un análisis del layout del museo para poder seleccionar los puntos a analizar. El principal problema que presenta la técnica de observación es el sesgo producido por el propio observador, por lo que, como con cualquier otro método de evaluación subjetiva, se recomienda acompañarlo por otros métodos complementarios. [4] Los autoinformes, por otro lado, son las herramientas más utilizadas para la recogida de datos en este contexto. Pueden implementarse como cuestionarios, ya sea autoadministrados o con encuestador; entrevistas; “focus groups” o reuniones de discusión donde se realiza una discusión tutorizada sobre una serie de temas y con un grupo de individuos previamente seleccionados; o como “visitor panels” o paneles de visitante, similares a los focus groups pero con visitantes reales, es decir, no citados previamente al museo, por lo que suelen ser más cortas y concisas [5]. Para el caso de cuestionarios o entrevistas escritas, pueden ser [4]: Altamente estructurados (preguntas cerradas), Semi estructurados (permiten mayor elaboración de respuesta) o Entrevistsa en profundidad (preguntas abiertas) El principal problema de los autoinformes es lo que se conoce como “sesgo de deseabilidad social”. La presencia del entrevistador puede sesgar las respuestas del visitante, quien puede sentir la necesidad de contestar lo que cree que el encuestador desea escuchar. Si bien esto se solucionaría con la

aplicación de un cuestionario completamente autoadministrado, esto genera otros inconvenientes como la falta de control sobre el muestreo y en general un menor nivel de cooperación de los visitantes, por lo que suele optarse por la utilización de cuestionarios parcialmente autoadministrados: el encuestador selecciona las personas y las insta a participar entregándoles un cuestionario que ellos mismos completarán. Los estudios realizados en la bibliografía revisada, dentro del marco de los denominados “de evaluación subjetiva” se caracterizan en su mayoría por la utilización de autoinformes que luego son sometidos a análisis estadísticos simples o multivariados. Se realizó un estudio sobre una población de 30 museos de Corea, evaluando el impacto del ambiente físico del museo en la satisfacción de sus visitantes. La recolección de datos se realizó mediante cuestionarios de preguntas cerradas con respuestas mediante escalas de valoración de tipo Likert de 5 puntos entregados al finalizar el recorrido.[6] Un planteo metodológico similar se realizó para un estudio realizado en Valladolid, España pero con algunas diferencias. En este caso el objeto de estudio fue la formación de la satisfacción en los visitantes de museos y se incorporó un enfoque afectivo, estudiando las emociones, estado de ánimo y expectativas del visitante. El cuestionario se elaboró con preguntas cerradas, altamente estructurado variando entre opciones de respuesta con diferencial semántico o de tipo Likert de 5 puntos. [7] Un estudio realizado sobre 6 museos nacionales históricos ubicados en distintos países de Europa investigó su rol en los sentimientos y formación de la identidad nacional en los visitantes. Siendo una investigación puramente cualitativa donde el objetivo era recolectar opiniones, emociones despertadas en los sujetos e indagar sobre la comprensión del mensaje expositivo que los museos proponían.[8] En un trabajo realizado sobre un museo de arte contemporáneo en Barcelona, España, donde se exploró el uso de la iluminación para generar una atmósfera visual y cómo esto afectaba la adaptación visual y por consiguiente el confort lumínico de los visitantes, se realizó como primera etapa un relevamiento de niveles de iluminancias a lo largo del recorrido, seleccionándose puntos de interés donde hubieran cambios bruscos en los mismos. Dichos puntos se seleccionaron como puntos de muestro y se implementó en ellos la siguiente etapa, consistente en una encuesta a los visitantes compuesta de una pregunta con escala de valoración de 5 puntos sobre su percepción del nivel de iluminación del ambiente. [9] Este último ejemplo se diferencia en la incorporación de valores cuantitativos, por medio de mediciones objetivas, lo que permite desarrollar una imagen más completa de los espacios analizados, ayudando a su caracterización en un nivel más detallado. III.

CASO DE ESTUDIO: CASA HISTORICA DE LA INDEPENDENCIA ARGENTINA

El Museo Casa Histórica de la Independencia, monumento histórico nacional y símbolo de la independencia de Argentina, exhibe una combinación de elementos originales y escenográficos representantes de la cosmovisión de la época y de los hechos acontecidos en el marco del día de la jura de la independencia.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 El trabajo que aquí se presenta analiza las condiciones ambientales interiores de las salas de exposición (humedad, temperatura, iluminación), su influencia en el confort del usuario y el posible impacto en los objetos exhibidos en su interior. El análisis busca correlacionar registros de valores de humedad, temperatura e iluminación interior con encuestas de satisfacción de usuarios (lumínica e higrotérmica) realizadas “in situ”. La primera etapa fue la catalogación de todas las piezas expuestas en las salas del museo, dicha clasificación tomó de referencia las utilizadas por las normas de la Comisión internacional de iluminación, las cuales buscan agrupar los materiales según similares grados de sensibilidad ante niveles de iluminación determinados, dichas condiciones, dado el caso producirán deterioro de la pieza expuesta, que en algunas situaciones puede tornarse irreparable generando la perdida de una bien museológico de elevado valor económico y cultural. Se observa que las salas presentan un predominio de piezas de baja y muy baja sensibilidad a la radiación, siendo estos en su mayoría mobiliarios de madera, pinturas al óleo y elementos metálicos, quienes al presentar elevados niveles de tolerancia a la radiación, no requieren mayores controles de iluminación artificial.

Una pieza de papel impreso representa el único elemento de atendible sensibilidad a la radiación ya que 50 lux son fácilmente alcanzables con iluminación artificial convencional. Paralelamente, se emplearan las normas de la Asociación Americana de ingenieros en calefacción, refrigeración y aire acondicionado (ASHRAE) (American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers), quienes establecen los valores de condiciones higrotérmicas recomendados para las salas de exposición, las mismas definen que para edificios como las casas museos, donde por las características intrínsecas de dicha tipología se vuelve complejo y dificultoso tener un control total de las condiciones ambientales en su interior, serán establecidos rangos aceptables de temperaturas de entre 15 y 25°C con fluctuaciones máximas diarias de hasta 5°C, y para Humedad Relativa será aceptado un rango entre el 40 y 60% con 10% de fluctuaciones diaria. [10]. Los valores establecidos por cada norma serán objeto de contraste con los posteriores registros obtenidos del estudio de las condiciones higrotérmicas y lumínicas de las salas.

IV. Fig. 1. Plano de Relevamiento Material – Salas del Museo Casa Histórica de La Independencia. (Archivo del Museo Casa Histórica de la independencia, 2015)

225

ANALISIS DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES DE LAS SALAS

El análisis de las salas se realizó con instrumental adecuado de medición, el cual se instaló en 5 salas que presentaban características de especial interés para el equipo investigador, dicho instrumental es un registrador de condiciones de temperatura, humedad e iluminancia el cual se programó para tomar mediciones en intervalos de 15 minutos durante un

226

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periodo de 6 meses, diciembre - mayo, siendo este, el que presenta las condiciones adversas en el clima tucumano.

La contrastación con las normas para la conservación (ASHRAE) arrojan los siguientes resultados:

Salas seleccionadas:

El 63,83 % del periodo estudiado la sala 8 no cumplía con los valores de Humedad Relativa recomendados por la norma.

SALA 1: Sala de inicio del recorrido del usuario, lugar de contraste entre clima exterior e interior. SALA 3: Sala intermedia en el recorrido del usuario, dicha sala presenta una ventana que permanece abierta diariamente durante los horarios de funcionamiento del museo. Dicha abertura permite ingreso de iluminación natural sobre los bienes ubicados en la sala. SALA 4: Sala donde se encuentra el cuadro de San Martin, el instrumental se colocó próximo al mismo para asegurar que los datos sean similares a los que recibe dicho cuadro. SALA 8 (Sala de la Jura): Sala relevante no tan solo por los bienes museales que contiene, sino además por que las características constructivas de la misma corresponden a la construcción original de la casa, difiriendo del resto que corresponde a la reconstrucción de 1941 realizada con materiales contemporáneos. EXTERIOR: Se dispuso un instrumental de medición en un espacio en sombra en contacto directo con el exterior con el propósito de comparar los datos del clima exterior con los registros de los interiores de las salas, y así, analizar la influencia de la envolvente arquitectónica en las condiciones internas del museo. Dentro de cada sala, se procuró que la ubicación del instrumental sea en el punto donde se presenten los mayores niveles de iluminación (natural + artificial) que pueden recibir las piezas expuestas a fin de analizar los niveles de deterioro que se producen en los casos más desfavorables. V.

REGISTROS AMBIENTALES OBTENIDOS

El procesamiento mediante software de los datos del instrumental dio una gran variedad de resultados, entre ellos se comentan los siguientes:

El 5,25 % del periodo estudiado la sala 8 no cumplía con los valores de Temperatura recomendados por la norma. La contrastación con los valores recomendados para el confort del individuo [11] arrojan los siguientes resultados: El 2,44 % del periodo estudiado la sala 8 no cumplía con los valores de Humedad Relativa recomendados para el confort. El 23,93 % del periodo estudiado la sala 8 no cumplía con los valores de Temperatura recomendados para el Confort. Dichos porcentajes reflejan la situación de las condiciones higrotérmicas presentes en la sala 8, tanto para la conservación de piezas museales como para el confort del usuario. Considerando las condiciones de iluminación presentes en la sala, el contraste con las normas empleadas [12] arrojo los siguientes resultados: El 0,06 % del periodo estudiado las piezas de la sala 8 estuvieron expuestas a niveles de iluminación superiores a 300 lux (Limite para piezas de Sensibilidad Muy Baja). El 8,95 % del periodo estudiado las piezas de la sala 8 estuvieron expuestas a niveles de iluminación superiores a 200 lux (Limite para piezas de Sensibilidad Baja). El 44,50 % del periodo estudiado las piezas de la sala 8 estuvieron expuestas a niveles de iluminación superiores a 50 lux (Limite para piezas de Sensibilidad Media y Alta).

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Museo Casa Histórica de la Independencia Comportamiento Lumínico ‐ Sala 8, periodo Diciembre‐Mayo.

Lux

Sensibilidad Muy Baja Sensibilidad Baja

Sensibilidad Alta y Media Dic

Ene.

Feb.

Mar.

Abr.

May.

Meses Fig. 2. Límites de niveles de Iluminación admisibles según norma (CIE, 2004) en sala 8 de Museo “Casa Histórica de la Independencia”, periodo DiciembreMayo.

En el caso particular de la sala 8 la cual contiene en su totalidad piezas de Sensibilidad Baja (29 cuadros al óleo y 5 Piezas de mobiliario madera) se establece que el 8,95 % del tiempo las piezas fueron expuestas a condiciones superiores a lo admisible, además el periodo estudiado arrojó una acumulación de 294 Klux-Hra, lo cual representa un 49% de la exposición anual máxima permitida por la norma (600 Klux-Hra/Año), lo cual presupone una cierta posibilidad de alcanzar dicho límite. [12]. Efecto de la envolvente en SALA 8 ante variaciones deTMP y HR 90000

Puede afirmarse que las condiciones higrotérmicas imperantes en las sala 8 del museo Casa Histórica de la Independencia no verifican los valores recomendados por las normas para la conservación de piezas ni para el confort del usuario visitante. Estos datos relevados permiten plantear posibles alternativas de solución en cada caso a fin de mejorar las condiciones de exhibición y preservación.

80000

70000

60000

50000

40000

30000

20000

10000

0

El comportamiento de la sala analizada muestra la influencia de la envolvente en el Amortiguamiento: representado por la diferencia entre la temperatura máxima interior y la máxima exterior y el Desfase o retardo: representado por la diferencia en unidades de tiempo, entre la máxima temperatura exterior e interior. Según puede observarse el amortiguamiento es significativo, no asi el retardo puesto que las diferencias entre las condiciones exteriores e interiores son importantes pero su variabilidad en el tiempo no lo es. Situación que puede explicarse en este caso dado que, como puede observarse en Fig. 1 se trata de la tradicional vivienda colonial “a patio” y por lo tanto las aberturas ponen en contacto las condiciones interiores con las exteriores muy directamente.

12 14 16 18 20 22 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 00 02 04 06

Dia 1

Dia 2

Dia 3

Dia 4

Dia 5

Fig. 3. Comportamiento termo-higrométrico deHRsala 8 periodo Diciembre-Mayo TEMP SALA 8 TEMP EXT SALA 8 HR EXT (ampliación de una semana)

228

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 VI.

RELEVAMIENTO DEL USUARIO VISITANTE

La presente etapa consistió en realizar encuestas de confort higrotérmico y lumínico del usuario luego de haber realizado el recorrido por las salas de exposición. El presente trabajo muestra resultados de dos campañas de encuestas. La primera (Encuesta 1) sobre un total de 100 encuestas distribuidas en diez días seleccionados por su diferencia de condiciones climáticas, el período de encuesta incluyó la estación de verano, la cual en el clima local posee las condiciones más adversas para el confort higrotérmico del individuo. La segunda (Encuesta 2), basada en la primera experiencia pero profundizando la indagación en relación a las expectativas se encuentra en desarrollo actualmente, se presentan los resultados preliminares de la misma. Las primeras encuestas -Encuesta 1personalmente agrupando la siguiente información:

se realizaron búsqueda de

- Datos generales (edad, género, origen) - Confort Térmico - Confort Lumínico - Satisfacción general VII.

Estado de ánimo Se registró un estado de ánimo medio con leves cambios en los visitantes. Estos se mostraron más impresionados después de la visita en relación al nivel de entusiasmo que tenía anterior a la misma. Por otro lado, se mostraron más relajados y con una disminución en el nivel de energía.

Fig. 4. Ejemplo Encuesta 2

Expectativas La escala de expectativas, compuesta por 7 ítems, se procesó de dos maneras: Se calculó la media de respuestas para cada visitante, lo que permitió resumir las expectativas de cada uno en un único valor, para luego proseguir con la clasificación del grado de expectativas mostrado. Para esto se establecieron los siguientes puntos de corte:

RESULTADOS DE ENCUESTAS AL USUARIO

Las cien encuestas –Encuesta 1- ejecutadas al usuario visitante arrojaron una amplia variedad de resultados los cuales agruparemos según los tres tipos de interrogantes propuestos: Confort higrotérmico, Confort Lumínico y Satisfacción General. Dicho proceso arrojo los siguientes resultados:

Se trabajó con una muestra de 10 visitantes, de entre 18 y 26 años, estudiantes de grado, de San Miguel de Tucumán.

Expectativas

Puntos de corte

Bajas

1 a 2.5

Medias

2.51 a 3.5

Altas 3.51 a 5 El 60% de los visitantes presentaron expectativas altas con respecto a su visita al museo.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

Series1, Altas, 6

229

contenido en exhibición, es decir, con el contenido tangible de la visita, sin embargo, presentaron expectativas altas con respecto al contenido intangible: la experiencia educacional y el interés cultural e histórico de la exhibición.

Visitantes

Percepción y satisfacción con temperatura en las salas Series1, Medias, 3

El 60% (6 de los 10) de los visitantes entrevistados opinó que los ambientes del museo eran de moderadamente a muy calurosos, con una media de 3,61 en una escala de 5 puntos con diferencial semántico de “muy frío” a “muy caluroso”, por lo que, utilizando los mismos puntos de corte definidos para la escala de expectativas, se concluye que el museo fue percibido por los visitantes como de medio a bastante caluroso. En relación a esto, un 30% (3 de los 10) se mostró insatisfecho con la temperatura de las salas y un 40% (4 de los 10) sólo algo satisfecho, lo que indica que sintieron algún nivel de disconfort.

Series1, Bajas, 1

Expectativas

Fig. 4 Expectativas con respecto a su visita al museo

Se calculó además la media global de expectativas con la visita, que arrojó un valor de 3.5, por lo que se concluye que las expectativas medias para la visita al museo fueron de un nivel medio-alto.

TABLA I VALORES MEDIOS DE ÍTEMS DE ESCALA DE EXPECTATIVAS. MUSEO CASA HISTÓRICA

ITEM

MEDIA

NIVEL DE EXPECTATIVAS

Profesionales disponibles para ofrecer información

3.37

medias

Buen trato de parte del personal del museo

3.63

altas

2.79

Medias

3.36

medias

3.34

medias

3.96

altas

Instalaciones modernas y tecnológicamente avanzadas Adecuados paneles informativos, iluminación y uso de los espacios Contenido de exhibición único y diferente al de otros museos Visita como experiencia educacional

Objetos e información de alto interés cultural e 4.54 altas histórico De la tabla 1 se observa que los visitantes presentaron un nivel de expectativas medio con respecto al nivel de instrucción del personal, los paneles informativos y uso de espacios y el

Visitantes

Se calculó la media de respuestas por ítem. En la tabla 1 se observa que de los 7 ítems que conforman la escala de medición de expectativas, las expectativas medias más altas de los visitantes se registraron para los ítems “Buen trato de parte del personal del museo”, “visita como experiencia educacional” y “objetos e información de alto interés cultural e histórico”.

Series1, Algo satisfactori a, 4

Series1, Muy insatisfacto ria, 1

Series1, Insatisfacto ria, 2

Series1, Satisfactori a, 2

Series1, Muy satisfactori a, 1

Satisfacción con temperatura de las salas

Fig. 5 Satisfacción con respecto a su visita al museo

Al calcular la media de respuestas sobre la satisfacción de los visitantes con esta variable se obtiene un valor de 2.76, por lo que se concluye que hubo una satisfacción media con la temperatura en las salas durante la visita y que coincide con los resultados obtenidos sobre la percepción de la temperatura en el museo. Percepción y satisfacción con iluminación en las salas El 70% (7 de los 10) de los visitantes consideró que el museo presentaba niveles de iluminación entre medios y bajos, con una media de 2,61 en una escala de 5 puntos con diferencial semántico de “muy oscuro” a “muy luminoso”, por lo que se concluye que el museo fue percibido por los visitantes como de medio a poco iluminado. En relación a esto, el 60% se mostró sólo algo satisfecho con la iluminación en las salas.

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Visitantes

Series1, Algo satisfactori a, 6

Series1, Muy insatisfacto ria, 1

Series1, Satisfactori a, 3

Satisfacción con iluminación en las salas

Fig. 6 Satisfacción con respecto a su visita al museo

El 60% (6 de los 10) de los visitantes consideró que había zonas o salas mal iluminadas dentro del museo, en su mayoría señalando en este aspecto a la Sala de la Jura y a la primera sala del recorrido. El cálculo de la media de respuestas sobre la satisfacción con esta variable resultó en un valor de 2.93, por lo que se concluye que hubo una satisfacción media con la iluminación en las salas durante la visita, que coincide con los resultados obtenidos sobre la percepción de la iluminación en el museo. VIII.

ACTIVIDADES POR REALIZAR

El proyecto tiene planificadas mediciones de variables ambientales (iluminación, humedad y temperatura) en el periodo restante del año e incrementar el número de las encuestas de satisfacción a fin de alcanzar una población mayor. El objetivo final es proveer de una metodología integral de evaluación que atienda a los aspectos de exhibición y preservación del patrimonio y satisfacción de visitantes. IX.

CONCLUSIONES

Las condiciones de exhibición y preservación han demostrado tener importantes desajustes respecto de las especificaciones de normas internacionales tanto en iluminación como en las otras variables ambientales (humedad y temperatura). La sumatoria de iluminación natural y artificial hace que más del 44% del tiempo las condiciones excedan los límites para objetos de media y alta sensibilidad y casi el 9% exceden también los valores recomendados para la exhibición de objetos de baja sensibilidad. Con ello y, de no mediar mejoras, sólo puede recomendarse la exhibición de objetos de muy baja sensibilidad desde el punto de vista de la iluminación. En la consulta a los usuarios la satisfacción con la iluminación el museo fue percibido por un 86% de los visitantes con iluminación media en Encuesta 1 y el 60% se mostró sólo algo satisfecho con la iluminación en las salas durante la Encuesta 2 . Respecto de Humedad y Temperatura en climas como el de San Miguel de Tucumán se constato que el 63,83 % del periodo estudiado la sala 8 no cumplía con los valores de Humedad Relativa recomendados por la norma. Y, si bien en los registros de

temperatura sólo difieren en un 5% de lo recomendado para la exhibición, el 23,93% del periodo estudiado la sala 8 no cumplía con los valores de Temperatura recomendados para el Confort. Esto tiene algunos correlatos en las dos encuestas realizadas entre usuarios, 42% de ellos manifestaron molestias por calor (encuesta 1) dato que puede compararse con un 40% sólo algo satisfecho, lo que indica que sintieron algún nivel de disconfort mediante la Encuesta 2 interpretándose una satisfacción media. En la Encuesta 1 se habian registrado altos valores de satisfaccion con el total de la visita aun cuando los niveles de confort no fueran tan altos (90%). Se indago entonces -Encuesta 2- sobre las expectativas de los visitantes, encontrandose que las expectativas medias para la visita al museo fueron de un nivel medio-alto esta aparente inconsistencia entre la satisfacción con la visita y la valoración de la misma puede deberse y en algunos casos ha sido asentado en los comentarios adicionales por parte de los visitantes, al alto valor patrimonial e histórico de este museo en particular. En la continuación del presente trabajo se espera indagar más en profundidad sobre la desconfirmación de expectativas a fin de explicar algunas de las aparentes inconsistencias registradas. REFERENCIAS [1]Thomson, G. (2003). The Museum Environments. London: ButterworthHeinemann Series in Conservation and Museology. [2]Lindblom Patkus B., (2007), “Protection from light Damage”. Northeast Document Conservation Center, 2007. [3]Christensen E. and Janssen H. (2011), “Passive hygrothermal control of a museum storage building”. Proceedings of Building Simulation 2011: 12th Conference of International Building Performance Simulation Association, Sydney, 14-16 Noviembre, 2011. [4]Pérez Santos, E. (2000). Estudio de visitantes en museos: metodología y aplicaciones. Gijón: Ed. Trea [5]García Blanco, A. (1999). La exposición, un medio de comunicación. Ediciones Akal. Madrid. [6]Jeong, J.-H., & Lee, K.-H. (2006). The physical environment in museums and its effects on visitors’ satisfaction. Building and Environment, 41(7), 963– 969. [7]De Rojas, C., & Camarero, C. (2008). Visitors’ experience, mood and satisfaction in a heritage context: Evidence from an interpretation center.Tourism Management, 29(3), 525-537. [8]Dodd, Jocelyn, Jones, Ceri, Sawyer, Andy, & Tseliou, María Ana. (2012). Voices from the Museum: Qualitative Research Conducted in Europe's National Museums. The Authors. UK. [9]Ajmat R. , Sandoval J.; Arana Sema F.; O’Donell B.; Gor S.; Alonso H.; (2011) “Lighting Design in Museums: exhibition vs preservation”. WIT Transactions on The Built Environment, Vol 118, Online ISSN: 1743-3509 Print ISBN: 978-1-84564-526-7 Edited By: C.A. Brebbia, L. Binda Published: 2011 Pages: 784. [10]ASHRAE. (2011). Chapter 23: Museums, galleries, archives and libraries. In ASHRAE Handbook HVAC Applications (pp. 1-22). Atlanta: ASHRAE, Inc. [11]Olgyay, V. (1963). Design with Climate. Princeton, New Yersey. Princeton University Pres.Reeditado GG (1999). Arquitectura y clima. Manual de diseño bioclimático para arquitectos y urbanistas. [12]CIE. (2004). CIE 157:2004. Control of Damage to Museum Objects by Optical Radiation. Vienna: Commission Internationale de l'Éclairage.

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Paisajes Lumínicos Urbanos Históricos CASO BOCA DEL PUENTE O TORRE DEL RELOJ. CENTRO HISTÓRICO DE CARTAGENA

Carolina Pedraza Guevara1 1- Estudiante Especialización de Iluminación Pública y Privada (Universidad Nacional de Colombia) Resumen—Esta ponencia propone criterios que deberían tenerse en cuenta para el diseño de Planes Maestros de Iluminación para Paisajes Lumínicos Urbanos Históricos, los cuales se definen como la capa nocturna del Paisaje Urbano Histórico, con el fin de promover su conservación, uso y gestión en la noche, desde una mirada holística que comprende las relaciones físicas, perceptuales, espaciales, sociales y económicas del mismo y en donde la Iluminación juega un papel relevante en la mejora de la calidad de vida, articulación y activación en dicho paisaje en las horas de noche y la madrugada. Para evidenciar estos criterios se realiza un diagnóstico en una zona del Centro Histórico de Cartagena, denominado la "Boca del Puente" o "Torre del Reloj" y su entorno. Abstract--This paper proposes criterias that should be considered for the design of Lighting Master Plan for Historical Urban Lightscapes, which are defined as the night layer of the Historic Urban Landscape, in order to promote the conservation, use and management in the night, from a holistic view, that includes the physical, perceptual, spatial, social and economic relations that exist in it, and where the lighting plays an important role in improving the quality of life of the people, articulation and activation of the landscape in the evening hours and early morning. For put in evidence the criterias, was realiced a diagnostic in the zone of Old Town of Cartagena Colombia, "Torre del Reloj" and surroundings I.

INTRODUCCIÓN

Estableciendo un vínculo con las recomendaciones establecidas por la Unesco en noviembre del 2011 sobre Paisaje Urbano Histórico1 y a partir del concepto de “Lighting Urbanism” (Urbanismo Luz)2 , la revisión de algunos Planes Maestros de Iluminación a nivel mundial, la Carta de Taxco3 y la propuesta de las Bases Metodológicas para la Iluminación de Conjuntos Históricos”4 , este documento propone criterios para el Diseño de Planes Maestros o Planes Directores de Iluminación en Paisajes Históricos Urbanos

1 Recomendación sobre el Paisaje urbano histórico aprobada por la Conferencia General en su 36ª reunión París, 10 de noviembre de 2011 http://www.historicurbanlandscape.com/themes/196/userfiles/down load/2014/3/31/3ptdwdsom3eihfb.pdf 2 Concepto introducido por Roger Narboni, quien fundó en 1987 el estudio CONCEPTO. 3 Instituto Nacional de Antropología e Historia. Carta de Taxco. México 2009. https://www.academia.edu/10457695/Carta_de_Taxco_2009._Cart a_di_Taxco_2009._Carte_de_Taxco_2009._Taxco_Charter_2009.

Los criterios propuestos pretenden ser una guía de conceptos e investigación, que sirvan de punto de partida para el diseño de Planes Maestros de Iluminación dentro de los Paisajes Urbanos Históricos. Su motivación parte de la observación de diversos casos en donde nuevas soluciones de iluminación aplicadas en bienes patrimoniales particulares o en el conjunto terminan distorsionando su valor, lo perjudican físicamente, lo desarticulan de su paisaje original y generan contaminación lumínica en las ciudades. Es así como este documento busca reforzar la idea de reconocer la importancia de la conservación de los Paisajes Urbanos Históricos no solo a la luz del día sino también, a la luz de la noche. II.

CONCEPTOS INICIALES / REFERENTES

A. Paisaje Urbano Histórico: “8. Se entiende por Paisaje Urbano Histórico la zona urbana resultante de una estratificación histórica de valores y atributos culturales y naturales, lo que trasciende la noción de “conjunto” o “centro histórico" para abarcar el contexto urbano general y su entorno geográfico5. B. Paisaje Lumínico Urbano Histórico, Propuesta de construir la versión/capa nocturna del Paisaje Urbano Histórico, en donde la Iluminación Pública cobra un papel prioritario en la revitalización de las dinámicas nocturnas. C. Plan Maestro-Director de Iluminación: “Un Plan Director de iluminación para una ciudad es sobre todo un planeamiento urbano.6 . Uno de sus objetivos debe ser el de conservar y proteger la integridad del Paisaje Urbano Histórico, así como el de dotarlo de una(s) identidad(es) en la noche. D. Urbanismo Luz: Introducido en el mundo del Diseño de la Iluminación por Roger Narboni en 1987 y aplicado desde entonces en varias 4

“Propuesta Bases Metodológicas Para La Iluminación De Conjuntos Históricos”. Realizadas en el marco de las “Jornadas de Iluminación. Paisaje Nocturno en los Conjuntos Históricos” que se celebraron en la ETSAM los días 19 y 20 de mayo, impulsadas por INTERVENTO museografía e iluminación. www.intervento.com / https://paisajenocturno.files.wordpress.com/2014/06/folleto_jornad as_blog.pdf 5 íbid. UNESCO. Recomendación en Paisaje Urbano Histórico. 10 Noviembre 2011 6 íbid “Propuesta Bases Metodológicas Para La Iluminación De Conjuntos Históricos”.

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 ciudades. “El urbanismo se define como el conjunto de conocimientos relativos a la planificación, desarrollo, reforma y ampliación de los edificios y espacios de las ciudades. Urbanismo es, por tanto, un concepto aplicable a la iluminación urbana y ornamental a la vista de la capacidad de la luz para modelar los objetos, organizar las escenas y generar sensaciones (…) es un concepto que refleja la necesidad de planificar el uso de la luz artificial como un elemento esencial en el orden visual de una ciudad”7 III.

CRITERIOS PARA EL DISEÑO DE UN PAISAJE LUMÍNICO URBANO HISTÓRICO

A. Criterio de Valoración Patrimonial Cultural "El concepto actual de Patrimonio Cultural es el resultado de un proceso unido al desarrollo de la sociedad contemporánea, sus valores y necesidades, la tendencia actual, es la de entender el patrimonio cultural en su sentido más amplio, abarcando todos los signos que documenten las actividades y logros de los seres humanos a lo largo del tiempo."8 Este criterio hace referencia a los valores tanto materiales como inmateriales que deben preservarse dentro de un Paisaje Histórico Urbano, en donde la iluminación puede cobrar un rol muy importante en la legibilidad e interpretación del mismo; el integrar con la luz y la sombra las memorias que pueden aparecer fragmentarias en la noche es uno de los objetivos de este criterio. Aplicar este criterio implica entender tanto el bien inmueble en particular como del Paisaje en su complejidad, sus capas de valor históricas, económicas, arquitecturales y socio-culturales. En una mirada cercana y lejana se deben identificar los bienes que hacen parte del Paisaje Urbano Histórico y se debe destacar su identidad con un tratamiento en concordancia con los otros bienes, para de esta forma, otorgar una legibilidad del paisaje en su conjunto. Es decir, con la iluminación se debe articular la coexistencia de las estratificaciones arquitectónicas, capas de valor y dinámicas nocturnas en un mismo lenguaje. “Cada visitante puede percibir y otorgarle un valor al paisaje, así como puede tener una lectura global o particular del paisaje visual y de sus elementos, sin embargo, de los valores que afectan la legibilidad del conjunto histórico radica en la continuidad de patrones de organización espacial en el tiempo y en el mantenimiento de dicha continuidad a través de la evolución y transformación del patrimonio construido y su entorno más amplio. Sin embargo, las ciudades históricas contemporáneas son particularmente vulnerables a la pérdida de tales atributos. En este proceso, el mantenimiento de las condiciones de autenticidad e integridad, como herramientas para la identificación de los elementos que aseguran la relación 7

íbid. Propuesta Bases Metodológicas para la Iluminación de Conjuntos Históricos” 8 Síntesis del Diagnóstico del Plan de Ordenamiento Territorial (POT) de Cartagena de Indias. Decreto 0977 del 2001.

mutua y compleja entre el tejido urbano y su entorno, se convirtió en un componente clave en la gestión de las ciudades históricas. (…) El concepto de integridad visual es frecuentemente considerado un elemento crucial relacionado con la preservación del patrimonio cultural y natural, puede relacionarse con el concepto de vistas, panorámicas, puntos de vistas o siluetas. La integridad visual puede también ser tomada como la capacidad del patrimonio de mantener sus elementos distintivos visuales y demostrando visualmente una relación con su entorno.9 En algunas ciudad la integridad visual se ha aplicado homologando la estética de los postes y luminarias de alumbrado público, otros lo han realizado desde el manejo de una misma temperatura color y otros desde el iluminar los hitos del conjunto histórico, sin embargo, hay que tener en cuenta que aplicar una estrategia de estas como fórmula no es una garantía para la lectura del paisaje. El concepto de un Plan Maestro de Iluminación para un Paisaje Urbano Histórico, debería partir entonces del entendimiento del patrimonio cultural del conjunto histórico y su área de influencia para poder implementar una Iluminación Urbana acorde con su espacio público, pero así mismo debe entender los bienes inmuebles que lo integran para hacer Iluminaciones Ornamentales o de destaque, resaltando sus características particulares (materiales, colores, estilo arquitectónico, uso destinado, restauraciones) cumpliendo con los requerimientos específicos de protección y conservación por las consideraciones históricas, estéticas y de autenticidad que posee. B. Criterio de Relacionamiento Urbano El Conjunto Histórico no es un elemento aislado, sino que hace parte de nuestras ciudades, las cuales son grandes paisajes culturales que se construyen en el tiempo, por esta razón, el conjunto se encuentra rodeado, interrumpido o interrelacionado por edificaciones o espacio público que responden a otros momentos históricos, usos, requerimientos urbanos o estratificaciones arquitectónicas. Entender cuáles fueron las transformaciones urbanas que los afectaron o están afectándolos actualmente, permite hacer una mejor lectura del contexto en el que se insertan y permite poder establecer circuitos de intervención del Paisaje Lumínico Urbano Histórico. Para ello se requiere conocer y analizar los planes de ordenamiento territorial, para saber hacia donde se orientan las políticas de desarrollo la ciudad y del conjunto, cuáles son los usos permitidos, qué se concibe como espacio público y cuál es la normatividad relacionada con el mismo. Aplicar este criterio también implica evaluar cuál es el perfil deseado de la ciudad en la noche, lo cual se logra identificando cuáles son los elementos o hitos que deben ser jerarquizados dentro del paisaje, por encima de edificios que pueden parecer quizás más imponentes por su altura 9

International World Heritage Expert Meeting on Visual Integrity 6 to 9 March 2013 Agra, India BACKGROUND DOCUMENT. Prepared by the World Heritage Centre, with inputs from ICOMOS, ICCROM and IUCN.

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pero que no revisten de una importancia mayor al conjunto histórico.

habitantes y los visitantes, hacen del lugar, sus dinámicas de día y de noche y los actores que allí se desenvuelven.

El diseñar Planes Maestros de Iluminación con este criterio permitirá usar la Iluminación como una herramienta de gestión de la noche en nuestros conjuntos históricos y su área de afectación.

-La Iluminación y La Seguridad: Un enfoque recurrente vincula a la iluminación como un factor que puede disminuir el crimen y brindar tranquilidad a los habitantes de un determinado lugar, gracias a que se aumenta el rendimiento visual del espacio y ayuda al reconocimiento de las otras personas, sin embargo, otro enfoque plantea que más luz no es más seguridad y que para la prevención del delito se debe fortalecer la cohesión social y estimular al uso del espacio público.

C. Criterio de Innovación y Desarrollo del Entorno Urbano Convencionalmente la palabra "desarrollo" y "conservación del patrimonio urbano” son vistas como opuestas, pero en un Paisaje Urbano Histórico estas dos variables deben ir de la mano. Por una parte es importante tener en cuenta que en las zonas en donde se encuentran los conjuntos históricos se generan rendimientos económicos muy superiores a otras zonas y por otro lado, es su patrimonio justamente el motor de de desarrollo de estos lugares. De esta manera, el carácter que se le otorga a un Conjunto Histórico en la noche no puede ser netamente utilitario, porque empieza a despojarla de sentido y se acelera su detrimento patrimonial, debe trabajarse con el poner el valor su patrimonio cultural de una manera innovadora que permita desarrollar y gestionar el Paisaje Urbano Histórico de una forma más armónica. Por esta razón aplicar este criterio implica tener en cuenta las dinámicas nocturnas del lugar y entender que en un Paisaje Urbano Histórico conviven diferentes usos económicos y socio culturales de suelo, tanto de día como de noche, algunos reglamentados y restringidos dentro de los planes de ordenamiento urbano, otros espontáneos o tradicionales que hacen parte del patrimonio cultural del lugar y otros con una realización exclusivamente de día y subutilizados en la noche, que son los que normalmente se convierten en un foco de rápido deterioro. El tener en cuenta este criterio en las los Paisajes Lumínicos Urbanos Históricos, abre el capítulo de la noche para nuestras ciudades y permite la creación de nuevas actividades nocturnas y la activación de espacios públicos de calidad en esa franja horaria. D. Criterio de Impacto Socio Cultural La Iluminación tiene una responsabilidad directa sobre la habitabilidad de los espacios e incide en el confort que percibe un usuario al hacer uso del mismo. Gracias a la luz, un espacio puede ser valorado o abandonado, por lo tanto un buen Diseño de Iluminación del Paisaje Histórico Urbano va a permitir significar o re-significar los espacios. Para ello es necesario entender el uso socio cultural que los 10 Se han realizado varios estudios en el mundo sobre el impacto de la iluminación en la flora y la fauna, como los de Travis Longcore con relación a la desorientación de las aves migratorias u otras investigaciones relacionadas con el cambio comportamental y de alimentación en mamíferos, la inadaptabilidad de reptiles, anfibios e invertebrados por los efectos de atracción o repulsión hacia la luz o el efecto del rango espectral de las lámparas en el ciclo estacional de la vegetación, sin embargo, aún no existe un consenso general frente a recomendaciones, dado que a cada especie la iluminación la afecta de forma diferente algunas con atracción y a otras con repulsión. Se requieren más esfuerzos de investigación enfocados puntualmente al tema de Patrimonio Ambiental.

-La Iluminación y Movilidad: En muchas ciudades se ha dado prioridad a la iluminación de vías automovilísticas, omitiendo a peatones y ciclistas, es necesario tener en cuenta las necesidades de movilidad de todos los diferentes usuarios de la ciudad y realizar un plan acorde a sus tiempos de movilidad en la noche y la madrugada. -La Iluminación y La Participación Ciudadana: el éxito de un Paisaje Lumínico Urbano Histórico radica en la apropiación por parte de sus habitantes y esto se logra si ellos han participado de su concepción, depende en buena parte de la gestión institucional y de la buena consecución de lo acordado con la ciudadanía, pero para ello existen varias herramientas para lograrlo como la Cartografía Social.

Fig. 1 Diseño Participativo de Iluminación por Trasnoche. Contrato Empresa de Acueducto y Alcantarillado de Bogotá y pluZ.

E. Criterio De Impacto Ambiental Una iluminación inadecuada o excesiva puede tener efectos negativos sobre la flora y la fauna,10 el ser humano, el efecto invernadero y la percepción de la bóveda celeste. Por otro lado, el mal manejo de los residuos tóxicos tales como el mercurio, estroncio, plomo etc, provenientes de las luminarias desinstaladas, está generando impactos negativos en las personas y en ciertos lugares. Por esta

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 razón se hace indispensable incorporar este criterio al concebir un Paisaje Lumínico Urbano Histórico, teniendo en cuenta lo siguiente: -La Contaminación Lumínica:11 "Las personas de las generaciones futuras tienen derecho a una Tierra indemne y no contaminada, incluyendo el derecho a un cielo puro"12 A nivel mundial se vienen realizando campañas a favor de recuperar la visibilidad de la bóveda celeste, ya que actualmente existen más de dos generaciones que han crecido en las ciudades y no conocen un cielo estrellado, ni mucho menos la vía láctea. De seguir con el aumento de la contaminación lumínica este patrimonio de la humanidad va a perderse o limitarse a pocos lugares del mundo. Por lo tanto se debe usar la luz donde se necesita, en la cantidad justa y necesaria evitando todo tipo de contaminación lumínica. -La Sostenibilidad y la Eficiencia Energética: "El Desarrollo Sostenible es el desarrollo que satisface las necesidades de la generación presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades"13 Es decir, se debe buscar el equilibrio entre lo económico, lo social y lo medio ambiental. La eficiencia energética es una práctica que tiene como objeto reducir el consumo de energía y colaborar con este objetivo. Actualmente existen la aplicación de energías renovables que son más sostenibles que el uso de combustibles fósiles en la generación de energía eléctrica. Las nuevas tecnologías de iluminación pueden contribuir con este propósito siempre y cuando estén insertas dentro de un Plan Maestro de Iluminación que estimule al Uso Racional de la Energía las buenas prácticas de Diseño de Iluminación. Asi mismo se debe incorporar un plan de disposición final de fuentes luminosas y reciclaje de las mismas. -La Fauna y la Flora: Se deben tener en cuenta los ecosistemas cercanos al conjunto histórico y dentro de los Planes Maestros de Iluminación "considerar mantener algunas áreas vulnerables en la oscuridad, tales como los parques más grandes y los espacios naturales y utilizar niveles reducidos de luminancia en los parques más pequeños, amplias plazas y zonas residenciales. (La Comisión Internacional de Iluminación (CIE) recomienda una luminancia de 5cd/m2 en estas áreas)”14 para la preservación del patrimonio ambiental. F. Criterio de Ergonomía de la Iluminación: La iluminación puede tener efectos positivos como negativos sobre la salud humana, en términos visuales y comportamentales. El ojo humano posee tres 11 Contaminación Lumínica: “La emisión de flujo luminoso de fuentes artificiales nocturnas en intensidades, direcciones o rangos espectrales innecesarios para la realización de las actividades previstas en la zona en que se han instalado las luminarias” Ley de Cantabria 6/2006, de 9 de junio, de Prevención de la Contaminación Lumínica.

fotoreceptores, los conos, que proporcionan información al cerebro sobre el color y son encargados de la visión central, los bastones que aportan información acerca del brillo, perciben monocromáticamente y son los encargados de la visión periférica y un fotopigmento denominado melanopsina, que es un tercer fotorreceptor descubierto recientemente que permite regular el reloj biológico y por lo tanto el ritmo circadiano del ser humano. Es decir, la sensibilidad del ojo humano responde a diferentes niveles de iluminación y al color y dependiendo de la cantidad de luz disponible y la respuesta visual y comportamental puede cambiar dependiendo de ello. Por lo tanto aplicar este criterio dentro de un Paisaje Lumínico Urbano Histórico, implica aplicar niveles de iluminación y temperaturas de color confortables para los distintos espacios públicos, así como velar porque los Diseños de Iluminación aplicados conserven criterios básicos de ergonomía visual como el bajo índice de deslumbramiento, los niveles de iluminación en los alrededores o los niveles de uniformidad para el caso de vías automovilísticas. Para el caso Colombiano, el Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público es de carácter obligatorio y por lo tanto debe ser aplicado en los Paisajes Urbanos Históricos IV. DIAGNÓSTICO DE LA BOCA DEL PUENTE O TORRE DEL RELOJ

Esta parte de la ponencia es el diagnóstico de una zona de un Paisaje Urbano Histórico con la finalidad de tomar elementos conceptuales que orienten a la realización de un Diseño Iluminación, constituye también la 3era etapa de una investigación más larga que tendrá como fin último el constatar los criterios antes mencionados y revisar de esta manera, su pertinencia. La zona elegida es un área del Centro Histórico de Cartagena de Indias - Colombia (constituido, según el Plan de Ordenamiento Territorial, por el recinto amurallado y los Barrios coloniales al interior de éste), llamada la Boca del Puente, Puerta del Reloj o Torre del Reloj y su entorno inmediato, por la problemática que evidencia de contaminación lumínica proveniente de los bares y discotecas que se encuentran en los edificios de la plaza contigua, así como la mala iluminación de sus espacios públicos e iluminación ornamental en sus edificaciones. Vale aclarar que el Centro Histórico de Cartagena fue declarado Bien de Interés Cultural del Ámbito Nacional en 1959 con la Ley 163 y es declarado Patrimonio Histórico y Cultural de la Humanidad por la UNESCO en 1984. Desde entonces se han realizado esfuerzos por la conservación y protección de estos bienes a nivel nacional, y a nivel 12 Declaración de los Derechos de las Generaciones Futuras de la UNESCO 13 Comisión Mundial del Medio Ambiente y del Desarrollo, conocido como Informe Brundtland (CMMAD, 1988) 14 Ong Swee Hong. “Design Basis to quality urban lighting masterplan” Thesis Submitted For The Degree Of Master Of Arts (Architecture). National University of Singapore. 2007

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 distrital y se ha implementado el Plan Especial de Manejo y Protección - PEMP enfocado a la preservación del patrimonio cultural del mismo.

Fig. 2 Boca del Puente o Torre del Reloj. Centro Histórico de Cartagena. Fotografía Carolina Pedraza Guevara.

A. Patrimonio Cultural de la Boca del Puente ó Torre del Reloj y su entorno inmediato.

Fig. 3 Imagen a la izquierda. Plano de 1805 del Centro Histórico de Cartagena de Indias "Plano de la misma plaza con las cercanías hasta la distancia de 700 baras". Servicio Geográfico del Ejército. Fig. 4 Imagen de la Derecha. Localización de la Boca del Puente o Torre del Reloj. Plano esquemático actual del Centro Histórico de Cartagena. Sociedad de Mejoras Públicas de Cartagena.

Según la Octava parte del Plan de Ordenamiento Territorial (POT) de Cartagena de Indias, las áreas de conservación son: El Centro Histórico (que incluyen los barrios del Centro, San Diego, Getsemaní y las murallas que los circundan), Las áreas de Influencia del Centro Histórico (como la Matuna y su espacio público externo), la Periferia Histórica (que comprende a los barrios republicanos se desarrollaron a partir de la utilización de tipos de edificación específicos) y las Fortificaciones (constituidas en primera instancia por el legado del período colonial como murallas, fuertes y baluartes de los sectores del Centro, San Diego y Getsemaní y por las fortificaciones que defendían las entradas por tierra y mar de la ciudad). Dentro de esta últimas forman parte también los aportes y transformaciones del periodo republicano efectuadas en el recinto amurallado desde finales del siglo XIX hasta los años treinta del presente siglo, entre los cuales se encuentra la Boca del Puente o Torre del Reloj.

15 Tomado de http://singladuras.jimdo.com/la-guerra-delasiento/15-fortificaciones-de-cartagena-de-indias/

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La Boca del Puente o Torre del Reloj, hacía parte del sistema defensivo de la ciudad, puntualmente del Sistema Defensivo Terrestre, actualmente constituye la entrada principal turística de la ciudad fundacional de Cartagena y se encuentra ubicada entre la denominada Plaza de la paz y Plaza de los Coches.

Fig. 5. Imagen tomada de http://singladuras.jimdo.com/la-guerra-delasiento/15-fortificaciones-de-cartagena-de-indias/ Reforzamiento de las defensas de Cartagena de Indias. N°2 El sistema de defensa por Tierra. donde se ubica la Boca del Puente o Torre del Reloj. N° 1 y 3 Sistemas de Defensa de Bahía.

A partir del ataque en 1697 de Pointis se establecen las líneas generales en las que debe basarse la fortificación de la ciudad y es el ingeniero militar Juan de Herrera y Sotomayor quien lo lleva a cabo, "Herrera establece que los ataques a la ciudad pueden provenir de tres lugares: La Boquilla, Bocachica y el cerro de San Lázaro. Esto quiere decir que el planteamiento defensivo anterior al ataque de Pointis no era inadecuado, sino que las defensas en esos tres lugares no habían sido lo bastante fuertes. Es necesario reforzar las tres posibles zonas de origen de los ataques enemigos. Sobre todo Bocachica y el acceso terrestre." 15

Fig 6. Fotografía Actual de la Boca del Puente o Torre del Reloj. Autor Anónimo. Fig. 7. Imagen a la izquierda:"A BOCA DEL PUENTE" Fotógrafía de Robert N. Dennis. 1870(1871) . Tomada del grupo https://www.facebook.com/CartagenadeIndiasfotosdeantano/?fref=ts

Tras una revisión de las opciones de ataque y defensa de la plaza, reparan los destrozos causados por el ataque de Pointis, como los baluartes de Santa Catalina y San Lucas,

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 y se construye la Puerta de la Boca del Puente, que comunica la isla de Calamarí (ciudad fundacional) con la isla de Getsemaní, a través de un puente levadizo llamado San Francisco, sobre el caño de San Anastasio, que en caso de ataque enemigo, éste era levantado para impedir el acceso de bucaneros y piratas.

Cartagena, Pedro de Heredia, y una estatua en homenaje a Cristobal Colón.

La Boca del Puente, Puerta del Reloj o Torre del Reloj, está constituida por un lienzo de muralla que hace parte del cordón amurallado. Para su defensa se construyen los baluartes de San Juan Bautista y San Pedro Apóstol (demolido entre 1916 hasta 1924, junto con los Baluartes San Pablo, San Andrés y parte del San Pedro Mártir) Fig. 10. Plaza de la Aduana. Fotografía aérea. Juan David Tellez Sanchez.

Fig. 8. Imagen Izquierda: Baluarte de San Juan Bautista. Fuente: Sociedad de Mejoras Públicas de Cartagena. Fig 9: Imagen Derecha: #8 Baluarte San Pedro Apostol Demolido. Fuente. Escuela de Talleres de Cartagena de Indias.

El Baluarte de San Juan Bautista, llamado también Baluarte de la Contaduría, Antonio de Padua o Baluarte del Puente, pertenece a la primera traza del recinto amurallado proyectado por Bautista Antonelli en 1595. Es construido por Roda en 1617 consistiendo la obra en una simple pared o muralla delgada que conformaba la cara exterior del baluarte, luego es intervenido por Francisco de Murga en 1630, quien lo terraplena. Contaba con 12 cañones dentro de su artillería.16 Sobre la Cortina que continúa al Baluarte de San Juan Bautista, se encontraba adosada a su contramuralla el edificio de los almacenes y las oficinas de la Real Aduana, actualmente es la Alcaldía de Cartagena. En esta cortina se encuentran la Puerta de la Contaduría, (puerta de la Aduana o Cañón de la Aduana) y la Puerta de Piñeres, su misión era la de desestimular cualquier intento contra el muelle o contra la ribera del arrabal de Getsemaní. El Baluarte de San Juan Bautista es considerado espacio público, sin embargo, la cortina siguiente es de uso privado por pertenecer a la alcaldía. Al frente de esta cortina se encuentra la Plaza de la Aduana que originalmente se destinó a hacer las veces de plaza de armas, por lo que a su alrededor se levantaron las oficinas administrativas durante la época de la Colonia. Allí se encuentran la mansión donde vivió el fundador de

16 Tomado de la Página de la Sociedad de Mejoras Públicas de Cartagena. http://www.smpcartagena.org

El Puente de San Francisco (inexistente actualmente) fue la primer obra de utilidad pública, en la época medieval de 1539. A principios del siglo XVIII la ciudad fundacional, ya amurallada, se había extendido hacia la isla de Getsemaní, por lo que se decide amurallar con baluartes todo el arrabal. El acceso se protegió mediante la batería de Media Luna, la cual se constituyó en la única vía posible de acceso a la ciudad por tierra, por lo tanto para sitiar a Cartagena de Indias solo se podía por esta única entrada terrestre, pero antes tendría que dominar al Castillo de San Felipe de Barajas, la batería de la Media Luna y los baluartes de Getsemaní. Este también fue el lugar donde se congregó el pueblo del barrio de Getsemaní el 11 de noviembre de 1811, para marchar a la Plazuela a exigir de la Junta Suprema la declaración de independencia absoluta. Después de varias intervenciones urbanas, producto de los requerimientos del momento en cuanto a sistemas de transporte masivo, como trenes, buses y actualmente Transcaribe, en el lugar del Puente de San Francisco se encuentra la Plaza de la Paz, es un reciente emplazamiento urbano justo frente a la Torre del Reloj que sirve de antesala al centro amurallado, al lado de la misma, producto del espacio público residual generado por las obras del primer tramo del proyecto Transcaribe, se ubica la Plazuela Miguel De Cervantes Saavedra, ambas constituyen espacios públicos destinados al desarrollo de actividades eminentemente cívicas como homenajes, honores, condecoraciones, exposiciones e intercambios culturales. Al otro lado de la Boca del Puente, es decir al entrar al centro fundacional, se encuentra la actualmente llamada Plaza de los Coches. El primer nombre que llevó fue "Plaza del Juez" debido a que en una de las edificaciones contiguas se alojó el juez Francisco de Santa Cruz, quien llegó a la ciudad para tomar juramento al nuevo gobernador Don Juan de Badillo que reemplazaría a Don Pedro de Heredia, fundador de Cartagena de Indias. Esta plaza fue utilizada para el mercado de esclavos, por lo cual tomó el nombre de "Plaza del Esclavo", otros nombres que ha recibido son "Plaza de Mercaderes", "Plaza de la Yerba", "Plaza del Ecuador" pero se le conoce como "Plaza de los Coches" por

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 un decreto de la alcaldía que permitía el estacionamiento de los coches enfrente del Portal de los Dulces. Esta plaza también fue usada como picota pública, al exhibir a los presos para avergonzarlos ante el público.

Fig. 11. Vista aérea de La Boca del Puente o Torre del Reloj, la Plaza de la Paz al frente de la Av Venezuela y Blas de Lezo y el Camellón de los Mártires. Al otro lado de la Torre del Reloj se ve una parte de la Plaza de los coches. Fotografía Juan David Tellez Sanchez.

Al frente de esta plaza se encuentra el Portal de los Dulces donde se consiguen panelitas, suspiros, melcochas y cocadas. En este portal se han ubicado distintos usos de edificaciones, actualmente es donde se encuentran varios bares y discotecas que son algunos de los que generan contaminación lumínica al lugar. El Camellón de los Mártires tuvo varios nombres como matadero, Centenario e Independencia, es el camino que se encuentra entre el Centro Fundacional y Getsemaní. Su nombre se debe a que allí se realizó el fusilamiento de nueve Próceres enjuiciados y ejecutados por órdenes de Pablo Murillo. Cien años después, el consejo Municipal ordenó constituir esta plaza en conmemoración a los Mártires. El trazado del Paseo de Los Mártires en 1886, su remodelación en 1911 y el diseño de los bustos, fue realizada por Luis Felipe Jaspe. La forma rectangular de la plaza, las palmeras y su iluminación en sus laterales, hacen calle de honor a ambos lados de la plazuela. Conserva de sus inicios, el pasaje central en el que se encuentra el monumento Noli Me Tangere (No me toquéis) como símbolo de la lucha por la libertad y que fue instalado en 1911, los bustos que inmortalizan a los mártires, esculpidos por Felipe Moratilla en mármol blanco de Carrara y las bancas de mármol que fueron donadas por la Sociedad de Mejoras Públicas en 1923. Actualmente varios de estos bustos no se encuentran en sus respectivos pedestales, por un error de limpieza en 1911. Al costado del Camellón de los Mártires se encuentra el barrio La Matuna, un ensanche urbano ubicado sobre los terrenos ganados al cerrarse el caño Anastasio en los años 60´s, 70´s. Este barrio se destinó a ser centro de negocios 17 Tomado de Luis Alberto Barrios Borre, Mauren Teresa Vital Diaz"Transformaciones comerciales de la ciudad amurallada, base para una propuesta de un gran centro comercial abierto: sector la Matuna" Universidad de Cartagena. Facultad De Ciencias

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de Cartagena, con un diseño moderno de torres aisladas que permitieran contemplar el paisaje de la ciudad histórica. Este barrio ha sido muy criticado, ya que hizo que se perdiera la integridad paisajística de la ciudad histórica, incremento el tráfico en la zona y la ausencia de garajes en los edificios condujo a la invasión del espacio público, así mismo las vías peatonales fueron invadidas por el comercio informal. Los barrios vecinos como San Diego y Getsemaní se vieron afectados y perdieron su calidad residencial, ya que varias casas fueron transformadas para el comercio y su espacio público fue invadido. Dentro del Plan Especial de Manejo y Protección del Centro Histórico de Cartagena se han contemplado proyectos de desarrollo urbano que buscan recalificar la calidad urbana de la Matuna, re-densificar las áreas deterioradas o vacías en Getsemaní y peatonalizar dos ejes de conexión urbana, entre Getsemani y el Barrio San Diego17 B. Problemática Lumínica en La Boca Del Puente, Torre Del Reloj y su entorno inmediato. La Iluminación Ornamental "La protección de la memoria cultural de Cartagena y en particular de su recinto histórico adquiere actualmente el papel de símbolo de lo que en Colombia es y debe ser esa labor con tanta o más dificultades que en otras ciudades, en Cartagena se libra la batalla por demostrar que el presente y el pasado no solo puede convivir sino complementarse, enriquecerse mutuamente."18 Cuando los Centros Históricos son entendidos como Paisajes Urbanos Históricos se integran los elementos que aparecían antes fragmentados, lo que permite entender su dimensión histórica, arquitectónica y cultural en conjunto, esto con el fin de que los bienes patrimoniales no se usufructen simplemente y sin tener en cuenta la relación con la totalidad del paisaje. Dentro del documento del diagnóstico del Plan de Ordenamiento Territorial (POT) de Cartagena, en el item 3.5 El Patrimonio Inmueble/ 3.5.3 Estructura y localización geográfica, se consideran parte del mismo, tanto las áreas de valor patrimonial (como el Centro Histórico y su área de influencia), como el Paisaje: "Se consideran de protección prioritaria los ejes visuales que conforman los paisajes culturales de la ciudad de Cartagena" y en ese sentido deben ser protegidos todos los ejes visuales comprendidos desde un punto situado en la cima del cerro de la Popa hacia de la ciudad de Cartagena en un Giro de 360 grados, eliminando de esta forma cualquier elemento que impida la contemplación del paisaje urbano histórico desde este punto.

Económicas. Programa de Administración De Empresas . Cartagena De Indias D.T.y CAgosto 2015 18 Síntesis del Diagnóstico del Plan de Ordenamiento Territorial (POT) de Cartagena de Indias. Decreto 0977 del 2001.

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 Así mismo, en el Capítulo II, Normas Sobre El Espacio Público, Articulo 421. "Todas las plazas, calles, portales y en general los espacios públicos del Centro Histórico deberán ser conservados. Su entorno está reglamentado por las normas para las intervenciones arquitectónicas definidas en el presente Acuerdo."19 Sin embargo, a pesar de las declaraciones internacionales y la normatividad nacional, el Patrimonio Cultural de Cartagena no es preservado por todos sus pobladores ni sus visitantes al nivel de un Bien Patrimonial que hace parte del acervo histórico de la humanidad, por tal razón, actualmente la Boca del Puente Puerta del Reloj o Torre del Reloj y su entorno, está siendo afectado por la contaminación lumínica proveniente de varios de los locales comerciales nocturnos de las edificaciones contiguas a la Plaza de los Coches. Este espacio público está siendo afectado por un elemento efímero, inmaterial que no ha sido catalogado dentro de los elementos de afectación de los Bienes de Interés Cultural; si bien, dentro del POT de Cartagena de Indias se previene sobre la "Pérdida de la calidad paisajística de la ciudad histórica por la irrupción de nuevas construcciones en altura; disminución de las áreas verdes al interior de las manzanas; proliferación de antenas y equipos de acondicionadores de aires en las azoteas; sustitución de los tejados tradicionales por nuevas cubiertas con laminas de asbesto cemento y zinc, contaminación visual en calles y plazas por causa de los avisos comerciales."20, no se contemplan otros elementos sobresalientes como elementos decorativos u otras intervenciones que puedan ser realizadas dentro de la edificación, como en este caso columnas en una terraza, y generen un corte en la visual del Paisaje Urbano Histórico u otros elementos inmateriales, como la luz, que pueden afectar el paisaje en la noche, por sobresalir de la edificación y afectar la bóveda celeste u otras edificaciones contiguas. Una de las preguntas que surgen de esta caso es: Hasta qué punto la bóveda celeste también debería estar incluida dentro de la normatividad de nuestro Patrimonio a preservar?, por ser un espacio "destinados por naturaleza, uso o afectación a la satisfacción de necesidades urbanas colectivas que trascienden los límites de los intereses individuales"21 y por el derecho a contar con un cielo puro. Actualmente no existe en Colombia un documento, como la Carta de Taxco, que regule, recomiende o reglamente el uso y aplicación de la Iluminación puntualmente en Patrimonio Cultural, los criterios planteados al principio de este artículo pretender serlo, aún así, contamos con un Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público22 de carácter obligatorio que por ejemplo en el "Capítulo 2, Sección 200.1 Reconocimiento Del Sitio y 19

Plan de Ordenamiento Territorial (POT) de Cartagena de Indias. Decreto 0977 del 2001. 20 íbid POT 21 íbid POT

Objetos a Iluminar", plantea que: "Antes de proceder con un proyecto de iluminación se deben conocer las condiciones físicas y arquitectónicas del sitio o espacio a iluminar, sus condiciones ambientales y su entorno, dependiendo de tales condiciones se deben tomar decisiones que conduzcan a tener resultados acordes con los requerimientos del presente reglamento." y en la "Sección 200.2 Requerimientos De Iluminación", plantea que "En un proyecto de iluminación se deben conocer los requerimientos de luz para los usos que se pretendan, para lo cual se debe tener en cuenta los niveles óptimos de iluminación requeridos en la tarea a desarrollar, las condiciones visuales de quien las desarrolla, el tiempo de permanencia y los fines específicos que se pretendan con la iluminación. Igualmente, el proyecto debe considerar el tipo de luz y los aportes de luz de otras fuentes distintas a las que se pretenden instalar y el menor uso de energía sin deteriorar los requerimientos de iluminación". Por otro lado, en el el RETILAP,23 item 560.2, se realizan recomendaciones con respecto a la Iluminación de Fachadas de Edificios y monumentos públicos enunciando en la Tabla 560.2. algunos niveles de iluminancia verticales recomendado. Es decir, si bien no hay un documento específico para la iluminación de un Patrimonio Inmueble, los monumentos públicos deberían cumplir con estas directrices y aplicar soluciones de iluminación acordes a sus requerimientos, en este caso, no solamente de uso, o funcionales, sino también a su valor patrimonial particular y la relación con su entorno paisajístico.

Fig. 12: Imagen de la Izquierda. Vista de la Plaza de los Coches y el Portal de los Dulces.

Fig. 13 Imagen de la de derecha. Torre del reloj iluminada por las discotecas. Fotografía Carolina Pedraza Guevara

22

Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público (RETILAP). Ministerio de Minas y Energía. Colombia. 2010 23 íbid. Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público (RETILAP). Ministerio de Minas y Energía. Colombia. 2010

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 Con respecto a la Iluminación Ornamental de La Boca del Puente o Torre del Reloj, esta cuenta con una iluminación tipo wall washing de forma discontinua en algunas partes del lienzo de la muralla por el costado de la Plaza de la Paz, las luminarias son sobrepuestas en cajas a nivel de piso tipo sodio. La otra cara de la muralla, que mira hacia la Plaza de los Coches, tiene empotradas luminarias tipo colonial con bombillas de sodio que dan un baño de luz hacia la plaza y hacia el muro como tal. La Torre del reloj, se encuentra destacada en algunas caras de la misma, sin un criterio claro, con reflectores de temperatura blanco cálido. La Plaza de los Coches también se encuentra iluminada con unas luminarias tipo colonial sobrepuestas, también de sodio, en las edificaciones que se encuentran en el Portal de los Dulces. Al interior de este portal cada propietario tiene una iluminación de acuerdo a su criterio, por esta razón se encuentra iluminado con bombillos fluorescentes, incandescentes o sin ningún tipo de iluminación. Lo que denota una falta de continuidad en el Portal. Por otro lado, las edificaciones del Portal de los Dulces poseen diversas iluminaciones de fachada, en algunas hay aplicación de iluminación en los balcones, en otras, hay aplicación de luz de color sin tener en cuenta la unidad edilicia o el color de los muros, lo que evidencia la falta de criterios en este aspecto. Al revisar las edificaciones, el RETILAP24 , plantea algunos elementos que no están siendo tenidos en cuenta en el Diseño de Iluminación planteado en este tipo de discotecas, dentro de la Sección 210: Generalidades del Diseño de Iluminación / 210.2.3 Diseño Detallado , platea que "el Diseño Detallado es obligatorio para, alumbrado público, iluminación industrial, iluminación comercial con espacios de mayores a 500 m2 y en general en los lugares donde se tengan más de 10 puestos de trabajo, iluminación de salones donde se imparta enseñanza, o lugares con alta concentración de personas en una mismo salón (50 o mas), durante periodos mayores a dos horas", por ser las discotecas espacios de entretenimiento o de espectáculos que utilizan la iluminación para crear atmósferas, generar emociones y su aplicación no implica un requerimiento específico visual, sino decorativo, no se encuentran niveles de iluminancia o de luminancia recomendados, sin embargo, y de acuerdo al item mencionado anteriormente, si se deberían mantener los niveles requeridos de iluminación en espacios comunes que permitan la confortable circulación de las personas, como las escaleras, los pasillos, el lobby e incluso una pista de baile, así mismo, se deberían garantizar las condiciones de Iluminación de Emergencia para salvaguardar la vida de los usuarios, es decir, estos recintos por ser espacios de afluencia de público, deberían cumplir con unos requerimientos mínimos de iluminación y con un diseño detallado de iluminación que contemple su uso, su dinámica y la relación con su entorno, así como un uso racional de la energía.

24 íbid. Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público (RETILAP). Ministerio de Minas y Energía. Colombia. 2010

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La problemática actual de contaminación visual de la Boca del Puente o Torre del Reloj no es nueva, ya en otros momentos históricos había estado invadido de carteles luminosos publicitarios sobre la torre como tal o en edificaciones contiguas, debido a ello, dentro del Plan de Ordenamiento Territorial existe en el Capítulo VI, Normas Arquitectónicas Generales, los artículos 467 y 468 que regulan el tipo de avisos que pueden ser instalados en las edificaciones ya sea de forma permanente o transitoria. Por otro lado se permite la instalación de Iluminación decorativa Navideña, siempre y cuando la instalación de las luminarias no pongan en riesgo o en deterioro, el inmueble.

Fig. 14: Imagen de la Izquierda. Boca del Puente con Aviso Luminoso de Kola Román sobre una de las edificaciones contiguas. Fotografía: Jiri Pitro M 1964. Fig. 15: Imagen de la de derecha. Torre del reloj con aviso luminoso de Cerveza Águila a uno de sus costados. Fotografía Jiri Pitro M. 1965

C. Problemática Lumínica en La Boca del Puente ó Torre Del Reloj y su entorno inmediato. El Alumbrado Público del área:

Fig. 16: Ubicación propia de haces de luces de las luminarias actuales sobre el plano: "Levantamiento estado actual. Unidad de Intervención2. Estudios y Diseños Técnicos para la restauración del Lienzo de Murallas entre el monumento de la India Catalina y el Museo de la Marina". Fonade. Ministerio de Cultura.

Al cruzar la Boca de Puente e ingresar al casco fundacional, en la Plaza de los Coches y la Plaza de la Aduana, no se

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 encontraron postes, el criterio utilizado actualmente al interior del Casco Histórico son luminarias de tipo colonial, sobrepuestas en las edificaciones o en la contramuralla, al no ser considerada suficiente iluminación, se encontraron algunos reflectores instalados de forma improvisada con bombilla de sodio que se dirigen directamente a la plaza y producen mucho deslumbramiento. Las luminarias ubicadas en las edificaciones están poco conservadas y solamente funcionan algunas de ellas. En el costado exterior de la zona amurallada, es decir en la Plaza de la Paz y el Camellón de los Mártires, y hacia el barrio la Matuna, si se utilizan postes de Alumbrado Público. En el primer caso, postes dobles de 4m orientados a la zona peatonal de la Plaza y la zona vial de la Av Venezuela y Av Blas de Lezo y en el caso del Camellón de los Mártires, con postes sencillos de 4m orientados hacia el espacio peatonal. Hacia el Barrio de la Matuna, la Cra 8va y la Av Calle 24 Real, existen postes de Alumbrado Público viales de 12m. Toda esta zona posee iluminación con bombillas tipo sodio. En general en estas tres zonas se presenta una mayor uniformidad de iluminación en el espacio peatonal y en vías automovilísticas, sin embargo, no hay una unidad en el criterio utilizado lo que hace que no se articule el "Camino Real" con los demás elementos del sistema del defensa como el Castillo de San Felipe, por lo tanto hay una falta de conexión entre los distintos elementos que hacen parte del Paisaje Urbano Histórico. V.

CONCLUSIONES: ORIENTACIONES DE LA PROPUESTA DEL PAISAJE LUMÍNICO URBANO HISTÓRICO

A.Criterio de Patrimonio Cultural: La propuesta de Diseño de Iluminación de la Boca del Puente o Torre del Reloj, debe tener en cuenta, por una parte, el destaque de sus diversas estratificaciones históricas: el lienzo de muralla, la cual es una muestra de la Arquitectura Cívico Militar, el estilo barroco de la portada como tal y el estilo gótico de la Torre. Por otro lado el carácter de puerta, por representar la entrada y salida de dos islas que existían en el pasado y por ser ahora la entrada principal de la Ciudad Fundacional. De esta entrada deben destacarse: la portada barroca, las cuatro columnas toscanas que la adornan, el entablamento con friso decorado con triglifos, el reloj y los dos cuerpos octogonales, con sus ventanas ojivales y el capitel cónico. Así mismo, debe ser destacado todo el lienzo de muralla que protegía a la ciudad fundacional y debe quedar evidenciado a manera de memoria (con mapping u otros recursos lumínicos), los lienzos de muralla destruidos y cada uno de los elementos monumentales que se encuentren alrededor, como edificaciones o bustos, deben tener un tratamiento lumínico particular. En el espacio público de cada uno de los lugares se debería poder hacer memoria de los acontecimientos que allí ocurrieron, para este caso, los recursos de iluminación cromática o de tipo proyección pueden ayudar a crear

experiencias que permitan comunicar este patrimonio en fechas o eventos puntuales. B. Criterio de Relacionamiento Urbano: Como la Boca del Puente hace parte del sistema fortificado implantado por España en América durante los siglos XVI al XVIII, la propuesta de iluminación sobre este lienzo amurallado debe constituir una sola unidad con el resto del recinto fortificado, así como debe tener una relación con los demás componentes del sistema de defensa como el Castillo de San Felipe de Barajas y los sistemas de bahía, y con los elementos articuladores de los distintos sistemas, como el Camellón de los Mártires, el camino real, la Batería de la Media Luna (inexistente actualmente) que comunican a la Boca del Puente o Torre del Reloj con el Castillo de San Felipe de Barajas.

Fig. 17: Propuesta de articulación urbana propuesta para el Concurso Público Internacional a dos rondas de anteproyecto arquitectónico para el Diseño de la Iluminación del Castillo de San Felipe de Barajas,. 2016. Ganadores del Tercer Puesto.

Para el caso de Iluminación Pública, se recomienda usar un mismo lenguaje en estas vías de articulación, así mismo, para no romper con los ejes visuales, se recomienda no superar la altura de 4m en los postes que se encuentren en áreas contiguas a la Boca del Puente o Torre del reloj y evaluar la posibilidad de incorporar bolardos luminosos u otro tipo de mobiliario lumínico en las zonas en donde no sea posible incorporar postes, como al interior de conjunto amurallado; en cualquiera de los casos se debe manejar un mismo lenguaje y estética acorde con el lugar. C. Criterio de Innovación y Desarrollo del entorno Urbano Para una sociedad contemporánea que demanda en el ahora nuevas experiencias en las que se promueve el uso de nuevas tecnologías de sonido o iluminación, la preservación de los valores históricos se presenta como un tanto obsoleta. Esto es evidente al observar los registros fotográficos de los usuarios que frecuentan las discotecas al frente de la Torre del Reloj, que disfrutan la panorámica de la ciudad sin percatarse del impacto que este lugar puede estar generando en la preservación del Centro Histórico. Es así como, el criterio de innovación y desarrollo en este espacio implica un reto, porque el Paisaje Lumínico Urbano Histórico debe equilibrar el uso del suelo destinado a esta zona (uso comercial mixto) y permitir al usuario vivir una experiencia interesante pero poniendo en consideración el

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 límite de contaminación lumínica o la conservación de los ejes visuales del Centro Histórico, así como la preservación del patrimonio cultural en general. D. Criterio de Impacto Socio Cultural: Para la propuesta de diseño es necesario acercarse a la comunidad habitante y visitante del lugar y diseñar para ellos. Es necesario en particular acercarse a los propietarios de los locales comerciantes contiguos a la Plaza de los Coches para dar a entender el valor de este lugar. Actualmente el Instituto de Patrimonio y Cultura de Cartagena de Indias viene realizando estos encuentros para explicar la adecuada aplicación de las normas patrimoniales, los mecanismos y competencias para mejorar el funcionamiento de la Plaza de los Coches, Portal de los Dulces y sus sitios adyacentes, en pro del patrimonio. La finalidad de estos acercamientos ha sido el de avanzar en un acuerdo antes de tener que aplicar prohibiciones o restricciones. E. Criterio De Impacto Ambiental: La propuesta debe contemplar la protección de la bóveda celeste eliminando la contaminación lumínica del lugar. Esto también colaborará con la fauna del lugar ya que esta zona se encuentra bastante cerca de la Sierra Nevada de Santa Marta, lugar elegido por las aves migratorias boreales neotropicales. Así mismo, al aplicar luminarias eficientes y acordes con la ergonomía visual requerida, se puede llegar a un Uso racional de la Energía. F. Criterio De Ergonomía Lumínico: La Plaza de la Paz, Plaza de los Coches, Plaza de la Aduana, el Portal de los dulces, el Camellón de los Mártires y los demás espacios públicos circundantes, así como las edificaciones circundantes, deben cumplir con los requerimientos de Iluminación establecidos en el Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público. Ministerio de Minas y Energía de Colombia. RECONOCIMIENTOS

Esta investigación hace parte del trabajo de grado para optar por el título en la Especialización en Iluminación Pública y Privada de la Universidad Nacional de Colombia, agradezco a la directora la Arq. Juanita Barbosa, el asesor L.D Miguel Ángel Rodriguez Lorite y al asesor Ing. Fernando Augusto Herrera por el acompañamiento en este proceso, asi mismo al Arq. Alberto Herrera Diaz y al LD Roger Narboni por facilitarme insumos valiosos de investigación. [1]

[2]

[3] [4]

BIBLIOGRAFÍA Recomendación sobre el Paisaje urbano histórico aprobada por la Conferencia General en su 36ª reunión París, 10 de noviembre de 2011 http://www.historicurbanlandscape.com/themes/196/userfiles/download/ 2014/3/31/3ptdwdsom3eihfb.pdf “Propuesta Bases Metodológicas Para La Iluminación De Conjuntos Históricos”. Realizadas en el marco de las “Jornadas de Iluminación. Paisaje Nocturno en los Conjuntos Históricos” INTERVENTO museografía e iluminación. www.intervento.com. Miguel Ángel Rodríguez Lorite. "Guía de Iluminación Eficiente de Monumentos. Intervento". Madrid. Mayo 2016 Carta de Taxco. Instituto Nacional de Antropología e Historia. México 2009.

[5]

241

Roger Narboni “Urbanisme lumière et sites historiques”, CONCEPTO, France [6] International World Heritage Expert Meeting on Visual Integrity 6 to 9 March 2013 Agra, India BACKGROUND DOCUMENT. Prepared by the World Heritage Centre, with inputs from ICOMOS, ICCROM and IUCN. [7] Ley de Cantabria 6/2006, de 9 de junio, de Prevención de la Contaminación Lumínica [8] Jamie Brätt, Gareth James, Ryan Price and Jeremy Sewall. “Best Practices in Placemaking Through Illumination”. Virginia Tech Urban Affairs and Planning Program. Spring 2010 [9] RETILAP. Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público. Ministerio de Minas y Energía. Colombia 2010. [10] Plan de Ordenamiento Territorial de Cartagena de Indias. Decreto 0977 del 2001. [11] Luis Alberto Barrios Borre, Mauren Teresa Vital Diaz "Transformaciones comerciales de la ciudad amurallada, base para una propuesta de un gran centro comercial abierto: sector la Matuna" Universidad de Cartagena. Cartagena de Indias. Agosto 2015

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Calibración de Cámara Digital para Medición de Luminancia Juan F. Gutiérrez1, Jesús M. Quintero2, Leonardo Bermeo Clavijo3 1- Universidad Nacional de Colombia, Colombia, jufgutierrezgo@unal.edu.co 2- Universidad Nacional de Colombia, Colombia, jmquinteroqu@unal.edu.co 3- Universidad Nacional de Colombia, Colombia, lbermeoc@unal.edu.co

Resumen— El estudio y aplicación de cámaras digitales para la determinación de parámetros fotométricos y colorimétricos de fuentes de luz, superficies o escenas iluminadas ha sido un campo de estudio que cada vez toma más importancia. Estos dispositivos pueden caracterizar espacialmente distribuciones luminosas, así como y ejecutar algoritmos complejos de manera tal que se obtengan múltiples medidas simultáneamente. Los procedimientos de calibración permiten configurar estos dispositivos para llevar a cabo mediciones fotométricas basadas en la captación de imagen y para su posterior implementación. Esto abre campo a nuevas tecnologías que puedan ser aplicadas como herramientas en el diseño de sistemas de iluminación interior y exterior, o en instrumentación propia de laboratorio tales como goniofotómetros de campo cercano. En este artículo se presenta el estudio, implementación y los resultados de desempeño de una calibración a una cámara digital para medición luminancia de superficies captadas a partir de una imagen. Abstract-- The research and application of digital cameras for determining photometric and colorimetric parameters of light sources or illuminated surfaces scenes has been a field of study that increasingly takes more importance. These devices can spatially characterize light distributions and execute complex algorithms for takes multiple simultaneously measurements. Calibration procedures allow configure these devices to implement photometric measurements based on image capture. This opens field to new technologies that can be applied as tools in the system design indoor and outdoor lighting, or laboratory instrumentation such as nearfield goniophotometers. In this article the study, implementation and performance results of calibration to a digital camera for luminance measurement captured from an image surfaces is presented.

I.

INTRODUCCIÓN

El monitoreo y control automático de sistemas de iluminación son implementados con el fin de mejorar el desempeño energético de dichos sistemas, así como el confort que la iluminación presta en el espacio aplicado. Uno de los principales parámetros para la evaluación de la calidad del alumbrado exterior y de vias públicas – AP y en general de cualquier sistema de iluminación requiere la medición de la luminancia, comprobando que se cumplan los niveles mínimos (o máximos) reglamentados. Dichos niveles se miden y se evalúan con metodologías establecidas por las normas técnicas vigentes, p.e. en Colombia existe la norma técnica NTC 900, la cual establece el uso de equipos para medición de luminancia e iluminancia debidamente calibrados. El instrumento que permite cuantificar la luminancia media sobre un área específica es llamado Luminancímetro, el cual está equipado con un sistema óptico capaz de enfocar la imagen de un

área específica sobre el detector; las áreas medidas son pequeñas haciendo necesario que el sistema óptico tenga un enfoque preciso y un ángulo de aceptancia pequeño sobre la superficie a medir [RETILAP]. Realizar la medición de luminancia con un luminancímetro convencional suelen ser procedimientos temporalmente largos y costosos, así como la imposibilidad de medir superficies pequeñas ya que el ángulo de aceptancia no es lo suficientemente pequeño [2]. La posibilidad de determinar la luminancia a partir de una imagen presenta varias ventajas con respecto a método convencional. La representación espacial de la imagen permite tener los valores de luminancia de toda la escena, y la evaluación de un área de la imagen puede ser fácilmente calculada. El tiempo requerido para estas mediciones es mucho menor que utilizando la cámara digital. Al ser captados todos los puntos de la imagen al mismo tiempo no hay posibilidad que la luminancia cambie durante la medición. El campo de visión de la cámara es 150 menor que el campo de visión de un medidor de luminancia convencional, por lo tanto cada cada pixel actuará como un medidor de luminancia con la capacidad de medir áreas muy pequeñas tales como diodos led [3]. Lo anterior ha llevado a desarrollar diferentes tipos de aplicaciones que administran cámaras digitales, las cuales pueden cumplir el papel de luminancímetros, luxómetros o colorímetros según sea la aplicación. El valor del pixel en la imagen es proporcional a la luminancia en la escena, y depende de parámetros tales como el tiempo de exposición, numero de apertura y la sensitividad de la película (ISO). Las cámaras réflex digitales (DSLR) permiten la configuración de estos parámetros de forma manual, dejando que el fotógrafo fije cada uno de estos valores para obtener la mejor imagen de la escena [4]. En este estudio se presenta la metodología llevada a cabo para el desarrollo de la calibración de una cámara digital DSLR, utilizando imágenes en formato sin compresión propio del fabricante, así como los instrumentos o patrones de referencia de luminancia que van a permitir calcular la contante de calibración de cada uno de los pixeles de la cámara. II.

METODOLOGÍA

En la figura 1 se presenta la metodología utilizada para el desarrollo del procedimiento de calibración.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

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está definido mediante la relación mostrada en la ecuación 1 [7]. (1) Con las siguientes cantidades: Valor del Pixel Tiempo de exposición Numero de Apertura Sensitividad Constante de calibración de la cámara Luminancia de la imagen El valor del pixel viene definido por la cantidad de bits que dispone la imagen para representar los diferentes niveles de brillo. Esto quiere decir que una imagen de 8 bits por bit, se tendrán 28-1 escalas de gris. Por lo tanto, si se dispone de una imagen conociendo los parámetros de control de exposición de la cámara, así como el valor de luminancia y el valor del pixel, puede determinar la constante de calibración de la cámara.

Figura 6. Metodología utilizada para el desarrollo de la calibración. A. Estudio de Procedimiento de Calibración de Cámara El procedimiento de calibración de la cámara digital tiene como objetivo relacionar el valor de cada uno pixeles de una imagen capturada con el valor de luminancia del punto espacial que representan. Obviando la representación del color, el valor del pixel de una imagen en escala de grises representa la intensidad de luz de este punto, por lo tanto proporcional a la luminancia [3]. La cantidad de luz por unidad de área captada por la cámara en una fotografía es llamada exposición, medida en lux por segundo (lux•s) o valor de exposición (EV) [4]. De acuerdo a esto, una fotografía con sobre exposición tenderá a dejar una imagen totalmente blanca, mientras una imagen con baja exposición tendera a verse en negro. En una cámara, la exposición depende de tres parámetros los cuales pueden ser controlados manualmente por el fotógrafo: Tiempo de exposición, Numero de apertura y Sensitividad de Luz (ISO). El tiempo de exposición es el intervalo de tiempo en el cual la cámara realiza la recolección de luz en cada uno de los pixeles, por lo tanto vendrá dado en segundos. Un mayor tiempo de exposición se verá reflejado en una mayor exposición o brillo de la imagen. El número de apertura define el área por el cual atravesará la luz para ser captada por el sensor, siendo otro mecanismo que permite controlar la cantidad de luz o exposición de la imagen. Un mayor número de apertura significará que una mayor cantidad de luz no podrá atravesar, por lo tanto la exposición y la apertura son cantidades inversas. La sensitividad a la luz del sensor puede ser variada y poder controlar la exposición de la imagen. Este parámetro es medido en escala ISO y es proporcional a la exposición [6]. Basados en estos tres parámetros, el valor del pixel en una imagen

El formato de la imagen que genera la cámara define la forma como se calcula el valor del pixel. Existen dos tipos de formatos para imágenes: sin pérdidas y con pérdidas. Los formatos sin pérdidas calculan el valor del pixel directamente como es entregado por el sensor, de acuerdo con la ecuación 1. Este tipo de formato es conocido como RAW, y cada fabricante de cámaras define su propio formato RAW. TIFF es un formato sin compresión de uso universal, siendo usual convertir el formato del fabricante a este tipo de archivos. Las imágenes sin compresión suelen tener tamaños de 16MB a 60MB, por lo tanto es una desventaja en el momento de realizar el tratamiento de las imágenes. El otro tipo de archivos de imágenes con pérdidas utilizan algoritmos de compresión que permiten reducir el tamaño de cada una de las imágenes, eliminando información que la percepción humana no puede reconocer o impactar con mínimos cambios la imagen con compresión respecto a la imagen sin ella. La extensión JPEG es ampliamente utilizada en formatos con pérdidas, con tamaño típicos de 70KB. Para este tipo de archivo, el algoritmo para la compresión hace que la relación entre la luminancia de la escena y el valor del pixel no sea lineal, introduciendo errores en el momento de calibración [8]. En [2] se utiliza formato para la calibración de la cámara con bajas compresiones con el fin de disminuir el impacto en la calibración. En resumen, para realizar la calibración de la cámara debe definirse un patrón de luminancia que permita conocer este parámetro en la imagen, la posibilidad de controlar de manera manual los parámetros de tiempo de exposición, número de apertura y sensitividad del sensor, y el formato utilizado para analizar la imagen. B. Definición de patrón de Luminancia y Formato de Imagen El patrón de luminancia será el instrumento que permite permita conocer la luminancia emitida por una fuente. En [3] se presentan diferentes formas de generar este valor de referencia referencia, y se presentan a continuación:

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Comparación con un instrumento calibrado: Si se dispone de una instrumento con certificado de calibración vigente, errores e incertidumbres de medición aceptables, puede utilizarse para conocer la luminancia de una fuente. Fuentes de Luz Naturales: Sol y Luna: La luminancia de fuentes de luz primarias o secundarias naturales son conocidas, pero dependen de condiciones atmosféricas lo cual afecta a la atenuación de la luz. Filamento de Tungteno: La luminancia de un filamento de tungsteno depende de su temperatura, y esta a su vez de la resistencia del filamento que puede ser determinada por los valores de voltaje y corriente. El problema con este método son las grandes variaciones de luminancia que presentan con pequeñas variaciones de temperatura, por lo tanto se requieren altos grados de exactitud en la temperatura. Medición de Luminancia: Bajo ciertas condiciones, puede calcularse el valor de luminancia conociendo el valor de la iluminancia de una fuente o superficie iluminada. Para el caso de una superficie iluminada, se debe conocer la reflectancia, asegurar una iluminación difusa para poder plantear la relación lineal entre estas dos cantidades fotométricas. Este método presenta una dificultad y es la imposibilidad de lograr una iluminación perfecta difusa. Para el caso de una fuente de luz, la iluminancia debe tomarse a una distancia 10 veces mayor a la mayor dimensión de la fuente, y de esta manera predecir la luminancia. Este método requiere una fuente con emisión difusa, lo cual puede lograrse utilizando un esfera integradora. Esfera integradora: Dentro de una esfera integradora, la luminancia e iluminancia en un punto de las paredes son proporcionales. La construcción de la esfera integradora debe asegura una iluminación totalmente uniforme para que se cumpla dicha relación.

Donde, E es la iluminancia [lx], L la luminancia [cd/m^2], d[m] distancia de medición y A[m2] área de la fuente. Se realizó la calibración del luminancímetro Konica Minolta LS-160 [10], el cual servirá para determinar la luminancia de la fuente de luz que captará la cámara. En la figura 2 se muestra el montaje de los instrumentos para la calibración.

Existen entonces varias metodologías para conocer la luminancia de una fuente. En [9] se validó un método para la calibración de luminancímetros. Este método utiliza un monitor para aplicaciones profesionales, el cual tiene un ángulo de visión de 180 grados, el cual simula una fuente de luz difusa. A una distancia 10 veces mayor al diámetro de la fuente de luz circular, se realiza una medición de iluminancia con el Luxómetro Patrón LMT B520. de alta precisión con certificado de calibración trazable al laboratorio Alemán PTB, y mediante la ecuación 2 y se calcula el valor de la luminancia.

Como se determinó en el estudio de calibración de cámaras, el uso de formatos de imagen sin compresión presenta una relación lineal entre el valor del pixel y la luminancia. Al utilizar un formato con pérdidas como JPEG el proceso de calibración es mucho más complicado. Se definió utilizar formatos sin compresión de forma que la calibración en estos formatos estuviera solo directamente racionada con la ecuación 1. Se utilizó la cámara CANON Rebel XTi tipo DSLR (Digital Single Lens Reflex) [11], y el formato .CR2 propio del fabricante.









Figura 7. Monatje para la calibración del medidor de luminancia Konica Minolta LS-160

La fuente de luz de luminancia conocida fue implementada utilizando una esfera integradora de 50cm de diámetro, con un puerto de salida de 15cm diámetro. En este puerto fue ubicado un filtro difusor el cual representaba una superficie plana uniformemente iluminada que serviría para representar el campo plano de la imagen. Utilizando el luminancímetro calibrado, se determinó la uniformidad de la iluminación sobre el difusor. La ventaja de utilizar el luminancímetro como el instrumento patrón es que el valor en la medición de la luminancia no depende de la distancia si se asegura una buena uniformidad sobre la superficie del difusor.

C. Montaje y Calibración de la Cámara

(2)

En la figura 3 se presenta el montaje para la calibración de la cámara.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 4.

Barrido de Imágenes y Tiempo de Exposición: Fijando los valores de apertura y sensitividad, se realizó un barrido de 10 puntos en tiempo de disparo, obteniendo 10 imágenes. Se realizaron en total 3 barridos de 10 puntos de tiempo de exposición con 3 valores de número de apertura.

5.

Barrido de Imágenes y Apertura: De manera similar que en el paso anterior, se toman imágenes fijando el valor de tiempo de exposición y sensitividad para 8 puntos de número de apertura. En total se realizaron tres barridos en el número de apertura para 3 valores de tiempo de exposición diferentes.

6.

Barrido de Imágenes e ISO: Finalmente, se realizó el barrido para los valores ISO de la cámara, para un tiempo de exposición y número de apertura constante.

7.

Análisis de Linealidad: Inicialmente se realizó la conversión de los archivos .CR2 a formato TIFF, manteniendo los 16 bits en cada canal RGB. Mediante el uso del toolbox de procesamiento de imágenes en MATLAB, se cargaron todas las imágenes capturadas en los pasos 5, 6 y 7, convertidas a escala de grises, y generando cada una de las gráficas de Valor de Pixel vs Tiempo de Exposición, Valor de Pixel vs Número de Apertura y Valor de Pixel vs ISO. Esto permitió reconocer los rangos en los cuales la cámara tiene un comportamiento lineal acorde con la ecuación 1.

8.

Cálculo de Matriz de Constantes de Calibración: En los rangos donde la cámara tiene un comportamiento cercano a la relación lineal planteada, se calcula la constante de calibración para cada pixel de la imagen.

Figura 8. Montaje para calibración de cámara digital.

Para llevar a cabo la calibración se siguió el siguiente procedimiento: 1.

Encendido y Estabilización de la Fuente: Se debe encender la fuente de luz incandescente dentro de la esfera integrador mediante una fuente DC de 28.8V. Se esperaron 60min de encendido para realizar la toma de 3 mediciones cada 5 segundos, verificando que la diferencia en la luminancia máxima y mínima no fuera mayor a un 2%.

2.

Posicionamiento de Medidor de Luminancia y Cámara: La cámara fue posicionada de manera tal que el campo plano de la cámara sea ocupado solo por la superficie del difusor. El luminancímetro es posicionado a una distancia mayor que la cámara, verificando que el enfoque de la óptica del medidor sea exactamente sobre la superficie del difusor.

3.

Medición Uniformidad de Difusor: Se midió la uniformidad del difusor realizando la medición de 9 puntos en un área rectangular sobre el difusor se determinó la uniformidad del sobre el campo plano de la imagen. En la figura 4 se presenta un esquema del muestreo realizado al difusor. Lo puntos negros representan los puntos de medición del luminancímetro, el rectángulo punteado representa el campo plano de la cámara y el circulo el área iluminada del difusor.

245

III.

RESULTADOS

A. Calibración del Lumincímetro Referencia Se realizó la calibración del instrumento medidor de luminancia para 9 rangos, 1, 2,3,4,5,10,50,100 y 200 cd/m^2. En la tabla I se presenta el error e incertidumbre en cada rango. Se presentan errores en todos los rangos menores al 4%, con incertidumbres menores al 5%. Estas especificaciones caracterizarán el error e incertidumbre en la cámara, ya que este instrumento fue utilizado como referencia de luminancia para la cámara. A.

Uniformidad Del Difusor

Se determinaron una uniformidad del área rectangular fotografiada con nueve puntos. La luminancia media y la uniformidad se presenta en la Tabla II. Figura 9. Muestreo en de puntos para determinar la luminancia media y uniformidad.

246

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Tabla I

CÁLCULO Y ANÁLISIS DE DATOS DE LA CALIBRACIÓN Valor de referencia

Valor leído Luminancim.

Error de la lectura

Incertidumbre expandida

cd/m^2

cd/m^2

cd/m^2

%

± cd/m^2

%

1,32

1,31

-0,02

1,45

0,07

5,65

2,00

1,97

-0,03

1,27

0,11

5,60

3,03

3,12

0,08

2,80

0,17

5,59

3,98

3,92

-0,06

1,51

0,22

5,58

4,80

4,71

-0,09

1,91

0,26

5,60

10,25

10,04

-0,21

2,09

0,56

5,60

47,37

46,00

-1,37

2,89

2,60

5,65

95,81

92,95

-2,86

2,98

5,25

5,65

203,37

198,13

-5,23

2,57

11,15

5,63

TABLA II

MEDICIÓN DE LUMINANCIA SOBRE EL DIFUSOR. Filter Lee 216 Luminance cd/m^2 471,2 499,4 479,4 487,0 495,1 480,5 469,6 483,4 474,8

rangos que presentan linealidad son presentadas en la Tabla III, donde A1 representa la pendiente de la regresión y A0 el corte con el eje Y. Las regresiones presentadas corresponden a los rangos en los cuales se obtuvo un mejor desempeño acorde con la ecuación 1. De estos tres rangos, se obtuvo una función que se acercaba con un corte en Y a cero cuando se variaba el angulo de apertura y se fijaba un tiempo de exposición igual a 1/100 s y un sensitividad ISO de 200, aunque para este modelo el R2 no sea el más óptimo. Lo otros rangos tiene cortes en Y menores a un valor de pixel de 10, pero con R2 mayores. Para determinar el valor de la constante de calibración para cada pixel se determinó trabajar en el rango de barrido de número de apertura entre 16 y 22, fijando los valores ISO en 200 y un tiempo de obturación de 1/100 s. En caso de querer utilizar un rango donde el valor del R2 se debe tener en cuenta que debe corregirse el offset presentado en el corte con Y. En la Figura 8 se presenta el comportamiento de 5 pixeles ubicados en diferentes zonas de la imagen. Se puede observar que el valor del pixel es mayor en la zona central de la imagen, lo cual es coherente con el perfil de la uniformidad realizado al difusor, y el efecto conocido como vignetting. Este efecto hace referencia a la diminución de luz en las zonas periféricas del lente.

Cada valor de los nueve puntos corresponde al promedio de 3 mediciones de luminancia. Basado en esto se obtiene una luminancia promedio de 493 cd/m2 con una uniformidad del 0.97. B.

Calibración De La Cámara

En las figuras 5,6 y 7 se presentan las gráficas de los diferentes barridos realizados para cada uno de los parámetros para un pixel en la zona central de la imagen. Todos los barridos fueron realizados con una luminancia sobre el difusor de 493 cd/m2. En cada una de las gráficas se puede apreciar como es la tendencia de crecimiento del valor del pixel con respecto a los diferentes parámetros. Para el caso del número de apertura, la variable del eje x es el inverso del cuadrado de número de apertura, siendo esta cantidad proporcional al pixel. Las imágenes captadas en formato .CR2 fueron convertidas a formato .TIF en 8 bits. En cada una de las figuras se observan rangos donde el comportamiento es lineal, y rango con comportamiento no lineales. Para realizar la calibración según la ecuación 1, el valor del pixel es lineal con los tres parámetros de control de exposición, por lo tanto se seleccionaron los rango en los cuales el comportamiento es lineal y el corte con el eje Y sea cero. Para comprobar esto, se realizó una regresión lineal mediante la cual se calculara la pendiente y el corte con Y, así como el coeficiente de determinación R2. La idea es buscar rangos donde el R2 sea lo más cercano a uno, y el corte con Y igual a cero. Los resultados obtenidos en las regresiones realizadas en los

Figura 10. Perfil de valor del pixel para tres barridos de tiempo de exposición.

Figura 11. Perfil de valor del pixel para tres barridos de apertura.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 IV.

TABLA III REGRESIONES PARA LOS RANGOS CON EL MEJOR COMPORTAMIENTO LINEAL

T. Expo. 1/400 ~ 1/2000 Apertura 16 ~ 22 ISO 100 ~400

Fs=6.3 ISO=200 t =1/100 ISO=200 t =1/800 Fs=5.6

CONCLUSIONES

El desempeño de una cámara digital utilizada como instrumento de medición de luminancia depende directamente del formato de imagen en el cual la cámara procesa y entrega los archivos. Aunque la cantidad de luz que el sensor electrónico es capaz de captar y convertir en una señal eléctrica depende de los parámetros manualmente configurables por el usuario, la relación de esta cantidad de luz captada con la luminancia puede no ser lineal, debido a los diferentes algoritmos de procesamiento aplicados para el almacenamiento y manipulación de datos. Es importante que cada conversión de formatos evite comprimir la imagen original sin compresión con el fin de mantener la relación lineal y no introducir errores en la calibración.

Figura 12. Perfil de valor del pixel para tres barridos de ISO.

BARRIDO

247

A1

A0

R2

2,67E+04

56.765

0.9699

1,33E+04

0.4139

0.9545

0.1929

8

0.9896

La metodología utilizada como referencia de luminancia presentó ventajas considerables frente a otros estándares establecidos, ya que la medida del luminancímetro hace menos dependiente el montaje de la calibración de variables geométricas o ambientales asociadas a este. De igual manera se comprobó un buen desempeño de la fuente utilizada para generar luminancia uniforme sobre el campo plano de la cámara, logrando uniformidades cercanas a 0.97. Aunque se decidió trabajar con el formato sin comprensión propio del fabricante, se comprobaron comportamientos no lineales en el valor del pixel respecto a los diferentes parámetros relacionados con la exposición de la imagen. En general cuando dichos parámetros permiten valores de pixel grandes, el comportamiento pierde significativamente la linealidad, haciendo mucho más complejo el proceso de calibración.

Figura 13. Comparación de comportamiento de pixeles en diferentes zonas de la imagen.

El cálculo de la constante de calibración se realiza pixel por pixel desde la imagen en escala de grises de una configuración específica de parámetros de control en la cámara y la luminancia conocida de una imagen, despejando el valor de la constante de calibración según la relación de la ecuación 1. El rango de linealidad definido para la calibración está compuesto por 4 puntos, correspondientes a 4 diferentes imágenes tomadas con 4 configuraciones diferentes. Para hallar la matriz de calibración, se realizó el cálculo de las constantes de calibración de cada pixel en cada una de las imágenes, teniendo una estructura de 4 matrices de calibración. Luego se promediaron para cada pixel las cuatro constantes de calibración, obteniendo una matriz final.

A partir de este trabajo, se propone inicialmente caracterizar el desempeño de la cámara en mediciones en campo. Debe realizarse la comparación del desempeño de varias cámaras con el fin de validar que la metodología de calibración llevada a cabo es la más óptima para este tipo de procedimientos, ya que en los resultados obtenidos del análisis de linealidad se pueden observar fuentes de ruido que pueden estar asociadas al método o propiamente a la cámara utilizada. Finalmente es importante estudiar la calibración utilizando formatos con compresión y el uso de algoritmos que permitan eliminar posibles causas de ruido presentes durante la calibración o medición en campo así como la exploración del uso de cámaras de menor costo y mayor portabilidad para realizar mediciones de variables fotométricas.

REFERENCIAS [1] RETILAP, Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público. Ministerio de minas y Energía. 2014. [2] Wüller, D., & Gabele, H. (2007, February). The usage of digital cameras as luminance meters. In Electronic Imaging 2007 (pp. 65020U-65020U). International Society for Optics and Photonics. [3] Hiscocks, P. D., & Eng, P. (2011). Measuring Luminance with a digital camera.Syscomp Electronic Design Limited.

248

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

[4] Craine, E. M. (2007). Preliminary Experiments Using a Digital Camera to Measure Commercial Light Sources. International DarkSky Association, Inc. Tucson, Arizona. [5] Jacobson, R., Ray, S., Attridge, G. G., & Axford, N. (2000). Manual of Photography. Taylor & Francis. [6] Long, B. (2011). Complete digital photography. Nelson Education. [7] Metering, E. Relating Subject Lighting to Film Exposure. [8] Illuminance Calibration of A Digital Camera based on Image Colour [9] Gutierrez, J. F., Quintero, J. M., Planteamiento Procedimiento para Verificación de Luminancímetros, XII Conferência Panamericana de Iluminação, Lux América 2014, Juiz de Fora, Brasil. [10] Konica Minolta LS 160, [online]: http://sensing.konicaminolta.com.mx/products/ls-100-luminancemeter/ [11] Canon Rebel XTi, [online]: http://www.canon.com.mx/profesional/productos.asp?c=FPD016& m=1

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

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Propuesta lumínica para el alumbrado interior del museo Casa Maldonado – Choele Choel (Río Negro, Argentina) Claudio Daniel Guzmán1; Norma Piva2; Raúl Angilelo3; Dante Di Fiore4 1- Universidad Nacional del Comahue - Facultad de Ingeniería – Depto. de Electrotecnia. Buenos Aires 1400, Neuquén Capital Q8300IBX, Patagonia Argentina. claudio.guzman@fain.uncoma.edu.ar 2- Universidad Nacional del Comahue - Facultad de Ingeniería – Depto. de Ingeniería Civil. Buenos Aires 1400, Neuquén Capital Q8300IBX, Patagonia Argentina. nnpiva@yahoo.com 3- Universidad Nacional del Comahue - Facultad de Ingeniería – Depto. de Mecánica. Buenos Aires 1400, Neuquén Capital Q8300IBX, Patagonia Argentina. raulangi@yahoo.com.ar 4- Universidad Nacional del Comahue - Facultad de Ingeniería – Depto. de Ingeniería Civil. Buenos Aires 1400, Neuquén Capital Q8300IBX, Patagonia Argentina. vicedecanodifiore@gmail.com

Equipamiento Urbano (CEVEqU). Allí con el aporte de un equipo multidisciplinario se desarrollan varias líneas de trabajo vinculadas al estudio y preservación del Patrimonio Arquitectónico.

Resumen - El presente trabajo refiere las características que se proponen para resolver el alumbrado interior de la Casa Maldonado, en la ciudad de Choele Choel (provincia de Río Negro), que cuenta con reconocimiento y declaración de Patrimonio provincial y municipal. La misma se encuentra muy deteriorada estando en proceso de restauración y puesta en valor. Se proyecta su refuncionalización como museo bajo la tutela de la Asociación de Amigos del Museo Histórico Regional. El proyecto de restauración es responsabilidad de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional del Comahue a través del Centro Experimental para la Vivienda y el Equipamiento Urbano. Se cuenta además con el apoyo de la Municipalidad de Choele Choel que colabora logística y económicamente con la Asociación citada. El diseño del alumbrado toma en consideración las recomendaciones para las instalaciones en edificios de carácter patrimonial y las funciones que corresponden al accionar de un museo.

Si bien se han llevado adelante diversos proyectos de investigación que han permitido identificar y elaborar metodologías de abordaje a la problemática que plantea el análisis, evaluación y calificación de los bienes culturales que conforman el patrimonio de nuestras comunidades, encontramos que en una geografía tan diversa y extensa como la de la Patagonia Argentina existen dificultades para una buena gestión del Patrimonio Cultural. Sumado a lo anterior, muchas veces, la figura de proyecto de extensión no alcanza a satisfacer las demandas de una transferencia al medio que se ve limitada por los recursos que se disponen para aplicar en las intervenciones que requiere la restauración de los bienes.

Abstract- This paper relates about the characteristics that are proposed to solve the Maldonado’s House interior lighting, in Choele Choel city (province of Río Negro), which has the recognition and declaration of provincial and municipal heritage. The house is badly damaged and is currently under restoration and improvement process. It is planned to reuse it as a museum under the tutelage of the Historical Museum Friends Regional Association. The restoration project is responsibility of the Faculty of Engineering of the National University of Comahue through the Experimental Center for Housing and Urban Equipment. It also has the support of the Choele Choel Municipality which collaborate logistical and financially with the association.

Es entonces un desafío lograr que el sistema de ciencia y técnica logre sostener una transferencia que dé respuestas a las demandas requeridas por las múltiples acciones que deben encararse para lograr que las comunidades puedan contar con la preservación de los bienes que conforman su identidad cultural e histórica. II.

I.

PROLOGO

En la Universidad Nacional del Comahue y dependiendo de la Facultad de Ingeniería – Departamento de Ingeniería Civil, se encuentra el Centro Experimental de la Vivienda y el

INTRODUCCIÓN

La Universidad Nacional del Comahue desarrolla sus actividades en diversas sedes distribuidas en las provincias de Neuquén y Río Negro.

250

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 Sino también por haberse consolidado como un hito de referencia por su cercanía al río Negro (conocida antiguamente como Puerto Maldonado) y ser una de las pocas construcciones que se mantuvo en pie durante las inundaciones de 1899 [2] Otro actor relevante en el desafío de recuperar este Patrimonio Cultural es el Municipio de Choele Choel, quien con su aporte económico y técnico acompaña institucionalmente las acciones derivadas de las directrices que fija el equipo encargado del restauro. Luego de varias entrevistas entre los diversos actores mencionados y en el marco de proyecto de investigación Patrimonio Cultural y Ecosistema de las Comunidades Aborígenes, aprobado y financiado por la Universidad Nacional del Comahue, se plasma el proyecto de extensión: “Proyecto de Restauración, Refuncionalización y Puesta en valor. Casa Maldonado” desarrollado dentro de la línea de Preservación del Patrimonio Arquitectónico por el equipo de investigadores interdisciplinario del CEVEqU.

Fig. 1. Restauración fachada Iglesia de Luis Beltrán

En lo que se conoce como el Valle Medio del Río Negro se ubica la ciudad de Choele Choel, allí se constituye la Asociación de Amigos del Museo Histórico Regional cuya premisa fundamental es la de rescatar, preservar y desarrollar el patrimonio histórico–cultural de la ciudad. Esta ONG toma conocimiento de las actividades que venía desplegando el CEVEqU en la localidad de Luis Beltrán, cercana a Choele Choel, donde se realizó la restauración y puesta en valor del Templo Salesiano “Iglesia del Sagrado Corazón de Jesús” (Fig.1 ) cuyos detalles se han presentado en una anterior Luxamérica.[1] Entonces, convocan al equipo, para que aporte sus competencias al restauro de la vivienda conocida como “el Chalet de Maldonado” datada en su fachada como construida en el año 1904. La misma fue declarada de interés histórico a nivel provincial y municipal.

Luego de finalizado, se continúa el asesoramiento y la definición de las acciones que requieren la restauración. La Asociación solicitante planifica el avance en acuerdo a los recursos que dispone.

III.

ANTECEDENTES

La vivienda presentaba un avanzado estado de deterioro derivado de la falta de mantenimiento, intervenciones inadecuadas, incendios e inundaciones por lo que se realiza un detallado relevamiento y se analizan las diversas patologías que presenta el edificio (Fig. 2)

Por no disponer de edificio propio para desarrollar el Museo Regional, el actual propietario Sr. Rodolfo Clemente Maldonado, nieto y heredero del Sargento Mayor Salvador Maldonado, en carácter de donación, cede los derechos y habilita a la Asociación para iniciar los trámites de titularidad del importante predio que contiene el edificio y allí emplazar el museo de la ciudad. Cabe mencionar que la construcción se encuentra en avanzado estado de deterioro pero presenta valores arquitectónicos que le otorgan una identidad reconocida por los habitantes del sector donde está emplazada. Sumado a lo anterior acredita un valor histórico devenido no solo por los antecedentes de su propietario, quien participo de la Campaña al Desierto implementada por el General Roca, promovida durante la presidencia de Mitre. Que además contrae matrimonio con una mujer perteneciente a la comunidad Tehuelche.

Fig. 2. Detalle de cornisa y ornamentos

Los resultados se vuelcan en diversos planos y documentos que sintetizan la situación de la construcción al momento de sumarse la Facultad de Ingeniería para definir las acciones que demanda la restauración.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 Al respecto se toma la decisión de emplear un programa de luminotecnia como recurso para generar las maquetas virtuales que pongan en evidencia las características constructivas para lo que se plantea en el proyecto de restauración [3]

251

Fig. 3. Maqueta virtual con detalle alumbrado de fachada

Tómese en consideración que los diversos interlocutores pueden no tener una adecuada interpretación del resultante de las acciones que se proponen para la restauración, entonces una maqueta permite no solo caracterizar los mismos sino que brinda una herramienta de utilidad para la toma de decisiones respecto del avance de aquellas (Fig. 3) . La restauración de la vivienda no solo consiste en recuperar las características originales que presenta la fachada, sino que demanda también la puesta en valor de las distintas habitaciones que conforman la arquitectura del edificio atendiendo a las nuevas funciones que requiere su reformulación como museo. Esta situación es muy común en el interior de la Argentina ya que son contados los casos en que los presupuestos que disponen las administraciones se vuelcan a la construcción de edificios destinados a museos, sumado a esto, es un recurso ampliamente empleado el de identificar y rescatar los edificios emblemáticos que integran el patrimonio de las comunidades para ser depositarios de la historia de aquellas constituida en objetos, obras de arte, herramientas y aquellas manifestaciones del acervo cultural que la arqueología urbana recupera.

IV.

CONTEXTO

Al intervenir en un bien que por su identidad es reconocido por la comunidad como un patrimonio, es necesario definir el significado que le asignamos a este término. Para ello nos remitimos a uno de los documentos más relevantes en este sentido y que forma parte de las bases conceptuales bajo las que se encara la restauración de la vivienda. Nos referimos al documento del International Council on Monuments and Sites (ICOMOS), Consejo Internacional de Monumentos y Sitios, conocido como Carta de Venecia (1964): “monumento es todo sitio urbano o rural que nos ofrece el testimonio de una etapa de la evolución o de una civilización particular. Se refiere no sólo a las grandes creaciones sino también a obras modestas que han adquirido un significado cultural”. Particularmente, la Carta de Cracovia (2000), indica que “Patrimonio es el conjunto de las obras del hombre en las cuales una comunidad reconoce sus valores específicos y particulares y con los cuales se identifica. La identificación y la especificación del patrimonio es por tanto un proceso relacionado con la elección de valores”. Sumado a lo anterior, otros aspectos a tener en cuenta al intervenir en un edificio con valor de patrimonio son los vinculados a su autenticidad e identidad, véase la Carta de

Brasilia (1995) “Documento Regional del Cono Sur sobre Autenticidad”. Finalmente es importante tomar en consideración lo que refiere la Declaración de Foz de Iguazu, Brasil (2008) respecto del “Espíritu del Lugar”, “se trata de un aspecto esencial, ya que, por su misma definición un “lugar” no es cualquier espacio, sino un espacio caracterizado por su singular identidad”. Culmina recomendando: “Que el concepto “Espíritu del Lugar” sea incorporado en los procesos de planificación urbana y territorial, como medio para la preservación integral de paisajes naturales y culturales, así como de ciudades y áreas urbanas con valores históricos y/o culturales”. En lo vinculado a la iluminación se diseñará para la puesta en valor de la vivienda, se pudo constatar que no existen recomendaciones específicas para aplicar sino que solo se cuenta con lineamientos muy generales y muchos de ellos vinculados a la red eléctrica que demanda la instalación de alumbrado. En este sentido uno de los documentos más recientes con que se cuenta es la Carta de Taxco (2009), del Instituto Nacional de Antropología e Historia de México. Allí se consigna que “siguiendo los criterios de conservación, la instalación debe diseñarse observando el criterio de reversibilidad, con el objetivo de facilitar su desmontaje en caso de renovación, cambio de criterios en su utilidad, etc.”. Además, para el alumbrado interior “queda totalmente prohibido realizar perforaciones o anclajes en las zonas ornamentales como relieves, esculturas, pinturas murales, artesonados, retablos, etc., así como elementos estructurales con mal estado de conservación”. Lo consignado más arriba fijo el marco teórico sobre el que se articuló la restauración de la vivienda y el sitio donde está construida.

252

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Dado que las acciones de restauración se estaban desarrollando lentamente pero sin pausa se tomó la determinación de avanzar en los estudios para la iluminación que se propondría para el espacio refuncionalizado. La iluminación se planifico en tres etapas, la primera corresponde al alumbrado exterior y de fachada, la segunda es la que mostramos en este trabajo y queda pendiente la tercer etapa (y última) que corresponde al diseño paisajístico y recreativo del predio. Respecto de las características de la iluminación que se plantea y que se detalla más adelante, vale una serie de reflexiones de carácter general. La instalación de alumbrado puede no ser la definitiva ya que solo tiene el alcance de una propuesta que se pone a consideración de la institución convocante. Para resolver el alumbrado se han aplicado técnicas empleando manantiales luminosos de tecnología convencional, no se han empleado fuentes de luz de estado sólido (SSL) cuya manifestación más difundida son las lámparas tipo LED. El motivo es que este tipo de lámparas son sumamente costosas y el marco en el cual se están llevando adelante las acciones de restauración y puesta en valor es de baja disponibilidad de recursos. Tal es así que la ralentización que muestra el avance está vinculada a este tema. Sin embargo, si corresponde, se pueden encontrar luminarias equipadas con esta tecnología que repliquen los efectos buscados. Solo se deberá ser muy exigente en corroborar las características de las lámparas de LED vinculadas a las temperaturas de color y la reproducción cromática.

V.

CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO

Una iluminación general de nivel bajo permite lograr adecuadas acentuaciones en el material expuesto acompañando el discurso museístico. Un análisis que no se ha hecho es el vinculado al eventual daño sobre el material exhibido como consecuencia de los contenidos de ultravioletas e infrarrojos de los manantiales luminosos [5], es sabido que ciertos materiales presentan una sensibilidad a este tipo de radiaciones y que el tiempo de exposición lumínica juega un papel importante en el nivel de deterioro. Este efecto es más importante en pigmentos, menos en cueros e inapreciable en metales y piedras [6]. Dado que resta aún concluir la restauración de la vivienda y que se desconoce las características del material a exponer, se planteará a futuro el análisis pertinente a este tema. Otro tema a considerar y que está vinculado a las luminarias que se utilicen y a las lámparas que contengan, es el vinculado a la dispersión de la luz en la iluminación de acentuación ya que una mayor dispersión contribuye a la iluminación del ambiente y una menor otorga un carácter casi dramático a los objetos expuestos.

VI.

TÉCNICAS ADOPTADAS

Tal como se ha mencionado en el párrafo anterior la instalación de alumbrado que se propone consta de dos iluminaciones claramente diferenciadas y que responden a una función específica dentro del espacio iluminado. Una de ellas se caracteriza por una instalación rígida resuelta mediante luminarias equipadas con lámparas fluorescentes. Mientras que la restante, conforma una instalación flexible, desarrollada mediante luminarias orientables equipadas con lámparas incandescentes halógenas. La primera resuelve un alumbrado general de bajo nivel mientras que la segunda sirve a un alumbrado perimetral y de acentuación cuyas características responden a las exposiciones que se programen en los espacios destinados al museo [7].

En la definición de los parámetros luminotécnicos a satisfacer con el alumbrado que se diseña se toma en consideración que la demanda visual no solo debe ser satisfecha por un nivel de iluminancia apropiado con aceptables valores de uniformidad sino también con el adecuado tratamiento del ambiente visual. Desde hace unos años el paradigma de diseño ha mutado desde la función al medio ambiente iluminado.

Estos escenarios se activan mediante interruptores de efecto y la instalación eléctrica se propone realizarlos mediante ductos a la vista construidos en material aislante.

Como se desconoce las características del material que va a ser expuesto se propone una instalación rígida y otra flexible que permita modificaciones en acuerdo a la modalidad que se adopte para cada muestra en particular.

Como soporte del alumbrado se emplearan perfiles metálicos sobre los cuales se montaran los dos alumbrados propuestos. Estos perfiles se fijan mediante tensores a los tirantes que presentan los cielorrasos de la vivienda.

Para la iluminancia media se plantea un nivel de iluminación general bajo (escala arbitraria), del orden de 150-300 lux (escala científica) [4]. La uniformidad se limita tal que la iluminancia mínima no sea menor a la mitad de la iluminancia media. La temperatura de color, en acuerdo a lo recomendado por la Regla de Krüitoff será resuelta en colores cálidos o neutros.

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Una de las definiciones más relevantes es la vinculada al tipo de montaje, que se plantea como soporte de las luminarias. En este sentido y atendiendo a la reversibilidad que recomiendan los diversos documentos referidos a las intervenciones en edificios patrimoniales, así como evitar (en la medida de lo posible) perforaciones o anclajes para fijarlas, se propone una estructura metálica conformada con perfiles metálicos sobre los cuales se montan los artefactos orientables. Estos perfiles se calan para contener las luminarias fluorescentes. Finalmente se amarran a los tirantes de madera existentes mediante cable trenzado de acero. Fig. 4. Maqueta de la oficina para el alumbrado completo.

La instalación eléctrica recorre estos perfiles como si se tratara de una bandeja portacables para lo cual se propone el empleo de cablecanal, en material aislante, como ducto de energía. Se realizaron varios proyectos evaluando la orientación más conveniente, adoptándose la que puede apreciarse en los renders que se adjuntan, donde se instalan dos perfiles según el eje más largo del ambiente en sentido perpendicular a los tirantes existentes.

Fig. 5. Resultados de iluminancia en colores falsos.

Las luminarias se seleccionan en acuerdo a la función que deben satisfacer y del montaje que las va a contener. Es así que para el alumbrado general se usan luminarias para tubos fluorescentes, dados los niveles requeridos, se adoptan equipadas con una lámpara de 58 W. Si bien se considera un bajo nivel de polución y un mantenimiento adecuado se emplean las luminarias de un fabricante nacional que oferta este producto con un nivel de estanqueidad IP 65. El alumbrado perimetral y el de acentuación se usaran cabezales para destaque, empleándose un genérico con base para transformador. La oferta actual para estas luminarias es muy amplia encontrándose diversos diseños que satisfacen las características requeridas para esta iluminación.

Fig. 6. Render de la iluminación resultante con las dos técnicas adoptadas.

VII.

INSTALACIÓN PROPUESTA

Para diseñar el alumbrado en acuerdo a las técnicas que se han decidido aplicar se procede a modelar dos de las habitaciones que posee la vivienda, de las cuales contamos con certeza respecto de cuál será su función futura. Estas maquetas virtuales se crean con el programa de cálculo luminotécnico Relux Suite y en ellas se utilizan fotometrías de luminarias que responden a las características que demandan los alumbrados a proyectar. Los ambientes seleccionados corresponden a la sala principal y a una habitación que se empleará como oficina.

Se realizaron varias simulaciones para determinar la cantidad de luminarias necesarias para lograr los niveles propuestos. Tal como se indicó en un apartado anterior cada ambiente se proyecta con un nivel de iluminación final cercano a los 300 lux, estos con los dos tipos de alumbrado activos. Lo que se ha podido comprobar es que cada técnica de iluminación participa con aproximadamente el 50 % del total. Esto permite trabajar con dos escenarios de iluminación para cada ambiente posibilitando seleccionar cada uno o bien funcionando ambos a la vez, con este fin solo se emplean interruptores de efecto en las cajas de accionamientos. En las simulaciones se adoptó equipamiento y mobiliario en acuerdo a las funciones que allí se desarrollarían. Particularmente en la sala principal se montaron paneles y exhibidores ya que el diseño definitivo del interior así como sus características está muy relacionado con los productos a exhibir.

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 Debe tomarse en consideración que los niveles indicados son los mínimos mantenidos en servicio ya que se calcularon con un factor de mantenimiento de 0,8 por lo que los valores iniciales serán algo mayores (aproximadamente un 25 %). Estudios similares se realizaron en la sala principal donde el alumbrado completo tiene un nivel de iluminancia media de 260 lux con una mínima de 136 lux (Fig.13) (Fig.14) (Fig.15).

Fig. 7. Maqueta de la oficina para el alumbrado general con fluorescentes.

Se indica la mínima para mostrar que en todos los casos el alumbrado total de cada ambiente satisface una uniformidad general de 0,5. Esta condición no es tan simple de cumplir cuando se analizan los escenarios particulares para cada técnica empleada.

Fig. 8. Resultados de iluminancia con fluorescentes, en colores falsos.

Fig. 10. Dirección de observación para la iluminación perimetral.

Fig. 9. Render de la iluminación resultante con el alumbrado general por los fluorescentes.

Fig. 11. Resultados de iluminancia en colores falsos solo de destaque.

VIII.

RESULTADOS

A continuación se muestran los resultados para la simulación de la oficina. El alumbrado completo brinda una iluminancia media de 278 lux con una mínima de 179 lux (Fig. 4) (Fig. 5) (Fig. 6), pero si solo evaluamos el alumbrado general con los fluorescentes, vemos que la media cae a 145 lux con una mínima de 98 lux (Fig. 7) (Fig. 8) (Fig. 9). Ahora, si solo se considera el aporte del alumbrado perimetral o de acentuación la media es de 129 lux con una mínima de 56 lux (Fig.10) (Fig.11) (Fig.12).

Fig. 12. Render de la iluminación solo con los artefactos de destaque.

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y afecta los tiempos que demanda el avance de las tareas, sumado a esto, la distancia (220 km.) conspira para un adecuado control de gestión o monitoreo de las diversas acciones que se plantean. Lamentablemente se había logrado un avance importante, aunque insuficiente, y las contingencias climáticas conspiraron para agravar más el estado de la vivienda ya que a principios de año (20/01/16) la zona donde está ubicada fue azotada por un tornado que causo muchos daños y afectó significativamente la construcción causando gran deterioro en su estructura (Fig. 16). Fig. 13. Maqueta de la sala principal para el alumbrado completo

Fig. 14. Resultados de iluminancia con ambos alumbrados encendidos, en colores falsos.

Fig. 16. Estado de la vivienda luego del paso del tornado.

REFERENCIAS [1]

[2] [3]

Fig. 15. Render de la iluminación resultante con el alumbrado completo.

[4] [5]

IX.

EPILOGO

Hasta aquí hemos referido las características del alumbrado que proponemos para resolver la puesta en valor y la refuncionalización de esta construcción que integra la memoria colectiva de la comunidad de Choele Choel y es la manifestación de una etapa de la historia muy significativa en la Patagonia. Las directrices que emanan de la universidad y que apuntan a recuperar este Patrimonio, cuentan con el acuerdo de la Asociación y el apoyo del municipio para concretarlas, no obstante ello la disponibilidad de fondos siempre es complicada

[6] [7]

VI Congreso Panamericano de Iluminación Luxamerica 2002, modalidad Panel. “Iluminación Decorativa: Una Experiencia Religiosa”. Reseña de alumbrado fachada Templo Salesiano de Luis Beltrán (Río Negro). Autores: Ing. Claudio Guzmán, Arq. Dante Di Fiore. Tucumán. Junio 2002. Vapnarsky, C. (1983). “Pueblos del Norte de la Patagonia”, Editorial de la Patagonia, Diario Río Negro, General Roca. IX Congreso Panamericano de Iluminación Luxamerica 2008. “La maqueta virtual mediante plataformas de diseño luminotécnico como herramienta para la gestión del patrimonio cultural”.. Rosario, Santa Fe. Autores: Guzmán, Piva, Di Fiore, Angilello y Cravotta. Noviembre 2008 Catalogo “Lámparas para iluminación de acentuación” – Philips Iluminación Seeing versus Saving, Stefan Michalski, Canadian Conservation Institute, 2012. http://canada.pch.gc.ca/eng/1444925073140 (activa al 26/09/2016) “Diseño racional de la iluminación de museos, un aporte a la preservación del Patrimonio”, Autores: Humberto S.Alonso, José D. Sandoval Manual ELI, Capítulo 8: Diseño de la iluminación de Interiores, Autor: Ing. Mario Raitelli

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Avaliação de Empreendimentos de Iluminação Pública pelas Técnicas de ACV e ACCV Oswaldo Sanchez Junior1 1- Filiação: Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo - IPT Resumo — O trabalho descreve um levantamento da aplicação das técnicas de Avaliação do Ciclo de Vida – ACV, destinada à avaliação do desempenho ambiental, e de Avaliação do Custo do Ciclo de Vida - ACCV, destinada à avaliação do desempenho econômico, de empreendimentos de Iluminação, desde os anos 90, quando surgiram os primeiros trabalhos. Com base neste levantamento, os trabalhos foram separados por área de aplicação (Iluminação, comercial, residencial, pública, industrial e de emergência), por tipo de ACV e ACCV (de processo, de custo, hibrida e por entradas e saídas) e por parâmetros normalmente utilizados para definição da Unidade Funcional (potencia, vida útil, fluxo luminoso emitido, custo de investimento, eficácia, energia consumida, dentre outros). A unidade Funcional é um conceito fundamental na elaboração destes estudos e permite realizar comparações entre soluções tecnológicas em termos de seus desempenhos ambiental e econômico, com foco nas necessidades do usuário final. Com estes resultados e à luz da definição do conceito de ecoeficiência, procurou-se estabelecer um conjunto de recomendações que pudessem subsidiar elaboradores de estudos de ACV e ACCV, tanto para subsidiar decisões de gestores de empreendimentos de iluminação quanto fabricantes e especificadores deste tipo de tecnologia.

I.

Figura 1 – Estrutura para aplicação de uma ACV baseada em processos. Fonte: NBR ISO 14040 da Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2009

INTRODUÇÃO

Para avaliar a aplicabilidade da técnica de ACV na medição da ecoeficiência de empreendimentos de Iluminação Pública, foi realizada uma pesquisa para identificar o estado da técnica para este segmento, ou seja, o interesse na aplicação da técnica para a avaliação de produtos e serviços para iluminação pública. O uso desta técnica permite a construção do modelo para coleta, análise e tratamento dos dados conforme norma ABNT NBR ISO 14040 (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2009). Em ACVs, devem-se levar em consideração as etapas de Definição do Objetivo e Escopo, a Análise do Inventário, a Avaliação de Impacto Ambiental e a Interpretação dos dados obtidos (Figura 1). Estas etapas são descritas a seguir, segundo as tarefas típicas pertinentes e os resultados esperados de sua realização (SEO; KULAY, 2006):  Definição do Objetivo e Escopo: é estabelecida a razão principal para a condução do estudo, sua abrangência e o público-alvo a que os resultados se destinam. Ainda nesta fase define-se também a Unidade Funcional – UF da análise, que vem a ser “...o desempenho quantificado de um sistema de produto para uso como uma unidade de referência num estudo de avaliação do ciclo de vida...” (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2009).

 Análise do Inventário: nesta etapa são realizadas a coleta e a quantificação de todas as variáveis que se relacionam ao ciclo de vida de um produto, processo ou atividade. Os aspectos prioritários considerados para serem inventariados nas diferentes concepções tecnológicas normalmente são as seguintes:  Consumo de energia primária e secundária;  Utilização de recursos naturais, tais como bauxita e terras raras;  Emissão de gases de efeito estufa;  Emissão e descarte de mercúrio presente em lâmpadas convencionais;  Geração de resíduos da produção de alumínio primário e secundário.  Avaliação de Impacto Ambiental: toda ação ou atividade que resulta em alteração no meio ambiente ou parte dele pode ser estudada quanto à sua influência, magnitude, abrangência e frequência. Para o presente estudo foram utilizados os principais modelamentos de impactos ambientais utilizados nos trabalhos publicados: EDIP, TRACI e EI99. Isto permite comparar os resultados obtidos com os trabalhos já publicados.  Interpretação: consiste na identificação e análise dos resultados obtidos nas fases de inventário ou

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 avaliação de impacto de um estudo de ACV. O produto da interpretação de resultados pode tomar a forma de conclusões e recomendações aos profissionais que se valem da ACV como instrumento de auxílio ao processo de tomada de decisão. A Avaliação de Ciclo de Vida (ACV), enquanto ferramenta de ecodesign, é definida por Chehebe (1997) como uma técnica que permite avaliar os impactos ambientais associados a qualquer atividade ou produto desde o estágio de obtenção das matérias primas até aquele no qual todos os materiais retornam ao meio ambiente. Os impactos ambientais de um produto são determinados pelas entradas e saídas durante o seu ciclo de vida, no qual se pode obter uma série de efeitos ambientais quantificados, tais como: (i) entradas de matérias primas ou energia; e (ii) saídas relativas à emissão total de gases, lançamento total dos efluentes, geração total de resíduos e contaminação total do solo, além de outras liberações como ruído, vibrações, radiações e calor. A ACV facilita o gerenciamento ambiental no setor industrial, uma vez que melhora a compreensão do processo de produção e facilita a identificação de prioridades para tomadas de decisão. Mais especificamente, ela pode ser usada para o desenvolvimento de uma avaliação sistemática das consequências ambientais associadas a um dado produto; para análise das trocas ambientais associadas com um ou mais produtos ou processos específicos; para obter aprovação dos tomadores de decisão (Estado, comunidade e outros) para alguma ação planejada; para quantificação das emissões ambientais para o ar, água e terra; para avaliação dos efeitos dos consumos de materiais e das emissões ambientais sobre o meio ambiente e sobre o homem; para identificação de áreas de oportunidade para uma maior eficiência econômica; e na concepção e desenvolvimento de produtos (CHEHEBE, 1997).

II.

ACV e ACCV

A técnica de ACV pode ser entendida como uma técnica aplicável à analise de desempenho ambiental de processos e produtos, mas muitos autores admitem que possa ser entendida como parte de um estudo mais amplo que abrange também a Avaliação do Custo do Ciclo de Vida (ACCV) ou Life Cycle Costing (LCC) (BECCALI et al., 2010; HERTWICH et al., 2015; GIRGENTI et al., 2014; HONG, 2010; THIBODEAU; MONETTE; GLAUS, 2014; BENETTO et al., 2004a; BENETTO et al., 2004b; SONG; HYUN, 1999; CLUZEL et al., 2014). Normalmente utiliza-se o termo ACV para se referir ao escopo mais restrito, com ênfase na avaliação ambiental, no entanto, muitos estudos de ACCV são referidos também como estudos de ACV (NORRIS, 2000). A ACCV pode ser realizada complementarmente à ACV pois utiliza a mesma estrutura e os mesmos protocolos. Uma das vantagens desta associação é que se pode evitar duplo trabalho, lacunas, contagem duplicada de dados e gerar uma condição mais consistente para aproveitamento dos resultados do trabalho para decisões sobre o 1

Diz respeito à perda do poder de compra do dinheiro ao longo do tempo.

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mundo real. Na realização da ACCV deve-se definir o que foi considerado como custo, qual é a unidade funcional, as fronteiras do sistema considerado, o tempo considerado na análise e o desconto financeiro 1ou inflação a ser considerada neste período. Portanto, a técnica de ACCV segue o protocolo da ACV mas diferem em propósito e abordagem, conforme descrito na Quadro 1 (NORRIS, 2000). As consequências de deixar a ACCV fora da ACV podem ser resumidas como a seguir (NORRIS, 2000):  Influência limitada e relevância da ACV para tomada de decisão;  Incapacidade para capturar relações entre consequências ambientais e de custos, o que também inibe a busca de melhor relação custo-benefício, para melhorias ambientais;  Potencial de não se considerar consequências economicamente importantes ou, em alguns casos, até mesmo economicamente cruciais relacionados com o ambiente e consequências de decisões alternativas para a empresa. Para esta pesquisa entende-se que a definição inicial adequada e criteriosa da Unidade Funcional, nos casos de ACVs e ACCVs de produtos para iluminação, poderá oferecer uma linha de raciocínio para organizar o processo de obtenção dos demais elementos necessários. Segundo a norma ABNT NBR ISO 14040, a Unidade Funcional é: “[...] o desempenho quantificado de um sistema de produto para uso como uma unidade de referência num estudo de avaliação do ciclo de vida” (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2009). No entanto, nos casos de ACVs e ACCVs de produtos para iluminação, a definição do escopo e da Unidade Funcional deve necessariamente levar em consideração em qual dos vários nichos e subnichos de aplicações (iluminação pública, comercial, industrial ou residencial) o estudo está inserido devido ao fato de que os serviços de iluminação atendem a diferentes requisitos de seus usuários, além de demandarem a utilização de produtos com diferentes características. Considerando que cada nicho tem suas métricas e demandas e está inserido de forma particular na cadeia produtiva, é de se esperar que cada um tenha sua própria realidade em termos de funções às quais os produtos e instalações devem atender.

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Ferramenta / Método

ACV

Propósito

Quantificar e comparar o desempenho ambiental relativo de sistemas de produtos alternativos para atender à mesma utilização final, numa perspectiva ampla da sociedade

Atividades que são considerados parte do "Ciclo de Vida"

Todos os processos causalmente ligados ao ciclo de vida físico do produto; incluindo a cadeia de fornecimento, uso e os processos associados, fim de vida e os processos associados

Fluxos considerados

Poluentes, recursos e fluxos inter-processos de materiais e energia

Unidades para os fluxos rastreados (inventariados)

Aspectos temporais e alcance

Principalmente massa e energia, ocasionalmente, volume e outras unidades físicas O tempo de duração dos processos e liberação dos fluxos para consumo é tradicionalmente ignorado; a avaliação de impactos pode se referir a uma janela de tempo fixa (por exemplo, horizonte de tempo de l00 anos para avaliar potenciais de mudanças climáticas), mas os impactos futuros geralmente não são descontados

ACCV Determinar o custoefetividade de investimentos alternativos e decisões de negócios, a partir da perspectiva de um tomador de decisão econômica, como a de uma empresa de fabrico ou de um consumidor Atividades que causam custos diretos ou benefícios para o tomador de decisão durante a vida econômica do investimento, como resultado do investimento Custo e benefícios monetários que impactam diretamente o decisor Unidades monetárias (por exemplo: dólares, euros, etc.) O tempo é crítico. Usa-se o valor presente (desconto) de custos e benefícios. Um horizonte de tempo específico é adotado tornando o modelo mais sensível à taxa de desconto fixada (que pode variar no tempo) e quaisquer custos ou benefícios que ocorrem fora desse tempo, são ignorados

Quadro 1 – Como ACV e ACCV diferem em propósito e abordagem. Fonte: Norris, 2001 (tradução nossa).

III.

qualidade da iluminação desejada, contextualizando e padronizando o serviço de iluminação como um serviço voltado às necessidades dos seus usuários. A partir deste levantamento sobre ACV, estabeleceu-se o universo de critérios aplicáveis com comprovada influência para o uso de cada tipo de serviço de iluminação. A partir deste conjunto verificou-se os critérios comuns e aqueles específicos que devem ser considerados dependendo da aplicação do serviço de iluminação. Estes critérios de desempenho permitiriam a definição de Unidades Funcionais apropriadas para cada aplicação de serviços de iluminação e, com isso, a identificação das lacunas que poderiam ser superadas pela aplicação de uma sequencia simples de passos, de modo a tornar mais prática a fase da ACV denominada Definição do Objetivo e Escopo. Para levantamento das publicações sobre ACV de interesse, realizou-se uma busca estruturada de artigos científicos para avaliar o escopo e a abordagem normalmente realizada na aplicação de estudos de ACV, em particular na área de iluminação. As Bases de Dados consultadas mais compreensivas para esta área de estudo foram as seguintes: IEEEXplore, Science Direct, Scopus e Web of Science. Nesta busca, utilizou-se os termos “life cycle assessment” e “lighting” para busca em títulos, resumos ou palavras-chave dos artigos. Também se realizou uma busca utilizando-se os termos “life cycle costing” e “lighting” mas observou-se que o conjunto de referências obtidos é bem menor e contido no anterior. Não houve limitação de data de publicação e o idioma escolhido para os trabalhos foi o inglês. Além dos trabalhos encontrados com estes critérios, adicionaram-se à coleção os trabalhos identificados pelo autor em mais de cinco anos de leituras, com os mesmos critérios. Também foram incorporadas na busca as referências citadas pelos trabalhos considerados pertinentes. Foram considerados os trabalhos que relatam estudos de ACV com ênfase para a avaliação de desempenho ambiental (ACV) e ACCV em serviços e produtos para iluminação. Foram descartados os trabalhos que apenas citavam estudos de terceiros. Por este processo obteve-se um total de 54 trabalhos, que foram lidos e analisados, com distribuição por ano de publicação conforme se observa na Figura 2.

TRABALHOS PUBLICADOS COM ACVS E ACCVS EM ILUMINAÇÃO

Para identificar os principais critérios de qualidade da iluminação associados aos nichos de aplicações para iluminação e organizá-los de forma objetiva para facilitar o início dos estudos de ACV e ACCVs, realizou-se uma pesquisa e análise dos principais trabalhos descrevendo ACVs de produtos e serviços para iluminação publicados nas bases de dados acadêmicas, identificando e comparando seus elementos a partir da concepção de ACV definida pela norma ABNT NBR ISO 14040. Este levantamento é complementar outro, onde se avaliaram os trabalhos destinados a identificar os efeitos do ambiente iluminado no comportamento, bem-estar e desempenho humano para atividades produtivas. Neste caso, o interesse estava em identificar os critérios objetivos, possíveis de serem parametrizados e medidos, para o estabelecimento da

Figura 2 – Evolução de publicações em ACV no setor de iluminação. Fonte: Elaborado pelo autor.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 Observa-se que o primeiro trabalho com abordagem de ACV foi publicado em 1991 (GYDESEN; MAIMANN, 1991) e a partir de 2004 houve uma evolução consistente de publicações na área, com tendência de ampliação e destaque para o ano de 2009 e 2012 (12 trabalhos). A distribuição de trabalhos por área de aplicação (Figura 3) revela que há predominância de estudos de ACV nas áreas de iluminação residencial e comercial (ou produtos úteis a ambas), coincidindo com as áreas onde há maior variedade de produtos e onde a iluminação artificial é mais requisitada para usos privados. Isto indica interesse nos produtos cujo mercado não apresenta domínio de grandes marcas ou algum tipo de monopólio e, portanto, está mais aberto à inovação em design e tem uma dinâmica que privilegia as empresas mais versáteis na busca do atendimento de sua clientela. Os estudos de produtos destinados à iluminação residencial, comercial e aplicações mistas (tanto para iluminação comercial quanto residencial), totalizam 76% dos estudos publicados, o que revela onde a competição comercial é mais intensa. Os trabalhos dedicados às aplicações em Iluminação Pública – IP somam 20% (11 trabalhos) e o restante dedica-se às áreas de iluminação de emergência e industrial. A área de iluminação pública caracteriza-se por um mercado restrito a poucos fornecedores e grandes consumidores (concessionárias de energia e administrações municipais) o que aparentemente não representa interesse majoritário para aplicação da técnica de ACV (YOUNG, 2012). Na Figura 4 pode-se observar a distribuição dos trabalhos conforme a técnica utilizada. Observa-se que 73%, a grande maioria, utilizaram a ACV, ou seja, ACV destinada a avaliar somente os impactos ambientais. No entanto, 16% dos trabalhos analisados utilizaram a abordagem de ACCV (ou LCC).

Figura 3 – Distribuição dos trabalhos analisados por área de aplicação dos produtos e serviços de iluminação analisados. Fonte: Elaborado pelo autor.

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Cruzando as informações, observa-se que dos 11 trabalhos que focaram no setor de iluminação pública, 4 utilizaram a técnica de ACCV, 6 utilizaram a técnica de ACV (apenas avaliação ambiental) e apenas um utilizou ambas as técnicas (VITO, 2007a).

Figura 4 – Distribuição de trabalhos por técnica utilizada. Fonte: Elaborado pelo autor. Quanto aos parâmetros utilizados na Unidade Funcional (UF) das ACVs publicadas, observa-se, conforme na Figura 5, uma predominância da vida útil (em horas de uso, 39%). Os demais principais parâmetros são: emissão (em lumens, 20%), o custo da energia (em $/h, 11%), eficácia energética (em lumens/W, 9%) e potência (em W, 9%). Os demais parâmetros apresentaram frequência igual ou inferior a 4% (iluminância, energia, custo de investimento, manutenção e disposição, temperatura de cor correlata, geração de resíduos e cumprimento do espaço iluminado). Estão contabilizados os casos em que se utilizou mais de um parâmetro na UF. Os trabalhos no geral apresentam definições para a Unidade Funcional heterogêneas, não havendo semelhanças nem na extensão nem na profundidade. Observa-se que a ênfase dada aos estudos quase sempre está harmônica com os objetivos mas ligada aos interesses de quem realiza ou patrocina o trabalho e focando sobre os atributos dos equipamentos utilizados para iluminação. Isto fica claro sempre que se observa as conclusões reportadas. Nos estudos de ACV, conforme já detalhado, a definição da Unidade Funcional é uma das primeiras providências (ainda que possa ser revisada). Para o caso específico de ACVs (como de ACCVs) de produtos e instalações para iluminação é preciso conhecer os requisitos do ambiente iluminado e dos serviços de iluminação, para o fim a que se destina, ou seja, os requisitos para o usuário final. Este sistema de relações descrito anteriormente, que traduz a qualidade da iluminação para o usuário, pode ser utilizado como suporte para a definição da Unidade Funcional em estudos de ACV. Neste caso, é possível assumir a hipótese de que as Unidades Funcionais, da forma como se define na norma ABNT NBR ISO 14040, devem considerar o efeito das tecnologias para o usuário pois o objetivo dos sistemas de iluminação é justamente prestar um serviço aos seus usuários.

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 (NBR 5101, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2012).

IV.

DEFINIÇÃO DE UMA UNIDADE FUNCIONAL ADEQUADA

Na definição da Unidade Funcional foi dada atenção especial à qualidade da iluminação pública para o usuário final, conforme necessidade detectada no levantamento bibliográfico já realizado.

Figura 5 – Parâmetros utilizados na UF das ACVs publicadas. Fonte: Elaborado pelo autor. Portanto, se pela norma ABNT NBR ISO 14040, a definição de Unidade Funcional é “[...] o desempenho quantificado de um sistema de produto para uso como uma unidade de referência num estudo de avaliação do ciclo de vida” (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2009), conclui-se que o desempenho deveria ser considerado não só como um conjunto de requisitos associados aos produtos e serviços utilizados como também o efeito deste uso para o ser humano (a condição em que o usuário utiliza o serviço), razão de ser do projeto de iluminação para os ambientes iluminados. No âmbito da definição dos requisitos a serem explicitados na Unidade Funcional de ACVs, ainda que haja um conjunto de fenômenos e processos comportamentais associados ao serviço de iluminação, infelizmente não se conhece formas objetivas e padronizadas de se medir todos os seus efeitos sobre o ser humano. Esta condição poderia ser um tema de um estudo futuro. No entanto, há uma série de parâmetros que podem ser medidos objetivamente com instrumentos e que devem fazer parte das especificações da Unidade Funcional dependendo da área de aplicação da iluminação ou nicho da cadeia produtiva

2

O objetivo desta discussão é deixar claro que a qualidade para o usuário pode ser medida e deve ser utilizada como padrão para a análise de todas as soluções. Em se tratando da formulação de uma unidade

Para agregar estes parâmetros discutidos anteriormente na definição da Unidade Funcional de um estudo de ACV, desenvolveu-se um roteiro que se propõe a organizar e garantir um mínimo de consistência para os interessados na gestão ambiental de serviços de iluminação. Imaginado a partir da análise das referencias comentadas anteriormente, propõem dois eixos complementares para a utilização de ACV nesses casos (foco no serviço e foco no produto). O conforto visual, a desempenho visual e a segurança visual sempre estarão presentes nos serviços de iluminação. Os projetistas utilizam técnicas de projeto, softwares e analisam a melhor solução para o melhor resultado considerando-se a aplicação do serviço de iluminação. A qualidade do resultado, portanto, deve considerar o efeito para o usuário do ambiente Em se tratando da análise comparativa da ecoeficiência de projetos de Iluminação Pública, esta qualidade para o usuário deve ser garantida para todos os projetos, ou seja, o mesmo padrão deve estar presente de modo que para o usuário não deverá fazer diferença se o fornecedor da tecnologia é X ou Y. Dentre os parâmetros que podem medir estes efeitos, há alguns que são suficientemente importantes para que sejam lembrados independentemente da área de aplicação, mas há alguns que, dependendo da área ou nicho de aplicação, fazem diferença apenas no que diz respeito à sua interação com o usuário final específico daquela área. Um conjunto de parâmetros mínimos a ser utilizado em estudos de ACV 2de produtos e instalações para iluminação pode ser visualizado no Quadro 2. Neste quadro, os parâmetros são dispostos conforme a aplicação hipotética dos produtos e instalações (nichos do setor de iluminação). Os parâmetros aplicáveis a projetos de Iluminação Pública estão destacados na coluna amarela. O quadro foi montado com base na consulta aos guias citados na sequencia.

funcional, é apropriado que a sua especificação inclua clareza no que vem a ser esta “qualidade para o usuário”.

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Parâmetros a serem definidos na UF Distribuição da luminância das fontes e superfícies refletoras Iluminância nos planos de uso Ofuscamento ou brilho para o usuário Direcionalidade da luz Aspectos colorimétricos da luz e das superfícies Efeito “flicker” ou cintilamento das fontes Presença e distribuição da luz natural Manutenção dos níveis de iluminação

Áreas de Aplicação (tipo de iluminação) Residencial Pública Comercial Industrial X

X

X

X

X

X X

X X

X X

X X

X

X X

X X

X

X X

X

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Destaque

Local

Emergência

X X X

X

X X

X

X

X

X X

Quadro 2 – Parâmetros de Qualidade da Iluminação para definição da Unidade Funcional. Fonte: elaborado pelo autor.

A seguir são descritos cada um dos parâmetros do Quadro 2 considerados relevantes em função da aplicação do serviço de iluminação. A distribuição da luminância das fontes e superfícies refletoras precisa ser balanceada para melhorar a acuidade visual, a sensibilidade para contrastes e a eficiência das funções oculares. A iluminância nos planos de uso, sua uniformidade e distribuição nas áreas de trabalho e seu entorno são os parâmetros de maior impacto na rapidez, segurança e conforto com que uma pessoa percebe e conduz a tarefa visual a que se propõe. A importância deste parâmetro levou os países a estudarem e definirem tabelas com limites de iluminância em função da tarefa a ser realizada no ambiente sob análise dos luminotécnicos. No Brasil, utiliza-se a norma ABNT NBR 5413:1992: Iluminância de Interiores e internacionalmente utilizam-se as normas CIE S 008/E: 2001 / ISO 8995-1:2002(E): Lighting of Work Places – Part 1: Indoor e CIE 29.2 – 1986: Guide on Interior Lighting. Para iluminação pública, utiliza-se no Brasil a norma ABNT. Iluminação pública — Procedimento, ABNT NBR 5101:2012. O ofuscamento é uma sensação visual produzida por áreas ou pontos brilhantes no campo de visão e é experimentado como um desconforto. Isto é causado por reflexões especulares (direcionais) em superfícies. Limitar o ofuscamento é importante para evitar erros, fadiga e acidentes. Algumas normas, tais como aquelas CIE citadas acima, estabelecem faixas de valores de luminância (em kcd/m2) e ângulos mínimos para evitar o ofuscamento. Estas normas também estabeleceram uma grandeza denominada Classificação de Brilho Unificada (Unified Glare Rating (UGR)) e seu método de medida para viabilizar o projeto criterioso do ambiente iluminado. A direcionalidade da luz é importante para realçar objetos, revelar texturas e melhorar a aparência das pessoas no espaço iluminado ou mesmo a visibilidade de detalhes em tarefas

visuais. Este “modelamento” de pessoas e objetos é obtido por um balanço entre a luz difusa e a luz direcional e, neste caso, a posição e a distribuição de fontes luminosas são requeridas. A qualidade colorimétrica de fontes emissoras de luz com aspecto próximo ao da luz branca pode ser caracterizada por dois atributos que podem ser considerados separadamente. A aparência da “cor da luz própria” da fonte luminosa (quente, fria ou intermediária) é medida pelo parâmetro “Temperatura de Cor Correlata (TCC)” em Kelvins, medida numa escala que compara a luz da fonte estudada com a luz do Sol. Este parâmetro normalmente é importante por conta do conforto visual e para induzir uma sensação de frio ou calor conforme o ambiente visual e conforme a intenção do projetista. O “Índice de Reprodução de Cores (IRC)”, um número absoluto que mede a “deformação” das cores de uma superfície quando esta é iluminada por uma fonte luminosa de espectro luminoso diferente do espectro solar é importante para melhorar a desempenho visual e o bem-estar, além de permitir melhor visualização natural da pele humana e das cores de objetos. O “efeito Flicker” ou cintilamento das fontes de luz causam distração e efeitos fisiológicos, como dor de cabeça. Estes efeitos devem ser evitados também pela possibilidade de causarem efeito estroboscópico levando a equívocos sobre avaliação visual da velocidade e movimento de máquinas rotativas. A iluminação natural pode prover toda ou parte da iluminação para as tarefas visuais. Apesar de mudar seu espectro e intensidade ao longo do dia e das estações do ano e vir acompanhada de calor para o ambiente, a iluminação natural é importante como fonte de energia para iluminar locais próximos às janelas devido à possibilidade de economia de energia e à familiaridade e adaptabilidade dos olhos humanos a este tipo de luz. No entanto, o uso correto desta fonte de luz é um desafio, uma vez que isto deve ser pensado desde a concepção da construção civil do ambiente. A manutenção dos níveis de iluminação é importante, pois todos os projetos são realizados pensando-se num valor

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

médio para os parâmetros que deverão vigorar enquanto se utiliza o ambiental para a atividade especificada. Se estes valores mudam demasiadamente ao longo da vida útil das instalações, corre-se o risco de influenciar o desempenho e conforto das pessoas sem que estas saibam a verdadeira razão que origina tal efeito.

V.

UNIDADE FUNCIONAL ADEQUADA

Os documentos referentes às licitações públicas para aquisição de serviços e itens para o serviço de Iluminação Pública fornecem os elementos básicos para a definição de uma Unidade Funcional – UF adequada. Um exemplo, aqui representado por uma Licitação para contratação de uma Parceria Publico Privada – PPP na Cidade de São Paulo no Brasil poderia ser:

“Eficientização de 561.490 pontos de iluminação pública existentes, com previsão de ampliação para 637.490 em cinco anos, incluindo a sua operação, com a qualidade mínima exigida na norma ABNT NBR 5101:2012, durante 20 anos.”

Esta definição implica que a avaliação econômica e ambiental deverá partir de uma situação existente que será referenciada como “linha de base” ou “situação atual” para prever todos os fluxos financeiros e de aspectos ambientais que ocorrerem a partir do início da vigência até 20 anos de duração do empreendimento, para cada proposta de PPP. Portanto, é importante frisar que a linha de base em si é uma opção de empreendimento, no sentido de que não havendo contração de PPP, a modernização, otimização, expansão, operação e manutenção da rede de Iluminação Pública deverão ocorrer da forma como consta da Política de Desenvolvimento Urbano e do Plano Diretor Estratégico do Município de São Paulo (PREFEITURA MUNICIPAL DE SÃO PAULO, 2014), seguindo as mesmas exigências de qualidade.

VI.

PROTOCOLO PROPOSTO

A análise da ecoeficiência pode ser realizada conforme um roteiro que procura orientar a análise, passo a passo, para que ela possa ser reproduzida em outras situações ou mesmo verificada por terceiros mediante sua reaplicação. A vantagem é que, com as ferramentas utilizadas, é possível facilmente mudar cenários, corrigir parâmetros e se adaptar a análise para todas as situações de decisão sobre empreendimentos em Iluminação Pública. A seguir descrevem-se estes passos. 44

Aqui é uma indicação de que, não havendo dados primários, deve-se buscar referências que indicam os cosumos dos equipamentos (catálogos técnicos, artigos

 Passo 1: os parâmetros e fronteiras devem ser definidos. O objetivo do empreendimento deve ficar claro e a Unidade Funcional necessária para orientar as ACVs devem ser explicitamente definidas. As entradas e saídas relevantes devem ser diagnosticadas e as ferramentas a serem utilizadas na análise devem ser conhecidas e devem permitir gerar resultados “ranqueáveis”.  Passo 2: a linha de base da análise (situação atual ou situação de referência) deve ser bem definida. Um inventário das instalações e do padrão tecnológico vigente deve ser realizado e todos os recursos que devem ser objeto de alterações (tecnologias, procedimentos, recursos, etc.) devem ser inventariadas.  Passo 3: o mesmo do Passo 2 deve ser realizado para as soluções propostas. Todas as alterações devem ser inventariadas e as características dessas soluções devem ser conhecidas, tanto quanto as características do padrão vigente. A qualidade do serviço para o usuário deverá estar considerada nas soluções propostas, uma vez que o presente protocolo estabeleceu este eixo como um discriminador das soluções.  Passo 4: podem ser feitas simultaneamente, inclusive por equipes de competências diferentes, as análises ambiental e econômica, talvez o passo mais importante e complexo. Para a análise ambiental, como já proposto, utiliza-se o GHG Protocol Brasil, que disponibiliza uma ferramenta on-line de fácil acesso e preenchimento. Os dados a serem inseridos na ferramenta do GHG Protocol contemplam as emissões do final do ciclo de vida dos equipamentos a serem substituídos e as emissões associadas à fabricação dos equipamentos novos, atendendo ao disposto no protocolo do World Business Council for Sustainable Development (2005) e World Resources Institute (2014). Os dados para os escopos 1, 2 e 3 devem estar disponíveis ou senão devem ser obtidos junto ao gestor do serviço ou ainda com consulta à literatura especializada44. Para a análise econômica, é necessário estabelecer uma planilha com definição das entradas e saídas econômicas (incluindo aquelas ambientais valoradas economicamente), realizar a alocação destas entradas e saídas num fluxo de caixa para o tempo de duração do contrato e realizar a avaliação econômica com o calculo do VPL (alternativamente pode-se complementar esta análise com o cálculo da TIR e do Payback). A planilha desenvolvida neste trabalho pelo autor poderá ser utilizada como modelo.  Passo 5: plotar em gráfico, com normalização dos dados, as séries obtidas. Para cada técnicos, etc). No limite deve-se estimar o consumo individualizado e somar as estimativas para toda a infraestrutura.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 proposta de solução haverá uma medida do indicador de desempenho ambiental (emissões de CO2 equivalentes) e uma medida associada do indicador de desempenho econômico (VPL). Deve-se plotar também a linha de base da análise (situação atual ou situação de referência).  Passo 6: o gestor deve ser consultado sobre suas expectativas e necessidades com relação à tomada de decisão em pauta. Os cenários desenvolvidos neste trabalho podem ser oferecidos ou outros podem ser desenvolvidos. Para a aplicação de cada cenário, os parâmetros iniciais da instalação devem ser customizados conforme os impactos esperados.

7.

8.

9.

10.

11. VII.

RECOMENDAÇÕES

Recomenda-se, para estudos futuros, que o corpo teórico que se vem acumulando no estudo da ecoeficiência incorpore, no caso de sua aplicação para serviços públicos, uma atenção especial com os parâmetros a serem estabelecidos que sejam próprios da realidade do setor e do ciclo de vida dos serviços e produtos envolvidos. Há que se desenvolver também uma análise da qualidade do serviço a ser oferecido, uma vez que isto pode impactar a definição da Unidade Funcional tanto para as ACVs quanto para as ACCVs. Estes parâmetros podem não estar relacionados diretamente com a área do gestor do serviço, mas poderá balizar suas decisões, uma vez que o efeito de suas ações poderá ser percebido em outras areas do serviço público. Por exemplo, uma iluminação pública de qualidade poderá levar à valorização do patrimônio histórico, a um menor número de acidentes e a um menor número de ilícitos nas vias públicas, rendendo menos gastos com saúde e segurança públicas. Quanto isso poderia valer? Quanto deste zelo pela iluminação pública poderia ser absorvido por outros setores da gestão pública?

12.

13. 14.

15.

16.

17.

18. REFERENCIAS

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3.

4.

5.

6.

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

PROGRAMA LUX LEASING Financiamiento para la reconversión del Sistema de Alumbrado Público de Municipios chicos Ricardo Guillermo Milutin1 1- Presidente de SURBA S.A. (Mendoza, Argentina, rgmilutin@gmail.com)

Resumen - LUX LEASING es un PROGRAMA especialmente diseñado para acompañar la gestión de municipios chicos, aportando los recursos técnicos, económicos y financieros para realizar, en sus jurisdicciones, las obras de reconversión de las luminarias existentes y la instalación de nuevos puntos de luz. El Programa va dirigido a municipios de todo el país, que tengan hasta 10.000 viviendas con energía eléctrica en zonas urbanas e incluye los aspectos técnicos, regulatorios y financieros para instalar las nuevas luminarias y pagarlas con un plan de leasing en 61 meses, mediante la instrumentación de la cesión de un porcentaje del Cargo por Alumbrado Público, que es una tasa que cobran -o pueden cobrar - en la facturación de electricidad, las empresas distribuidoras de electricidad por cuenta y orden de los Municipios. Incluye también los instrumentos a través de aplicaciones en la web para que los vecinos controlen la calidad del servicio que reciben y realicen el reclamo en caso que el mismo no fuera satisfactorio EL MERCADO ELECTRICO RESIDENCIAL DE ARGENTINA

En Argentina hay 982 sectores de consumo por ente prestador de servicios de electricidad, que es una categoría que, en la mayoría de los casos puede asimilarse a localidades, 38 % de las cuales están en el conurbano bonaerense y el 62 % restante están en el interior del país. SECTO RES DE FACTURACIO N DE ENERGIA CO NSUMO Y ELÉCTRICA ENTE PRESTADO R (LO CALIDADES) TO TAL PAIS

El servicio de distribución de energía eléctrica del Gran Buenos Aires y La Plata, lo prestan empresas reguladas por el Estado Nacional, en un mercado de características muy diferentes de las del resto del país y por ello ha sido excluido de este trabajo, que se focalizará en las localidades que conforman el mercado eléctrico residencial del interior del país. En ese mercado del Interior de usuarios residenciales (viviendas con medidores de electricidad), conformado por 940 localidades, 570 de ellas (61%), está abastecido por Cooperativas de Electricidad, cuyos usuarios suman el 28 % del total. El resto del mercado está abastecido por empresas provinciales de energía (atienden la demanda en 112 localidades en 10 provincias), y por empresas distribuidoras de electricidad privatizadas (atienden la demanda en 258 localidades de 13 provincias) Los Municipios chicos a los que se refiere este trabajo son 782 sectores de consumo por ente prestador, comunmente denominados localidades, que representan un poco más del 83 % de las mismas, pero tan solo el 12,5 % de los usuarios residenciales de todo el país y el 21,5 % de los del Interior. Es decir, los que difícilmente esta demanda logre aparecer en el mapa de las prioridades de asignación de recursos para obras públicas, generalmente asociadas a la cantidad de habitantes. PRO M. USUARIO S P/LO CALIDAD

TO TAL USUARIO S RESIDENCIALES

%

982

12.876

12.644.285

100%

GBA y LA PLAT A

42

113.222

4.755.337

38%

INT ERIOR

940

8.392

7.888.948

62%

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

265

LOS SIGUIENTES CUADROS INFORMAN SOBRE EL MERCADO ELÉCTRICO RESIDENCIAL DEL INTERIOR DE ARGENTINA, EN SUS DIFERENTES ASPECTOS MERCADO ELECTRICO RESIDENCIAL DE INTERIOR DE ARGENTINA POR TIPO DE ENTE PRESTADOR

TIPO DE ENTE PRESTADOR TOTAL COOPERATIVAS TOTAL EMPRESAS ESTATALES TOTAL EMPRESAS PRIVATIZADAS TOTAL INTERIOR

SECTORES DE PROMEDIO CONSUMO TOTAL PROMEDIO USUARIOS TOTAL P/TIPO DE ENTE USUARIOS LUMINARIAS RESIDENCIALES LUMINARIAS PRESTADOR RESIDENCIALES P/LOCALIDAD P/LOCALIDAD (LOCALIDADES) 570 3.617 2.061.728 1.085.120 1.904 61% 28% 112 21.797 2.441.226 1.284.856 11.472 12% 33% 258 11.152 2.877.181 1.514.306 5.869 27% 39% 940 7.851 7.380.135 3.884.282 4.132

MERCADO ELECTRICO RESIDENCIAL DEL INTERIOR DEL PAIS SEGMENTADO POR CANTIDAD DE USUARIOS RESIDENCIALES POR LOCALIDAD

SEGMENTACIO N DE LO CALIDADES PO R CANTIDAD DE USUARIO S DE ELECTRICIDAD RESIDENCIALES

TO TAL LO CALIDADES

PRO MEDIO DE USUARIO S RESIDENCIALES P/LO CALIDAD

%

TO TAL USUARIO S RESIDENCIALES

%

Más de 100.000 20.000 a 100.000 15.000 a 20.000 10.000 a 15.000

7 84 21 46

0,7% 8,9% 2,2% 4,9%

252.757 37.429 15.519 12.082

1.769.301 3.143.994 325.903 555.790

24,0% 42,6% 4,4% 7,5%

Total más de 10.000 usuarios

158

16,8%

36.677

5.794.988

78,5%

5.000 a 10.000

110

11,7%

6.735

740.831

10,0%

2.000 a 5.000

170

18,1%

3.051

518.714

7,0%

1.000 a 2.000

132

14,0%

1.384

182.714

2,5%

500 a 1.000

119

12,7%

705

83.840

1,1%

Menos de 500

251

26,7%

235

59.048

0,8%

Total menos de 10.000 usuarios

782

83,2%

2.027

1.585.147

21,5%

TO TAL

940

100,0%

7.851

7.380.135

100,0%

MERCADO DE LUMINARIAS EN LOCALIDADES MENORES A 10.000 USUARIOS RESIDENCIALES

SEGMENTACION DE LOCALIDADES POR CANTIDAD DE USUARIOS DE ELECTRICIDAD RESIDENCIALES 5.000 a 10.000 2.000 a 5.000 1.000 a 2.000 500 a 1.000 Menos de 500 Total de menos de 10.000 usuarios residenciales

TOTAL LOCALIDADES

CANTIDAD PROM. DE LUMINARIAS

TOTAL LUMINARIAS

110 170 132 119 251

3.545 1.606 729 371 124

389.911 273.007 96.165 44.126 31.078

INVERSION TOTAL SEGMENTO RECAMBIO C/LUM. SAP (U$S) 101.376.874 70.981.916 25.002.968 11.472.842 8.080.259

782

1.067

834.288

216.914.859

266

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

¿Cómo pueden hacer estos municipios chicos, que tienen menos de 10.000 casas, para obtener los recursos económicos y técnicos que permitan realizar la reconversión del sistema de alumbrado público? PROGRAMA LUX LEASING

La idea empresaria fue desarrollar una oferta de luminarias financiadas en leasing para los Municipios que tuvieran hasta 10.000 viviendas con energía eléctrica, que conforman una demanda muy desatendida, mediante un Programa denominado LUX LEASING, diseñado para aportar a la gestión municipal los recursos técnicos, económicos y financieros para realizar, en sus jurisdicciones, las obras de reconversión de las luminarias existentes y la instalación de nuevos puntos de luz y pagarlas con un plan de leasing en 61 meses. Como servicios adicionales, provee los instrumentos, a través de aplicaciones en la web, para que los vecinos controlen el servicio de alumbrado público que reciben y realicen los reclamos que correspondan en los casos de fallas. La financiación del Programa está basada en la garantía y pago de las cuotas del plan de leasing, mediante la cesión de un porcentaje de la tasa municipal por alumbrado público que cobran (o que sería posible que cobraran) los Municipios. Esta tasa se incluye en la facturación de electricidad de la/s empresas distribuidoras de electricidad, nes la perciben por cuenta y orden del respectivo municipio. Se trata de la “A” de la tasa municipal comúnmente denominada “ABL” por alumbrado, barrido y limpieza que cobran los Municipios para poder prestar los servicios municipales básicos.

PUESTA EN MARCHA DEL PROGRAMA

La puesta en marcha del Programa se puede realizar a partir de la sanción de una Ordenanza y del Decreto del Intendente que corresponda, mediante una de las siguientes alternativas: 1 – PROPUESTA DE INICIATIVA PRIVADA

La presentación de Propuestas de Iniciativa de Particulares como la que se está realizando en la provincia de Mendoza, viabilizada por la Ley Provincial 5509 de concesión de Obra Pública 2 – A TRAVES DE LA DISTRIBUIDORA DE ELECTRICIDAD

Que el Municipio contrate a la empresa o cooperativa distribuidora de electricidad, la Atención y Mantenimiento del Servicio Integral de Alumbrado Público dentro de su área de concesión, que a su vez contrate el Programa Lux Leasing . 3 – MEDIANTE LA INSTRUMENTACIÖN DE UN PROCEDIMIENTO AD HOC POR LICITACION PÚBLICA

PROGRAMA LUXLEASING PARA LA RECONVERSIÓN DEL SISTEMA DE ALUMBRADO PÚBLICO DE MUNICIPIOS

¿Cuál es la propuesta de obra básica? La propuesta de obra básica de LUX LEASING consiste en cambiar total o parcialmente las luminarias existentes en la vía pública y colocar nuevos puntos de luz complementarios, con artefactos nuevos de mejor tecnología, que garanticen una mejora significativa de los niveles de iluminación y a la vez un uso racional y eficiente de la energía en el sistema de alumbrado público. ¿Se pueden incluir en la propuesta obras complementarias adicionales? Es posible incluir en el Proyecto Técnico las obras complementarias a la propuesta básica, tales como columnas, soportes, redes aéreas y subterráneas, comandos y otros ítems adicionales, pero el monto de dichas obras no formará parte del financiamiento de LUX LEASING. DEFINICION DEL PROGRAMA OPERATORIA

1 - Contratación de la definición y formulación del Programa La Municipalidad contrata la definición y formulación del Programa LUX LEASING a entregar dentro de un plazo máximo de 3 meses que incluye: a) Inventario georeferenciado de luminarias del sistema de alumbrado público b) Proyecto técnico de la obras de reconversión y adicionales complementarias c) Selección de luminarias de las existentes en el mercado que cumplan con las especificaciones técnicas y de calidad para que el Municipio elija la más conveniente. Para ello la Municipalidad deberá solicitar las facturas proforma a los proveedores, especificando en ella todas las características de las mismas, plazos de entrega y condiciones de pago. Cuando reciba las proformas deberá remitirlas a Lux Leasing para que las evalue y las incorpore al presupuesto de obra básica del Programa d) Presupuesto de obra básica, financiada por LUX LEASING y de obras adicionales complementarias e) Cotización del leasing a la Municipalidad detallando: canon, plazo, periodicidad de pago y el precio de la opción de compra (valor residual) f) Propuesta de contrato de autofinanciamiento de luminarias LUX LEASING g) Condiciones particulares y técnicas para la realización de obras adicionales complementarias no incluidas en el financiamiento. 2 - Evaluación de la Propuesta por parte de la Municipalidad Con la formulación del PROGRAMA LUX LEASING aportado al finalizar la primera etapa el Municipio deberá evaluar la necesidad y conveniencia de la provisión e instalación de las luminarias financiadas mediante el mismo y

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 en caso que la propuesta resulte factible y decidan ponerla en marcha, deberán aprobar mediante una Ordenanza Municipal el proyecto ejecutivo de la obra de reconversión y la propuesta de financiamiento desarrollados por LUX LEASING 3 - Aprobación de Propuesta por Ordenanza Municipal Si la Municipalidad evalúa favorablemente la Propuesta y sanciona la Ordenanza y el Decreto del Intendente que corresponda, se podrá proceder a la firma de los contratos correspondientes dando comienzo a la segunda etapa de puesta en marcha del Programa LUX LEASING 4 - Puesta en marcha del Programa A partir de ello, el Municipio podrá poner en marcha el Programa

267

5 - Servicios opcionales Opcionalmente se ofrecen el control de gestión de la prestación del servicio y el control de calidad del servicio por parte de los vecinos-usuarios, ambas herramientas instrumentadas a través de una aplicación web 1. Control de gestión de la prestación del servicio por parte del Municipio 2. Control de gestión de la prestación del servicio por parte de la Distribuidora (gestión de un subcontratista o de la línea operativa propia) 3. Sistema de Reclamos 4. Encuestas por mailing telefónico para control de calidad del servicio por parte de los vecinos-usuarios

PRESUPUESTO ESTIMATIVO DE LAS OBRAS DE RECONVERSION EN MUNICIPOS DE HASTA 10.000 USUARIOS DE ELECTRICIDAD RESIDENCIALES

110 170 132 119 251

INVERSION POR LOCALIDAD RECAMBIO C/LUM. SAP (U$S) 921.608 417.541 189.416 96.410 32.192

782

277.385

SEGMENTACION DE LOCALIDADES POR TOTAL CANTIDAD DE USUARIOS LOCALIDADES DE ELECTRICIDAD RESIDENCIALES 5.000 a 10.000 2.000 a 5.000 1.000 a 2.000 500 a 1.000 Menos de 500 Total de menos de 10.000 usuarios residenciales

. EXPERIENCIA QUE ACTUALMENTE SE ESTA REALIZANDO EN MENDOZA PROPUESTAS DE INICIATIVA PRIVADA PARA LA PROVISION Y COLOCACION DE 22.000 LUMINARIAS EN LEASING EN LOS 18 MUNICIPIOS DE MENDOZA

SURBA S.A. ha presentado formalmente a los 18 Municipios de Mendoza, Propuestas de Iniciativa Privada en los términos de la ley 5507 y su reglamentación, para la provisión y colocación de luminarias para Alumbrado Público, en leasing a 61 meses, en los Municipios de Mendoza que la declaren de Interés Público. PROVISION Y COLOCACION DE LUMINARIAS

Las luminarias de sodio alta presión y/o led, se instalarán en soportes existentes en aquellos sitios que cada Municipalidad indique y la cantidad de mismas incluidas en cada una de las Propuestas , depende de la proporción que le corresponde a cada uno de los Municipios en la recaudación del Cargo por Alumbrado Público (CAP) que cobran las empresas distribuidoras de electricidad de la Provincia de Mendoza en las facturas de electricidad, por cuenta y orden de los mismos, según la Grilla de Alumbrado Público - Acuerdo EMSE

INVERSION POR Consumo de Consumo de LOCALIDAD energía por año energía por año RECAMBIO (Mw/h) (U$S) C/LUM. LED (U$S) 2.764.824 311.929 18.715.731 1.252.622 218.406 13.104.354 568.249 76.932 4.615.933 289.231 35.301 2.118.063 96.577 24.862 1.491.740 832.154

917.717

55.063.003

Municipios - Actualizada según Ley Nº 7.543, 7.544, Decreto MIVyT Nº 2704/08 y demás normativa vigente. Las luminarias colocadas se pagarán mediante la cesión de los recursos que le corresponde percibir a cada Municipio del Sistema Solidario de Alumbrado Público, equivalente al 18 % del Cargo Por Alumbrado Público (CAP) que cobran las Distribuidoras de Electricidad que atienden la demanda de cada Departamento, por cuenta y orden de los mismos. REALIZACION DE UN INVENTARIO TOTAL DE LUMINARIAS GEOREFERENCIADO

Adicionalmente las propuestas incluyen la realización de un inventario total de luminarias de cada Departamento en 30 días y la oferta de realizar, a partir de la información obtenida en el Inventario inicial del Sistema de Alumbrado Público, toda la documentación técnica, económica y financiera que se requiera para que cada Municipalidad gestione recursos de la Nación u otros alternativos, para financiar la obra total de iluminación que considere necesaria y conveniente. MONTAJE FINANCIERO

Si bien las Propuestas son sumables pero independientes y su ejecución depende exclusivamente de cada Municipio, sirve como dato de referencia la indicación que en total, se trata de una operación por un monto total de U$S 6.000.000 para 22.000

268

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

luminarias SAP colocadas , o su equivalencia en luminarias Led. El financiamiento de este proyecto se completa mediante la colocación en el mercado de capitales de Valores Representativos de Deuda (VRD), estructurados mediante un fideicomiso financiero , cuya primera etapa se instrumentará sobre los ingresos de contratos de leasing derivados de las iniciativas presentadas y que firmen los Municipios antes del 31 de diciembre del presente año. Una vez que se sancione cada una de las Ordenanzas declarando de interés público la Iniciativa en cada uno de los Municipios, autorizando a firmar el contrato de leasing y cediendo en garantía y pago el cobro del 18 % del CAP que recauda la Distribuidora por cuenta y orden del mismo, se podrá desarrollar el proceso licitatorio que culminará con la firma del contrato sobre el cual se emitirán los VRD del Fideicomiso cuya colocación en el mercado permitiría financiar las luminarias. Posteriormente se podrán estructurar otras etapas para lograr la reconversión de la totalidad de las luminarias a reconvertir de Mendoza, en operaciones de financiamiento de inversiones que, adicionalmente, permitirían ahorrar energía por un valor equivalente al 50 % de la cuota de repago de la misma a partir de los ingresos derivados de los contratos de leasing, garantizados por la cesión parcial de tasas municipales cobradas por las distribuidoras por cuenta y orden de los Municipios. ENCUADRE GENERAL DE LA PROPUESTA DE PARTICULARES LEY N° 5507 - DECRETO N° 2045/98

RUBRO I: PROVISION Y COLOCACION DE LUMINARIAS PARA ALUMBRADO PÚBLICO CON FINANCIAMIENTO EN LEASING A 61 MESES, QUE SE PAGARAN MEDIANTE LA CESION DE LOS RECURSOS QUE LE CORRESPONDEN PERCIBIR A LOS MUNICIPIOS DEL SISTEMA SOLIDARIO DE ALUMBRADO PUBLICO, EQUIVALENTES AL 18 % DEL CARGO POR ALUMBRADO PUBLICO (CAP) QUE COBRAN LAS DISTRIBUIDORAS POR CUENTA Y ORDEN DE LOS MISMOS Y, RUBRO II: REALIZACION DEL INVENTARIO TOTAL DE ALUMBRADO PUBLICO DE CADA DEPARTAMENTO CON PLANOS DIGITALIZADOS ANTECEDENTES DE LA PROPONENTE

SURBA S.A. es la proponente de la presente iniciativa y propietaria de LUX LEASING, diseñó los instrumentos técnicos, regulatorios y económico-financieros que posibilitaron la realización de las obras de reconversión de las luminarias existentes y la instalación de nuevos puntos de luz, financiadas en 60 meses, en los Municipios de Godoy Cruz y de San Carlos. Los Departamentos de Godoy Cruz (190.000 habitantes, 27.000 luminarias) y San Carlos (33.000 habitantes, 4.000 luminarias) realizaron las obras de reconversión total de sus Sistemas de Alumbrado Público, sin asistencia de los subsidios

de la Nación, instrumentados mediante el Programa Nacional de Uso Racional de la Energia Eléctrica (PRONUREE). LOUREDO S.A, propuesto subcontratista nominado, ejecutó las obras de reconversión luego de ganar las licitaciones correspondientes y actualmente presta servicios de mantenimiento de 50.000 luminarias en esos Municipios y ahora también en la ciudad Capital de Mendoza. Complementariamente, ha instrumentado las herramientas de control de gestión para que los Municipios controlen la prestación del servicio de mantenimiento del alumbrado público y para que los vecinos ayuden a detectar las fallas del servicio y/o la calidad del mismo, realizando los reclamos que correspondan. Ambas herramientas de aplicaciones web. SINTESIS DEL PROYECTO GLOBAL DE LAS PROPUESTAS DE INICIATIVA PRIVADA PARA EL MEJORAMIENTO DEL SERVICIO DE ALUMBRADO PUBLICO EN LOS MUNICIPIOS DE MENDOZA OBJETO.

SURBA S,A, propone la renovación parcial de la infraestructura de luminarias del Sistema de Alumbrado Público, bajo modalidad de contrato de leasing, por un plazo de 61 meses, que se pagarán mediante la cesión a favor del concesionario de los recursos que le corresponde percibir a la Municipalidad de (Departamento) equivalente al 18 % del Cargo Por Alumbrado público (CAP) que cobra mensualmente EDEMSA en las facturas de electricidad, por cuenta y orden del Municipio, según la Grilla de Alumbrado Público - Acuerdo EMSE Municipios - Actualizada según Ley Nº 7.543, 7.544, Decreto MIVyT Nº 2704/08 y demás normativa vigente. PROPUESTA DE INICIATIVA DE PARTICULARES

El Servicio de Alumbrado Público se encuentra dentro de los servicios locales que el artículo 197 de la Constitución Provincial coloca dentro de la llamada jurisdicción municipal y en el marco de lo dispuesto por la Ley N° 5507 “Concesión o Gestión Indirecta de Obras y Servicios Públicos” y sus decretos reglam. 2511/90 y 2045/98. En ese marco, se realiza la presentación de 18 Propuestas Particulares de Iniciativa Privada para la provisión y colocación, en total, de 22.300 luminarias para Alumbrado Público, con financiamiento bajo la modalidad de contrato de leasing a 61 meses, en todos los Municipios de Mendoza que la declaren de Interés Público. Las Propuestas incluyen también, en los casos de los Municipios que no lo tuvieren, la realización del inventario total de luminarias urbanas de cada Departamento, con los planos del Sistema de Alumbrado Público digitalizados y georeferenciados y su actualización permanente durante el plazo de 5 años. La cantidad de luminarias a proveer y colocar en cada Municipio, que en total suman 22.161, se realiza de acuerdo a la proporción que le corresponde a cada uno de ellos en la recaudación del Cargo por Alumbrado Público (CAP) que cobran las empresas distribuidoras de electricidad de la

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 Provincia en las facturas de electricidad, por cuenta y orden de los mismos, según la Grilla de Alumbrado Público - Acuerdo EMSE Municipios - Actualizada según Ley Nº 7.543, 7.544, Decreto MIVyT Nº 2704/08 y demás normativa vigente. Las Propuestas responden a la necesidad y conveniencia de que los Municipios ejecuten programas de modernización y eficientización de sus sistemas de Alumbrado Público que requieren la renovación de las luminarias instaladas en toda la red del servicio. Además presentan como principal aspecto de interés, el financiamiento de la oferta mediante la utilización del leasing, regulado por los arts. 1.227 y siguientes del Código Civil y Comercial de la Nación, adoptando de tal modo algunas notas características de relevante utilidad para la renovación del sistema. La ejecución del modelo contractual propuesto para la renovación de las luminarias del sistema de Alumbrado Público resulta enteramente compatible con el régimen de financiamiento regulado por la Ley N° 6.497 (art. 41) y su Decreto reglamentario Nº 197/98 (art. 18) para el mantenimiento del servicio, mediante la tasa denominada Cargo por Alumbrado Público (CAP), que es percibida por las Distribuidoras de Electricidad de la Provincia por cuenta y orden de los Municipios.

269

Las Propuestas proporcionan los elementos técnicos necesarios para que cada uno de los Departamentos Ejecutivos de los Municipios pueda analizar y estudiar las bases de la factibilidad económica y técnica de las mismas. Se agregan además los antecedentes completos de Surba S.A como proponente y de Louredo S.A. como subcontratista nominado, la capacidad registrada para contratar y la capacidad especial para este tipo de servicio. Finalmente se han definido las condiciones particulares y especificaciones técnicas del proyecto de obra para cada Municipio y que, en caso de ser aprobado, será incluido en la Licitación Pública. El proyecto prevé una inversión total, sin financiamiento, de U$S 5.988.167 que se pagarán en 61 cuotas variables en pesos, mensuales iguales y consecutivas del contrato de leasing, sin que sea necesario afectar recursos de los Presupuestos Municipales. Para ello se solicita que se autorice la cesión a favor del adjudicatario de los recursos que le corresponde percibir a cada Municipalidad, equivalente al 18 % del CAP, liquidado y cobrado mensualmente por la Distribuidora de Electricidad por cuenta y orden de cada Municipalidad, y hasta cubrir el importe final de cada una de las obligaciones previstas en el Contrato.

DISTRIBUCION FINAL DE LUMINARIAS POR MUNICIPIO SI TODOS ACEPTARAN LA PROPUESTA

MUNICIPIOS

DEVOLUCION A DEVOLUCION INVERSION A LOS POR FINANCIAR INGRESO CAP MUNICIPIOS MANT ENIM. LUXLEASING AÑO 2016 POR POR MES T asa Variable (U$S) MANT ENIM. (18 % CAP) ($) (18 % CAP) (U$S) 32,75 % (U$S)

CUOT A CONT RAT O DE LEASING (U$S)

LUMINARIAS LUMINARIAS MONT O SAP LED T OT AL DE A FINANCIAR A FINANCIAR LOS LUX LUX CONT RAT OS LEASSING LEASSING (U$S)

CAPIT AL

1.831.459

329.663

27.472

806.000

27.455

3.000

1.066

1.674.727

GODOY CRUZ

1.644.870

296.077

24.673

723.061

24.639

2.558

909

1.502.959

SAN RAFAEL

1.478.632

266.154

22.179

649.891

22.141

2.419

860

1.350.585

GUAYMALLEN

2.258.265

406.488

33.874

993.247

33.836

3.697

1.314

2.063.972

LAS HERAS

1.259.957

226.792

18.899

553.708

18.871

2.061

732

1.151.115

LUJAN

983.631

177.054

14.754

432.271

14.738

1.610

572

899.006

MAIPU

1.161.392

209.051

17.421

510.184

17.395

1.901

675

1.061.075

SAN MART IN

812.638

146.275

12.190

356.507

12.149

1.328

472

741.089

JUNIN

251.011

45.182

3.765

109.871

3.747

409

145

228.559

SAN CARLOS

217.369

39.126

3.261

94.825

3.247

354

126

198.087

T UNUYAN

328.140

59.065

4.922

143.723

4.905

535

190

299.205

T UPUNGAT O

186.688

33.604

2.800

81.929

2.793

305

108

170.381

SANT A ROSA

73.907

13.303

1.109

31.957

1.090

119

42

66.490

LAVALLE

175.411

31.574

2.631

76.556

2.611

285

101

159.299

LA PAZ

76.174

13.711

1.143

33.032

1.135

123

44

69.259

MALARGUE

192.958

34.733

2.894

84.616

2.884

315

112

175.924

RIVADAVIA

346.322

62.338

5.195

151.783

5.178

565

201

315.830

GENERAL ALVEAR

353.803

63.685

5.307

155.007

5.291

577

205

322.755

13.632.627

2.453.873

204.489

5.988.167

204.104

22.161

7.874

12.450.316

TO TAL

270

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

El objetivo es reemplazar parcialmente las luminarias de vapor de mercurio o luminarias obsoletas de otros sistemas en la vía pública, por luminarias modernas que producen importantes ahorros energéticos y que a la vez brindan mayor flujo lumínico. CONTRATO DE CONCESION

El Contrato de Concesión se realizará mediante la emisión de la Orden de Compra y la firma del Contrato de Leasing A partir de la firma del Acta de Recepción de las luminarias provistas e instaladas en los soportes existentes indicados por la Municipalidad y las mismas hayan sido puesta en servicio, el derecho de cobro del canon previsto por el Contrato de Leasing podrá ser transferidas por el Concesionario a terceros. DURACION Y VIGENCIA DEL CONTRATO DE CONCESION

El contrato tendrá una vigencia de sesenta y un (61) meses a partir de la firma del Contrato de Leasing, previa notificación de la adjudicación y entrega de la Orden de Compra respectiva. El plazo para la instalación y colocación de las luminarias en la vía pública en los soportes existentes indicados por la Municipalidad, será de treinta (30) días y el plazo para la prestación del servicio concesionado será de sesenta (60) meses, contados a partir de a partir de la firma del Acta de Recepción de las luminarias provistas y las mismas hayan sido puesta en servicio. PROPUESTA TECNICA: PROVISION Y COLOCACION DE LUMINARIAS FINANCIADAS EN LEASING A 61 MESES Y REALIZACION DEL INVENTARIO TOTAL DE ALUMBRADO PUBLICO CON PLANOS DIGITALIZADOS

RUBRO I: COLOCACION DE LUMINARIAS EN LEASING La obra nueva a realizar en el Sistema de Alumbrado Público implica la provisión y colocación de (cantidad) luminarias de sodio alta presión (SAP) de 250 w e instalarlas en soportes existentes o provistos por la Municipalidad para mejorar la iluminación en aquellas calles que se encuentran poco iluminadas que la Municipalidad identifique o, alternativamente, (cantidad) luminarias de Led de potencias necesarias para cumplir los requisitos fotométricos exigidos para las geometrías de montaje solicitadas en este PET o una combinación de cantidades de luminarias de tecnologías SAP y LED alta presión cuyo monto total de capital a financiar no supere el Presupuesto Oficial. RUBRO II: INVENTARIO TOTAL DE ALUMBRADO PUBLICO Y PLANOS DIGITALIZADOS

Se realizará un inventario total de luminarias del Departamento de acuerdo a las especificaciones que se detallan a continuación y su actualización durante del plazo de 5 años a partir del acta de recepción provisoria de las luminarias colocadas.

A partir del acta de recepción provisoria de las luminarias colocadas en leasing, el Concesionario deberá realizar en un plazo de 30 días, un inventario físico total de las luminarias georeferenciadas e instalaciones totales de Alumbrado Público existentes en las zonas urbanas del Departamento, donde queden perfectamente registrados e individualizados los artefactos suministrados en leasing. Dicho inventario guardado en un soporte magnético, deberá mantenerse actualizado mensualmente durante del plazo de 5 años. El inventario incluye la siguiente documentación: 1. Planilla electrónica en Excel con los datos técnicos de alumbrado público, donde conste la ubicación georeferenciada del tablero de comando, la cantidad y tipo de luminarias existentes por fase de cada comando de alumbrado, sus características de montaje, y tipo de luminarias que también deberán estar fotografiadas, georeferenciadas e identificadas con un número de piquete unívoco. 2. Incorporación de las luminarias del Inventario en los Planos en Autocad de las redes de Baja Tensión de la Distribuidora de electricidad en las zonas urbanas del Departamento, presentados por las mismas en el Ente Provincial Regulador Eléctrico. La Municipalidad deberá proveer mensualmente al Concesionario la información de las altas por servicios agregados y de bajas para que pueda cumplir con la obligación de mantener actualizado el inventario en los formatos indicados. 3. El concesionario también tendrá la obligación de mantener actualizados los planos en Autocad de todas las instalaciones del Servicio de Alumbrado Público y de la red de baja tensión asociada al mismo, de la Distribuidora de Electricidad, inicialmente suministrado por el EPRE, Dichos planos tendrán también incorporada la información georeferenciada por tablero de comando, los piquetes y hechos existentes (columnas, postes, transversales, artefactos de cada tipo y lámpara y cualquier otro detalle de interés, inherente a las instalaciones de Alumbrado Público. Estos planos digitalizados deberán poder descargarse de la Web con autorización de la Municipalidad. 4. Las luminarias fotografiadas y georeferenciadas del Inventario deberá debe poder consultarse mediante una aplicación Web provista por el Concesionario.

DOCUMENTACION TECNICA

La documentación técnica de referencia para esta Licitación es la solicitado por el Programa Nacional de Uso Racional de la Energía Eléctrica – Alumbrado Público (PRONUREE) que exige el cumplimiento de las normas IRAM-AADL J20201 y/o J2020-2, IRAM-AADL J2020-4, IRAM-AADL J2021 e IRAM-AADL J2028, lo cual se deberá acreditar mediante los protocolos de ensayo expedidos por laboratorio oficial reconocido. A partir de las características y geometrías de montaje existentes en el lugar de las obras, y en aquellos casos que no se incluya tal información en el Pliego de Especificaciones Técnicas, los oferentes harán el relevamiento necesario para completar la "Memoria de Cálculo" con los Datos Reales y Representativos del lugar de instalación.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 REQUISITO FOTOMETRICO EXCLUYENTE Se exigirá como requisito fotométrico excluyente, el cumplimiento de los niveles medios de iluminación mínima y sus uniformidades respectivas para los datos de proyecto que se indiquen, establecidos por la Norma IRAM-AADL J 2022-2 que aporta los valores de referencia en cuanto a vías de tránsito motorizado y la Publicación CIE 115-1995 “Recomendaciones para el alumbrado de calzadas de tráfico motorizado y peatonal” (Comisión Internacional de Iluminación) para tomar valores de referencia peatonal o veredas. Los oferentes deberán presentar un estudio de iluminancia ( media, mínima y máxima) sobre las veredas y sobre la calle y uniformidad G1 y G2, para verificar si se cumplen las siguientes normas:  IRAM-AADL J2022-2 (vía de tráfico motorizado)  Publicación CIE 115-1995 “Recomendaciones para el alumbrado de calzadas de tráfico motorizado y peatonal”, para veredas con los siguientes datos: LUMINARIAS SODIO ALTA PRESION (SAP) Ancho de calzada

10 m

Ancho de veredas

5m

Disposición

Unilateral

Separación de luminarias

30 m

Altura de montaje

6,70 m – 9,00 m

Saliente sobre calzada

1,50 – 3,00

Angulo de inclinación

Libre

T ipo de lámpara

Vapor sodio de alta presion

Potencia de lámpara

150w y 250w

Valores requeridos E H MED

16lux

G1 (E H MIN / EH MED)

0,25

G2 (EH MIN / E H MAX)

0,125

E SC MIN

2lux

Apantallamiento

Semiapantallada (IRAM AADL J 2022-2)

LUMINARIAS DE LED Ancho de calzada

10 m

Ancho de veredas

5m

Disposición

Unilateral

Separación de luminarias

30 m

Altura de montaje

6,70 m – 9,00 m

Saliente sobre calzada

1,50 – 3,00

Angulo de inclinación

Libre

T ipo de lámpara

Led

Potencia de lámpara

60 w; 80 w 120 w

Valores requeridos E H MED

16lux

G1 (EH MIN / EH MED)

0,25

G2 (EH MIN / EH MAX)

0,125

E SC MIN

2lux

Apantallamiento

IRAM AADL J 2020-4

271

272

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Optimización de Costos de un Sistema de Alumbrado Público Denis Riquelme1, Gonzalo Espinola2 1- Universidad Técnica Federico Santa María, Departamento de Electrotecnia e Informática, Laboratorio de Luminotecnia, Chile (denis.riquelme@usm.cl) 2- Universidad Técnica Federico Santa María, Departamento de Electrotecnia e Informática, Laboratorio de Luminotecnia, Chile (gonzalo.espinola@usm.cl)

Resumen—El presente trabajo tiene por objetivo diseñar una metodología que sirva como guía para la Optimización de Costos en un Sistema de Alumbrado Público. Para llevar a cabo la Optimización de los Costos, se identificaron los costos fijos y los costos variables. Los primeros son los Costos de Instalación (luminaria, equipo eléctrico, etc) y los segundos son los Costos Operacionales (consumo de energía, mantenimiento). La metodología utilizada incluye criterios de calidad para la selección de luminarias, fuentes de luz y equipo eléctrico. Adicionalmente se elaboraron pautas de selección tarifaria.

II.

Los costos en un sistema de alumbrado público son los gastos en los que una municipalidad incurre para efectuar la instalación del sistema y para mantener un adecuado funcionamiento durante la vida útil de éste. Se pueden dividir en dos grupos: Costos de Instalación y Costos Operacionales A.

Abstract--This paper aims to design a methodology to provide guidance for Cost Optimization in Public Lighting System. To carry out the optimization of costs variable, and fixed costs were identified: Operating Costs (energy consumption, maintenance) and Installation Costs (luminaire, electrical equipment, etc.) respectively. The methodology used includes quality criteria for the selection of luminaires, light sources and electrical equipment. Additionally tariff selection guidelines were developed.

I.

TABLA I COMPONENTES INVOLUCRADOS EN LA INSTALACIÓN DE UN SISTEMA DE AP.

COSTO

Es importante por razones de seguridad y económica llevar a cabo inspecciones y mantenimiento a intervalos reguladores de todos los elementos que componen una instalación.

FORMA DE REALIZACIÓN

De acuerdo a lo establecido en el DFL (decreto con fuerza de Ley) Nº1 de 1982, las Municipalidades que forman parte de la Administración del Estado de Chile, tienen el deber de hacerse cargo del servicio de Alumbrado Público de cada comuna. El financiamiento que esto representa para cada municipio tiene asociado un costo de instalación y un costo operacional, lo que crea la necesidad de estudiar formas para optimizar los costos en el sistema de alumbrado público.

Durante dicho tiempo estas deben ser mantenidas en las mejores condiciones posibles de acuerdo a parámetros técnicos como económicos.

Costos de Instalación

Comprenden los necesarios para la construcción y la puesta en funcionamiento del sistema, tienen principalmente dos orígenes: Construcción Propia o mediante Licitación. TABLA I: Componentes involucrados en la instalación de un sistema de AP.

INTRODUCCIÓN

Las instalaciones de Alumbrado Público, tanto vehicular como peatonal, se proyectan y construyen en un periodo breve de tiempo. Sin embargo el desarrollo de su función se prolonga a una vida de servicio del orden de 15 a 20 años.

COSTOS INVOLUCRADOS EN UN SISTEMA DE ALUMBRADO PÚBLICO

CONSTRUCCION PROPIA INSTALACIÓN

COMPONENTES INVOLUCRADOS LUMINARIA LÁMPARA EQUIPO ELÉCTRICO

LICITACIÓN

SISTEMA DE ENCENDIDO CIRCUITO ELÉCTRICO

B.

COSTOS OPERACIONALES

Los costos operacionales son los de consumo de energía y de mantenimiento, los cuales se mantienen presentes a lo largo de toda la vida útil de los sistemas de AP.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 III. OPTIMIZACIÓN DE COSTOS INVOLUCRADOS EN UN SISTEMA DE ALUMBRADO PÚBLICO

Con el fin de evaluar el Sistema de AP, se debe realizar un estudio de la situación actual, para poder realizar una optimización en sus costos de instalación y operacionales. La metodología a emplear es: 

Realizar un Catastro del AP, para determinar características de las instalaciones (tipo de fuente de luz, luminaria, equipo eléctrico, número de puntos de luz), políticas de mantenimiento, presupuestos, tipos de tarifas contratadas, etc. Recopilación y análisis de datos para evaluar el efecto de la falta de gestión sobre los costos. Evaluación del estado de funcionamiento de las instalaciones mediante inspección y medición de parámetros de interés en instalaciones. Análisis de bases de datos de registros históricos de operaciones del mantenimiento en el sistema.

 



A. Criterios de Calidad para la elección de los componentes en los Sistemas de Alumbrado Público 1.

LAMPARA

Los criterios principales para la selección de una lámpara, son:    

Eficacia Luminosa (lúmenes/watts) Vida útil Índice del Rendimiento del Color (IRC) Temperatura de Color 2.

EQUIPO ELÉCTRICO

Los criterios principales para la selección del equipo eléctrico son: 

Operar bajo las características establecidas por las normas y reglamentos vigentes para suministros en tensiones de 220Volts, 50 Hz. Factor de potencia igual o mejor a 0.93. Deberá contar con el marcado obligatorio (Marca de origen, Modelo o identificación de referencia de fábrica, Voltaje nominal, frecuencia y corriente). Regleta de conexiones tipo enchufe, que permita desconectar los elementos sin uso de herramientas, u otra similar o de mejor calidad.

 



3.

LUMINARIA

A nivel de óptica, la luminaria es responsable del control y la distribución de la luz emitida por la lámpara. Es importante, que en el diseño de su sistema óptico se cuide la forma y distribución de la luz, el rendimiento del conjunto lámparaluminaria y el deslumbramiento que pueda provocar en los usuarios. Otros requisitos que deben cumplir, es que sean de fácil instalación y mantenimiento, sin perder de vista aspectos

273

no menos importantes como la economía o la estética. TABLA II CRITERIOS DE CALIDAD PARA EFECTOS DE SELECCIÓN DE UNA LUMINARIA PARA AP.

CONDICIONES ELÉCTRICAS TENSIÓN DE ALIMENTACIÓN

220 ±10 (V) - 50 (HZ)

CLASE DE AISLAMIENTO ELÉCTRICO

I O II

INFORME TÉCNICO Y FOTOMÉTRICO:

CERTIFICADO DE FOTOMETRÍA, HERMETICIDAD Y RESISTENCIA

CLASIFICACIÓN FOTOMÉTRICA DISTRIBUCIÓN VERTICAL

CORTA, MEDIANA

DISTRIBUCIÓN LATERAL

II, III

RENDIMIENTO HEMISFERIO INFERIOR (MÍN.) LUMINARIA CON

70%

LÁMPARA DE DESCARGA EFICIENCIA LUMINOSA

(MÍN.) LUMINARIA LED

90 LM/W

GRADO IP COMPARTIMIENTO ÓPTICO

IP 66

ELÉCTRICO (MÍN.)

IP 64

CLASIFICACIÓN MATERIAL CUERPO

ALUMINIO INYECTADO, POLIAMIDA REFORZADA CON FIBRA DE VIDRIO

B. Optimización de Costos Operacionales Los costos operacionales aquellos consumos de energía t de mantenimiento, los cuales se mantienen presentes a lo largo de toda la vida útil del sistema. 1. PROCEDIMIENTO PARA ELECCIÓN DE UNA OPCION TARIFARIA Consiste en generar pautas para orientar la elección de una opción tarifaria, que permita evaluar una alternativa que permita optimizar los costos operacionales para el Municipio. A continuación se detallan siete pasos a considerar para la optimización de costos en la opción tarifaria.

274

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 6to: Evaluación Técnico Económica.

1er: Catastro del Alumbrado Público. 

  

Realizar un catastro de la comuna a analizar, mediante la inspección en terreno, donde se identifiquen la ubicación de cada luminaria, su tipo de lámpara (potencia y fabricante), a demás los equipos eléctricos (balastos o driver) que se estén utilizando con su respectivo fabricante. Identificar los circuitos existentes, su tipo de control y las luminarias que involucran a cada uno de ellos. Ubicación de los equipos de medida en cada circuito, si los hay. Inventariar todas las luminarias sin circuitos independientes, identificando cada uno de sus componentes (luminaria, lámparas, balastos, etc).



Realizar una evaluación técnico económico, con lo planteado en el punto cinco.

7mo: Informe final. Luego de realizar los pasos anteriores y obtener resultados, se emite un informe final que contenga la selección óptima para el AP Municipal. Lo siete pasos anteriores permitirán adoptar las medidas necesarias para optimizar los costos de consumo de energía en el Sistema de Alumbrado Público Municipal.

2do: Recopilación de Información. 

  

Obtener la facturación de los últimos 12 meses del AP y tabular, para cada servicio, la opción tarifaria, la energía, la potencia o demanda contratada o leída, la potencia o demanda facturada en KW y en precio. Obtener las características técnicas de las luminarias, lámparas, balasto, etc; que se estén utilizando en el AP. Para cada combinación de lámpara y ballast existente en el catastro obtenido como consecuencia del paso anterior, obtener la corriente pico. Seleccionar una muestra representativa de las luminarias existentes y obtener sus curvas características en alguna Laboratorio de Ensayo Acreditado. De esto se obtendrá un facto de corrección para obtener así la potencia corregida de los distintos tipos de luminarias identificadas en el catastro.

3ro: Opciones Tarifarias. 

Las tarifas usadas con mayor frecuencia en el sistema de alumbrado público son: BT-1 y BT-2, por lo que se valorizan para cada circuito las distintas opciones tarifarias factibles (BT-1 y BT-2) para un año de funcionamiento considerando el horario de operación anual del sistema.

4to: Evaluación Técnico Económica. 

Con las opciones tarifarias valorizadas en el paso anterior, cotizar el costo de las instalaciones necesarias para implementarlas en cada circuito.

5to: Reemplazo de Componentes.  

Si se está pensando en reemplazar luminarias por otras más eficientes o en mejorar los niveles lumínicos de parte de los sectores en la comuna. Ahora, si lo que desea es ahorrar energía mediante dispositivos de doble nivel de potencia, esto es, disminuir el nivel lumínico de algunas calles reduciendo los niveles de potencia, entonces es necesario reevaluar el consumo de energía, cuantificar las diferencias y realizar una evaluación técnica económica.

Fig. 1.Procedimiento Elección de una Opción Tarifaria.

2.

MANTENIMIENTO

El paso del tiempo ocasiona en las instalaciones consecuencias sobre la duración de sus componentes. Requieren una especial atención las lámparas, equipos auxiliares y luminarias. Se requiere un buen mantenimiento para conservar el nivel técnico de las instalaciones y prevenir posibles fallas. La instalación, en general, ha de ser objeto de inspecciones visuales durante el día, en las que se compruebe el estado de los diferentes componentes visibles de la instalación. Además hay que realizar inspecciones nocturnas para detectar con mayor facilidad las lámparas que permanezcan fuera de servicio. Es muy importante disponer de un programa de mantenimiento preventivo del conjunto de la instalación, incluyendo reposiciones, limpieza, pintura y comprobación de

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 los diferentes componentes. IV. CONCLUSIONES

La Optimización de Costos de un sistema de alumbrado público, no se debe ver sólo como una disminución en la inversión que se realiza al instalar el sistema, sino como una alternativa que apunta a mejorar el funcionamiento de éste. De esta forma, la principal característica que debe tener el Alumbrado Público una vez instalado, es que debe cumplir con normas de calidad, esta es una buena manera de asegurar su correcto funcionamiento. Lo que tiene como consecuencia la disminución en los costos de mantención. Para la Optimización de Costos, es necesario efectuar un catastro de las instalaciones de alumbrado público de la municipalidad, a fin de conocer con certeza materiales y estado de éstos. Los costos de mantenimiento podrán ser disminuidos mediante la aplicación de estrategias de mantención preventivas y actualizaciones tecnológicas. La actividad en la mantención en el alumbrado público apunta hacia el mantenimiento preventivo, esto arrojaría ahorros significativos en el largo plazo. Con respecto a las opciones tarifarias, se puede concluir que no existe una tarifa única que sea la más conveniente, por lo que por medio de la metodología planteada se generó un mapa de orientación de la opción tarifaria que se debiera tomar según las condiciones de los circuitos, los precios de energía y potencia de la comuna en particular, junto a los costos de los sistemas de medida. REFERENCIAS [1] [2] [3] [4]

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275

276

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

El mantenimiento y las luminarias LED en iluminación urbana Eduardo Manzano Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión, Universidad Nacional de Tucumán-ILAV CONICET, San Miguel de Tucumán, Argentina, (emanzano@herrera.unt.edu.ar) Resumen— Una característica que se espera de las luminarias con tecnología LED es un reducido mantenimiento durante su vida útil para conservar las condiciones óptimas de iluminación requeridas en un espacio urbano. Las características de las luminarias LED desde el punto de vista del mantenimiento están relacionadas con factores tales como: la vida, la depreciación luminosa, la estabilidad del color, la eficiencia luminosa, la depreciación por suciedad y las operaciones de mantenimiento. Estos factores son abordados en el presente trabajo y comparados con la tecnología tradicional de luminarias que emplean lámparas de descarga. Abstract-- One feature that is expected of LED luminaires is the reduced maintenance over its useful lifetime to maintain the optimum lighting conditions required. The characteristics of the LED Luminaires from the point of view of maintenance are related to factors such as: life, luminous depreciation, color stability, light efficiency, dirt depreciation and maintenance operations. These factors are discussed and compared with traditional luminaire technology using high pressure discharge lamps. I.

INTRODUCCIÓN

C

on la tecnología tradicional de lámparas de descarga, dado que el componente más solicitado fue siempre la lámpara, sus averías puntuales debían ser atendidas en un breve lapso de tiempo (24 a 48hs). La depreciación gradual por envejecimiento se compensaba con cambios masivos de lámparas cada 4 a 6 años y limpiezas simultáneas. La práctica de mantenimiento mas aplicada en países en vías de desarrollo ha sido la de cambiar las lámparas una vez que se extinguían (mantenimiento correctivo). En países más desarrollados la práctica más indicada fue la de mantenimiento correctivo y preventivo simultáneamente [1] [2]. Una característica que se espera de la tecnología de luminarias LED es una reducida demanda de mantenimiento durante su vida útil. Lo ideal para países en vías de desarrollo sería disponer de luminarias con mantenimiento cero, es decir que una vez instala no requiera prácticamente atención durante su vida útil, es decir que no falle, que no se deprecie por envejecimiento y que al final de su vida útil se cambie por una nueva sin impactar en el medio ambiente. La tecnología LED promete acercarse a esta concepción en un futuro. Algunos aspectos son de destacar de la tecnología LED en relación al mantenimiento los cuales se diferencian de la tecnología de lámparas de descarga, entre ellos: la vida y la depreciación luminosa, la eficiencia luminosa, la estabilidad del color de la luz, la disipación del calor, el factor de mantenimiento

y las operaciones de mantenimiento. Estos aspectos son abordados y discutidos en el presente trabajo. II.

VIDA Y DEPRECIACIÓN LUMINOSA

En las lámparas incandescentes se definía la vida como vida media, tiempo de servicio hasta que el 50% de la muestra ensayada deja de funcionar o sobrevivían. En lámparas de descarga, dado que además de fallar se deprecian, se define la vida útil, que combina la vida considerando los ciclos de encendido y la reducción de flujo luminoso con el uso. Con la tecnología LED las características de comportamiento son diferentes. Las fallas abruptas completas son muy escasas y la depreciación de flujo luminoso se espera sea reducida con una duración muy prolongada. (100.000h?). En consecuencia se emplean otros parámetros para definir su comportamiento. Para caracterizar la depreciación luminosa que experimenta una la luminaria LED se emplea como referencia la depreciación que experimenta la placa o modulo de LED. Si bien el módulo de LED compone la luminaria su comportamiento en un recinto cerrado y con un disipador de calor y bajo condiciones ambientales de temperatura y de corriente eléctrica distintas a las de laboratorio es muy factible que la respuesta no sea la misma. En LM80 [3] se indica un método para caracterizar la curva de reducción que flujo luminoso en función del tiempo de uso y un valor característico “LX”, por ejemplo L70 = 67.000hs significa que redujo el flujo a un 70% del valor inicial al cabo de 50.000hs de uso (ver figura 1). Dado que no se pueden efectuar ensayos de envejecimiento acelerado, el método de ensayo, para estimar la depreciación de flujo mide el flujo luminoso cada 1.000hs durante 6.000hs para más de 20 muestras (indicado en IEC 62722-2-1 [4]) y luego para tiempos mayores se efectúa una extrapolación mediante un método de ajuste (definido en TM 21-11 [5]). Debemos confiar en que el fabricante de la luminaria hace que el LED trabaje a la temperatura de juntura y corriente de driver similar a la que informa según el ensayo LM80. La curva de línea llena de figura 1 representa un comportamiento promedio pero existe una dispersión que se representa con el porcentaje BY de la muestra de LED que no alcanza el LX esperado (ver figura 2). Por ejemplo L70 B10 = 67.000hs indica que el 90% de las fuentes de LED de la muestra medida alcanzaron el 30% de reducción de flujo al cabo de 67.000hs. O que el 10% está por arriba del 70% de emisión del

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 flujo luminoso inicial. Dado que estos parámetros dependen de la temperatura de funcionamiento, se suelen indicar a una temperatura ambiente de funcionamiento de 25°C como referencia.

277

por el reducido tiempo de uso transcurrido.

Fig. 3: representación esquemática del estado de falla de una luminaria LED [7] Fig. 1. L70 es el tiempo de uso hasta que el flujo luminoso alcanza el 70% del valor inicial [5].

Si efectivamente las fallas abruptas fueran muy bajas, la detección de luminarias fuera de servicio por inspección nocturna daría lugar a otro tipo de detección tal vez más eficiente y económica (telegestión) o simplemente denuncias de vecinos. Así mismo si la vida fuera muy prolongada con depreciación my baja, las operaciones de reparación in situ de averías de luminarias serían sustituidas por el reemplazo completo y posterior reparación en el taller. En este último caso, no se requerirían sistemas especiales de apertura manual por parte del operario ubicado en una cesta en altura. Cabe destacar también que dada la velocidad del cambio tecnológico es posible que la reposición de componentes no sea posible por obsolescencia o falta de existencia. III. EFICIENCIA LUMINOSA

Fig. 2. Caracterización de la depreciación luminosa y el porcentaje de LED que alcanzan dicho valor [6]. Se incorporan también un indicador de falla abrupta, CZ: tiempo transcurrido hasta que ocurre Z% de falla abrupta de los componentes de la muestra. Por ejemplo C5 = 50.000hs indica que el 5% de las fuentes de la muestra ha tenido una falla abrupta al cado de 50.000hs. Como indicador de la vida de una luminaria LED para planificación del mantenimiento, se recomiendan dos criterios de conjuntos de parámetros (ver figura 3): a) el tiempo de uso para L80 B50 e independientemente el tiempo de uso para alcanzar CZ o b) un único valor del tiempo de uso para alcanzar LX BY CZ Datos sobre vida de módulos de LEDs y drivers (si existiera) deben indicarse separadamente. Estos datos son todavía escasos

Unos de los parámetros de calidad actualmente utilizados en luminarias con tecnología LED es la eficiencia luminosa, calculada como: Eficiencia = flujo luminoso total emitido por la luminaria / potencia total consumida (lm/W) Este parámetro difiere del rendimiento luminoso, parámetro empleado con luminarias de lámpara de descarga siendo el cociente entre el flujo emitido por la luminaria respecto del flujo de lámpara. No es posible aplicarlo para luminarias LED dado que la emisión de flujo de los módulos LED depende de la disipación de calor y no pueden ser separados de la luminaria. Como bien es conocido la eficiencia de la Luminaria LED es un parámetro global, no indica cuanto efectivamente de dicho flujo es emitido hacia la calzada y cuanto hacia la vereda ni el resultado final si cumple con los requerimientos de normas. A medida que evoluciona la tecnología de LED el valor va incrementándose. Actualmente alcanza los 80 a 110 lm/W en luminarias de alumbrado público de muy buena calidad. Dicho valor es inferior al de la eficiencia luminosa de los LED individuales o de la placa de LED (120 a 130 lm/W) dado que existen perdidas en la óptica del módulo (5 al 10%), en la

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disipación de calor (5 a 10%) y en el driver (10%). Cabe destacar que estos son valores iniciales de eficiencia pero que dependiendo de la depreciación podría alcanzar valores en promedio un 15% inferiores a lo largo de la vida útil (hasta que MF<0,8). La eficiencia depende también de la corriente de alimentación y de la disipación del calor. El valor actual óptimo de corriente aparente ser de 700mA indicado por fabricantes de luminarias (ver figura 4) [8].

de arte en museos, exanimación clínica o comparación de colores en pinturas etc. También es el caso cuando se baña con luz monocromática grandes superficies con múltiples luminarias (ver figura 5), donde la igualdad y estabilidad cobra importancia. Sin embargo no es el caso del alumbrado vial donde la importancia es menor.

Fig. 5: Diferencias de color percibido en luminarias LED [¡Error! Marcador no definido.]. Fig. 4: Flujo luminoso y eficiencia relativa de LED en función de la corriente [8]. IV. CONSUMO ENERGETICO EFICIENTE

El sistema de iluminación puede ser muy eficiente en términos de lm/W, tener un optimo aprovechamiento en términos de W/lx/m2 o W/(cd/m2)/m2, pero además puede tener una gestión eficiente de la energía que consume. Dado que la inversión en tecnología LED implica un gasto muy importante [9] es más conveniente un cambio total, es decir incluir en el driver, además del estabilizador de voltaje y la protección para descargas atmosféricas, incluir un regulador de flujo luminoso y un sistema de control y gestión de la información del estado de funcionamiento. Gestionar a distancia o programar el funcionamiento es el concepto de telegestión en ciudades inteligentes. Un ahorro de energía importante puede producirse si en lugar de proveer inicialmente el 125% del nivel mínimo mantenido (MF=0,8), el nivel se fuera incrementando gradualmente para compensar la depreciación de la luminaria regulando el flujo luminoso. Se podría de este modo reducir en teoría un 12,5% el consumo. Otra forma de reducir el consumo es regulando el flujo luminoso cuando se reduce el trafico a partir de cierta hora de la noche [10] o mediante sensores de trafico adaptativos en cada luminaria o por grupo de luminarias. V. ESTABILIDAD DEL COLOR

La estabilidad del color de las luminarias LED [11] puede ser tan importante como su depreciación a lo largo de su vida. El grado de importancia depende de su aplicación. Donde se requiera discriminación del color caso de iluminación de obras

Es posible que algún cambio de color comience a ser perceptible a partir de las 25.000hs de uso de las luminarias LED. El cambio sería más perceptible cuando por proximidad se compare una luminaria nueva (reemplazada por falla) con las restantes envejecidas. Aún en dicho caso no será relevante siempre y cuando la Tcc no se aparte en más de 100K. Causas del cambio de color en LED [12] pueden deberse a cambios físicos en la capa de fósforo que filtra la luz azul por procesos de fabricación. Desprendimientos o deslaminado (ver figura 6) son algunas causas potenciales.

Fig. 6: Posibles causas del cambio de color en LED por desprendimiento o deslaminado de la capa de fósforo [12]. En caso que sea necesario garantizar la estabilidad del color, dos son las métricas que se recomiendan como indicadores de la magnitud del cambio de color: la desviación Δu'v' y los pasos de las elipses de MacAdam: El color de un LED [11] se describe en el diagrama de cromaticidad CIE 1976 por sus coordenadas (u',v'), ver figura 7. Para mantener la apariencia un apartamiento máximo recomendado de Δu'v medida en 9 de cada 10 muestras de una fuente luminosa debe ser inferior a 0.007 durante los primeros

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 6.000 horas de funcionamiento. Δu'v ' no indica la dirección del cambio, sólo la magnitud del mismo (ver figura 7).

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implican que apenas existe alguna diferencia visible de color (figura 9). Aun cuando en el mercado se acepta hasta una uniformidad de color de 7 SDCM, se recomienda que el número de pasos de SDCM sea como máximo 5, como limite deseable de uniformidad de color [6].

Fig. 7: Δu'v' como indicador del cambio de color en luminarias LED [11]. El color de un LED también puede ser caracterizado por un punto (x,y) en el diagrama de cromaticidad CIE 1931 (ver figura 8). Si alrededor de dicho punto se traza la elipse de MacAdam correspondiente, cuanto más cerca se encuentre otro LED, menos desviación de color se notara cuando dichos LED se coloquen unos al lado de los otros en una instalación de iluminación.

Fig. 9: Elipses de MacAdam con distintos pasos como indicador del cambio de color en luminarias LED [14]. Cabe destacar que Δu'v' engloba también cambios en la temperatura de color correlacionada (desplazamiento sobre la curva Tcc) y Duv, sin embargo con cualquiera de estas dos últimas métricas se tendría una caracterización insuficiente de la diferencia de color. El índice de respuesta al color (IRC) y la temperatura de color correlacionado (Tcc) son parámetros que se emplean para caracterizar las propiedades de color de fuentes luminosas. Hasta ahora se emplearon con lámparas de incandescencia, fluorescencia y descarga siendo discutida su aplicación para la tecnología LED. Su uso todavía se mantiene hasta tanto surjan nuevas normativas. VI. DISIPACIÓN DEL CALOR

Figura 8: Elipses de MacAdam como indicador del cambio de color en luminarias LED [13] La distancia desde el punto deseado en cada elipse se mide en SDCM (Standard Deviation of Colour Matching) de manera, por ejemplo, que una SDCM de l paso significa que no existen diferencias de color entre LED, mientras que 2 ó 3 pasos

Tanto la emisión de flujo como la vida depende fuertemente de la disipación de calor generado por los LED en la figura 10 se puede observar la dependencia del flujo emitido con la temperatura de juntura de los LED o módulos de LED [15]. Si bien es importante trabajar con datos de vida y depreciación para la temperatura real de juntura cuando los LED operan dentro de la luminaria, dicho dato también es complicado de obtener sin abrir la luminaria y afectar su comportamiento. La información de la luminaria, fotométrica y de vida a una temperatura ambiente de 25°C sigue siendo el requerimiento de ensayo.

280

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 La iluminancia / luminancia en servicio sobre la calzada nunca debía caer por debajo de la mínima mantenida indicada en normas (Emm/Lmm) [17] [18] para lo cual la iluminancia / luminancia inicial (Ei/Li) de la instalación de iluminación se sobre-dimensionaba de acuerdo a la expresión (2). Ei = Emm / MF

(2)

Además ya en algunos países con normas sobre eficiencia energética, Ei ≤ 1,2 Emm limitando así MF≤1/1,2 (0,83). La norma Argentina [19] establece valores de Ei e indica un FM=0,75 sin límite superior de Ei. Como ventaja, establecer valores iniciales facilita el control de una obra nueva. Fig. 10: Vida y flujo luminoso en función de la temperatura de juntura de LED [15]. Dado que la disipación del calor es crítica para garantizar la calidad de la luminaria, es conveniente asegurar el buen diseño del disipador, y su mantenimiento auto limpiante libre de acumulación de hojas o cualquier elemento que reduzca la evacuación del calor (ver figura 11).

Figura 12: Datos de LSF de fabricantes y de registros sobre fallas de lámparas HPS [¡Error! Marcador no definido.].

Fig.11: Ejemplos de distintos diseños de disipadores en luminarias LED VII. FACTOR DE MANTENIMIENTO

Con la tecnología tradicional de lámparas de las descarga para mantener las instalaciones por arriba de las condiciones mínimas de iluminación requeridas según normas había que compensar la depreciación con un factor de mantenimiento (MF: maintenance factor), indicado en la expresión (1), que englobaba: a) las fallas aleatorias debidas en su gran mayoría a las lámparas (LSF: lamp survival factor), b) la reducción de flujo de las lámparas (LLMF: Lamp lumen maintenance factor) y c) la depreciación por ensuciamiento de las luminarias (LMF: Luminaire maintenance factor) [16]. MF = LSF. LLMF. LMF

Las informaciones de LSF y de LLMF, obtenidas bajo condiciones de laboratorio, fueron siempre responsabilidad de los fabricantes de lámparas. Las condiciones reales de funcionamiento en la calle generalmente diferían de las de ensayo. En figura 12, por ejemplo, se observan datos de LSF de lámparas de sodio de alta presión de un fabricante y datos obtenidos de registros históricos de fallas [1] donde se pueden observar diferencias importantes.

(1)

La depreciación por ensuciamiento de la luminaria (LMF) la calculaba quien efectuaba el proyecto a partir de datos de la CIE 154 [16]. En figura 13, se observan las curvas de depreciación de luminarias con cerramiento contra el ingreso de agua grado IP6 en ambientes limpio (rural) medio (suburbano) y sucio (urbano - industrial). Se indican también estudios más recientes [20] con luminarias IP65 en ambientes rurales E1/E2 y urbanos E3/E4 [21] para dos alturas de montaje, donde dada la mejora en la calidad de los cerramientos actuales y en particular la reducción de la contaminación ambiental en Inglaterra (donde se efectuaron estos estudios), la depreciación podría resultar ser un 50% menor y por lo tanto el MF mayor que el resultante de CIE 154.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 Con la tecnología LED la supervivencia de la Luminaria (LSF) podrá ser estimado en base a la información de falla abrupta CZ de LED o módulos LED y cuando se dispongan de datos sobre luminarias estos podrán reemplazarlos. Por otra parte, la depreciación de flujo luminoso, se podría estimar también en base a LX BY, además de utilizar L80 B50 como criterio de calidad para especificar luminarias. En cuanto a LMF, la depreciación de la luminaria, podría esperarse que tuviera una respuesta similar a las luminarias convencionales [22]. Las formas exteriores podrían producir alguna discrepancia dado que existen luminarias con cierre plano y las hay con lentes expuestas con curvatura (ver figura 11).

Fig.13: Depreciación de luminarias en función de la contaminación ambiental [Manzano 2016]. VIII.

POLÍTICAS Y OPERACIONES DE MANTENIMIENTO

Con la tecnología tradicional de lámparas de las descarga de lámparas de sodio de alta presión (HPS) ocurrían fallas aleatorias, en su gran mayoría debido a la lámpara que se atendían con mantenimiento correctivo. Se detectaban por inspección y denuncia de vecinos y se debían reparar in situ durante la noche en plazos de 24 a 48h por lo que no afectaban al MF. Salvo casos complicados la luminaria no se retiraba del punto le luz. Como indicador de calidad, la tasa de fallas no debía superar el 1 al 3% dependiendo del estado de las instalaciones, grado de complejidad de zona y exigencia del municipio [2]. La depreciación de flujo luminoso se compensaba mediante remplazos masivos programados de lámparas cada 2 a 4 años. La depreciación por ensuciamiento de luminarias se compensaba con limpiezas programadas masivas, simultáneamente con los reemplazos de lámparas y/o entre dichas operaciones, es decir cada 2 años generalmente. Estas operaciones de mantenimiento hacían que las luminarias vuelvan a comportarse como cuando eran nuevas salvo por una pequeña depreciación permanente (3% con IP 65) cuando se efectuaban, por ejemplo cambios de lámparas y limpieza simultanea (ver figura 14). Con tecnología LED las predicciones hasta ahora indicarían que el valor de Z% sería muy bajo para ser considerado con lo

281

cual se propone para el diseño LSF=1. Si así fuera el caso, el mantenimiento correctivo podría depender de la fiabilidad del driver y de otros componentes eléctricos. Las inspecciones nocturnas no serían necesarias ya o inclusive la telegestión para detectar fallas y reducir tiempos de mantenimiento sería cuestionable. Las operaciones de inspección nocturna y reparación in situ de averías por falla de luminarias podrían dar lugar a otro tipo de detección más económico y al reemplazo completo y reparación posterior en taller (si la tecnología todavía existiese). En caso de reparación en el taller, el cierre que garantizara una buena hermeticidad no requeriría de sistema de aperturas y cierres especiales como para que un operario lo pudiera efectuar ubicado en una cesta en altura. Al menos el de la parte óptica que es más complicado. La información de depreciación por reducción de flujo luminoso y por envejecimiento permanente estaría dentro de LX BY la combinada con la depreciación por ensuciamiento permitiría establecer los períodos de mantenimiento. Como ejemplo, para Luminarias LED IP65 en ambiente urbano, con L70 B50= 80.000h, 4.000h/año de servicio, para mantener un MF=0,8 de diseño la primera limpieza debería ser efectuada a los 5 años, luego a 1,5 años y posteriormente aproximadamente anual hasta los 10 años a partir de donde no se puede compensar con limpiezas. Más aún limpiezas anuales hacen muy costoso el mantenimiento. Como ventaja, al tener un muy buen cierre IP≥65 la parte óptica, no sería necesario abrir la luminaria para limpieza (ni para cambio de Módulos al tener un Z% muy bajo - LSF muy alto) con lo cual el mantenimiento se facilita y los costos se reducen. IX. CONCLUSIONES

Las luminarias a LED debido a sus características intrínsecas son diferentes de las luminarias con tecnología convencional de lámparas de descarga desde el punto de vista del mantenimiento. Indicadores relacionados la vida y la depreciación luminosa, la eficiencia luminosa, la estabilidad del color de la luz, la disipación del calor, el factor de mantenimiento y las operaciones de mantenimiento son discutidos. Dada que la antigüedad de las instalaciones no ha permitido tener datos suficientes para caracterizar estos parámetros, sólo es posible estimar posibles resultados. AGRADECIMIENTOS

Agradezco por el apoyo financiero para la realización de este trabajo a la Universidad Nacional de Tucumán, proyecto PIUNT E523 y al CONICET.

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

48meses

Fig.14: Depreciación en el tiempo con cambios masivos de lámpara cada 48m y limpiezas masivas cada 24m para luminarias IP5 ambiente normal con HPS 250W [¡Error! Marcador no

Fig.15: Estimación de operaciones de limpieza para MF≥0,8 de luminaria LED IP 65 en ambiente urbano con L70 B50 = 80.000h y 4000h/año de servicio [Manzano 2016].

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 REFERENCIAS

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

La intervención con el color de la luz en la restauración del patrimonio histórico Guzmán Claudio1, Manzano Eduardo2 1- Depto. Electrotecnia, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional del Comahue, Neuquén, Argentina. claudio.guzman@fain.uncoma.edu.ar 2- Depto. de Luminotecnia, Luz y Visión, FaCEyT, Universidad Nacional de Tucumán. Tucumán, Argentina. emanzano@herrera.unt.edu.ar Resumen-Entre las actividades que se llevan adelante para la puesta en valor de edificios que integran el Patrimonio Cultural de una ciudad, expuestos a intervenciones de restauración, aparece la iluminación como una práctica que está siendo objeto de revisión en acuerdo a las nuevas tecnologías y la posibilidad de aplicar el color como un recurso más accesible para el diseño. Esto ha derivado en que algunas fachadas resulten en falsos históricos alterando la autenticidad y la identidad del Patrimonio intervenido. Por ello se plantea investigar si la percepción de los observadores resulta en una respuesta emocional ante este probable daño en el Patrimonio, amenazando las acciones tendientes a su conservación. Los resultados permitirán determinar pautas para el proyecto sustentable y el diseño eficiente del alumbrado aplicado a edificios de carácter patrimonial. Los experimentos propuestos forman parte de los proyectos de investigación en marcha de la Universidad Nacional de Tucumán. Abstract-Among the activities that are carried out for the valorization of buildings that make up the cultural heritage of a city, exposed to restoration interventions, lighting appears as a practice that is being reviewed in accordance with the new technologies and the possibility applying color as a more accessible resource for design. This has resulted in some false historical facades result in altering the authenticity and identity of Heritage intervened. Therefore it is proposed to investigate whether the perception of observers is an emotional response to the likely damage to the Heritage threatening actions aimed at their conservation. The results will determine guidelines for sustainable design and efficient lighting design applied to buildings of heritage character. The proposed experiments are part of ongoing research projects at the National University of Tucuman. I.

INTRODUCCIÓN

Cada país cuenta con un capital intangible que es su memoria cultural traducida en diversas manifestaciones de sitios y lugares históricos como así también monumentos y edificios, este patrimonio cultural presenta, generalmente, un deterioro devenido del paso del tiempo fiel testigo de sus épocas doradas así como de su ocaso y olvido. En Argentina el norte es muy prolífico en hechos históricos y sus ciudades muestran una riqueza arquitectónica propia de su cercanía temporal con la época de la colonia y los

asentamientos que acompañaron el avance de los españoles. Tampoco se pueden dejar de lado las construcciones que son testigos de las manifestaciones de las culturas precolombinas. Mientras que en el sur del país nos encontramos con edificios que tienen una identidad otorgada por las comunidades donde se ubican cuyo valor no es por su arquitectura sino más bien por su contexto histórico-cultural. Obviamente es una generalización ya que existen diversas manifestaciones de patrimonio edilicio que provienen de acciones de las familias más pudientes con fuertes lazos europeos que trajeron a constructores y arquitectos de aquel continente o directamente los edificios se trasladaron en barco y se montaron en los incipientes poblados o estancias de la Patagonia. Aunque son los menos frente a las construcciones más tradicionales. Citando a la Arq. Mercedes Aguirre, Directora de Patrimonio Cultural, Ente Cultural de Tucumán: “Nuestros edificios hablan, revelan su esencia sirviéndose de la generosa riqueza de los códigos visuales y relatan sus avatares en el vasto y complejo universo histórico-documental. Atributos tales como su relevancia arquitectónica, el rol social de sus propietarios, las funciones que albergaron, entre otros, le valieron su declaratoria de interés patrimonial, posicionándolos en situación de resguardo e invulnerabilidad. El patrimonio como construcción ideológica, social y cultural no es algo dado naturalmente, sino que cada sociedad, de acuerdo con sus propias pautas culturales, decide qué bienes y qué valores forman parte de él. Los bienes patrimoniales constituyen una selección de los bienes culturales por lo que remiten a símbolos, a lugares de la memoria, a la identidad” [1]. Los diseñadores luminotécnicos generalmente se suman a los equipos encargados de la restauración aportando sus conocimientos en el diseño de la iluminación y en la selección de tecnología y buscando el diseño más eficiente. Entendemos como eficiente aquel proyecto que, sin perder el objetivo de poner en valor el patrimonio sumando su mensaje al medioambiente nocturno, lo resuelve mediante una inversión razonable y con adecuados costos operativos. Si tomamos en consideración que los costos operativos integran los costos de operación y mantenimiento es natural que orienten su elección a fuentes de luz de bajo consumo y de larga vida útil. Es así que los nuevos paradigmas asociados a las fuentes de luz de estado sólido (SSL, por sus siglas en inglés)

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 remitan a los LED (diodos emisores de luz) como los manantiales luminosos más representativos de esta tecnología.

Fig. 1. Intervención efímera Grupo Faro: Iluminación entrada del cementerio de la Ciudad de Azul, Buenos Aires. Obra del Arq. Salamone

Aparece entonces una práctica no contemplada en anteriores intervenciones que es más accesible con estas tecnologías y es el referido al uso del color como recurso de diseño. Si procedemos a indagar respecto de protocolos o códigos de práctica que orienten al proyectista referido a este punto nos encontramos que existe una profusa bibliografía y documentación que fija pautas y recomendaciones para el tratamiento de las instalaciones a restaurar pero muchos menos respecto de la iluminación específicamente. En nuestro país la institución rectora en lo referido al patrimonio es la Comisión Nacional de Museos y de Monumentos y Lugares Históricos, dependiente de la Secretaría de Cultura de la Presidencia de la Nación. Mientras que a nivel internacional se reconoce la importancia de las acciones que lleva adelante el ICOMOS (International Council on Monuments and Sites). Una revisión de los documentos de estas organizaciones no muestran resultados referidos al tratamiento del diseño de la iluminación ni más específicamente al uso del color en la puesta en valor del patrimonio cultural, si bien más adelante se mencionan algunas de las Cartas de ICOMOS más relevantes en este tema partiendo de la Carta de Venecia. Los documentos más recientes provienen de México donde bajo los auspicios del Instituto Nacional de Antropología e Historia en la ciudad de Taxco de Alarcón, en el estado mexicano de Guerrero, se reunieron un grupo de profesionales quienes acordaron redactar un documento que estableciera las bases conceptuales, metodológicas y prácticas para la iluminación de los monumentos y los centros históricos. El resultado fue la “Carta de Taxco, 2009”. Allí se mencionan ciertas pautas que deben contemplarse en las instalaciones eléctricas y generalidades vinculadas al proyecto de iluminación. Siguiendo los criterios de conservación, la instalación debe diseñarse observando el criterio de reversibilidad, con el objetivo de facilitar su desmontaje en caso de renovación, cambio de criterios en su utilidad, etc. Vinculado al color solo refiere: “La luz debe reproducir los

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colores existentes correctamente, sin crear falsas reproducciones por medio de la utilización de diferentes temperaturas de colores, esto es utilizando luces de colores”. Lamentablemente la falta de protocolos específicos que orienten a los proyectistas ha dado lugar a intervenciones inadecuadas que dan como resultado, falsos históricos y estéticos que impiden reconocer las características originales de nuestros monumentos e identificarlos como elementos que pertenecen al pasado [2]. Contribuye a ello un diseño que se propone sacar el máximo de la tecnología sin ponderar el daño por la alteración de la identidad cayendo en lo que Max Dvorák (1874-1921) en su libro “Catecismo para la conservación de los monumentos” (1916) distingue como “destrucción debido a la obsesión por un falso embellecimiento (perversión artística)”. No se puede omitir, mencionar un documento muy actual (presentado el 05/10/2016 en Madrid, España) y que trata específicamente la iluminación del Patrimonio, nos referimos a la “Guía de Iluminación Eficiente de Monumentos”, escrita por Miguel Ángel Rodríguez Lorite. Allí en el apartado Fachada Mediática (página 128) refiere: “La capacidad de la luz coloreada para hacer luz de gas es notable por lo que su empleo de manera aleatoria podría conculcar el derecho de imagen de una arquitectura histórica”. Y agrega: “Las mezclas y secuencias de la iluminación de color sobre un edificio deben responder a una intención conceptual y estética que aporte valor, que sea gráfica y por tanto capaz de transmitir un mensaje” (Fig.1). II.

ANTECEDENTES

En el tratamiento del patrimonio construido, y que puede devenir de una intervención de restauración y puesta en valor, se puede encontrar que el color es una variante que no ha sido debidamente ponderada y que presenta aristas discutibles en cuanto a cómo se resuelven los alumbrados que se ejecutan para incorporar estos hitos urbanos al medio ambiente nocturno. Es importante entonces evaluar desde donde se plantea el abordaje de esta problemática tan particular. Cuando se evalúa la intervención en un patrimonio cultural se debieran tomar en consideración aspectos que remiten al “carácter” de la obra así como su significado histórico o relevancia en la comunidad en la que se inserta. A este respecto se puede aseverar que el color asume dos identidades claramente definidas que se resumen en color diurno y color nocturno. En el primero se trabaja bajo los conceptos vinculados al “color tinte” mientras que en el segundo trabajamos enmarcados en lo llamado “color luz”. Se podría interpretar que el color tinte es la variante de diseño más relevante en la etapa del proyecto de “restauración” mientras que el color luz adquiere preponderancia durante la instancia de “puesta en valor”. Para esta instancia es necesario contar con criterios que sirvan de guía u orientación los diseñadores luminotécnicos respecto de la resolución más adecuada de la iluminación en el patrimonio histórico. Particularmente el tratamiento que se debería brindar al color de la luz, que con los nuevos paradigmas tecnológicos,

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devenidos de las nuevas tecnologías en manantiales luminosos permiten generar un impacto visual que modifica la apreciación del patrimonio afectando la identidad y autenticidad del mismo. Autenticidad de forma y diseño, de espíritu y sensibilidad. Al respecto se han fijado ciertas pautas generales tales como “no deben emprenderse actuaciones sin sopesar antes sus posibles beneficios y perjuicios sobre el patrimonio arquitectónico” [3]. Por otro lado, por extensión y tomando referencias respecto del patrimonio vernáculo se plantea que “las intervenciones contemporáneas en edificios, conjuntos y asentamientos vernáculos deben respetar sus valores culturales y su carácter tradicional” [4].

Fig. 2. Iluminación del Obelisco en su 80 aniversario (2016). PHILIPS

Finalmente, se fundamenta la necesidad de mayores precisiones respecto de la luminotecnia, de las cuales no se disponen normativas, protocolos o procedimientos en aquello que recomienda la Carta de Cracovia “la intervención elegida debe respetar la función original y asegurar la compatibilidad con los materiales y las estructuras existentes, así como con los valores arquitectónicos. Cualquier material y tecnología nuevos deben ser probados rigurosamente, comparados y adecuados a la necesidad real de la conservación” [5]. Debemos evaluar con más detalle las consecuencias que un uso inapropiado o desproporcionado que el color puede causar. Esto ya ha ocurrido con iluminaciones previas a las restricciones energéticas que hacían un uso excesivo del recurso luz y que “demuestran el grado de intoxicación al que hemos llegado, hasta el punto de que parece que nos hayamos hecho extrañamente inconscientes de los inconvenientes del alumbrado abusivo” [6]. Se debe tener presente que “la percepción del espacio no es sólo cuestión de lo que puede percibirse sino también de lo que puede eliminarse. Las personas que han crecido y se han educado en diferentes culturas aprenden de niños, sin que jamás se den cuenta de ello, a excluir cierto tipo de información, al mismo tiempo que atienden cuidadosamente a información de otra clase. Una vez instituidas, esas normas de percepción parecen seguir perfectamente invariables toda la vida” [7]. El uso del color luz es un recurso que modifica la percepción del patrimonio pudiendo amenazar el valor histórico-cultural debido al impacto visual. “Cuando un espacio o un objeto nos llaman visualmente la

atención, se dice que tiene “pregnancia visual”. Existen “formas pregnantes” que son aquellas que, por su natural morfología, tienden a llamarnos la atención. En general responden a principios psicológicos estudiados por la Gestalt en la psicología de la forma, que establece una serie de leyes de observación que se cumplen en el hombre occidental” [8]. Se puede avanzar en el estudio del color luz en el patrimonio partiendo desde lo definido en el marco de la iluminación teatral y como esta usa el recurso del color para generar situaciones y estimular sensaciones en los espectadores. Como menciona la Profesora Eli Sirlin, “Las aproximaciones cromáticas son utilizadas para reforzar la idea de visibilidad, permitiendo que los estímulos que vienen del objeto al sistema perceptivo tengan la suficiente pregnancia visual para conferir la calidad de “figura” a las áreas que interesan. La utilización consciente de las cualidades del color le brinda al diseñador la posibilidad de dar unidad a los conjuntos policromáticos, coordinando la forma con el color, impidiendo así su desintegración mimética. El uso del color puede ayudar a la distinción entre objetos y entre objeto y fondo… la yuxtaposición de colores provoca entre ellos tensiones que modifican y alteran el carácter de los mismos cambiando su aspecto visible” [9] (Fig. 2). También, en el tratamiento del color en la iluminación y las amenazas al patrimonio cultural, por tener cierta similitud, se pueden tomar ideas desde los estudios aplicados al alumbrado de museos. Es así que se pueden encontrar propuestas para la evaluación de la luz como si se tratara de un “lenguaje” dado que la “luz es considerada como una escritura, por lo cual pueden distinguirse en la iluminación las dimensiones semántica, sintáctica y pragmática. Se trata entonces de tomar la semiótica como marco de referencia teórico para el tratamiento conceptual de la luz. La semántica estudia el significado de las cosas y está dada por el contexto sociocultural que genera un sistema simbólico. La sintaxis estudia las relaciones entre las partes o elementos de una cosa estableciendo su estructura. La pragmática analiza los hábitos y modos de uso de los signos de un sistema simbólico por parte de un grupo social” [10]. En este sentido Mauricio Rinaldi avanza en el tema y propone: “un diseño de iluminación puede ser analizado desde el punto de vista estético a partir de tres niveles: semántico, morfológico y sintáctico. Cada uno de estos niveles estudia un aspecto particular de la iluminación: la morfología estudia los aspectos visuales del diseño de iluminación, la sintaxis estudia los aspectos temporales del diseño de iluminación, la semántica estudia los aspectos significantes del diseño de iluminación” [11]. Bajo este marco y dado que algunos museos se constituyen en edificios antiguos por extensión se trata la iluminación del patrimonio construido. Otra perspectiva para el abordaje del estudio del color aplicado al patrimonio puede ser desde lo perceptual, en este sentido existen propuestas de análisis de acuerdo a lo propuesto por el R. Kelly y las categorías de luz o funciones, que define como: luz para ver (ambient light), luz para mirar (focal glow) y luz para contemplar (play of brilliance) [12]. Finalmente, la semiótica quizás brinda las herramientas para el análisis del impacto de las nuevas tecnologías aplicadas al color luz en el patrimonio ya que como cita de José Luis

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 Caivano “en los estudios en el nivel sintáctico -donde se requiere la identificación de las unidades elementales, sus reglas de transformación y organización y sus leyes de combinación para formar unidades mayores con sentido "gramatical" es donde la teoría del color alcanza sus mayores logros” [13]. A.

La luz, el color y la respuesta emocional al estímulo luminoso Desde hace tiempo se sabe que la interacción entre la luz y los objetos genera en los observadores no solo la sensación de visión, en el rango de las radiaciones visibles, sino también que está presente ese intangible que llamamos color. Cada persona tiene una respuesta particular, dado que ante el estímulo de color no solo se activan fotorreceptores específicos (conos) sino también que ante una situación dada nuestro cerebro procesa no solo la información visual (respuesta cognitiva) sino también que se genera una respuesta emocional. “Todo lo que hacemos tiene a su vez un componente cognitivo y uno afectivo: cognitivo porque le asigna significado, afectivo porque asigna un valor…” Donald Norman en “El Diseño Emocional” [14]. Esta situación ha derivado en que la Comisión Internacional de Alumbrado (CIE) reoriente sus estudios vinculados a la visibilidad y como lograr instalaciones de alumbrado que brinden una adecuada respuesta a la demanda visual planteada por la tarea, hacia una instancia más amplia que toma en consideración la calidad del alumbrado en lo que ha dado en llamarse medioambiente visual. Bajo este enfoque el color toma preponderancia y variables tales como la temperatura de color y la reproducción cromática se encuentran en revisión. Este cambio de paradigmas tiene su correlato en el alumbrado urbano donde el alumbrado vial no solo se limita a la definición de las condiciones de iluminación y la selección de las luminarias más adecuadas de acuerdo a la clase de vía, sino que también incluye la ponderación estética de los soportes, sus características físicas y geométricas, dado que se suman a lo que denominamos equipamiento urbano considerándose este como un todo que define el entorno. En este contexto se advierte una revalorización del espacio público donde los espacios verdes son cada vez más, frecuente motivo de proyecto de alumbrado para recuperar o brindar una iluminación que asegure a los peatones un ambiente agradable, seguro y adecuado a las actividades propuestas en el diseño arquitectónico. Sumado a lo anterior y en respuesta a una demanda cada vez más intensa de los desarrolladores inmobiliarios, así como del turismo, se nota un aumento de solicitudes para proceder a restaurar y poner en valor los edificios que integran el patrimonio cultural ya sea este formal o informal. Es en esta instancia que el color en la luz que se emplea para resolver estos alumbrados aparece como una práctica que no está debidamente compuesta dando lugar a falsos históricos. Si consideramos a las fachadas de los edificios como portadoras de un mensaje, que desde la semiología alcanza con la materialidad que le da resolución, se ve que la luz aún la luz blanca puede alterar la percepción del edificio. Tan es así que

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algunos documentos que tratan los criterios para la iluminación de monumentos históricos indican “se evitará colocar lámparas en piso, ya que éstas distorsionan la lectura de los inmuebles al invertir las sombras” [15] es decir se propone la iluminación cenital para que la lectura nocturna no difiera de lo percibido en el día. Esto no quiere decir que no podamos otorgar al edificio otro mensaje usando la iluminación como recurso lingüístico o narrativo sino que si lo hacemos debemos respetar la identidad y el valor histórico-cultural del bien que estamos recuperando. Si la aproximación es desde la estética deberá prestarse especial atención al uso de la iluminación coloreada. “Si a una fachada le sumamos el componente mediático, es decir, la expresa voluntad de emitir un mensaje, entonces las posibilidades de relación entre los tres entes generadores de urbanidad – edificio, espacio público y ciudadanía – son infinitas” [16]. Las fachadas mediáticas, entendidas como aquellas que usan como recurso para transmitir un mensaje la iluminación con color pueden dar lugar a hiperintervenciones que terminan produciendo un gran contraste con la imagen resultante. Estos efectos de la luz que no están directamente asociados a la visión sino que contemplan la respuesta emocional pueden vincularse a un sistema no visual que actualmente está siendo objeto de varias investigaciones y que se encuentra asociado a un nuevo fotorreceptor que se ha comprobado participa de los ritmos circadianos. Los efectos no visuales pueden estudiarse desde la fotobiología y también desde los efectos psicológicos que se asocian a la respuesta de las personas ante situaciones que pueden explicarse desde estos nuevos descubrimientos, se puede citar como ejemplo el síndrome conocido como SAD (Seasonal Affective Disorder). Es entonces el aporte de la Psicología Ambiental el que se tomará en consideración para la confección de las herramientas que se emplearan para valorizar la respuesta perceptual de los observadores que intervendrán en los experimentos. Más adelante se darán mayores precisiones respecto del diseño experimental. La fundamentación de esta técnica se basa en uno de los métodos más difundidos para evaluar una conducta emocional que es el método del auto-informe, siendo las encuestas una de las herramientas empleadas para este fin. Respecto de los estímulos, una situación favorable para evaluar las respuestas perceptuales ante instalaciones de alumbrado que usen el color como argumento más fuerte durante la puesta en valor del Patrimonio, es la visita al lugar donde estén emplazados edificios con estas características y allí proceder a aplicar las encuestas, esto plantea algunas dificultades al control por parte del investigador e impide realizar comparaciones. Debido a eso y tomando en consideración los trabajos de Peter Lang (1977) [17] con sus contribuciones a la psicología de las emociones empleando imágenes, es que se plantea usar imágenes como disparadores de respuestas emocionales vinculadas a la valorización del patrimonio construido.

288 III.

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN QUE SE PLANTEA

A. Objetivo general Investigar la relación entre el alumbrado del Patrimonio Cultural de una comunidad y la respuesta emocional del observador con la finalidad de elaborar pautas de intervención para los proyectos de restauración y puesta en valor. B. Objetivos específicos  Investigar

el alumbrado urbano que bajo determinadas condiciones, tales como la iluminación del Patrimonio Cultural Edificado, empleando técnicas para la iluminación de fachadas, que hagan uso de la luz coloreada, puede resultar en un daño o destrucción de la identidad y autenticidad del bien patrimonial.  Investigar si existe una correlación entre los patrones de iluminación y las emociones que experimentan los observadores.  Identificar pautas de proyecto que incorporen los resultados de las pesquisas anteriores y permitan un enfoque de diseño basado en la teoría de Diseño Emocional. IV. HIPÓTESIS

El uso de la luz coloreada para iluminar el patrimonio edificado (formal o informal) expresado en construcciones de valor arquitectónico, histórico, cultural o singular; resulta en daños y amenazas evidenciadas en la respuesta emocional de los ciudadanos que le asignan identidad.

V. ACTIVIDADES Y METODOLOGÍA

El problema que se quiere estudiar está vinculado al impacto que se produce en los observadores expuestos a un edificio reconocido como patrimonio cuando se emplea para ponerlos en valor un alumbrado con luz coloreada. Es así que intervienen en la respuesta subjetiva ante el estímulo visual atributos cognitivos tanto como emocionales. Por ello no cualquier edificio puede ser usado para este experimento sino que son aquellos que tienen un valor histórico-cultural que deriva de situaciones asociadas a la historia y a la comunidad. “Todo lo que se seleccione como patrimonial deberá obedecer a alguna cualidad de rememoración o testimonio de vida socio - cultural histórica. Podemos remarcar los valores que se identifican a lo urbano, a lo arquitectónico, a lo artístico, a lo simbólico, a lo antropológico, etc.” [18]. Aquí aparece la geografía que en su versión más sensorial remite al terruño como un aspecto que puede influir en la respuesta subjetiva de los observadores que participan de la experiencia. Este es un aspecto que debe ser considerado ya que la respuesta ante un edificio seleccionado para su evaluación no tendrá la misma significación para un tucumano que para un correntino, un sureño o un porteño.

El desarrollo experimental considera dos líneas de trabajo para contrastar la hipótesis. La primera de ellas toma en consideración exponer a un grupo de observadores totalmente aleatorio al estímulo de un edificio real con carácter de Patrimonio y que posea alumbrado. Esta práctica de campo permite establecer un modelo de encuesta que posibilita indagar en la respuesta subjetiva ante objetos luminosos cotidianos. Un caso posible donde aplicar esta técnica es la Casa de Gobierno frente a la Plaza Independencia en la ciudad de San Miguel de Tucumán (Tucumán, Argentina). Una variante a esta técnica es aplicar sobre el edificio intervenciones eventuales empleando luz coloreada y repetir la encuesta en estas condiciones. La dificultad que se presenta es que se debe disponer de equipamiento (luminarias, fuentes, controladoras) para realizar estas experiencias. Otro problema es que no hay muchos edificios que por escala y lenguaje arquitectónico posibilitaran aplicar esta técnica. Uno de los más representativos en San Miguel de Tucumán viable para realizar esta experiencia es la Casa Histórica que representa un icono de la historia argentina. La restante línea de trabajo, ahora en laboratorio, resulta de aplicar como disparador del estímulo visual imágenes de edificios iluminados. Existen varios antecedentes que avalan esta técnica, las imágenes como disparadores de emociones, pudiéndose mencionar los de Lang P. J., cuya profusa investigación dio origen al Sistema Internacional de Imágenes Afectivas (International Affective Picture System – IAPS) [19]. La medición de la percepción constituye un proceso. Primero se debe definir el área de problema y encontrar los métodos de medición adecuados. Además, los datos deben ser sistemáticamente recolectados y deben ser procesados y descriptos de tal manera que permita arribar a una interpretación con significado. El centro de la evaluación psicológica se ha movido desde la medición exacta de la relación estímulo-respuesta hacia el estudio de procesos complejos caracterizados por las interacciones. Una técnica muy empleada en psicología y que permite desarrollar una experiencia psicométrica es la del autoinforme, este se refiere a la información verbal que un individuo proporciona sobre sí mismo, o sobre su comportamiento.

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Fig. 3: Alumbrado actual de la Casa de Gobierno en San Miguel de Tucumán

Como una expresión de esta técnica se están construyendo encuestas que permiten identificar las emociones más relevantes que dimanan de la experiencia de laboratorio. Para este fin se han tomado en consideración los trabajos de Pieter Desmet [20] y de la Dra. Graciela Tonello [21]. Respecto del formato de la encuesta se pueden aplicar diversas técnicas tales como calificadores semánticos o escalas Likert pero en todos los casos corresponden a un enfoque S/R – Situación/Respuesta.

Fig. 4: Antiguo alumbrado de la Casa de Gobierno en San Miguel de Tucumán

Se identificarán términos para aplicar en las encuestas y así elaborar un formulario prototipo con el que se realizará una prueba piloto sobre las que se aplicarán ajustes para perfeccionar el instrumento. En lo referido a los estímulos visuales vimos que se aplicarán dos técnicas, una referida a la experiencia de campo y otra al trabajo en laboratorio. Para el trabajo en laboratorio se implementarán dos ejes de desarrollo. Por un lado evaluar la técnica más apropiada para presentar el estímulo visual a los observadores. En este sentido se analizan tres técnicas posibles de implementar.

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- imágenes sobre pantalla de un monitor de alta definición en tecnología LED con un tamaño adecuado a las dimensiones del laboratorio. - imágenes proyectadas sobre pantalla opaca mediante proyector de video de alta resolución. Uno de los reparos a esta técnica es la pérdida de luminosidad atribuible a la proyección de las imágenes sobre una pared opaca de alta reflectancia. - imágenes proyectadas sobre pantalla difusora iluminada desde la parte trasera por un video proyector. Las observaciones se realizarán desde el lado frontal. Una de las ventajas que presenta esta variante de la forma en que se muestra el estímulo es que permite medir las luminancias de la imagen y ajustarla a las condiciones de las originales. Como se menciona más arriba otro eje de desarrollo acciona sobre las propias imágenes a usar como estímulos visuales. Es así que se evalúan dos tipos de imágenes. Por un lado aquellas existentes que resultan de una búsqueda de antecedentes de Patrimonio Cultural expresado en imágenes y donde el color sea un recurso utilizado para exponerlos. Aquí nos encontramos con escasos registros de estas características y los pocos disponibles muestran imágenes nocturnas con sus iluminaciones actuales. Los más escasos, restando aún indagar en registros fotográficos de diversas fuentes que quedan por consultar, muestran las arquitecturas originales durante el día y son pocos los que cuentan con alumbrado de algún tipo. Como ejemplo de lo citado, se puede hacer mención a la Casa de Gobierno, en San Miguel de Tucumán, que fue objeto de una intervención lumínica relativamente reciente por parte de una empresa proveedora de artefactos de alumbrado (Fig. 3) y como contrastan las opiniones de aquellas personas que fueron expuestas a la instalación previa de alumbrado, que rememoran la anterior como mejor, vale mencionar que aquella estaba resuelta con un perfilado de los planos que presenta el edificio y sus aberturas mediante bulbos de lámparas incandescentes (Fig. 4) . Dado este problema referido a las escasas imágenes disponibles se procede a realizar proyectos de iluminación virtuales aplicando técnicas de diseño lumínico en maquetas de edificios de carácter patrimonial reconocido. Para este fin se emplean programas de diseño luminotécnico, siendo los más difundidos el software Dialux y el programa Relux. Estos permiten generar imágenes digitales virtuales o simulaciones (en inglés renders). El Render es una imagen digital que se crea a partir de un modelo o escenario en 3D realizado en algún programa de computadora especializado. Los renders generados con los programas mencionados más arriba son un recurso valioso para visualizar proyectos de alumbrado donde los conceptos de diseño se resuelven mediante la aplicación de fotometrías de luminarias que representan el cuerpo fotométrico resultante de la emisión luminosa de estos manantiales secundarios, ensayada en laboratorio. Se aplican dos técnicas, la de radiosidad y la de raytracing.

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Fig. 5. Render con Dialux del Palacio de Tribunales iluminado.

Fig. 6. Propuesta lumínica para la Catedral Nuestra Señora de la Encarnación

En la técnica de Radiosidad (Radiosity) se calcula el intercambio de luz entre superficies difusas. Esto se consigue subdividiendo el modelo en pequeñas unidades denominadas parches, y éstos a su vez en otras unidades más pequeñas, elementos, que serán la base de la distribución de luz final. Inicialmente los modelos de radiosidad calculaban las interacciones de luz entre superficies difusas (aquellas que reflejan la luz igual en todas las direcciones), aunque existen modelos más avanzados que tienen en cuenta modelos de reflexión más complejos. El modelo básico de radiosidad calcula una solución independiente del punto de vista. Sin embargo, el cálculo de la solución es muy costoso en tiempo y en espacio de almacenamiento. No obstante, cuando la iluminación ha sido calculada, puede utilizarse para renderizar la escena desde diferentes ángulos, lo que hace que este tipo de soluciones se utilicen en visitas interactivas y videojuegos en primera persona. Esta técnica es la que emplean los programas cuando se requiere ver el avance en la construcción de la maqueta y luego las iluminaciones que se aplican. La ventaja (como se menciona más arriba) es que si bien demanda una capacidad de procesamiento elevada y los proyectos resultaban en archivos de gran volumen digital permiten disponer de una

representación adecuada de los volúmenes y con texturas realistas llegando inclusive a permitir generar un video del producto terminado. La otra técnica disponible con los programas mencionados, es la de raytracing o trazado de rayos, que es un algoritmo para síntesis de imágenes tridimensionales. En el algoritmo Ray Casting se determinan las superficies visibles en la escena que se quiere sintetizar trazando rayos desde el observador (cámara) hasta la escena a través del plano de la imagen. Se calculan las intersecciones del rayo con los diferentes objetos de la escena y aquella intersección que esté más cerca del observador determina cuál es el objeto visible. El algoritmo de trazado de rayos extiende la idea de trazar los rayos para determinar las superficies visibles con un proceso de sombreado (cálculo de la intensidad del píxel) que tiene en cuenta efectos globales de iluminación como pueden ser reflexiones, refracciones o sombras arrojadas. Aquí las imágenes ganan en realismo pero la aplicación de los algoritmos es muy demandante de potencia informática y solo se pueden sacar imágenes fijas desde un punto de observación seleccionado. Se pueden percibir materiales translucidos y superficies brillantes. El otro problema que se presenta es que el proyecto debe ser realizado considerando texturas para aplicar esta técnica y no dan una real visión de la maqueta en la etapa de diseño. Bajo este contexto y atendiendo a las demandas del proyecto respecto de los estímulos visuales que se requieren es que se trabajará en el desarrollo de maquetas virtuales de edificios existentes en San Miguel de Tucumán y que pueden ser reconocidos por su valor patrimonial. Para la confección de las imágenes que se emplearán en la experiencia psicofísica en laboratorio se han seleccionado cuatro edificios paradigmáticos, cada uno de ellos con una identidad cultural específica. Nos referimos al edificio del Palacio de Tribunales construido en 1937 (Fig. 5) y a la Iglesia Matriz de Tucumán - Catedral Nuestra Señora de la Encarnación – que data de 1685 (Fig. 6). Son dos construcciones muy disímiles y que remiten a un ideario muy específico ya que se trata de un ejemplo de arquitectura religiosa y otro vinculado a la Justicia. Recientemente se ha concluido con la confección de la maqueta de un edificio de gran significación histórica como es la Casa Histórica donde hace 200 años se declaró la Independencia Argentina (Fig. 7). Actualmente se está elaborando una maqueta de otro edificio emblemático, por su identidad cultural y trascendencia histórica, la Casa del Obispo Colombres. Sobre estas maquetas se aplicarán diseños de iluminación usando el color como argumento sobre el que se articularán las diversas técnicas que se aplican para resolverlos.

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291 REFERENCIAS

[1]

Catálogo Patrimonio Edilicio Urbanístico de Tucumán.-1a ed.-Tucumán: Ediciones del Ente Cultural de Tucumán, 2014. Proyecto y Realización: Juan Bautista García Posse

[2]

Fig. 7: Render en Relux de la fachada de la Casa Histórica con bañadores.

Los renders servirán de insumo para el experimento psicofísico. Al respecto se está procesando documentación de diversas fuentes a los fines de definir los ejes temáticos que se aplicarán en las encuestas y los calificadores semánticos más apropiados para la elaboración de la herramienta que se empleará para los autoinformes. En este sentido también se realiza un estudio basado en el procesamiento estadístico de la información para facilitar el posterior análisis del material recopilado en las diversas instancias que se mencionaron más arriba. Si bien se plantea un experimento totalmente aleatorio se evalúan características de la muestra a emplear en el experimento de laboratorio, puesto que pueden presentarse sesgos en acuerdo a, por ejemplo, nivel de conocimiento de conceptos luminotécnicos. VI. CONCLUSIONES

Se estudia la problemática del uso del color y el impacto en la iluminación de edificios de carácter patrimonial histórico. Con el fin de definir pautas generales de actuación para el diseño se desarrollo un proyecto de investigación del cual se describen los objetivos y metodología a emplear.

RECONOCIMIENTOS

Los autores agradecen el aporte del Sr. Marcelo de Nobrega para la ejecución de las maquetas de los edificios que se emplearán para generar las imágenes que se emplearán en la experiencia psicofísica. Agradecemos también a la Universidad Nacional de Tucumán mediante el proyecto PIUNT E523, al CONICET, a la Secretaría de Políticas Universitarias del Ministerio de Educación y Deportes a través del programa Doctor@r Ingeniería y a la Universidad Nacional del Comahue, Facultad de Ingeniería.

Semiología Clínica De La Restauración Monumental: Síndrome De La Arquitectura Parahistórica. Antonio J. Sánchez Fernández (CV) Conservador-Restaurador de Bienes Culturales [3] Carta ICOMOS – “Principios para el análisis, conservación y restauración de las estructuras del patrimonio arquitectónico”. Ratificada por la 14ª Asamblea General del ICOMOS, Victoria Falls, Zimbabwe, Octubre 2003 [4] Carta ICOMOS “Carta del Patrimonio Vernáculo Construido” Ratificada por la 12ª Asamblea General del ICOMOS, México, Octubre 1999 [5] Carta de Cracovia “Principios para la Conservación y Restauración del Patrimonio Construido” Conferencia Internacional sobre Conservación “Cracovia 2000”. [6] Tanizaki, Junichiro. “Elogio de la sombra” Ediciones Siruela, S.A 2009. [7] Hall, Edward T. “La dimensión oculta”. Buenos Aires. Siglo Veintiuno Editores. 2003. [8] Calvillo Cortés, Amparo Berenice. Tesis Doctoral: “Luz y Emociones: Estudio sobre La Influencia de la Iluminación Urbana en las Emociones; tomando como base el Diseño Emocional”. Marzo 2010. [9] Sirlin, Eli. “La luz en el teatro” - Manual de iluminación, de Instituto Nacional del Teatro, Buenos Aires. Ediciones Atuel 2006. [10] Ezrati, Jean-Jacques. “Curso sobre Iluminación Museográfica”. Mayo 2006. ICOM Argentina [11] Rinaldi, Mauricio. “Aspectos semánticos en la iluminación teatral” - X Congreso Internacional del Teatro Argentino e Iberoamericano, 2001. Argentina. [12] Guía Erco. 2007. [13] Caivano, José Luis. “La Significación del Color: Semiótica y Teoría del Color”, Argencolor 1996, Tercer Congreso Argentino Del Color. Grupo Argentino del Color. Universidad Nacional de Córdoba, 1996, Huerta Grande, Córdoba. [14] Los objetos atractivos funcionan mejor (pdf). El diseño emocional, Donald Norman - interpretación del texto-. [15] Carta de Taxco, 2009. Criterios Generales De Iluminación Para Monumentos Históricos. [16] La inclusión de fachadas mediáticas en conjuntos históricos urbanos. Guida Ferrari. Lumínica 26. [17] Lang, P. J. (1977). Imagery in therapy: An information processing analysis of fear. Behavior Therapy, 8, 862-886. [18] “Criterios de manejo e intervención en edificios con valor patrimonial”. Ministerio de Cultura. Gobierno de Buenos Aires, 2006. [19] El Sistema Internacional de Imágenes Afectivas (IAPS): Adaptación española. Segunda Parte. Rev. De Psicol. Gral y Aplic., 2001, 54 (4), 635657. [20] Pieter Desmet. Tesis: “Designing emotions”, 2002. [21] Dra. Graciela Tonello. Tesis: El diferencial semántico como método de evaluación subjetiva del espacio iluminado, 1997.

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Análisis del consumo estimado y medido de energía eléctrica de las instalaciones de alumbrado Paola Andrade1, Leonardo Assaf1

1- Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión "Ing. Herberto C. Bühler" Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Universidad Nacional de Tucumán Av. Independencia 1800 - 4000 (Argentina) Phone/Fax number:+543814361936, e-mail: plac912@yahoo.es, lassaf@herrera.unt.edu.ar Resumen—En esta investigación se analizó las desviaciones que existen entre el consumo de energía eléctrica de las instalaciones de alumbrado público estimado en relación al medido. Los valores estimados son el resultados de los métodos que emplean 8 países de Latinoamérica, en tanto los medidos fueron obtenidos en el laboratorio, con voltaje variable y tiempo de conexión definido. Finalmente dependiendo del método de cálculo, se encuentra la dispersión entre el consumo de energía estimado respecto al medido y las principales causas que influyen en esto. Abstract--in this research deviation of electricity consumption of public lighting installations between the measured and estimated values is analyzed. The estimated values are the results of methods employed in 8 countries of Latin America. Measurements were obtained in laboratory, with variable voltage and time defined connection. Finally, depending of calculation method, it is found the dispersion between the estimated energy consumption and measurements, and the main causes that influence this. I.

INTRODUCCIÓN

E

l sector del alumbrado público demanda cantidades significativas de energía eléctrica del sistema eléctrico de cada país. Así, durante el año 2014 por consumo de alumbrado público, México registró 5293GWh[1], Ecuador 1081GWh [2], etc., representando el 2,5% y 5,6% respectivamente del consumo total de energía. Esto implica para los administradores del sistema un requerimiento considerable de recursos económicos, los cuales son finalmente asumidos por los usuarios. Por otro lado, una determinación imprecisa del consumo no permitirá conocer la eficiencia del sistema de alumbrado. El consumo de las instalaciones, ya sea medido o estimado, está determinado por la energía que cada luminaria instalada consume, la cual es afectada significativamente por:  Potencia de la lámpara  Consumo de los equipos auxiliares  Tiempo de funcionamiento II.

MÉTODOS DE CÁLCULO

Se consideró los métodos establecidos en documentos oficiales en Brasil, Colombia, Ecuador, El Salvador, Guatemala, México, Nicaragua y Argentina. I.

Brasil [3] La Resolución Normativa N° 414 del 9 de septiembre de 2010, actualizada en el año 2012, considera la potencia

instalada –incluye equipos auxiliares, cuyo consumo se calcula con base en las normas especificadas por la Asociación Brasileña de Normas Técnicas, ABNT, datos del fabricante o pruebas realizadas en laboratorios acreditados por el organismo oficial– y el número de horas diarias –11 horas y 52 minutos diarios, excepto cuando se requiera del servicio las 24 horas del día–. Entonces el consumo de energía es calculado por: ∗

(1)

donde: : Consumo energía : Potencia instalada : Tiempo de funcionamiento diario II. Colombia[4] La Resolución No. 123 de 2011,fija que el consumo se determinará con base en la carga resultante de la cantidad de las luminarias que se encuentren en funcionamiento, multiplicada por un factor de utilización expresado en horas/día y por el número de días del período de facturación utilizado para el cobro, aplicando la siguiente fórmula para cada nivel de voltaje n: ∑

,

∗

,

∗

(2)

donde: : Consumo de energía eléctrica en el nivel de voltaje n en [kWh] n: Nivel de voltaje: n=1 sistemas con voltaje nominal menor a 1 [kV]; n=2 sistemas con voltaje nominal mayor o igual a 1[kV] y menor de 30 [kV]. i: Iluminación para vías vehiculares (i=1), vías para tráfico peatonal y ciclistas (i=2), otras áreas de espacio público (i=3). , : Carga instalada, corresponde a la carga en [kW] de las luminarias (lámparas y equipos auxiliares) de los sistemas de alumbrado público, puestos en funcionamiento en el nivel de voltaje n, de la clase de iluminación i. , : Número de horas del período de facturación de las luminarias en el nivel de voltaje n de la clase de iluminación i. De acuerdo con las condiciones generales de operación de los sistemas de iluminación de las vías vehiculares y de las vías para tráfico peatonal y ciclistas, las horas de prestación del servicio se establecen entre las 6 p.m. y las 6 a.m. El número de horas es entonces igual a 12 [horas/día]. Para la iluminación de otras áreas del espacio público a cargo del municipio, cuyas condiciones generales de operación son

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 diferentes a 12 [horas/día], el municipio podrá pactar con la empresa comercializadora que suministre la energía eléctrica el número de horas/día correspondiente. Del número total de horas de funcionamiento de un período de facturación, se debe descontar el número de horas en los cuales las diferentes clases de iluminación del sistema de alumbrado público estuvieron fuera de servicio por ausencia de fluido eléctrico. : Número de días del período de facturación acordado entre el municipio y la empresa comercializadora que suministra la energía eléctrica para las diferentes clases de iluminación que componen el sistema de alumbrado público instalados en el nivel de voltaje n. III. Ecuador [5] La Regulación No. CONELEC 005/14, “Prestación del Servicio de Alumbrado Público General”, establece que el consumo se determinará mensualmente con base a la carga resultante de la cantidad de luminarias por tipo, que se encuentren instaladas en el primario, multiplicados por un factor de utilización y por número de horas del mes respectivo, aplicando la siguiente fórmula: ∗

∑

∗

∗

Una luminaria se considera "en falla" si es reportada como apagada durante el tiempo en que está programada para funcionar, sin importar el tiempo que haya permanecido en ese estado; si es reportada como encendida durante el tiempo en que está programada para estar apagada; o, si presenta un comportamiento intermitente en cualquier hora del día. En caso de que la Empresa Distribuidora no disponga de información de uno o más alimentadores, la tasa de falla para esos alimentadores será de 0,04 afectado por una constante, cuyo valor depende del número de meses consecutivos en los que la Empresa Distribuidora no cuente con dicha información, según se indica a continuación: 0,04 ∗ 1

(4)

donde x tendrá los valores presentados en la Tabla II. TABLA I VALORES DE CONSTANTE X

Meses consecutivos de no contar con información

X

2 meses 3 meses 4 meses > 4 meses

0,25 0,5 0,75 1

(3)

donde: E: Consumo mensual i: Tipo de luminaria en el primario. : Potencia de las luminaria tipo i. : Número de luminarias tipo i en el primario. : Es la relación entre el número de horas promedio que las luminarias de alumbrado público permanecen encendidas y el número total de horas en el periodo de análisis (24 horas diarias). : Número de horas del mes de cálculo; en caso de que hubieren interrupciones, a nivel del sistema o primarias, se descontarán esas horas. : Tiempo promedio –en horas– de atención de fallas de Alumbrado Público General. Su valor se calcula como la sumatoria del tiempo real de atención de las luminarias de Alumbrado Público General que fueron reportadas como falladas, dividido para el número de luminarias reportadas como falladas en el mes. : Tasa de falla del sistema, la cual se calculará como el promedio ponderado de las tasas de falla mensuales de todos los primarios, siendo el factor ponderador el número total de luminarias por primario dividido para el número total de luminarias de la empresa. Para fines de calidad, la tasa de falla del sistema no podrá ser superior a 0,02. La tasa de falla mensual por primario, se calculará como la relación entre el número de luminarias en falla y el número de luminarias totales; el número total de luminarias corresponderá a las registradas por la Empresa Distribuidora al inicio del mes; mientras que, las luminarias en falla corresponderán a la suma de todas las luminarias reportadas como falladas durante el mes de cálculo. El registro mensual de luminarias falladas se generará a partir de reclamos realizados por los consumidores y de las inspecciones mensuales que debe realizar la Empresa Distribuidora para identificar luminarias en falla.

293

: Consumo de auxiliares de luminaria tipo i. Valor máximo a reconocerse por consumos auxiliares, dependerá de la potencia de la lámpara instalada, de acuerdo a la Tabla II. TABLA II POTENCIA DE EQUIPOS AUXILIARES

Potencia [W]

Potencia máxima en auxiliares [%]

P 70 70<P 100 100<P 150 P>150

16 15 13 12

La energía total se calculará como la sumatoria de la energía consumida por el alumbrado público de todos los primarios, calculada como se señaló anteriormente. Para la determinación de la energía en los sistemas de semaforización, seguridad pública, alumbrado público intervenido –que no pueda ser medido por causas técnicas–, se calculará dicha energía considerando el tiempo en que los equipos requeridos para brindar dichos servicios, permanezcan encendidos, en función de las características de cada tipo de luminaria, equipo asociado y su régimen típico de operación. IV. El Salvador [6] La “Normativa para la facturación del servicio de alumbrado público”, especifica el consumo promedio mensual de luminaria con lámpara de tipo incandescente, fluorescentes, vapor de mercurio, sodio de alta presión y LED (Ver Tabla III).

TABLA III CONSUMO PROMEDIO MENSUAL Y POTENCIA PROMEDIO

294

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Tipo de Lámpara

Incandescentes

Fluorescentes

Vapor de Mercurio Sodio de Alta Presión

LED

Potencia Promedio [W]

Consumo Promedio [kWh]

25 40 60 100 200 300 20 32 40 55 65 2x40 4x40 175 250 400 100 175 250 400 28 45 55 60 90 100 120 175 200

10 16 24 40 80 120 6,1 10,4 12,0 15,9 18,2 37 74 63,4 74 125 37 55 88 134 10,1 16,2 19,8 21,6 32,4 36 43,2 63 72

∗ ∗

En particular para las Distribuidoras de Electricidad de Oriente y Occidente se fija un coeficiente para ajustar la potencia de la lámpara (Ver Tabla IV). TABLA IV COEFICIENTE DE AJUSTE DE LA POTENCIA DE LÁMPARA

Empresa Distribuidora

(5)

(6)

donde: : Consumo promedio mensual de lámparas instaladas del tipo i : Número de lámpara del tipo i V.

Coeficiente

Distribuidora de Electricidad de Oriente S.A. Distribuidora de Electricidad de Occidente S.A.

donde: : Consumo mensual de cada lámpara en kWh : Potencia nominal de la lámpara en W : Número de horas de referencia para la operación de la lámpara en un mes de 30 días. Se establecerá que la lámpara operará en forma continua durante 12 horas al día, por lo cual NHR = 12*30 = 360 [horas] 1000: Conversión a kW El consumo total será la sumatoria del producto del consumo promedio mensual del tipo de lámparas instaladas, y número de lámparas. ∑

(7)

donde: : Consumo de energía mensual [kWh] : Potencia de lámpara [W] : Factor de pérdidas de potencia ponderadas de las lámparas de acuerdo a cada empresa distribuidora y se encuentra entre 1,017695 y 1,194286 12: Horas de servicio diarias í : Número de días del mes a determinar la energía consumida –corresponde al mes anterior a la fecha de facturación– 1000: Conversión a [kW]

Para el consumo promedio mensual de lámparas diferentes a las antes señaladas, se empleará: ∗

∗ í

Guatemala [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] En las Resoluciones emitidas, en el periodo 2013-2015, se aprueba que con uso de 12 horas diarias el consumo mensual se calculará multiplicando la potencia de lámpara, factor de pérdidas, 12 horas diarias y número de días del mes.

1,018521 1,016942

VI. México [24] El “Instructivo para la interpretación y aplicación de las tarifas para el suministro y venta de energía eléctrica”, menciona que el consumo es el resultado del producto entre la carga total conectada en vatios, más un factor de consumo del equipo auxiliar 1,25 –25%–, 12 horas de servicio diarias y 30,4 días al mes. ∗ 1,25 ∗

∗

(8)

donde: : Consumo de energía : Carga total conectada 1,25: Consumo de equipo auxiliar :Horas de servicio diario, 12h, excepto el servicio de semáforos, cuyo horario se convendrá con el solicitante. : Días del periodo facturación, mensual 30,4 días y bimestral 60,8 días VII. Nicaragua [25] La “Normativa de Alumbrado Público”, establece que la energía mensual consumida por cada tipo de lámpara reflejado en el inventario existente de la red de alumbrado público, se calculará multiplicando la carga nominal del inventario físico de luminarias, por un período de 12 horas diarias, por 365 días del año, por el factor de luminarias encendidas que, para este cálculo es 0,95, factor que considera el 5% de fallas de luminarias. El producto resultante se dividirá entre 12 meses del año según fórmula descrita a continuación: /

∗

∗

∗ ,

donde: CNL: Carga nominal de luminarias en kW

(9)

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 En la tabla V se establece los valores de la potencia nominal para algunas luminarias con lámpara de mercurio y sodio. TABLA V TIPO Y POTENCIA DE LÁMPARA, CARGA DEL BALASTO Y CARGA NOMINAL DE LUMINARIA

Tipo de Lámpara

Potencia Lámpara [W]

Carga del Balasto [W]

Carga Nominal Luminaria [W]

Mercurio Mercurio Mercurio Mercurio Mercurio Sodio Sodio Sodio Sodio Sodio

100 125 175 250 400 70 100 150 250 400

17 24 4 8 19 16 23 20 25 42

117 149 179 258 419 86 123 170 275 442

∗ 1,10 ∗ 11 ∗

11:52 y 12 [horas], dado que son los intervalos considerados en los métodos descritos en el numeral 2. IV. RESULTADOS

En la tabla VI se presenta los valores de consumo estimado, para un arreglo de 5 luminarias con lámparas de sodio de alta presión de 250 [W], de acuerdo a cada método de cálculo. TABLA VI CONSUMO ESTIMADO Y MEDIDO PARA 5 LUMINARIAS

Método

VIII. Argentina [26] En Argentina a nivel nacional no se establece un método de cálculo nacional, en la ciudad de Rosario, provincia de Santa Fe, de acuerdo a la información proporcionada por la Dirección General de Alumbrado Público de la Municipalidad de Rosario, el consumo es el resultado del producto de la potencia de la lámpara, un factor por consumo de equipos auxiliares, horas diarias de servicio y días de funcionamiento.

Brasil Colombia Ecuador El Salvador Guatemala México Nicaragua Rosario

Consumo Medido [kWh]

Consumo Estimado [kWh]

559,0 566,8 566,8 566,8 566,8 566,8 566,8 519,6

489,5 495,0 504,0 440,0 531,3 570,0 476,8 453,8

La Fig. 1 establece las desviaciones entre los valores de consumo estimado respecto a los medidos.

(10)

donde: : Consumo de energía : Potencia nominal de lámpara 1,10: Factor aplicable a las lámparas que requieren de equipo auxiliar para su funcionamiento –promedio entre las distintas marcas de equipos auxiliares que existen en Rosario–. 11: Horas diarias de servicio –promedio entre invierno y verano– d: Días de funcionamiento mensual 30 o anual 365 III.

295

MÉTODO DE MEDICIÓN

Se realiza a través de un contador de energía, el cual es un instrumento destinado a medir la energía activa por integración de la potencia activa en función del tiempo [27]. Esto es: (11) donde: E: Energía eléctrica P(t): Potencia activa T: Tiempo de funcionamiento En el laboratorio del Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión de la Universidad Nacional de Tucumán, se midió el consumo de energía durante 30 días, de 5 luminarias con lámparas de sodio de alta presión de 250 [W] y equipos auxiliares –10% de la potencia de la lámpara–, con voltaje de alimentación de red y tiempo de funcionamiento definido –– 11,

Fig. 1. Desviación de consumo estimado respecto al medido.

V. CONCLUSIONES Dependiendo del método de cálculo, la dispersión entre los diferentes valores estimados respecto al medido se encuentra en el intervalo de 1% y -22%, siendo principalmente consecuencia de las potencias que se asigna a los equipos auxiliares, tiempo de conexión y la consideración de las fallas o no. Cabe destacar que a excepción de El Salvador –algunos tipos de luminarias–, los métodos consideran la potencia nominal. En México se presenta la menor desviación, siendo un sobreconsumo, en tanto el Salvador con la mayor desviación muestra un subconsumo, esto puede ser debido a los valores de los equipos auxiliares. REFERENCIAS [1]

Secretaría de Energía, «Sistema de Información Energética,» [En línea]. Available: http://sie.energia.gob.mx/bdiController.do?action=cuadro&subAction =applyOptions.

[2]

Agencia de Regulación y Control de Electricidad, «Demanda,» [En línea]. Available: http://www.regulacionelectrica.gob.ec/estadisticadel-sector-electrico/demanda-mensual/.

296

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

[3]

Agencia Nacional de Energía Eléctrica, «Resolución Normativa N° 414/2010,» 2012. [En línea]. Available: http://www.aneel.gov.br/biblioteca/downloads/livros/REN_414_2010 _atual_REN_499_2012.pdf.

[19]

Comisión Nacional de Energía Eléctrica, «Resolución CNEE-1302015,» 2015. [En línea]. Available: http://www.cnee.gob.gt/pdf/resoluciones/2015/CNEE%20130%20201 5.pdf.

[4]

Comisión de Regulación de Energía y Gas, «Resolución No. 123,» 2011. [En línea]. Available: http://apolo.creg.gov.co/Publicac.nsf/1c09d18d2d5ffb5b05256eee007 09c02/c2081b22df5fd51e0525791e007d7ba9?OpenDocument&Highl ight=0,NoResolucionCREG123-2011.

[20]

Comisión Nacional de Energía Eléctrica, «Resolución CNEE-1312015,» 2015. [En línea]. Available: http://www.cnee.gob.gt/pdf/resoluciones/2015/CNEE%20131%20201 5.pdf.

[21]

[5]

Consejo Nacional de Electricidad, «Regulación No. CONELEC 005/14 Prestación del Servicio de Alumbrado Público General 2014,» 2014. [En línea]. Available: http://www.conelec.gob.ec/normativa/Regulaci%C3%B3n%20No.%2 0CONELEC%20005_14%20Prestaci%C3%B3n%20APG.pdf.

Comisión Nacional de Energía Eléctrica, «Resolución CNEE-1322015,» 2015. [En línea]. Available: http://www.cnee.gob.gt/pdf/resoluciones/2015/CNEE%20132%20201 5.pdf.

[22]

Comisión Nacional de Energía Eléctrica, «Resolución CNEE-1632016,» 2016. [En línea]. Available: http://www.cnee.gob.gt/pdf/resoluciones/2016/CNEE%20163%20201 6.pdf.

[23]

Comisión Nacional de Energía Eléctrica, «Resolución CNEE-1642016,» 2016. [En línea].

[24]

Comisión Federal de Electricidad, «Instructivo para la Interpretación y Aplicación de las Tarifas para el Suministro y Venta de Energía Eléctrica,» 2004. [En línea]. Available: http://www.delrealenergy.com/documentacion/Instructivo_Interpretac ion_de_tarifas_NOV04.pdf.

[25]

Ministerio de Energía y Minas, «Normativa de Alumbrado Público,» 2010. [En línea]. Available: http://www.ine.gob.ni./DGE/normativas/Normat_Alumb_Publico.pdf.

[26]

Dirección General de Alumbrado Público de la Municipalidad de Rosario, 2014.

[27]

I. E. Commission, «IEC 62052-11"Electricity metering equipment (AC) - General requirements, tests and test conditions Part 11: Metering equipment,» 2003.

[6]

[7]

[8]

Superintendencia General de Electricidad y Telecomunicaciones, «Normativa para la Factuación del Servicio de Alumbrado Público,» 2012. [En línea]. Available: http://publica.gobiernoabierto.gob.sv/institutions/superintendenciageneral-de-electricidad-ytelecomunicaciones/information_standards/otros-documentosnormativos. Comisión Nacional de Energía Eléctrica, «Resolución CNEE-1942013,» 2013. [En línea]. Available: http://www.cnee.gob.gt/pdf/resoluciones/2013/CNEE%20194%20201 3.pdf. Comisión Nacional de Energía Eléctrica, «Resolución CNEE-2182013,» 2013. [En línea]. Available: http://www.cnee.gob.gt/pdf/resoluciones/2013/CNEE%20218%20201 3.pdf.

[9]

Comisión Nacional de Energía Eléctrica, «Resolución CNEE 0292014,» 2014. [En línea]. Available: http://www.cnee.gob.gt/pdf/resoluciones/2014/CNEE%20029%20201 4.pdf.

[10]

Comisión Nacional de Energía Eléctrica, «Resolución CNEE-0622014,» 2014. [En línea]. Available: http://www.cnee.gob.gt/pdf/resoluciones/2014/CNEE%20062%20201 4.pdf.

[11]

Comisión Nacional de Energía Eléctrica, «Resolución CNEE-0632014,» 2014. [En línea]. Available: http://www.cnee.gob.gt/pdf/resoluciones/2014/CNEE%20063%20201 4.pdf.

[12]

Comisión Nacional de Energía Eléctrica, «Resolución CNEE-2202014,» 2014. [En línea]. Available: http://www.cnee.gob.gt/pdf/resoluciones/2014/CNEE%20220%20201 4.pdf.

[13]

Comisión Nacional de Energía Eléctrica, «Resolución CNEE-1242015,» 2015. [En línea]. Available: http://www.cnee.gob.gt/pdf/resoluciones/2015/CNEE%20124%20201 5.pdf.

[14]

Comisión Nacional de Energía Eléctrica, «Resoluciín CNEE-1252015,» 2015. [En línea]. Available: http://www.cnee.gob.gt/pdf/resoluciones/2015/CNEE%20125%20201 5.pdf.

[15]

Comisión Nacional de Energía Eléctrica, «Resolución CNEE-1262015,» 2015. [En línea]. Available: http://www.cnee.gob.gt/pdf/resoluciones/2015/CNEE%20126%20201 5.pdf.

[16]

Comisión Nacional de Energía Eléctrica, «Resolución CNEE-1272015,» 2015. [En línea]. Available: http://www.cnee.gob.gt/pdf/resoluciones/2015/CNEE%20127%20201 5.pdf.

[17]

Comisión Nacional de Energía Eléctrica, «Resolución CNEE-1282015,» 2015. [En línea]. Available: http://www.cnee.gob.gt/pdf/resoluciones/2015/CNEE%20128%20201 5.pdf.

[18]

Comisión Nacional de Energía Eléctrica, «Resolución CNEE-1292015,» 2015. [En línea]. Available: http://www.cnee.gob.gt/pdf/resoluciones/2015/CNEE%20129%20201 5.pdf.

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297

Evaluación de armónicos eléctricos en la iluminación residencial Carlorosi1, Mauro V y Manzano2, Eduardo R. Dpto de Eléctrica, Electrónica y Computación, Facet - Universidad Nacional de Tucumán (vmcarlorosi@herrera.unt.edu.ar) Dpto de Luminotecnia Luz y Vision/Ilav Conicet Arg- Universidad Nacional de Tucumán. (emanzano@herrera.unt.edu.ar) Resumen--La presencia de perturbaciones en la onda de tensión y/o corriente en las redes de energía eléctrica por el uso de las cargas no lineales: computadoras, lámparas de descarga, fluorescentes compactas etc. Origina una serie de efectos no deseados como ser la generación de armónicos que producen pérdidas tanto energéticas como económicas y reducción de la capacidad de carga de los transformadores. En un sistema trifásico con neutro rígido a tierra dichas pérdidas de energía se deben a circulación de corrientes de 3era, 5ta 7ma, 11ava y otros armónicos por el neutro y las fases que no se compensan y que pueden alcanzar valores significativos. Abstract--The presence of disturbances in the voltage wave and / or current electricity networks by using non-linear loads: computers, discharge lamps, compact fluorescent etc., causes a number of unwanted effects such as generation harmonics produced both economic and energy losses and reduced capacity transformers. In a three-phase system with rigid neutral ground such energy losses due to circulating currents 3rd, 5th on the 7th, 11th and other harmonics in the neutral and the phases that are not compensated and that can be significant. Palabras claves: Iluminación residencial, armónicas eléctricas, calidad de la energía. Keywords: residential lighting, electric harmonics, energy quality.

I.

INTRODUCCIÓN

Las alteraciones que se presentan en las formas de las ondas de tensión y de corriente por causas de las cargas NO LINEALES (Cargas electrónicas), originan serios inconvenientes técnicos y de calidad de la energía no solo a los clientes o consumidores de la energía, sino también a las Empresas Distribuidoras de Energía. Desde la visión de las distribuidoras de energía interesa reducir el contenido de armónicos para mejorar la calidad de la onda de tensión y descargar el transformador para su mayor aprovechamiento energético. Desde el punto de vista del consumidor con la reducción de los armónicos se obtienen menores pérdidas y consumo, producidas por efectos Joule (I2R), incremento de las vidas de los equipos electrónicos, reducción de calentamiento del cableado, etc.

También se presentan estas distorsiones en las ondas de tensión y corriente en aquellas instalaciones eléctricas que dan el suministro de energía al sistema de alumbrado público, las que son en general redes independientes de las redes de los clientes residenciales, ya que utilizan conductores que son energizados por equipos especiales y durante ciertas horas, pero utilizan el retorno por el neutro, esto hace que durante ciertas horas se tenga un sistema hibrido o sea combinado. El presente trabajo, consta de dos (2) partes: Parte (a): Servicio Residencial - Evaluación del contenido de armónicos en redes domiciliarias con el fin de ponderar el impacto en la calidad de la energía por el uso de lámparas fluorescentes compactas y componentes electrónicos en los equipos electrodomésticos. Parte (b): Servicio de A .Publico - Evaluación del contenido de armónicos en redes de alumbrado público con balastos convencionales y con balastros electrónicos con estabilización de tensión y regulación escalonado de flujo luminoso para lámparas de descarga. Por razones de contenido, solo expondremos en extensión en este trabajo, lo relacionado a la parte (a): Servicio Residencial y se realizara una reducida exposición sobre la Parte (b) y se referenciara lo realizado con artefactos de alumbrado público con fuente luminosa conformada por cuatro (4) módulos de veintiocho (28) LED de 1W de potencia cada uno. II.

PLANIFICACIÓN

Parte (a): Servicio Residencial - Clientes Los sectores residencial y comercial, aceptaron la introducción de los componentes electrónicos en forma masiva mediante su aplicación a los equipos electrodomésticos: televisores, equipos de música, computación, balastos electrónicos sin filtros, fuentes ininterrumpibles, lámparas de descargas, etc., con los cuales también colaboraron a la contaminación de las redes eléctricas. El equipamiento eléctrico de los clientes residenciales, esta aplicado y direccionado a la iluminación, al confort domestico mediante el uso de los aparatos eléctricos en sus diversas aplicaciones, reservando la calefacción de ambientes, la

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cocción de alimentos, etc., al uso del gas sea de redes o envasado. Por lo tanto, se agrupan los equipos eléctricos existentes en una residencia, por su comportamiento y potencia de consumo hacia la red de suministro, obteniéndose así los siguientes grupos: GRUPO a)- equipos que son cargas inductivas: Ventiladores, heladeras, secarropas, lavaplatos, AA split, lavarropas, fluorescente con balastos magnéticos. GRUPO b)- equipos que representan cargas óhmicas, o sea tensión y corriente en fase. Estufas, secadores, caloventores, etc. GRUPO c)- equipos que representan cargas no lineales. Microondas, fluorescentes c/balastos electrónicos televisores, computadoras, impresoras, (LFC), etc. Se evalúan los equipos que están presentes en los hogares y la potencia de ellos frente a la demanda de energía, siendo los del Grupo a) y b) los más prioritarios, siguiendo luego los del Grupo c). Cualquier vivienda utiliza una serie de electrodomésticos pertenecientes a los grupos indicados, la demanda eléctrica de ésta dependerá del peso en potencia de los equipos que ella dispone o sea que tenemos distintos niveles de consumo según las características de los clientes y la distorsión de las variables eléctricas: tensión y corriente dependerá de la proporción de incidencia de cada uno de estos en la demanda total y variable también según el horario. En la Argentina, la AEA (Asociación Electrotécnica Argentina), reglamentó a partir del año 1990, que: ” Toda instalación eléctrica de baja tensión debe ser diseñada con los circuitos de iluminación y de tomas corrientes independientes, fijando un máximo de 15 bocas de conexión por circuito y que los otros equipos deben alimentarse mediante un circuito especial”.

componentes electrónicos hacia la calidad de la energía y la contaminación de las variables eléctricas tomando los agentes intervinientes: el cliente y la empresa de distribución de energía eléctrica. Tabla 2: Tabla AEA -771.8.II

Grado de electrif.

Cant. min. Circ.

Mínimo

2

Médio

3

Elevado Superior

5 6

Tipo de circuitos Variante Ilum. Toma uso uso gral Gral (TUG) (IUG) Única 1 1 a) 1 1 b) 1 1 c) 2 1 d) 1 2 Única 2 2 Única 2 2

Vemos así, que se tiene circuitos de: a) Iluminación (exclusivo) b) Tomacorrientes (exclusivo) c) Especiales (exclusivo) d) Iluminación y tomacorrientes (híbridos) Aplicándose esto, a los distintos grados de electrificación y según la clasificación por GRUPOS realizada, en clientes residenciales con redes de suministro monofásica y trifásica, según la Reglamentación anterior al año 1990, los esquemas de los Tableros Principales se indican en la Fig.1.

Tabla 1: Tabla AEA -771.8.I

Grado de elect. Mínimo Medio Elevado Superior

Superficie limite <60m2 >60m2≤130m2 >130m2 ≤200m2 >200m2

Demanda de pot. máx. simultanea Hasta 3,7KVA Hasta 7KVA Hasta 11KVA >11KVA

Además, se fija un máximo de potencia por circuito de iluminación y de tomacorrientes, siendo los circuitos especiales de potencia .En dicha reglamentación (tablas 771.8.I / 771.8.II), se tienen: en función del grado de electrificación y la superficie, cual es la demanda de potencia y el número mínimo de circuitos que puede tener una instalación. Existen otras instalaciones, anteriores a la resolución de la AEA, que permitía la convivencia de la iluminación y tomacorrientes en un mismo circuito, manteniendo el número máximo de 15 bocas de conexión por circuito. Se tiene así una idea real de la complejidad de los medios en el cual evaluaremos el comportamiento de los equipos y

Figs.1: Esquemas de un Tablero Principal Reglamentación anterior a 1990

En este caso, tenemos circuitos híbridos: Iluminación / tomas y los circuitos especiales de Tomacorrientes.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 III.

Para la nueva Reglamentación (AEA), el esquema de los circuitos en los Tableros Principales es el que se indica en la Fig.2 .

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MEDICIONES

1)-Lámpara fluorescente compacta (cant.:5x15W)

Fig.3: Forma de las ondas de U y I

Fig. .2: Esquemas de un Tablero Principal Reglamentación AEA a partir del año 1990

En éste caso, tenemos circuitos puros: iluminación, tomacorrientes y especiales, en el Tablero Principal y en todos los Tableros Secundarios de la instalación eléctrica. En este trabajo, tomamos los grados: mínimo, medio (c/ variantes) y elevado, la diferencia está solo en la potencia registrada en las mediciones por el uso de los elementos según los GRUPOS. Otro factor importante en las mediciones para poder evaluar los resultados, es el horario estimado para realizar las mismas, ya que éste tiene una cierta dependencia de las actividades que se desarrollan en una vivienda, por lo que las mismas se realizaron durante el día y a la noche. Para evaluar el comportamiento de los distintos equipos electrodomésticos, se presentan los oscilogramas de tensión y corriente de algunos de ellos, suponiendo siempre que la tensión de alimentación es senoidal y su grado de distorsión es menor a lo fijado por la norma (<8%). Teniendo en cuenta los distintos tipos de circuitos de iluminación (exclusivos o híbridos) , se consideraron cargas no lineales que corresponden a distintos electrodomésticos de uso múltiple e intensivo en los hogares y se registraron las variables eléctricas de U y I , sus descomposiciones en frecuencia (espectro) , los índices de distorsión en (%).

Figs 4-5: Espectro de la U de red y I de carga 2)-CPU +Monitor encendido + LG + LFC 18w (escritorio)

300

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 VARIANTE (A):

Circuitos híbridos PUNTOS: (x-1) ; (x-2), que corresponden al tablero seccional y principal de donde se alimentan los circuitos y (x-10) alimentación a la vivienda. VARIANTE (B):

Circuitos independientes PUNTOS: (x-3); (x-4), corresponden al tablero seccional y principal de donde se alimentan los circuitos y (x-20) alimentación a la vivienda.

Figs 6-7: Forma de ondas U y I – Espectro de I

En las configuraciones indicadas, se realizaron las mediciones mediante el uso de un equipo analizador (1) de acuerdo a IEC (2) y siguiendo lo indicado por el ENRE (3) y las Normas IRAM (4) las que se toman como referencia. Se midieron otros electrodomésticos: batidora, licuadora, secador de cabello, mini procesadora, ventiladores, etc., registrándose las variables de tensión, corriente, potencia, factor de potencia, distorsión, formas de ondas. 3)-Home theatre + TV (LCD-32”) Sanyo – energizado

Figs 8-9: Forma de ondas U y I – Espectro de I

Según los equipos existentes en una casa residencial, los grados de electrificación, la clasificación según los GRUPOS y las VARIANTES de conexionado, las opciones y posibilidades son múltiples, por lo que las mediciones se realizaron en los PUNTOS (x) marcados en las VARIANTES (A) y (B) Figs.1-2.

Para la evaluación de los resultados, solo se expondrán los registros de las formas de onda y su espectro de armónicos, a medida que se habilitan los elementos según el uso por parte del cliente. VARIANTE (A): Puntos (x-1) (x-2) : Circuito Nº1 (iluminación + Tomacorriente)

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presentan una onda de corriente distorsiva gran parte del tiempo o sea que aportaran a la fuente de alimentación distintas armónicas dependiendo del número de elementos encendidos. A veces en estos circuitos se conectan TV (en todas sus variantes) y otros electrodomésticos que alteran la onda de corriente original de la iluminación dando así una variedad de formas y de armónicos. En forma similar, a medida que crece la POTENCIA OHMICA / INDUCTIVA sobre la POTENCIA DISTORSIVA, disminuye el contenido de las armónicas, sino también el THD% del circuito y lo más importante el K, o sea que mejora la capacidad de entrega de potencia por parte del transformador. Analizando según el tiempo de utilización de estos equipos electrodomésticos, vemos que su uso es muy reducido por lo que la onda de corriente que se presenta hacia la empresa distribuidora o hacia el tablero seccional o principal es altamente distorsiva y fluctuante. Cuando estos circuitos alimentan equipos como ser: TV, computadoras, artefactos de iluminación con distintos tipos de lámparas, el uso horario es mucho más extendido y según el tipo de cargas hacen que la corriente sea distorsiva permaneciendo mayor tiempo. A estos circuitos híbridos, no se conectan (normalmente) las cargas óhmicas inductivas: heladeras, lavarropas, freezer, microondas, etc., los que se alimentan de los circuitos de tomacorrientes de uso especiales (TUE). Las mediciones en la alimentación al cliente: PUNTOS: (x-10) ó (x-20), son las siguientes: Punto (x-10) (x-20) : Circuito Alimentación

Figs10 a 17: Ondas de U y I – Espectro de I

Este circuito hibrido se alimenta del tablero seccional, corresponde a cuatro locales de la casa, tres de ellos tienen iluminación con LFC -15w, ventiladores de techo con iluminación con LFC de 15w y el otro local con artefactos fluorescentes de 2(2x36w), teniendo además 5(cinco) tomas corrientes en los cuales se conectan en forma fija 1(un) ventilador de pie de ∅ =40 cm y una estufa eléctrica de 1x1000w. La corriente es distorsiva pero al conectarse los últimos componentes que son inductivos, las ondas de tensión y corriente sufren cambios, disminuyen algunos armónicos. En forma general, estos circuitos híbridos con iluminación mediante LFC, fluorescentes con balastos convencionales, etc.,

Fig.18/19: Forma onda U y I -Espectro de I Pto (x-10) - VARIANTE (A)

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 distintos horarios siempre hay contaminación hacia las redes de alimentación. Los resultados observados son los mismos que para los esquemas de las propiedades antes y después de las regulaciones de la AEA. Sin embargo sigue siendo las ventajas de seguridad eléctrica que separan los circuitos, por ejemplo, interrumpiendo el circuito de iluminación para una sustitución de la lámpara o al desconectar un enchufe de un aparato importante con las luces encendidas. El contenido armónico medido en la mayoría de los casos supera los límites de los reglamentos, en particular la armónica de orden 15 y 21 . Por otra parte la distorsión armónica de tensión (TDHv %) rara vez supera el límite indicado por la norma : 8 %. V.

Fig.20/21: Forma onda U y I -- Espectro de I Pto(x-20) - VARIANTE (B)

Se tiene una alta distorsión en ambos casos. Las mediciones en clientes trifásicos, dieron resultados de desequilibrio entre las fases y con fuerte distorsión en las corrientes. IV.

DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS

El contenido de armónicos en edificios residenciales varía de acuerdo con el tipo de carga en uso en el momento de medición. Las lámparas fluorescentes compactas producen armónicos que puede verse compensado o reducirse cuando se combinan con otras cargas, especialmente resistiva., dependiendo de la relación entre las potencias Distorsiva y Potencia Óhmica/Inductiva.

Fig, 22: Pot, Distorsiva –Pot Óhmica /inductiva –THDi%.

En la Fig. 22 se observa como disminuye la distorsión de la corriente (THDi%), cuando crece la potencia óhmica/inductiva en relación a la potencia distorsiva. Comparando las Figs18/19 con las Figs20/21 , vemos que las mediciones de la distorsión de corriente o contaminación de las redes de la Distribuidora son muy similares dependiendo fundamentalmente del horario en que se realiza la medición y de los equipos electrónicos ( iluminación – electrodomésticos) que disponga en uso cada cliente , lo que si concluimos que en

Parte (a). CONCLUSIONES

El efecto de los armónicos producidos por LFC en los circuitos de iluminación en edificios residenciales, siendo estas las de mayor utilización en cuanto a cantidad y también en relación a las horas de uso diario, da como resultado la existencia de un alto contenido de armónicos hacia las redes de la Distribuidora en ciertos horarios, incrementándose en algunos casos con el uso de otros componentes eléctricos. También se estudió el comportamiento de los circuitos de iluminación simultáneamente con otras cargas: ventiladores de techo, extractores, iluminación con tubos fluorescentes, etc. También se analizó la influencia de las nuevas regulaciones para las instalaciones eléctricas de baja tensión en edificios residenciales de la Asociación Electrotécnica Argentina. Los resultados de medición indican una fuerte variabilidad en el contenido armónico en función de la naturaleza de las cargas combinadas en el momento de la medición. En el punto de conexión con los resultados de servicios públicos de energía son similares con la nueva normativa contra el AEA anterior. La influencia de las LFC en el contenido de armónicos dependerá del peso de su poder relacionada con la energía de la carga total en el momento de la medición. Con frecuencia no es significativo en algunos horarios cuando se habilitan al servicio los circuitos especiales de tomacorrientes que conectan cargas de potencia y del tipo óhmicas/inductivas (plancha, microondas, etc.). Si bien el contenido armónico de las ondas de corriente que los clientes devuelven a las Distribuidoras, varían durante el día y en función de las distintas cargas que habilitan, se tiene que los circuitos internos tanto de iluminación como de tomas corrientes que tienen interruptores diferenciales pueden tener desenganches aleatorios, originando interrupciones del servicio en los mismos, que afectan la calidad del servicio. Lo anterior implica que las protecciones de los distintos circuitos deben ser estudiadas y analizadas en función de las cargas afectadas a ellos, incluso con la utilización de interruptores diferenciales especiales o sea del tipo inmunizado. Parece ser más conveniente que cada aparato o equipo venga con filtro de armónicos, en lugar de un filtro dinámico para toda

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la instalación de la propiedad, en el punto final de la conexión a la red, o sea en el tablero principal.

dispone de un parque de 30.000 puntos de luz, tomando 6 (seis) puestos de encendido con un total de 273 luminarias,

Parte (b): Servicio Alumbrado Público - Clientes

El objetivo de ésta etapa del trabajo fue estudiar la incidencia de los armónicos en las instalaciones tradicionales del alumbrado público y el efecto de incorporar el uso de equipos auxiliares electrónicos con estabilización de tensión y regulación escalonada de flujo luminoso para lámparas de descargas que tiene como fin la reducción del consumo de energía, para lo cual se realizaron mediciones en las condiciones de funcionamiento real, antes y después de instalar los equipos auxiliares electrónicos.

La calidad del suministro de energía eléctrica a nivel nacional, está regulado por el ENRE que a su vez tiene como referencia normas internacionales ya mencionadas anteriormente y además es el responsable de garantizarla. Los controles sobre la calidad se aplicaban básicamente al nivel de voltaje y continuidad del servicio, por su parte los consumidores deben garantizar una carga con un FP inductivo superior a 0,9, no existiendo ninguna exigencia o presión técnico económico por la contaminación de los suministros eléctricos. La redes eléctricas del alumbrado urbano, son propiedad y responsabilidad de los municipios y salvo el caso de la ciudad de Buenos Aires, en las grandes ciudades, son redes aéreas o subterráneas independientes de la distribución domiciliaría. Prácticamente un 98% de las redes en la ciudad de San Miguel de Tucumán presentan estas características. Además están conectadas a un transformador trifásico con neutro de conexión a tierra (Sistema: TT), que a su vez también alimenta todas las redes secundarias domiciliarias, compartiendo entre ambas: alumbrado / redes de BT en la mayoría de los casos solo el neutro existente de la red. El alumbrado público de las ciudades, está constituido actualmente en su gran mayoría por luminarias con lámparas de descarga, lámparas de sodio alta presión (80 a 70%) y mercurio color corregido o mercurio halógeno (15% a 25%). El equipo auxiliar utilizado en las luminarias es del tipo electro magnético cuyo funcionamiento puede generar armónicos que distorsionan la calidad de la forma de onda de la tensión al ser su corriente no senoidal. Este efecto depende de la calidad de sus componentes, de la lámpara, de la compensación capacitiva y su antigüedad. Teniendo en cuenta la crisis energética que enfrenta nuestro país, han surgido programas de eficiencia energética PRONUREE donde a nivel de municipios se plantean fuentes de financiación para reciclado de instalaciones, reemplazando luminarias con lámparas de mercurio o luminarias ineficientes con lámparas de sodio por luminarias más eficientes con lámparas de sodio de menor potencia.

Los resultados de esta etapa del trabajo de investigación, NO forman parte de ésta presentación. Como complemento de las mediciones en el Alumbrado Público, se realizaron en el LABORATORIO DE LUMINOTECNIA – FACET – UNT, controles de los parámetros fotométricos a dos luminarias tipo exterior para alumbrado público, provista con una fuente luminosa conformada por cuatro (4) módulos de veintiocho (28) LEDs de 1 Watt de potencia cada uno. Se realizaron los controles mediante un equipo FLUKE 435 homologado y fuente de tensión estabilizada KIKUSUI PCR 2000L y siguiendo los lineamientos indicados por las Normas CEI IEC 61.000-3-2 y CEI IEC 61.000-4-7. A los efectos de poder evaluar el comportamiento de la fuente luminosa con LEDs , con distintos DRIVER , se procedió a registrar los parámetros eléctricos: U , I , Potencias: activa, reactiva, aparente , Factor de potencia, cos fi , Factor de cresta de tensión , Factor de cresta de corriente y calcular la Distorsión armónica total de tensión y de corriente : (THDv%) y (THDi%) , los que definirán el grado de contaminación de la Luminaria (THDi%) y cuanto estas afectan a la onda de tensión impuesta por la empresa Distribuidora (THDv%). Los registros de las ondas de U y I , como los parámetros eléctricos y el grafico del espectro de la corriente de la luminaria , se detallan a continuación: Muestra A – driver 1

Otra posibilidad de reemplazo incluye el empleo de equipos auxiliares electrónicos con estabilización de tensión y regulación escalonada de flujo luminoso obteniéndose un mejoramiento de la calidad de la energía de la red, con una evaluación técnica-económica favorable para ellos. Existe un creciente interés al uso de luminarias a LEDs en alumbrado público lo cual posiblemente se masifique dentro de algunos años, pero actualmente limitado por los altos precios de esta tecnología de punta. Con el fin de evaluar el impacto en redes de alumbrado se realizó un estudio en la ciudad de San Miguel de Tucumán, que

Fig.23: Onda de U y I

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 valores de distorsión de corriente: THDi % variable entre 12,5% para las frecuencias menores y 2,5% para las de orden superior, según se puede apreciar en la Fig.24. Estas armónicas producirán en las impedancias de las redes del alumbrado y del neutro: caídas de tensiones armónicas que distorsionarían la onda de tensión de la empresa Distribuidora en sus valores de pico y por ende afectarían a los otros clientes residenciales conectados en dichas líneas eléctricas dentro del horario de funcionamiento del alumbrado público.

TABLA 3 : Parametros Electricos

Por lo que, de utilizar ésta luminaria con LED en reemplazo de las luminarias tradicionales: las lámparas de descargas de Vp de Na 250W ó 400 W con balastos electromagnéticos, solo se obtendría una reducción apreciable del consumo al disminuir la potencia instalada en los equipos , pero dada la elevada contaminación y muy superior de las luminarias con LED , se tendría una disminución de la capacidades de suministro por parte de los transformadores al incrementar estos sus pérdidas interiores por la presencia de las frecuencias armónicas. O sea que en este caso, al utilizar nuevas tecnología o dicho de otro modo, tecnología de punta para mejorar la calidad de la energía y disminuir el consumo estaríamos produciendo un efecto contrario. La razón principal del problema indicado, está en el equipo auxiliar electrónico que utilizan los LEDs o sea el llamado: DRIVER. Muestra A- driver 2

Fig.24: Espectro de la corriente de la luminaria

Se procedió a realizar mediciones con la misma Luminaria pero utilizando otro DRIVER, los resultados se indican a continuación:

De acuerdo con la norma IEC 61000-3-2 (2005)-11 la muestra ensayada no cumple con los límites de armónicos de corriente según consta en mediciones efectuadas por sobrepasar los armónicos de corriente de orden: 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15,17 ,19, 21, 23, 25, 27, 29, 31 , 33, 35, 37 los valores admisibles. Teniendo en cuenta, que la luminaria no cumple con las especificaciones técnicas de las normas, siendo su contaminación elevada: THDI = 158,6 % , con presencia de las armónicas : 3era , 5ta ,7ma ,9na , 11va ,13va y las otras de orden superior , con valores muy superiores a los fijados por normas y aún mayores que los existentes en las luminarias de uso intensivo en el alumbrado público: lámparas de descargas con balastos electromagnéticos. Estas corriente de las armónicas, son elevadas y circulan por las redes produciendo calentamiento en la resistencia de los conductores y caídas de tensión en las impedancias de las mismas y en el caso de las armónicas múltiplo de 3, se cierran y circulan por el neutro si estuvieran en una instalación trifásica de alumbrado público, por lo que se afectaría la capacidad de potencia de la subestación transformadora. También se tiene presencia de armónicas de frecuencias elevadas (superior a la armónica de orden 20 – 1000Hz), con

Fig.25: Registro Onda de U y I

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valores no afectaría el normal funcionamiento transformador y la sobrecarga del neutro seria mínima.

del

También se tiene presencia de armónicas de frecuencias elevadas (superior a la armónica de orden 20 – 1000Hz), con valores de distorsión de corriente: THDi % variable entre 1,3% para las frecuencias menores y 0,2% para las de orden superior, según se puede apreciar en la Fig.26.

Tabla 4: Registros de U y I

Por lo que, de utilizar esta luminaria con LED en reemplazo de las luminarias tradicionales: lámparas de descargas de Vp de Na 250W ó 400 W con balastos electromagnéticos, se Obtendría una reducción apreciable del consumo al disminuir la potencia instalada en los equipos, pero también dada la ínfima contaminación de ésta luminaria con LEDs, se tendría que la capacidad de suministro por parte de los transformadores sería prácticamente despreciable. O sea que en este caso , al utilizar nuevas tecnología o sea , tecnología de punta para mejorar la calidad de la energía se obtendría reducir el consumo y no habría contaminación de las redes y no se afectaría a las unidades proveedoras de energía. V. Parte (b): CONCLUSIONES

Fig.26: Espectro Armonico de la Correinte

El equipo bajo ensayo según IEC 61000-3-2 (2005) corresponde a equipamiento clase C con potencia de entrada > 25W. De acuerdo con la norma IEC 61000-3-2 (2005)-11 la muestra ensayada cumple con los límites de armónicos de corriente según consta en mediciones efectuadas por no sobrepasar los valores admisibles. Realizando un análisis similar al de la muestra (A) y teniendo en cuenta, que la luminaria cumple con las especificaciones técnicas de las normas, siendo su contaminación reducida: THDI = 8,6 % , con presencia de las armónicas : 3era , 5ta ,7ma ,9na , 11va ,13va y las otras de orden superior , con valores muy inferiores a los fijados por normas y mucho menores a los existentes en las luminarias estándar de uso masivo en el alumbrado público , como ser las que utilizan lámparas de descargas con balastos electromagnéticos. Estas corriente armónicas, son muy reducidas y al circular por las redes produce menos calentamiento en la resistencia de los conductores y sus caídas de tensión en las impedancias de las mismas son muy pequeñas y en el caso de las armónicas múltiplo de 3, se cierran y circulan por el neutro si estuvieran en una instalación trifásica de alumbrado público, pero dado sus

Al utilizar los adelantos tecnológicos que trae la electrónica de potencia con el fin de mejorar la calidad de energía y entregar a los consumidores un producto de calidad sin contaminación, se requiere por parte de los distintos organismos intervinientes en el mercado eléctrico un ESTRICTO CONTROL DE ESTOS DESARROLLOS ELECTRÓNICOS aplicados a los accesorios que conforman las luminarias , ya que dentro de estos existen fabricantes cuyos productos tienen un precio accesible , pero que NO CUMPLEN con las exigencias de las normas y originan un deterioro de la calidad de energía. Teniendo en cuenta que en la actualidad todos los servicios de Alumbrado Público pertenecen a los Municipios, siendo de su responsabilidad que el funcionamiento de estas instalaciones se encuentren dentro de los márgenes aceptables indicados por las normas, deberán extremar los controles y exigir en sus PLIEGOS DE LICITACIONES o de MANTENIMIENTO DEL ALUMBRADO PUBLICO la intervención de los LABORATORIOS ACREDITADOS OFICIALES, para que todos los componentes que forman parte de las LUMINARIAS tengan su protocolo de ensayo, en cuanto a sus curvas fotométricas y los grados de contaminación armónicos de las corrientes que se inyectarían hacía las redes eléctricas de las Empresas Distribuidoras de Energía Eléctrica. En la actualidad, el control de la contaminación armónica de las redes de Alumbrado Público, NO SE REALIZA en ningún Municipio o Intendencia, pero se estima que en un futuro cercano se implementaría ya que afecta directamente a la capacidad de transporte de los transformadores. En todos los casos que se presentaron, se tiene que desde la misma barra de salida del transformador se alimentan todas las cargas, sean lineales o no lineales, lo que hace que la tensión en

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los clientes NO SEA SENOIDAL PURA. Además la presencia de armónicos en las cargas, incide directamente en la capacidad del transformador, el cual ve reducida su potencia cuanto mayor sea el contenido de armónicos existentes, este fenómeno se tiene en cuenta mediante el FACTOR K. En la Fig.27, se observa cómo se reduce la potencia disponible en el transformador cuando la potencia distorsiva crece en relación a la demanda total del equipo. Para el caso explicado anteriormente, una SET con carga mixta y alumbrado público, que presenta una potencia de carga NO LINEAL cuyo orden de oscilación está entre el: 12% al 19% (potencia de SET 160 KVA / 315 KVA), dependiendo de la hora del día, siendo los valores superiores a partir de las 19 hs, vemos que la potencia de la fuente: transformador, SE REDUCE ENTRE: 12% al 25 %. Fig.29: Forma de las Ondas de U y I – Sin Carga

En la Fig.29- cuando el interruptor principal de BT está abierto, o sea en vacío, sin carga o dicho de otra manera todos los clientes sin suministro de energía. Comparando ambos registros, se puede observar perfectamente la variación que experimenta la forma de la onda de tensión cuando se le conecta la carga mixta, o sea que la presencia de la carga distorsiva me deforma la tensión aplicada a todos los clientes que se alimentan de la misma barra. AGRADECIMIENTOS

Agradecemos al Proyecto CIUNT26/E430 y a la Agencia por el apoyo económico. Fig.27: Variacion de la Potencia del transformador vs Distorsion REFERENCIAS

En las Figs.28/29 – se tienen los registros de la forma de las ondas de tensión en dos instantes muy importante: En la Fig.28 cuando el interruptor principal de BT salida del transformador está cerrado y alimenta una carga mixta, siendo la potencia distorsiva del orden de 30% de la potencia del transformador.

Fig.28: Onda de U y I – con carga distorsiva

(1)- Analizador Trifásico de calidad energía FLUKE 435-clase A . (1)- Registrador de potencia trifásico – FLUKE 1735- clase B. (2)- Norma IEC 61000-4-7-Testing and measurement techniques IEC1000-2-2 / IEC 555 / IEC 519/92. (3)- Resolución ENRE 99/97- ENRE 184/2000. (4)- IRAM 2491-3-2 – Idem a EN61000-3-2. -- Manzano., Carlorosi , Tapia Garzón (2009). Performance and measurement of power quality due to harmonics from street lighting networks. Acts of international Conference on Renewable Energies and Power Quality.(ICREPQ´09) ISBN 978 84 612 8010.

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Contribución a la eficiencia energética en iluminación desde el diseño y la explotación Edith Feliciana Cardoso1, Raitelli Mario Roberto2 1- Municipalidad de San Fernando del Valle de Catamarca- Provincia de Catamarca- Argentina(arqedithcardoso@gmail.com) 2- Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión - Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología Universidad Nacional de Tucumán - Argentina(mraitelli@herrera.unt.edu.ar) Resumen: Se presentan resultados de un estudio de la iluminación interior del edificio de la Municipalidad de Catamarca, orientado a identificar y estimar el impacto de factores de ineficiencia energética en iluminación de interiores atribuibles a cuestiones de diseño o uso incorrecto de las instalaciones. El objetivo es elaborar pautas y recomendaciones que permitan superar esta situación que es muy frecuente en la práctica; en especial, en edificios públicos. Abstract: The results of a study of the interior lighting system in the building of the Municipality of Catamarca city are presented. The work is oriented to identify and estimate the impact of inefficiency factors in lighting due to both, design and wrong use of the installations The aim is to propose strategies and recommendations to overcome the very common situation of inefficient use of lighting installations, especially in public buildings.

I.

INTRODUCCION

Es común encontrar instalaciones de alumbrado, en especial, en edificios públicos, que funcionan con un importante grado de ineficiencia energética. Las causas de tal situación son múltiples y conllevan a un significativo derroche de energía. En este trabajo se presenta un estudio de la iluminación del sector de oficinas del edificio de la Municipalidad de Catamarca, efectuado con el objetivo de identificar y estimar el impacto de factores de ineficiencia energética atribuibles a cuestiones de diseño o de uso incorrecto de las instalaciones. El trabajo es parte del plan de actividades de una tesis de maestría orientada a elaborar pautas y recomendaciones que permitan superar la situación de ineficiencia energética señalada, e incluyó:  Relevamiento arquitectónico de distintos ambientes del edificio (oficinas individuales y múltiples, sectores de circulación, accesos y salas de espera), en los cuales se efectuaron mediciones de iluminancia y una estimación del aporte de luz natural.

 Análisis de la tecnología utilizada: lámparas, luminarias, sistema de comando y control de la iluminación, sistemas de protección de ventanas, etc.  Evaluación visual del estado de conservación y mantenimiento del equipamiento y las instalaciones.  Cálculos computarizados de iluminación artificial y natural a fin de determinar posibles estrategias de modificación del esquema de conexionado de las luminarias que permitan una coordinación con la luz natural orientada a reducir el consumo de energía para iluminación del edificio.

II. RELEVAMIENTO ARQUITECTÓNICO

El trabajo se realizó en el actual Palacio Municipal cuya función original fue la estación terminal del Ferrocarril de la Ciudad de San Fernando del Valle de Catamarca. El edificio fue proyectado en la segunda mitad del siglo XIX y cesa en su función original en 1977. Durante años, el predio y sus instalaciones fueron usurpados, hasta que a fines de la década del 80 pasan a la órbita del Municipio tras años de gestión. En el año 2010 la estación fue restaurada y refuncionalizada, convirtiéndose en la sede del Poder Ejecutivo Municipal, Centro de Exposiciones y Paseo Cultural. En la actualidad las actividades culturales no tienen vigencia.

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Fig.1: Imagen exterior del Palacio Municipal

El edificio de planta en “U”, posee dos niveles. El volumen es simétrico con elementos arquitectónicos italianizantes. La organización de los espacios interiores es lineal, siguiendo la circulación perimetral. Sus dimensiones son limitadas, debido a que fueron proyectados para contener actividades de apoyo (secundarias) al ferrocarril, en los cuales pocas personas harían uso de los mismos. Mientras que los espacios masivos (principales) fueron pensados como semi-cubiertos estos son las galerías y el gran Hall de acceso. Fig.3: Imagen del Pasillo de Planta Baja

Los pasillos de planta alta en cambio, poseen ventanas orientadas al Este y están conectadas directamente con el exterior, a estas aberturas se le agregaron cortinas opacas para controlar el acceso de luz natural y atenuar la radiación solar directa.

Fig.2: Imagen del Patio Central

Se propuso originalmente relevar 3 espacios diferentes como pasillo, sala de espera y una oficina debido a sus diferencias morfológicas, funcionales, necesidades luminotécnicas, etc., pero al recorrer sus espacios se pudo advertir que las condiciones ambientales en planta baja y la planta alta varían para algunos espacios con las mismas funciones, como por ejemplo los pasillos en planta baja de orientación Este, no tienen conexión directa al exterior sino a través de galerías, que permiten el ingreso de luz natural gracias a puertas ventanas sin aporte de radiación solar directa (calor).

Fig.4: Imagen del Pasillo de Planta Alta

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Fig.6: Imagen de luminarias de Sala de Espera de Planta Baja

Algunas oficinas fueron cerradas con divisorios de vidrio para poder cumplir con su función. Esta solución permite el aporte de luz natural que proviene desde los pasillos. Otras oficinas se encuentran totalmente cerradas con ventanas orientadas hacia el Este y Oeste.

El control de la iluminación de pasillos, escaleras e iluminación exterior es a través de tableros eléctricos ubicados en espacios técnicos debajo de las escaleras; cada oficina activa el sistema de iluminación a través de control manual. Se observan artefactos de iluminación encendidos aun cuando no son necesarios, aunque la luz natural sea suficiente.

IV. EVALUACIÓN VISUAL DEL ESTADO DE CONSERVACIÓN Y MANTENIMIENTO

Al recorrer el edificio se pudo observar que el sistema de iluminación exterior tanto para embellecimiento arquitectónico como para uso, no presentan buena conservación por falta de mantenimiento, varias luminarias no encieden y están recubiertas de polvo; se debe mencionar que en la ciudad de Catamarca el viento es un factor constante durante todo el año.

Fig.5: Imagen de Oficina de Planta Baja III. TECNOLOGÍA UTILIZADA

La tecnología utilizada es tradicional, donde las luminarias se emplean de modo generalizado casi en todos los espacios interiores (pasillos, oficinas, sala de espera, etc.) Las luminarias son de tipo suspendido mediante tensores, con óptica directa-indirecta y equipada, cada una, con 2 lámparas fluorescente lineales de 36 W y formato T8. También se ha instalado luminarias para iluminación puntual con lámparas halógenas, modelo AR111 y dicroicas de 50 W, utilizadas para destacar obras de artes, cuando el Palacio cumplía también con la función de Centro Cultural. Actualmente tienen un uso muy reducido.

Fig.7: Imagen de la fuente del Patio Central

Al ingresar a los espacios interiores se visualizan las luminarias para la iluminación general en buen estado de conservación, aún cuando el mantenimiento es escaso y carece de una planificación. Esto se debe a que las instalaciones tienen pocos años de uso. No se cuenta con almacenamiento de luminarias para reposición, y solo se recambian aquellas fuentes que dejan de funcionar. El sistema de iluminación puntual formado por lámparas AR 111 y dicroicas actualmente está en desuso ya que no se exponen obras artisticas, como cuando se inauguraron las instalaciones, dichos espacios se refuncionalizaron, pasaron de ser sala de exposiciones a oficina, sala de espera, etc. Desde el punto de vista estético la elección de las luminarias fue acertada, ya que se integran con el diseño y los materiales empleados en la intervención de recuperación del edificio. La luz, de tonalidad neutra, permite la percepcción de los colores pasteles de los planos verticales (paredes), blanco en plano superior (cielorraso), etc.

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V. MEDICIONES

Las tareas de medición in situ se realizaron con un luxómetro y trípode, los primeros días del mes de junio a las 9.30 hs. Para este análisis, se seleccionaron 3 situaciones representativas de los espacios iluminados artificialmente: a) Espacios con aporte de iluminación natural total b) Espacios con aporte parcial de luz natural c) Espacios sin aporte de luz natural. Las condición de cielo al momento del relevamiento fue despejado (situación que se presenta mayor parte del año en la ciudad de Catamarca). En la oficina técnica de planta baja se observó que los niveles de iluminancia maxima sobre el plano de trabajo, un escritorio a 0.75 m del plano inferior , proximo a la ventana, superan los 500 lx cuando la cortina está abierta 100% y 50%; apenas llega a 100 lx cuando se anula el ingreso de luz natural. El pasillo de planta alta cuenta con orientación Este y ventanas vidriadas a través del cual ingresa luz natural, las mediciones se realizaron en un plano a 0.28 m del nivel del suelo y en el centro del mismo. Los niveles de iluminancia máxima superan los 2000 lx cuando la cortina está abierta 100% y 50%, mientras no llegan a los 200 lx cuando se anula el ingreso de luz natural. Las mediciones demuestran que la luz natural no fue pensada como parte del sistema de iluminación del edificio. Las cortinas sirven sólo para proteger los espacios interiores de la alta radiación solar propia de esta región. La iluminación artificial por su parte, suministra aproximadamente un 50% de los niveles de iluminancia recomendados para las tareas que se realizan el ediificio. El sistema de comando de luces es manual y tampoco fue diseñado con el objetivo de hacer un uso racional de la energía destinada a iluminación. VI. MODELOS COMPUTACIONALES

A través de modelizaciones se buscó aprovechar los recursos con los que cuenta la institución, como lo son la luz natural, las actuales luminarias, el color de los planos, etc. Para hacer uso de la luz natural se diseñaron parasoles verticales fijos (orientación Este y Oeste) que permitan el paso de luz sin causar molestias a los usuarios. Las cortinas actuales se regulan manualmente, y en espacios como los pasillos de planta alta resultan obsoletas porque no se regulan según la necesidad luminica. La integración de la iluminación natural con la artificial, permite proveer óptimas condiciones para casi la totalidad de los puestos de trabajo, precindiendo de un 50 % de las luminarias durante un importante período de la jornada laboral. Sin embargo, este potencial de ahorro en la práctica es muy inferior debido a que el control de la iluminación queda librado a los usuarios.

Fig.8: Imagen de simulación de oficina individual – Programa Relux

VII. USUARIOS

Se realizaron encuestas a los usuarios del Palacio Municipal, y a usuarios de otro edificio que pertenece a la municipalidad carente de los recursos ambientales con los que cuenta dicho edificio. En ambos casos las actividades son las mismas como oficina tecnica grupal, oficina privada, sala de espera, circulaciones. Un dato muy importante es que en el edificio complementario al Palacio Municipal, los espacios ocupados por los usuaros encuestados carecen de ventanas. En el Palacio Municipal el 80% de los encuestados está de acuerdo con el actual sistema de iluminación, argumentan que es suficiente, esteticamente correcto y les agrada tener ventanas. Las molestias por deslumbramiento en ciertas horas de la tarde (ventanas al oeste) es una constante entre las molestias ocasionadas por la luz natural. En el otro edificio, solo el 40% de los usuarios están de acuerdo con el sistema de iluminación artificial, atribuyen a que es insuficiente para realizar las tareas normales. También manifiestan deseos de tener contacto con el exterior a traves de ventanas y en general les resulta indiferente el entorno visual. Otro aspecto importante es el uso racional de energía relacionado con la iluminación, en el Palacio Municipal los usuarios manifestaron que al ingresar a sus lugares de trabajo encienden el sistema artificial de iluminación y lo apagan cuando se retiran de los mismos, en cambio van regulando el paso de luz natural a medida que transcurre la jornada laboral. Los usuarios del otro edificio dejaron en evidencia que encienden las luminarias al ingresar al mismo, y no las apagan cuando se retiran. Cabe resaltar que al no tener aporte de luz natural se necesita el 100% del sistema artificial de iluminación.

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una medida que puede contribuir significativamente a hacer un uso más eficiente de la iluminación del edificio. En la República Argentina la energía destinada a iluminación representa más del 20% del consumo total nacional, es necesario la aplicación de criterios de eficiencia en las normas y recomendaciones, que orienten a los diseñadores y a los usuarios en las estrategias de control de calidad y de buen uso de las instalaciones.

REFERENCIAS Assaf, L. “Metrología de la Eficiencia en sistemas de iluminación, incluyendo el aprovechamiento energético del alumbrado natural”. Tesis Doctoral. Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión. Universidad Nacional de Tucumán. 2004. Norma IRAM-AADL J20-05. Iluminación artificial de interiores. Características. Norma IRAM-AADL J20-06. Iluminación artificial de interiores. Niveles de iluminación Varios. “200 obras de patrimonio turístico de San Fernando del Valle de Catamarca”. Catamarca 2010 IESNA. The importance of lighting in the office environment Fig.9: Imagen de Oficina de Planta Baja

VIII. PROYECCIONES

La incorporación de un sistema de control que permita regular los niveles de iluminación en forma coordinada con la disponibilidad de luz natural, tendría un alto costo inicial pero las ventajas de racionalizar el uso de energía, es positivo ya que en la actualidad hay un uso indebido de la misma, aún cuando la tecnología es de bajo consumo. Elaborar un Plan de mantenimiento de las instalaciones, como por ejemplo, cambio de lámparas y limpieza de luminarias; actualmente las tareas de mantenimiento son deficientes aún cuando existe personal para tal finalidad. Los fondos económicos destinados a mantenimiento son mínimos. Flexibilizar el uso de luminarias en las oficinas abiertas, aunque sea a través de controles manuales, permite ahorrar energía. Sería importante diseñar un sistema de iluminación general y localizado para los puestos de trabajo. El empleo de un sistema de control automático comandado por sensores de presencia, es también una estrategia que conduciria a reducir el consumo de energía durante los períodos donde las instalaciones estan fuera de servicio o con un funcionamiento reducido. La implementación de capacitación y sobre todo, concientización de todos los usuarios sobre la importancia del uso racional de energía, relacionado a la iluminación es también

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Asociación Gremial de Empresas Eléctricas Un siglo aportando al desarrollo de los sectores de transmisión y distribución de energía a lo largo del país.

www.electricas.cl / @EElectricas

Corporación Chilena de Normalización Electrotécnica

Porque alumbrar nuestra tierra y proteger nuestros cielos es responsabilidad de todos, La Corporación Chilena de Normalización Electrotécnica y el Comité Nacional Chileno de la IEC saludan a LuxAmérica en su VIII versión. La Serena, Chile

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Capítulo IV Luz y percepción Percepción y efectos fisiológicos Visión, luz y color; fotografía

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Definición de cielos CIE estándar y aplicación de fotografías de alto rango dinámico para caracterizar la distribución espacial de luz natural en Chile M. Beatriz Piderit1, Coralie Cauwerts2, Muriel Diaz3 1- Universidad del Bío-Bío, Facultad de Arquitectura Const. y Diseño, Depto. Diseño y Teoría de la Arq., Chile , mpiderit@ubiobio.cl 2- Université Catholique de Louvain, Architecture et climat, Bélgica, coralie.cauwerts@uclouvain.be 3- Universidad del Bío-Bío, Facultad de Arquitectura Const. y Diseño, madiazs@ubiobio.cl Resumen—La iluminación natural es clave en la arquitectura sustentable. Utilizar la luz natural permite disminuir la demanda energética por iluminación, e influye en el bienestar, confort visual y el rendimiento humano. Un estudio de iluminación natural requiere datos precisos de la luz disponible de una localidad, por lo que se propone una metodología para proveer datos científicos vinculados al lugar y los tipos de cielos de 6 ciudades de Chile. Se presentan datos de las frecuencias mes a mes de cuatro tipos de cielos CIE estándar obtenidos a partir de archivos meteorológicos. Así mismo, se expone el método utilizado para levantar la distribución espacial de los cielos con fotografías de alto rango dinámico (HDR) que permite construir mapas de luminancias. Se concluye que conocer la frecuencia de los cielos posibilita focalizar los estudios de iluminación natural para cielos predominantes, apoyando el diseño y análisis de las estrategias de iluminación. Abstract—Natural lighting is key to sustainable architecture. Using daylighting helps to reduce energy demand for artificial lighting, and influences the wellbeing, visual comfort and human performance. A daylighting study requires accurate data about the available light of the place, for that reason, it is proposed a methodology to provide scientific data related to the location and the types of skies in 6 cities of Chile. Frequency data month to month of four types of CIE standard skies obtained from climate files is presented. Furthermore, the method used to lift the sky spatial distribution with photographs of High Dynamic Range (HDR) is exposed. It allows making luminance maps. It is concluded that by knowing the frequency of the sky is possible to focus the daylighting studies for predominant skies, supporting the design and analysis of lighting strategies. I.

L

INTRODUCCIÓN

a luz natural es una fuente esencial de iluminación en los edificios, el espectro luminoso de la luz natural otorga una sensación mayor de bienestar y confort a los ocupantes, afecta positivamente la producción y concentración; por lo que se recomienda preferirla por sobre la iluminación artificial. No lograr una buena calidad lumínica producto de exceso o falta de luz produce incomodidad visual, deslumbramiento o fatiga; cinco minutos de luz solar directa lleva a los ocupantes a cerrar las cortinas y encender la luz por horas (Anderson, 2014), usando innecesariamente la iluminación artificial, no respondiendo al principio de ahorro y eficiencia energética. Un conocimiento de la luz natural disponible permite mejores diseños, mayor confort de los ocupantes y ahorros de energía en iluminación artificial y/o en los sistemas de enfriamiento.

La arquitectura sustentable plantea la utilización de herramientas pasivas para lograr el confort y la luz natural es la principal fuente de iluminación, cuyo objetivo central es brindar la luz necesaria para desarrollar las tareas visuales y otorgar confort visual. Para alcanzar este objetivo se debe realizar un estudio y análisis de los aportes de luz natural de manera precisa, sin embargo, la variabilidad y dinamismo de la luz dificulta su predicción, pues depende de las condiciones climáticas, los tipos de cielos, la época del año y la hora. Para realizar un estudio de la iluminación natural disponible en un espacio se requiere conocer las condiciones lumínicas de cada lugar, los diferentes tipos, frecuencia y predominancia de los cielos durante los diferentes meses y/o períodos del año. Conocer esta información permite, al momento de realizar estudios de iluminación, seleccionar los métodos de evaluación lumínico en el proceso de diseño y las métricas a utilizar según las características lumínicas del lugar; por ejemplo, en lugares donde los cielos predominantes son claros o despejados deberá seleccionar métodos dinámico que me permitan predecir la distribución de luz de esos cielos, por el contrario, en lugares donde los cielos predominantes son nublado o cubierto utilizaría métodos de análisis estáticos como el Factor de Luz Día (Daylight factor). Del mismo modo, conocer la contribución real de iluminancia que entregan estos cielos en un lugar de estudio; posibilita la generación de las bases de datos con valores de la distribución lumínica, radiación difusa y radiación directa de los cielos. Chile es un país extenso, con 4400 km de longitud y alta variación climática a lo largo de su territorio, que no cuenta con estudios que permitan predecir las condiciones de los cielos en las distintas zonas del país, situación que toma relevancia al considerar la diversidad climática existente en el país. Los datos climáticos que se obtienen de bases de datos climáticos como Energyplus, Meteonorm, entre otros, proveen los datos necesarios para las simulaciones térmicas, pero éstos no consideran tipos y probabilidades de ocurrencia de los cielos. Se plantea construir los datos de frecuencia de los cielos CIE estándar para guiar el análisis de iluminación natural por parte de los arquitectos y /o especialistas en iluminación, identificando los cielos predominantes en diferentes ciudades de Chile, para utilizar esta información como base para las simulaciones de iluminación natural. Como segunda parte de esta investigación se planteo conocer la distribución de luz de los cielos a través de fotografía

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 de alto rango dinámico (High Dynamic Range –HDR) lo que permite cuantificar la distribución de iluminancia en la bóveda celeste. El objetivo final de esta investigación es entregar herramientas analíticas que contribuyan a enriquecer el conocimiento en cuanto a los factores que inciden en la luz disponible, incorporando los aspectos dinámicos de la luz como es su variación en el tiempo con la finalidad de potenciar los estudios dinámicos de iluminación natural en Chile. II.

CIELOS CIE ESTÁNDAR EN CHILE

Al enfrentar un estudio de iluminación natural importante conocer las características, tipos y frecuencias de cielos en los diferentes períodos para realizar un estudio de iluminación focalizado en las condiciones reales de iluminación. El tipo de cielo es concluyente en el resultado de una simulación, debido a que se pueden tener variaciones de la intensidad luminosa desde un cielo totalmente despejado, parcial a totalmente nublado produciéndose resultados divergentes que pueden llevar a tomar decisiones de diseño erradas, provocando, por ejemplo, sobrecalentamiento en verano producto de excesivas ganancias solares. Investigadores han diseñado un marco teórico para diferentes modelos de cielos que permite construir y caracterizar los cielos a partir de la distribución de luminancia, la claridad y el brillo del cielo [1]. La Commission International de l’Eclairage (CIE) define las características de los cielos más comunes utilizados para la simulación que permiten construir una bóveda celeste con el fin de dar el contexto real a los modelos 3D para las simulaciones de iluminación, estos son el cielo cubierto o nublado (overcast), cielo intermedio (intermediate), cielo despejado o claro (clear) y cielo despejado o claro turbio (clear turbid sky) [2]. Los cuatro tipo CIE-estándar (Figura 14) se describen a continuación: -Cielo Cubierto [3], este tipo de cielo está totalmente cubierto de nubes y la visión del sol está completamente impedida. Bajo una condición muy nublada, hay muy poca o ninguna iluminación directa, y la iluminancia global y difusa tienen valores muy cercanos. -Cielo Intermedio [4], es un tipo de cielo que se encuentra entre el cielo despejado y nublado. Ya que el tipo de cielo intermedio varía ampliamente de acuerdo a la aparición del sol, la forma de la las nubes y la cantidad de nubes, la distribución de luminancia del cielo intermedio es más compleja que en los cielos despejado y nublado. -Cielo Claro con turbidez (CIE, 2003) es un cielo claro con un alto factor de turbiedad, se entiende ese factor como nubosidad o niebla. -Cielo Claro (CIE, 2003) varía según altitud y azimut del sol, es más brillante cercano al sol y se atenúa alejándose de él. El brillo del horizonte se encuentra entre esos dos extremos. La metodología presentada permitió generar los modelos de los diferentes tipos de cielos para las simulaciones de la luz natural en base a archivos climáticos creados para simulaciones térmicas. Se utilizaron archivos de un año tipo, para las ciudades de: Antofagasta, Santiago, Concepción y Punta Arenas se utilizaron

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los datos entregados por Energyplus; para las ciudades de Iquique y Coyhaique, se obtuvieron los archivos del software Meteonorm 7.0. De los archivos climáticos obtenidos se realizó un revisión de los datos hora a hora, considerando los valores de Iluminancia Horizontal y Global Difusa, para determinar la Iluminancia Normal Directa. El modelo de ASRC-CIE [2], define los cuatro tipos de cielo en base a la distribución de luminancias de la bóveda celeste. Este modelo es utilizado para obtener el tiempo, la frecuencia y el promedio en que estos ocurren. Littlefair, en 1994 concluye que el modelo ASRC-CIE es el de mayor complejidad permitiendo su adaptación a un mayor rango de zonas climáticas [5].

Figura 14. Cuatro tipos de cielos CIE estándar en Chile. Fuente: Elaboración propia, 2014

Los archivos climáticos de las diferentes ciudades fueron leídos con un script MATLAB para obtener un conjunto de índices que nos permitieron obtener de acuerdo a; la latitud, longitud; momento del año; hora solar; iluminancia global horizontal y iluminancia difusa horizontal la altitud solar, el ángulo solar del zenit (), necesario para determinar el coeficiente épsilon (ε) que determina la claridad del cielo (sky clearness) y delta (δ) que define el brillo (sky brightness). Para determinar el / valor de épsilon se utilizó la ecuación / . (1) definida por el modelo ASRC, CIE [1]: /

,

/

.

(1)

irradiancia horizontal difusa y donde ½ - radianes; irradiancia normal directa. Pérez define ocho intervalos en base al coeficiente épsilon (ε), los primeros corresponden a la condición cubierto y los últimos a cielos muy claros, correspondiendo el cielo claro (despejado) al octavo intervalo de ε [6]. Se considera el brillo y ocurrencia de los distintos cielos en los diferentes momentos, para luego ser promediados para obtener las frecuencias de cada uno de ellos [7].

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Resultados cielos predominantes por ciudades. La clasificación de los cielos predominantes fue realizada para seis ciudades de Chile: Iquique, Antofagasta, Santiago, Concepción, Coyhaique y Punta Arenas. Se analizan los resultados y se presentan desagregados por mes, para cada ciudad de estudio. De la evaluación de dos ciudades del norte de Chile podemos decir que la ciudad de Iquique, presenta a lo largo del año un cielo predominante intermedio, al analizar mes a mes, se observa que en los meses de diciembre, febrero y marzo, los cielos predominantes son los claros (claro y claro turbio), coincidiendo con los meses de verano. El resto del año la ciudad presenta cielos intermedios o cubiertos, siendo estos últimos predominantes en los meses de junio a septiembre, coincidiendo con el invierno. El clima y la localización geográfica de Iquique coinciden con los cielos calculados, por tratarse de un clima influenciado por las masas oceánicas, con gran presencia de vaguada costera. Por otra parte en la ciudad de Antofagasta el cielo predominantemente es cielo claro durante el año. El análisis mensual presenta cielos claros o claros turbios predominantes de diciembre a mayo, habitualmente con mayor presencia de cielos claros. Junio y julio presentan cielos predominantes intermedios, donde un 50% de los días son intermedios o cubierto. Septiembre a diciembre presentan cielos mayormente intermedios (Figura 16Figura 15).

al centro de Chile continental, presenta cielos predominantes claros-claros turbios desde diciembre hasta febrero, los que representan entre un 53% y un 58% del tiempo. Diciembre presenta cielo predominante intermedio, mientras enero y febrero un cielo claro. De marzo a noviembre los cielos predominantes se encuentran en el par intermedio-cubierto, llegando a un punto máximo entre mayo y agosto, donde más del 80% del tiempo se presentan cielos con baja claridad. Existe un 65% de probabilidad, al analizar el año completo, de que se presente un día con baja claridad, es decir intermedio o cubierto (Figura 16).

Figura 16. Frecuencia de ocurrencia de cielo estándar por mes (%) para las ciudades de Santiago y Concepción, en el centro de Chile.

Figura 15. Frecuencia de ocurrencia de cielo estándar por mes (%) para las ciudades de Iquique y Antofagasta, al norte de Chile.

La ciudad de Santiago presenta mayores variaciones en los tipos de cielo predominante durante el año. Enero y febrero presentan cielos predominantes claros, en marzo los cielos predominantes son claro turbio e intermedio y en todo el periodo antes descrito se presenta sobre un 50% de cielos claros o claros turbios. A partir de abril la situación cambia y predominan los cielos intermedios y cubiertos hasta octubre. El mes con menos variabilidad de cielos es julio, que presenta un 80% del tiempo cielos intermedios o cubiertos. Los meses de noviembre y diciembre presentan cielos predominantes claros y claros turbios, pero al analizar el cielo predominante en diciembre este es intermedio. La ciudad de Concepción, ubicada geográficamente

En el extremo surde Chile, la ciudad de Coyhaique presenta, durante todo el año, tiempo cielos con baja claridad representando mas de un 60%, llegando a un 80% en mayo. Los cielos cubiertos predominan de marzo a diciembre, excepto en octubre donde predomina el cielo intermedio con un 36%. Finalmente, la ciudad más austral de Chile, Punta Arenas, presenta cielos predominantemente intermedios durante todo el año, que en promedio representan el 43% de las probabilidades de cielo. Al evaluar en conjunto cielo intermedio y cubierto, estos representan un 72% del tiempo en la zona. Los meses con mayor probabilidad de cielos cubiertos o intermedios son abril y mayo, que presentan más de un 80% de probabilidad de ocurrencia (Figura 17). La definición de los cielos predominantes que aquí se presenta, permite orientar a los diseñadores al elegir las estrategias de diseño a aplicar en sus proyectos y a elegir los indicadores más adecuados para evaluar las estrategias de diseño propuestas. Podremos decir que en aquellos lugares donde el cielo predominante es cubierto (overcast), se deberán aplicar estrategias que permitan captar más luz, podremos además utilizar el factor de luz día como una métrica para evaluar nuestras estrategias de diseño. En aquellas ciudades donde el tipo de cielo predominante es despejado o claro turbio aplicaremos estrategias de protección solar, debiendo evaluar para esos cielos la efectividad de la estrategia aplicada.

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cielo y otra serie que permite capturar la luminancia propia del sol. Se utilizó una abertura f/4 para capturar la luminancia del cielo y una abertura f/16 para captar la luminancia del sol. En ambas series para evitar la saturación de la fotografía, producto de las altas luminancias, se utilizó un filtro Neutral Density KODAK 3.0 instalado entre el lente y la cámara. En aquellos lugares donde predominaba el cielo cubierto se fijó la abertura en f/5.6 sin utilizar filtro. Para todas las series se ajustó la exposición de las fotografías entre 5 segundos y 1/800 de segundo y entre 8 y 15 stop. Los stop fueron adaptados de lo que recomienda la literatura (1 stop), a 1⅓ stop, para alcanzar la amplia gama de luminancias que se requiere para convertir las imágenes HDR. Las capturas se realizaron cada hora entre las 8:00 h y las 18:00 h durante un día para cada una de las ciudades de estudio, en diferentes fechas.

Figura 17. Frecuencia de ocurrencia de cielo estándar por mes (%) para las ciudades de Coyahique y Punta Arenas, al sur de Chile III. MAPAS DE LUMINANCIA CIELOS CON IMÁGENES DE HIGH DYNAMIC RANGE (HDR).

Con el objetivo de definir métodos y evaluar los cielos in situ, se procedió a medir los cielos a través del método fotográfico High Dynamic Range (HDR) de manera exploratoria, permitiendo registrar en forma instantánea la distribución de luminancia de los diferentes cielos. Simultáneamente se midió la Iluminancia Global Horizontal y la Iluminancia Difusa Horizontal, a partir de estos datos se clasificaron los cielos según el modelo de Pérez [1]. La técnica de fotografías de alto rango dinámico (High Dynamic Range (HDR)), consiste en tomar una serie de fotografías que capturaron la luminosidad en un amplio rango con un cámara fotográfica convencional calibrada permitiendo levantar mapas de luminancia de diferentes escenas de luz, exteriores o interiores; su precisión y validación científica ha sido comprobada por varios investigadores [8]-[10]. Diferentes estudios han mostrado que los valores capturados en cada pixel de una imagen HDR, corresponden en forma precisa a las características físicas de la luminancia real de la escena capturada [10]. Además, esta técnica es validada para capturar la luz directa proveniente del sol y la luz difusa del cielo. Se tomaron una secuencia de imágenes de bajo rango dinámico (Low Dynamic Range-LDR) de múltiple exposición, mediante las cuales se construye una imagen HDR. La clave fue seleccionar la secuencia de imágenes de acuerdo a la luminosidad del lugar, determinada por los tiempos de exposición y el grado abertura del obturador [11]. En este caso fue necesario utilizar un filtro cuando existió incidencia solar directa. Además, se aplicó la corrección de viñeteado (vignetting) de acuerdo al ángulo de proyección del lente, lo que requirió cuidar cada etapa según se detalla en la Figura 18. Captura de fotografías Low Dynamic Range Las fotografías de Low Dynamic Range (LDR) fueron capturadas en formato .jpg para convirtieron en imágenes HDR en formato .hdr posteriormente utilizando el software Radiance. Para los cielos despejados se tomaron dos series de imágenes, una serie de fotografías LDR que permite capturar la luminancia del

Figura 18. Proceso de creación de imágenes (Fuente: elaboración propia, 2014)

La toma de fotografías con múltiples exposiciones se realizó con una cámara digital modelo Canon E05 5D Mark II (cuerpo) y un lente ojo de pez (180º) SIGMA 8mm F3,5 con propiedades de proyección equidistante, ubicados sobre un trípode orientado a 90°. Para manejar de manera precisa los rangos de exposición y abertura de la cámara, se programó un disparador automático, que permitió mantener estática la cámara al momento de tomar las fotografías y programar las series de tomas. Durante la captura de las imágenes del cielo fueron instalados dos medidores de iluminancia horizontal (Minolta TS10) sobre un trípode nivelado horizontalmente, con la finalidad de medir la iluminancia global y difusa, permitiendo determinar la iluminancia directa, para luego identificar el tipo de cielo. (Figura 19) Conversión de imágenes LDR a HDR Una vez realizada la captura de las diferentes series de fotografías se procedió a convertir las imágenes LDR en HDR, este proceso fue aplicado para todas las series de fotografías capturadas para las seis ciudades del estudio. Para cada hora fotografiada se seleccionaron entre 8 a 11 fotografías a través de un script MATLAB que realiza la lectura de los valores RGB de cada pixel, se discriminó considerando que la exposición más oscura de la secuencia no debía tener valores RGB por encima de 200 y la exposición más clara no debía con tener valores RGB bajo 20 [12]. Las fotografías LDR seleccionadas se fusionaron con el comando hdrgen de Radiance, se debió de aplicar la calibración de la cámara según el modelo (Canon E05 5D Mark II-lente ojo de pez) para así medir los valores de luminancia con precisión. La calibración de la cámara se realizó con la captura de una serie de fotografías LDR en condiciones de cielo

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estable verificado con un luxómetro. Las fotografías se convirtieron de LDR a HDR y posteriormente se leyeron

tomaron las luminancias más altas de la fotografía con la menor abertura (f/16), correspondiente a las luminancias del sol, extrayendo las luminancias sobre 2 000 000 cd/m2. De la imagen con mayor apertura (f/3), la de las luminancias de la bóveda celeste, se extrajeron las luminancias inferiores a 40 000 cd/m2. Las luminancias en el rango entre 40 000 cd/m2 y 2 000 000 cd/m2 fueron combinadas linealmente [16].

Figura 19. Cámara con lentes ojo de pez (180°) y luxómetro

los pixeles obteniendo la curva de respuesta de la cámara, valor polinominal que se encuentra como coeficiente guardado en un archivo .rsp con tres líneas: una para rojo, verde y azul (RGB), como se muestra en la

Tabla 18. Donde los valores de luminancia quedan determinados

con

(2). (2)

Tabla 18. Curva de respuesta de la cámara Canon 5D con filtro Sigma 8mm (Fuente: elaboración propia, 2014) CANON5D-MarkII-Sigma8mm.rsp under clear turbid sky ~80000lx a b c d e(contante) 1.4269 0.06627 4 3.0214 3.5182 0.00366741 1 6 5 2.9303 0.079221 0.0031535 4 -3.37678 1.36407 4 3 1 2.7183 0.089198 0.0023280 4 -2.9461 1.13621 6 1 6

Una vez calibradas las imágenes HDR de cada serie (f/4 y f/16), se realizó la corrección del filtro debido a que éste reduce las luminancias de la fotografía. Se determinó el factor de la corrección del “neutral density filter” a través de la comparación de los valores de pixeles de las dos fotografías HDR del McBeth Color Chart [13], una serie con filtro y otra sin filtro. Se obtuvieron los valores RGB de cada pixel de las fotografías con MATLAB, determinando el factor de transformación obtenidas de las diferencias de los valores RGB de las dos fotografías HDR. A continuación se corrigió el viñeteado del lente ojo de pez, debido a que se produce un efecto notorio en el centro de la imagen. Esto aumenta los errores en los pixeles periféricos [14]. El viñeteado depende principalmente de la apertura, por lo que se utilizaron valores de corrección del viñeteado para f/4, f/16 y f/5.6 (Figura 20); que fueron determinados en el laboratorio del Belgium Building Research Institute (BBRI) [15]. La combinación de las dos imágenes HDR sin viñeteado de capa de nube o cielo (f/4) con la capa del sol (f/16) para obtener una única imagen de luminancia con el cielo completo, se realizó con el comando pcomb en Radiance. Para su combinación, se

Figura 20. Función de viñeteado del lente de pez para las tres aperturas del Sigma 8 F3.5

Mapeo de las imágenes HDR Una vez obtenidas las imágenes HDR resultantes de los diferentes cielos se crearon los mapas de luminancia que permitieron conocer la distribución y valores de luminancia de cada uno de los cielos medidos. Estos mapas de luminancia permiten visualizar las variaciones y distribución del cielo en diferentes momentos, pudiendo obtener de ellos los valores de la

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 distribución de luminancia para cada ciudad de estudio (Figura 21).

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difusa horizontal fueron tomadas con el luxómetro de manera simultánea para determinar el tipo de cielo según el modelo desarrollado por Pérez [1]. Se consideró la progresión del sol y la posición en la bóveda celeste, describiendo la cantidad de iluminancia horizontal del cielo. Con los datos de base medidos se determinó el coeficiente épsilon (ε), la claridad del cielo, clasificándose los cielos según los intervalos definidos: cielo cubierto (primer intervalo ε <1.065), cielo intermedio (segundo hasta quinto intervalos ε >1.065<2.800), cielo claro turbio (sexto intervalo ε > 2.800<4.500) y cielo claro (séptimo-octavo intervalos ε >4.500) [17]. A partir de las mediciones realizadas se determinó el tipo de cielo al que pertenecen cada uno de los momentos medidos de las

Tabla 19. Fotografías HDR de las seis ciudades de estudio, valores de iluminancia medidas y calculados. (Fuente: elaboración propia, 2014)

seis ciudades del estudio. Los resultados obtenidos se resumen en la Tabla 19, se muestran las imágenes HDR resultantes, los valores de iluminancia horizontal medida y los calculados para definir los tipos de cielos.

Figura 21. Cielo de Antofagasta (imagen en colores falsos). Escala luminancia máxima 75 000 cd/m2 (amarillo) and mínima 13 300cd/m2 (morado). (Fuente: elaboración propia, 2014).

Mediciones de iluminancia Global y difusa Las medidas de iluminancias global horizontal e iluminancia

Calculated

Measured

HDR

IQUIQUE 20º25' S / 70º13' W Date 18.11.13

Local Standard Time (hour)

8:00

9:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00 27200

Global horiz illum (lux)

52120

84100

104700

118700

124300

121000

109300

90600

66700

40000

Diffuse horiz illum (lux)

9880

12660

13690

14780

14800

14180

13790

12940

12670

11470

8870

Sun Altitude (degree)

14,15

27,84

41,71

55,70

69,76

83,79

81,85

67,80

53,75

39,77

25,92

Direct Normal Iluminance (lux)

172726

152949

136760

125782

116701

107449

96482

83872

66992

44590

41924

Perez model

clear

clear

clear

clear

clear

clear

clear

clear

clear

clear turbid

clear turbid

Calculated

Measured

HDR

ANTOFAGASTA 23º43' S / 70º43' W Date 19.11.13

Local Standard Time (hour)

8:00

9:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00 24220

Global horiz illum (lux)

50300

77400

99600

114800

123200

127400

117800

100400

95500

52800

Diffuse horiz illum (lux)

13640

17460

18510

21910

22300

27810

31500

19500

53100

18450

9190

Sun Altitude (degree)

14,74

28,18

41,81

55,55

69,28

82,40

81,30

68,02

54,28

40,55

26,93

Direct Normal Iluminance (lux)

144021

126925

121629

112641

107874

100470

87303

87238

52221

52836

33183

Perez model

clear turbid

clear turbid

clear

clear turbid

clear

intermediate

intermediate

intermediate

clear

clear

clear

320

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Calculated

Measured

HDR

SANTIAGO 33º26' S / 70º39' W Date 21.03.14

Local Standard Time (hour)

8:00

9:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00

Global horiz illum (lux)

3021

26450

51700

71800

88100

93900

92900

89400

76100

55700

31500

Diffuse horiz illum (lux)

1924

6950

9170

10940

13110

14530

15950

11300

10810

11380

8560

Sun Altitude (degree)

1,98

14,44

26,56

37,93

47,76

54,65

56,65

52,96

44,97

34,56

22,90

Direct Normal Iluminance (lux)

31738

78197

95091

99003

101286

97309

92111

97834

92367

78122

58944

Perez model

clear turbid

clear turbid

clear

clear

clear

clear

clear

clear

clear

clear

clear turbid

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00 35100

Calculated

Measured

HDR

CONCEPCIÓN 36º46' S / 73º03' W Date 25.03.14

Local standard time (hour)

8:00

9:00

10:00

11:00

12:00

Global horiz illum (lux)

1924

16770

39300

57700

57900

65200

88300

83400

72400

55600

Diffuse horiz illum (lux)

1027

4530

7640

11010

12620

14300

10260

8920

8440

8230

7290

Sun altitude (degree)

-

11,34

22,91

33,66

42,88

49,41

51,75

49,18

42,50

33,18

22,38

Direct Normal iluminance(lux)

-

62242

81328

84225

66531

67027

99362

98408

94663

86538

73038

clear

clear turbid

clear turbid

clear

clear

clear

clear

clear

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00

Perez model

clear

clear

clear

Calculated

Measured

HDR

COYHAIQUE 45º23' S / 72º4' W Date 02.11.13

Local standard time (hour)

8:00

9:00

10:00

11:00

12:00

13:00

Global horiz illum (lux)

6940

16540

33600

44700

105500

90700

95900

76000

58400

23150

24100

Diffuse horiz illum (lux)

6660

15820

32200

43100

23120

19330

21500

41500

47000

22930

22800

Sun altitude (degree)

14,86

25,41

35,77

45,42

53,47

58,44

58,73

54,21

46,42

36,89

26,58

Direct Normal iluminance(lux)

1091

1678

2395

2246

102517

83753

87044

42531

15737

366

2905

overcast

clear turbid

clear turbid

clear turbid

intermediate

intermediate

overcast

overcast

Perez model

overcast

overcast

overcast

Calculated

Measured

HDR

PUNTA ARENAS 53º9' S / 70º55' W Date 01.11.13 Local standard time (hour)

8:00

9:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00

Global horiz illum (lux)

39900

45900

62200

77500

84700

72100

93200

86000

64100

63200

47500

Diffuse horiz illum (lux)

7490

9030

18040

11040

24940

37400

27900

13480

34500

15800

13050

Sun altitude (degree)

16,38

25,18

33,59

41,06

46,81

49,92

49,69

46,17

40,13

32,49

24,00

Direct Normal iluminance(lux)

114885

86658

79813

101176

81958

45347

85631

100522

45920

88221

84679

clear

clear turbid

clear

clear turbid

intermediate

clear turbid

clear

intermediate

clear turbid

clear turbid

Perez model

clear

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

IV. CONCLUSIONES

Evaluar estrategias de diseño en el anteproyecto puede tomar mucho tiempo de cálculo, por ello, conocer los cielos predominantes de las distintas ciudades permite focalizar la evaluación al cielo predominante en cada uno de los momentos y época del año que se desea estudiar. Esto permite realizar una revisión de las estrategias pasivas aplicadas a la iluminación natural de manera rápida y ajustada a los cielos de cada ciudad. La información obtenida de los cielos predominantes mes a mes permite robustecer los datos científicos para la iluminación natural y la metodología aplicada es factible de ser aplicada en otras localidades. En relación al método HDR, si bien los resultados presentados fueron obtenidos con un número limitado de mediciones, cubriendo sólo un día del año para cada ciudad, se cumplió el objetivo de aplicar el método para mediciones instantáneas. Este método en su primera etapa, la adquisición de imágenes LDR, es rápido y sencillo, pero en la etapa posterior, conversión de LDR a HDR, se torna complejo y requiere gran precisión y revisión constante. En aquellos lugares donde predominan el cielo claro, el tipo de filtro requiere ser revisado debido a que en las fotografías para captar las luminancias de cielo (f/4) con el filtro utilizado fue muy difícil lograr la amplia gama de imágenes dado por la gran claridad y nitidez del cielo, debiendo aumentar los stop. Otro proceso importante a revisar es la determinación del factor filtro, realizando un seguimiento constante, ya que se presentan manchas en el sol. La adquisición de las imágenes LDR tiene la dificultad de seleccionar los tiempos de exposición y los stop de cada imagen, en aquellos lugares extremos donde existen fuertes vientos el movimiento de las nubes dificulta la captación de las imágenes LDR cuando hay aberturas mayores. La medición de la iluminancia horizontal y global de los cielos es un método simple de ser aplicado, pudiendo establecer con estos valores de luxes, la iluminancia directa normal y los valores de épsilon para determinar el tipo de cielo. De igual forma, esto puede ser aplicado para los estudios de iluminación, ya que estos valores pueden ser integrados en el comando gendaylit de Radiance para realizarse un estudio con valores reales de los cielos. Como producto de esta investigación se desarrolló una página web http://iluminachile.ubiobio.cl/ que contiene todos los resultados obtenidos y sirve de base de datos para los estudios de iluminación. RECONOCIMIENTOS

Al proyecto Fondecyt N°11121608: “Bases Cientificas para el Analisis Dinámico de la Iluminación Natural en Aulas Escolares” y al grupo de investigación Grupo de Investigación en Arquitectura y Construcción Sustentable (GACS) de la Universidad del Bío-Bío. REFERENCIAS [1]

R. Perez, P. Ineichen, R. Seals, J. Michalsky, and R. Stewart, “Modeling daylight availability and irradiance components from

321

direct and global irradiance,” Sol. energy, vol. 44, no. 5, pp. 271–289, 1990. [2] Commission International de l’Eclairage, “Spatial Distribution of Daylight––CIE Standard General Sky.” CIE Publication No. S 011/E, 2003. [3] R. G. Hopkinson, P. Petherbridge, and J. Longmore, Daylighting. Heinemann, 1966. [4] N. Igawa, H. Nakamura, and K. Matsuura, “Sky Luminance Distributuion Model For Simulation Of Daylit Environment,” in Proceedings of Building Simulation, 1999, no. 1993, p. 969–975 V2. [5] M. Andersen, S. Kleindienst, L. Yi, J. Lee, M. Bodart, and B. Cutler, “462 : Informing daylighting design with the Lightsolve approach : why and how,” no. October, 2008. [6] R. Perez, R. Seals, and J. Michalsky, “ALL-WEATHER MODEL FOR SKY LUMINANCE DISTRIBUTION-PRELIMINARY CONFIGURATION AND VALIDATION,” Sol. energy, vol. 50, no. 3, pp. 235–245, 1993. [7] M. Kleindienst, Sian; Andersen, Marilyne; Bodart, “Graphical Representation of Climate-Based Daylight Performance to Support Architectural,” pp. 39–61, 2008. [8] M. Inanici, “EVALUATION OF HIGH DYNAMIC RANGE IMAGE BASED,” 2003. [9] S. Anaokar and M. Moeck, “Validation of High Dynamic Range Imaging to Luminance Measurement,” LEUKOS, vol. 2, no. 2, pp. 133–144, 2005. [10] M. Inanici, “Evalution of High Dynamic Range Image-Based Sky Models in Lighting Simulation,” Leukos, vol. 7, no. 2, pp. 69–84, 2010. [11] J. Stumpfel, “HDR Lighting Capture of the Sky and Sun,” California Institute of Technology Pasadena, 2004. [12] A. Jacobs, “WebHDR-Jaloxa,” 2011. . [13] J.-F. Lalonde, S. G. Narasimhan, and A. a. Efros, “What Do the Sun and the Sky Tell Us About the Camera?,” Int. J. Comput. Vis., vol. 88, no. 1, pp. 24–51, Sep. 2009. [14] M. Inanici and J. Galvin, “EVALUATION OF HIGH DYNAMIC RANGE PHOTOGRAPHY AS A LUMINANCE MAPPING TECHNIQUE,” 2004. [15] C. Cauwerts, A. Deneyer, and M. Bodart, “Vignetting Effect Of Two Identical Fisheye Lenses,” pp. 1–3, 2012. [16] C. Cauwerts, “Potential of image-based lighting ( IBL ) pictures for subjective lighting quality evaluations a comparison with real world luminances and physically based renderings ( PBR ) A numerical comparison of luminances : < HDR pictures,” no. September, pp. 12– 14, 2012. [17] R. Ineichen, Pierre; Molineaux, Benoit; Perez, “Sky Luminance Data Validation: Comparison of 7 Models with 4 Data Banks.,” Sol. Energy, vol. 52, no. 4, pp. 337–346, 1994.

322

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO VISUAL BAJO TRES TECNOLOGÍAS DE ILUMINACIÓN Camilo Camacho1, Mauricio Ochoa Sana1, Carlos A. Perilla1, Carlos E. Sánchez 1, Jesús M. Quintero1 1- Universidad Nacional de Colombia, {eccamachop, mochoas, caperillar, casanchezd, jmquinteroqu}@unal.edu.co Resumen—El presente artículo expone el diseño y aplicación de una serie de pruebas para evaluar el desempeño visual de un grupo de personas con distinto género y edad, realizando tareas que emulan el trabajo de oficina con iluminación basada en fuente de luz LED, incandescente y fluorescente. También se describen los resultados obtenidos para concluir acerca del desempeño de los observadores. En el análisis se compararon los resultados obtenidos en tres sesiones independientes, cada una con tecnología de iluminación diferente, concluyendo luego de hacer análisis ANOVA, que la tecnología incandescente presenta el menor confort o “descanso visual”, al igual que el más bajo desempeño en las tareas definidas para determinar la “agudeza visual”, mientras que la mejor tecnología a nivel estadístico y de autoevaluación por parte de los observadores fue la fluorescente. Abstract-This paper presents the design and implementation of a set of tests to evaluate the visual performance of a group of people with different sex and age, performing tasks that emulate office work, with illumination systems based on LED, incandescent and fluorescent technology. The results obtained are also described, to conclude about the participants’ performance. In the analysis section, the results of three different sessions are compared with each other, each of these sessions with different lighting technology. An ANOVA analysis was performed concluding the incandescent technology present the least comfort, and the least performance in the defined tasks to determine the “visual acuity”, meanwhile, the best technology according to the statistical analysis and the participants’ auto evaluation was the fluorescent technology. I.

INTRODUCCIÓN

La fatiga, el dolor de cabeza y la somnolencia, tienen repercusión en el desempeño de un trabajador, lo que afecta directamente el buen desarrollo de una labor. Una de las causas más frecuentes de aparición de estos síntomas son el nivel y el tipo de iluminación que se usa en el ambiente de trabajo. La fatiga visual y el estrés, también son los principales malestares relacionados con la iluminación en las empresas, aunque de igual manera se debe prestar atención a otros síntomas como la falta de atención y desánimo, cuando dichas condiciones son padecidas por el personal, pueden causar accidentes, ausentismo laboral y bajo rendimiento. Según Sergio Campos, Project Manager de Sylvania, empresa fabricante de productos de iluminación “La función más relevante de la iluminación en espacios de trabajo es apoyar la tarea del colaborador, por lo que este criterio debe prevalecer a la hora de elegir las soluciones. Un ejemplo muy simple del efecto perjudicial de la iluminación inadecuada es cuando las personas deben forzar la vista constantemente para ver pantallas

o documentos. Esta situación afecta la salud y la productividad del trabajador, además de incidir en su estado de ánimo”. En la actualidad existen normas elaboradas a base de estudios que han establecido niveles de varias características naturales y artificial del lugar de trabajo o vivienda, que afectan el desempeño natural del hombre. Distintos elementos influyen en el entorno, y este a su vez juega un papel importante en el desempeño de las personas. Ambientes bien diseñados tienen una influencia directa en aspectos como la tranquilidad del individuo o sensación de bienestar, buena disposición y actitud frente al trabajo. Comprender la relación que existe entre la luz y el entorno laboral, ayuda a las empresas a mejorar los niveles de productividad. Y más importante que mejorar los niveles de producción, es el garantizar la seguridad del trabajador, entiéndase por seguridad como la ausencia de riesgo o a la confianza en algo o en alguien [1]. Sin embargo, el término puede tomar diversos sentidos según el área o campo a la que haga referencia en la seguridad. En términos generales, la seguridad se define como “el estado de bienestar que percibe y disfruta el ser humano”. Una definición dentro de las ciencias de la seguridad es “Ciencia interdisciplinaria que está encargada de evaluar, estudiar y gestionar los riesgos a los que se encuentra sometido una persona, un bien o el ambiente”. Atendiendo a esta definición y lo expuesto anteriormente, una iluminación inadecuada atenta contra la seguridad del empleado, por eso la importancia de estudiar qué aspectos concretos de la persona se ven afectados por distintos tipos de iluminación. El estudio realizado evalúa tres tecnologías de iluminación, la tecnología incandescente, fluorescente y led, en aspectos como la concentración, la agudeza visual, el confort visual y el agotamiento o somnolencia de 24 personas, para esta evaluación se implementaron espacios específicos, dentro del laboratorio de color y visión Matisse de la Universidad Nacional de Colombia, con el fin de controlar variables como nivel de iluminación, estabilidad en la alimentación eléctrica de las fuentes de luz y el evitar la radiación de otras fuentes distintas a las de las pruebas. Para establecer la manera en que los diferentes tipos de iluminación afectan la salud y productividad de las personas ([2] y [3]), se deben enfocar las pruebas a los aspectos a medir ya mencionados, dichos aspectos como el nivel de alerta, la concentración, y pruebas de cansancio visual, son indicadores

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 que ayudan a medir la fatiga y el estado de sueño que pueda presentar el personal ante distintas fuentes de luz artificial, en específico se recomienda utilizar tres tipos de iluminación, al ser estas las más comúnmente usadas; lámparas fluorescentes, incandescentes y LEDs. A continuación, se darán detalles de las pruebas que se realizan para examinar los aspectos mencionados. Cabe agregar que estos procedimientos también ayudan a medir cómo la iluminación afecta los ciclos circadianos, que a su vez afectan el nivel de somnolencia diurno [4].

323

and Constrast Test (FrACT), la cual tiene la característica de medir tanto agudeza visual (la cual se explicará en la siguiente sección) y nivel de concentración o atención. Se basa en la presentación a través de un software de un conjunto de figuras mostradas en la figura 1, una a una. La persona debe presionar una tecla correspondiente a cada figura, y así se mostrará la siguiente figura. El valor cuantitativo se establece a partir del tiempo de realización de la prueba (teniendo en cuenta la cantidad de figuras presentadas) y la cantidad de errores cometidos [7].

La mayoría de las pruebas descritas a continuación dependen ampliamente de las habilidades y capacidades de cada uno de los participantes, por lo cual no pretenden comparar los resultados obtenidos entre trabajadores, sino observar la diferencia entre los resultados obtenidos de cada individuo bajo las diferentes fuentes de luz. A.

Prueba del nivel de alerta

En la actualidad se han desarrollado una variedad de pruebas para medir el nivel de alerta del individuo en diferentes entornos, no solo laborales sino también en entornos de estudio [5], las cuales se pueden clasificar en pruebas objetivas y pruebas subjetivas, las primeras se han diseñado a partir del descubrimiento del electroencefalograma, que es un instrumento que sirve para medir la actividad eléctrica cerebral, se ha podido estudiar con bastante precisión los cambios que se producen en el sistema nervioso, y de esta manera medir qué tan alerta está el sujeto a prueba. El segundo método para medir el nivel de alerta es el subjetivo para el que existen varios cuestionarios de somnolencia debidamente validados. Uno de ellos (el más utilizado) es el cuestionario de somnolencia de Karolinska “Karolinska Sleepiness Scale” (KSS), que se compone de 10 descripciones de estados progresivos de somnolencia, mostrados en la Tabla 1. Nivel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Fig 1. Test FrACT

Adicionalmente, [6] presenta una prueba de percepción y atención llamada Toulouse-Piéron Test. A cada participante se le hace entrega de una hoja que contiene 1.600 elementos gráficos (cuadrados que tienen un guion en uno de sus lados o aristas) distribuidos en 40 filas. La tarea del evaluado consiste en detectar cuáles de ellos son iguales a los dos modelos presentados en la cabecera de la hoja (rellenando el cuadro con lápiz No 2), durante 10 minutos. Para ello deberá prestar atención a la posición que tiene el guion de cada cuadrado. Tan solo una cuarta parte de las figuras (10 en cada fila) son iguales a uno de los dos modelos, en la figura 2 se puede observar la parte superior de una de estas hojas. La calificación se basa en dos parámetros, el porcentaje de la prueba que se logró completar en el tiempo establecido, y la cantidad de errores cometidos (falsos positivos o falsos negativos), obteniendo así valores cuantitativos del nivel de concentración de la persona.

Descripción Extremadamente alerta Muy alerta Alerta No tan alerta Sin estar alerta, pero sin tener deseos de dormir. Algunos signos de somnolencia. Con sueño, pero sin necesidad de esforzarse para mantenerse despierto. Con sueño y algo de esfuerzo para mantenerse despierto. Con mucho sueño, haciendo bastante esfuerzo para mantenerse despierto. Exceso de sueño, no se puede mantener despierto.

Fig 2. Toulouse – Piéron

Tabla 1. Ponderación de los 10 estados del KSS

La concentración es un factor que afecta de una forma directa la calidad del trabajo realizado por una persona, la pérdida de atención provoca errores y falta de precisión en las actividades realizadas, disminuyendo así el desempeño final del trabajador. Con el fin de medir este parámetro de una forma cuantitativa, en [2] se expone una prueba llamada Freiburg Visual Acurity

B.

Prueba de agudeza y cansancio visual

Uno de los aspectos de más impacto por parte de la luz ambiental, según los mismos trabajadores, es la pérdida de agudeza visual al pasar las horas del día. En muchos casos éste efecto se expresa como cansancio visual, y sus síntomas pueden ser irritación en los ojos, dolor de cabeza, o simplemente dificultad para ver y leer. Una de las pruebas de agudeza visual

324

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

más utilizadas y conocidas es el Test de Snellen, realizado a través de la observación de la denominada Tabla de Snellen observada en la figura 3, y que consiste en nombrar en voz alta cada uno de los caracteres observados desde una distancia establecida, sin embargo, a continuación, se presentan algunos métodos y pruebas que permiten medir más que solamente la capacidad de visualizar objetos de pequeño tamaño y a distancia.

La figura 5 presenta el rango de colores utilizados para la prueba Farnsworth-Munsell, cada uno de estos colores está impreso en una ficha, la cual contiene en la parte posterior el índice que le corresponde en la escala. Estas fichas (88 en total) se dividen en cuatro grupos, y se entregan desorganizados (únicamente se entrega la primera y última ficha de cada grupo en su lugar). La labor del individuo es organizar los cuatro grupos de forma correcta. En la figura 6 se muestra un juego de fichas real de este test [9]. Los Métodos para obtener la puntuación de esta prueba se dan en detalle en [10].

Fig 5. Rango de colores para la prueba Farnsworth-Munsell. (Disponible a color en versión web) Fig 3. Tabla de Snellen

La prueba FrACT presentada en la sección anterior presenta adicionalmente la posibilidad de agregar diferencia de tamaño y contraste respecto al fondo a las figuras presentadas al individuo, como se observa en la figura 4. Esto permite que los resultados cuantitativos entregados al final de la prueba representen además una medida del nivel de agudeza visual del trabajador, detectando tanto objetos de tamaño reducido como pequeños cambios en la intensidad de la imagen. Fig 6. Fichas del test Farnsworth-Munsell (Disponible a color en versión web) II.

Fig 4. Prueba FrACT; distintos contrastes y tamaños.

Las pruebas con diferentes cambios de contraste permiten cuantificar la capacidad de la persona de detectar pequeños cambios en la intensidad en imágenes en escala de grises, pero el cansancio visual se puede detectar midiendo además la capacidad de detectar cambios en rangos más amplios de color. Para éste caso se presenta el test de discriminación de color llamado The Farnsworth-Munsell 100-Hue Test, el cual tiene como propósito como su nombre lo indica, entregar una medida de la capacidad de una persona de discriminar pequeños cambios de color en un rango específico de la luz visible [8].

DESCRIPCION DE LAS PRUEBAS

Con un total de 24 personas que participaron de las pruebas, se tienen las siguientes estadísticas con respecto a su edad, género y ocupación. El 42% de las personas son género femenino y un 58% masculino, con un rango de edad de entre los 18 y 28 años, de los cuales el 45% son estudiantes de pregrado en ingeniería de la Universidad Nacional de Colombia, un 5% de los encuestados estudiantes de otros pregrados en la misma universidad, 16% de los participantes son estudiantes de postgrado y el 34% restante aún no han comenzado estudios universitarios Las pruebas realizadas en el laboratorio de color y visión Matisse de la Universidad Nacional de Colombia, se contó con la implementación de un recinto (figura 7) diseñado con dos objetivos principales, primero evitar que la iluminación que se está evaluando sea afectada por otras fuentes de luz externas, y

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 segundo que la iluminancia se pueda variar por medio de una plataforma móvil en donde se instalan las fuentes de luz. El nivel de iluminancia es evaluado siempre antes de cada prueba usando el método de los nueve puntos.

325

Para las pruebas FrACT se generaron 6 patrones distintos, y se utilizan 2 por cada sesión. En la figura 7 a modo de ejemplo se muestran el FrACT test 1 y FrACT test 2, ambos utilizados para la primera sesión. Se generaron estos 6 patrones distintos de cada prueba con el fin de evitar que los participantes llegaran a memorizar el orden en el que aparecen las figuras ya que esto alteraría en gran medida el objeto de evaluación de estas pruebas. Para esta prueba solo se varió el sentido de las figuras y el contraste de las mismas, el tamaño de ellas se mantuvo constante. La prueba Farnsworth-Munsell fue dividida en cuatro sub pruebas, aunque se resuelve en un mismo instante, pero su análisis se hizo teniendo en cuenta cada una de las cuatro filas de color, en la figura 9 se muestran esta división de los colores y también las fichas reales implementadas y construidas para este estudio.

Fig 7. Cubículo de pruebas

Se diseñó un circuito de tareas que evalúan en los participantes la agudeza visual, la concentración y el nivel de cansancio y somnolencia, Estas pruebas ya descritas en este documento se organizaron como se muestra a continuación. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

KSS inicial FrACT test 1 Toulouse Test 1 Farnsworth Munsell Lectura de descanso FrACT test 2 Toulouse Test 2 KSS Final.

La prueba KSS inicial y final tienen como objetivo medir de manera subjetiva la percepción que tiene el participante acerca de su fatiga o nivel de sueño antes de comenzar la prueba y de igual manera al finalizarla. En la tabla 1 se muestra el orden de jerarquía asignado a cada estado de somnolencia.

Fig 9. Conjunto de fichas reales utilizadas en el estudio III.

ANALISIS DE RESULTADOS

Se realizó el análisis de varianza de un factor (ANOVA) a los resultados obtenidos, con el fin de conocer si existe una diferencia estadísticamente relevante entre los datos y sus medias, tomando como factor de cambio la tecnología de iluminación presente en el momento de la prueba. El análisis ANOVA parte de una hipótesis nula, la cual establece que las poblaciones analizadas no presentan una diferencia estadísticamente relevante, y entrega un valor estadístico de prueba denominado F, el cual al ser aplicado a la distribución de Fisher (la cual depende de los grados de libertad de la prueba y el valor α escogido, en este caso 0.05) establece si la hipótesis es aceptada o rechazada. Los resultados se analizaron de la siguiente manera: 

KSS: La diferencia entre los valores escogidos en la prueba final y la prueba inicial.



Farnsworth: La sumatoria de los pesos de los errores cometidos por cada participante, tanto para el test completo, como para cada una de las filas de fichas.



Toulouse: Diferencia entre los falsos positivos marcados por los participantes en la segunda y primera

Fig 7. FrACT test 1 y 2, sesión 1

326

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016



FrACT: Diferencia entre el porcentaje de patrones contados por cada participante en la segunda y la primera prueba, y diferencia entre la cantidad de errores cometidos en la segunda y la primera prueba.

A pesar de encontrar diferencia en los datos de la prueba total, en el análisis ANOVA se encontró que ésta diferencia proviene realmente de las filas correspondientes a las fichas 45-66 y 6788. Los promedios para estas filas se encuentran en la tabla IV, donde se puede observar la misma tendencia en los dos casos, lo cual podría indicar que la luz incandescente no establece buenas condiciones para detectar color en el rango del espectro de las fichas 45-88, y que por el contrario la luz fluorescente si lo hace.



Autoevaluación: Para esta prueba no se realizó ANOVA, y su análisis se realiza más adelante.

TABLA IV PROMEDIOS DE SUMATORIAS DE ERRORES COMETIDOS EN LA PRUEBA FARNSWORTH CON LAS FICHAS 45-88

prueba y diferencia entre las marcas faltantes entre la segunda y la primera prueba (en los dos casos, normalizado al porcentaje realizado por cada participante).

Con α=0.05, 2 grados de libertad entre grupos y 69 dentro de los grupos (recordando que son tres grupos: led, incandescente y fluorescente, y 24 datos por grupo para un total de 72), se obtiene un valor crítico en la distribución de Fisher de 3.13, es decir que para que exista una diferencia estadísticamente relevante, el valor de F debe ser mayor a éste valor crítico (rechazando la hipótesis nula). En la tabla II se observan los valores de F para todas las pruebas realizadas, a continuación, se analizan únicamente las que rechazaron la hipótesis nula, es decir, las que presentan una diferencia relevante respecto al cambio de tecnología.

Promedio Promedio Fichas Fichas 45‐66 67‐88 LED 8 2 Incandescente 10 4 Fluorescente 5 1 Tecnología

En la tabla V se muestra un resumen de resultados porcentuales con respecto a los errores obtenidos en la prueba farnsworth en donde se evidencia la tendencia ya mencionada de una mayor cantidad de errores bajo los efectos de una iluminación incandescente.

TABLA II RESULTADOS DE LOS ANOVA

Prueba KSS Farnsworth Total Farnsworth 1‐22 Farnsworth 23‐44 Farnsworth 45‐66 Farnsworth 67‐88 Toulouse Falsos Positivos Toulouse Faltantes FrACT Porcentaje FrACT Errores

A.

F 1,62 4,43 1,83 0,90 3,53 5,42 0,10 3,39 2,41 0,58

¿Diferencia? NO SI NO NO SI SI NO SI NO NO

Farnsworth

En la tabla III se encuentran los promedios de las sumatorias de los errores cometidos por los participantes en la prueba total con las 88 fichas. Se observa que la mayor sumatoria de diferencias en los errores se presentó con la luz incandescente, seguida por la luz LED, y la menor cantidad de errores se encontró con la iluminación fluorescente. TABLA III PROMEDIOS DE SUMATORIAS DE ERRORES COMETIDOS EN LA PRUEBA FARNSWORTH COMPLETA

Tecnología Promedio LED 22 Incandescente 27 Fluorescente 16

TABLA V ANALISIS PORCENTURAL DE ERRORES

Prueba Farnsworth total Farnsworth 45-66 Farnsworth 67-68

B.

LED

Tecnología Incandescente

Fluorescente

25%

30%

18%

36%

45%

22%

9%

18%

4.5%

Toulouse

El análisis muestra que la diferencia entre la cantidad de falsos positivos marcados por los participantes en la segunda y primera prueba no depende estadísticamente de la tecnología de iluminación, sin embargo, la diferencia entre la cantidad de marcas faltantes en la segunda y primera prueba sí. Al observar los promedios en la tabla VI se encuentra que esta diferencia es especialmente notable con la iluminación LED, en la cual la cantidad de marcas faltantes en la segunda prueba fue altamente mayor respecto a la primera, con las otras dos tecnologías el valor es cercano y de tamaño reducido. Esto indica que la iluminación LED podría provocar disminución en la precisión a la hora de identificar y clasificar patrones de tamaño reducido, como los incluidos en la prueba Toulouse aplicada.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 TABLA VI PROMEDIOS DE LAS MARCAS FALTANTES EN LA PRUEBA TOULOUSE

Tecnología LED Incandescente Fluorescente

C.

Promedio Diferencia Faltantes ‐13 2 3

Autoevaluación

La tabla VII muestra el porcentaje de los participantes que escogieron cada una de las posibles respuestas a las dos preguntas realizadas en la autoevaluación. Se puede observar que los participantes se sienten más cansados y con menos agudeza visual al estar bajo la influencia de iluminación incandescente. La preferencia entre LED y Fluorescente se equilibra entre la agudeza y el descanso visual. Se encuentra que los participantes sienten que se cansan menos con la luz fluorescente, sin embargo, sienten que ven mejor con la luz LED. Este resultado contrasta con el encontrado con el test Toulouse. TABLA VII ENCUESTA SUBJETIVA

L Led I Incandescente F Fluorescente

D.

Descanso Agudeza Visual Visual Menor Mayor Menor Mayor 33% 25% 13% 46% 54% 17% 54% 25% 13% 58% 33% 29%

Comparación con otros estudios realizados

En resultados presentados en [1] se encuentra un desempeño mejor bajo una iluminación con una temperatura de color alta (superior a 6000K), lo cual concuerda con los resultados obtenidos en este estudio, ya que se encontró un desempeño bajo con temperaturas bajas (incandescente), contra un desempeño alto y similar para los dos casos de temperaturas altas (LED y fluorescente). Las pruebas realizadas en [2] concluyen que en general iluminaciones con temperaturas de color de 4000K y 6500K permiten un mejor desempeño de los participantes, tanto en pruebas objetivas como subjetivas, que una iluminación con temperatura de 3000K. Nuevamente los resultados concuerdan con los obtenidos en este artículo, debido a que las iluminaciones que presentaron el mejor desempeño en este caso tienen temperatura de color mayor que la incandescente. IV.

CONCLUSIONES

1. En análisis de los datos obtenido de la prueba Farnsworth muestra una mayor cantidad de errores con la iluminación incandescente, y una menor cantidad con la fluorescente. Adicionalmente se encuentra que en el rango de colores de las fichas 1 a 44, la diferencia entre iluminaciones no es relevante,

327

el rango que genera diferencia se encuentra en el rango de colores de las fichas 45 a 88. Esto puede indicar que la luz incandescente no presta las condiciones ideales para detectar cambios y diferencias en colores en el rango del espectro correspondiente a las fichas 45 a 88, al contrario de la luz fluorescente. Como paso seguido a este estudio se debe hacer un análisis del color de cada una de las fichas que componen el rango de 45 a 88, haciendo uso del espectrómetro para definir de una manera más objetiva la tonalidad de color de cada una de ellas que y de igual manera llevar a cabo una segunda fase de nuevas pruebas para identificar más detalladamente el desempeño visual en esta franja de colores. Cabe resaltar que un estudio subsecuente al actual es el del metamerismo en cada fuente de luz y entre sí mismas, en especial el que es producido por el ángulo de visión (metamerismo geométrico), sin olvidar otros tipos de metamerismos como el de campo e incluso el que depende de cada observador. 2. El análisis de la prueba Toulouse presentó una alta deficiencia en el desempeño de los participantes con la iluminación LED, mostrando que después de estar un tiempo bajo la influencia de esta iluminación se podría disminuir la capacidad de detectar y clasificar patrones de tamaño reducido, como los presentados en dicho test. 3. Tanto en resultados obtenidos de las pruebas de desempeño como en la autoevaluación se encontró un bajo rendimiento con la luz incandescente, pudiendo escogerse ésta como la tecnología con peores resultados generales en todo el experimento. 4. La encuesta subjetiva indica que los participantes sintieron una mayor agudeza visual con la tecnología LED, sin embargo, la prueba Toulouse demostró que no es el caso para este experimento, y teniendo en cuenta que la Fluorescente obtuvo los mejores resultados en las pruebas Farnsworth y fue escogida en la encuesta como la tecnología que menos cansa visualmente, se puede establecer que es la tecnología con mejor desempeño en las pruebas realizadas. 5. A pesar de que este estudio realizó una comparación entre tecnologías, se encontró que los resultados tienden hacia los mismos resultados que estudios anteriores que evaluaron otras características de la iluminación en entornos de trabajo o estudio. REFERENCIAS

[1] D. C. Benavides, “Caracterización y evaluación de iluminación en dos áreas de trabajo,” Master’s thesis, Universidad Nacional de Colombia, 2014. [2] B. Shamsul, C. Sia, Y. Ng, and K. Karmegan, “Effects of light’s colour temperatures on visual comfort level, task performances, and alertness among students,” American Journal of Public Health Research, vol. 1, no. 7, pp. 159–165, 2013. [3] M. Wei, K. W. Houser, B. Orland, D. H. Lang, N. Ram, M. J. Sliwinski, and M. Bose, “Field study of office worker responses to fluorescent lighting of different {CCT} and lumen output,” Journal of

328

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Environmental Psychology, vol. 39, pp. 62 – 76, 2014. Light, lighting, and human behaviour. [4] L. Bellia and M. Seraceni, “A proposal for a simplified model to evaluates the circadian effects of light sources,” The society of Light and Lighting, 2013. [5] M. Winterbottom and A. Wilkins, “Lighting and discomfort in the classroom,” Journal of Environmental Psychology, vol. 29, no. 1, pp. 63 – 75, 2009. [6] E. Toulouse and H. Pieron, Toulouse-Pieron-Revisado, Prueba perceptiva y de atencion. TEA Ediciones, 8 ed., 2013. [7] M. Bach, Manual of the Freiburg Vision Test ‘FrACT’, Version 3.9.0, 2015. [8] D. Farnsworth, “The farnsworth-munsell 100-hue and dichotomous tests for color vision∗,” J. Opt. Soc. Am., vol. 33, pp. 568–578, Oct 1943. [9] “Farnsworth-munsell 100.” http://colormax.org/farnsworthmunsell- 100/. Accessed: 2016-02-07. [10] M. Luque, M. de Fez, and M. Díez, “Directrices para la administración y puntuación del test Farnsworth-Munsell de 100 tonos,” Ver y oír, no. 157, pp. 413–420, 2001.

Edgar Camilo Camacho Poveda. Recibió el título de Ingeniero Electrónico en la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, en abril de 2015, actualmente cursa sus estudios de Maestría en Ingeniería Electrónica en la Universidad Nacional de Colombia y se desempeña como asistente docente en la misma institución. Sus líneas de trabajo e investigación son Electrónica Digital, Sistemas Embebidos, programación y desarrollo de firmware y software.

Mauricio Ochoa Sana. Recibió el título de ingeniero electrónico de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá en abril del 2014, participó activamente en el laboratorio de color y visión de la UN, en el proyecto “Implementación del método de medición de flujo luminoso espectral” recientemente se desempeña como docente, y cursa sus estudios de maestría en Ingeniería Electrónica en la Universidad Nacional de Colombia

Carlos Andrés Perilla Rozo. Recibió su título en Ingeniería Eléctrica de la universidad nacional en 1998. Recibió el grado de Magister en Ingeniería Eléctrica de la Universidad de los Andes en 2001. Actualmente está completando su quinto año del programa doctoral en ingeniería eléctrica en Université Laval en Quebec City, Canadá. Sus líneas de enseñanza están enfocadas en electrónica analógica e instrumentación. Sus áreas de investigación e interés son sensores ópticos y metrología.

Carlos Eduardo Sánchez Díaz. Recibió el grado de Especialista en Ingeniería Eléctrica de la Universidad de los Andes en 2002. Recibió el título de Ingeniero Electricista de la Universidad de los Andes en 1999. Desde 2004 ha sido profesor en la Universidad Nacional de Colombia, en la sede Bogotá en el departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica. Sus líneas de enseñanza e investigación son la instrumentación y las medidas eléctricas.

Jesús M. Quintero. Recibió el título de Doctor en Ingeniería Eléctrica de la Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona Tech en 2015, Es Especialista en Automatización y Control Industrial de la Universidad Nacional de Colombia desde 2007, obtuvo el título de ingeniero Electricista de la Universidad Nacional de Colombia en 1992 y se gradúo como Especialista en Informática y tecnología de las Comunicaciones de la Universidad de Los Andes, Colombia en 2002. Desde 2004, ha estado en la Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá, donde actualmente ejerce como Profesor Asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica. Sus líneas de docencia están enfocadas en los Circuitos Eléctricos, Electrónica Analógica y Colorimetría, también tiene publicaciones en el área de la iluminación y calidad de color de las fuentes de luz.

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329

Influencia de la TCC y el color del entorno en la percepción de color Graciela Tonello1, María Lombana2, Manuel Ponce1 1 Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión (DLLyV), Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Universidad Nacional de Tucumán (UNT) / Instituto de Investigación en Luz, Ambiente y Visión (ILAV), CONICET. Av. Independencia 1800 - 4000 San Miguel de Tucumán – Argentina. gtonello@herrera.unt.edu.ar / pmanuel991@gmail.com 2 Facultad de Arquitectura. Universidad Nacional de Tucumán. maria_lombana@hotmail.com Resumen- La evaluación del color está presente en numerosas tareas visuales tanto de la vida diaria como en ámbitos laborales específicos. Este trabajo investigó la influencia de la temperatura de color correlacionada de lámparas leds (3000 y 5000 K) y del color de la envolvente arquitectónica (magenta y gris), en la percepción de color. En base a estas cuatro condiciones experimentales, el estudio incluyó un diseño de medidas repetidas con una muestra de 22 participantes voluntarios que completaron un total de 88 evaluaciones de igualación de color y valoración del espacio. Los resultados muestran efectos de discriminación entre las evaluaciones para las cuatro condiciones experimentales, tanto en cantidad de errores cometidos en la tarea de igualación de colores, como en la percepción del espacio y la apariencia de color de las muestras manipuladas, que pueden servir para planificar el diseño de iluminación considerando el color del entorno y de los objetos incluidos. Abstract- Color evaluation is present in numerous visual tasks both in everyday life and in specific work environments. This study investigated the influence of correlated color temperature of LED lamps (3000 and 5000 K) and the color of the architectural envelope (magenta and gray), on color perception. Based on these four experimental conditions, the study included a repeated measure design with a sample of 22 volunteers who completed a total of 88 evaluations of color matching and appraisal of the space. The results can be used to plan the lighting design considering the color of the surrounding and the color of the objects included, since they show effects of discrimination between the four experimental conditions, both in number of errors for color matching tasks, as well as the perception of the space and color appearance of the manipulated samples. I.

INTRODUCCION

L

a correcta percepción de los colores de los objetos es parte

importante de la vida de numerosas personas y también está asociada a decisiones de negocios. Actualmente se busca reemplazar el alto rendimiento de color de las lámparas incandescentes por alternativas más energéticamente eficientes que no distorsionen la apariencia de color [1]. Estudios en esta área muestran que son preferidas distribuciones de potencia espectral (SPD) que resaltaron los valores de croma y colorido de los colores de los objetos iluminados, sugiriendo que deberían ser considerados como factores importantes para la selección de un índice de preferencia de color para las fuentes de luz [2]. La percepción visual de numerosos objetos blancos fabricados es impulsada por la concentración de agentes fluorescentes blanqueadores (FWA) que los mismos contienen. Estos agentes

sirven para aumentar la percepción global de blancura realzando la luminancia y proveyendo un desplazamiento cromático hacia el azul. Objetos blancos conteniendo FWA han sido diseñados para interactuar con iluminantes convencionales como la luz natural y las fuentes de luz incandescente para proporcionar la percepción de blancura deseable, y actualmente están siendo investigados los diodos emisores de luz (LED). A su vez, se ha demostrado que es posible incrementar la percepción de claridad a luminancias constantes mediante la elección de una fuente de luz o superficies altamente cromáticas, resultando la región espectral comprendida entre 570 a 580 nm como perjudicial para la percepción de color y claridad [3]. En cuanto a los efectos psicofisiológicos de la luz, existe amplia evidencia del efecto activador y menos placentero de la exposición a luz azul comparada con la luz roja [4]. El objetivo del presente trabajo fue investigar la influencia de la temperatura de color correlacionada de las fuentes de luz y del color de la envolvente arquitectónica, así como posibles efectos de interacción entre ambas variables, en la percepción de color. II.

METODO

Se simuló en laboratorio un espacio de 1,80 x 2,30 m (h = 2,00 m) iluminado con lámparas leds de 20, 21 y 24 W (para temperaturas de color correlacionada de 3000 y 5000 K), manteniéndose constante el nivel de iluminación en 340 lx sobre el plano horizontal de trabajo. El experimento incluyó un diseño de medidas repetidas para cuatro condiciones experimentales: 2 TCC (cálida y fría) y 2 colores de la envolvente (magenta y gris). Estos parámetros de color e iluminación fueron elegidos como situaciones extremas dentro de los rangos comúnmente usados en espacios donde el color del entorno pueda llegar a competir con el color de los objetos manipulados, por ejemplo en tiendas. La muestra consistió de 22 participantes voluntarios que completaron un total de 88 evaluaciones de igualación de color y valoración del espacio. La tarea de igualación de color consistió en la identificación (con referencia a un patrón) de 5 colores basados en el modelo de color RGB, debido a su facilidad de reproducción por medios gráficos. Estos componentes fueron aumentados escaladamente (25 puntos) hasta completar 4 variantes de cada uno de los colores. La metodología de valoración consistió en pares de adjetivos bipolares relevantes a la apariencia visual del espacio y a la luminosidad y colorido de las muestras de colores.

330

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

I.

TCC 3000k Envolvente magenta

TCC 3000k Envolvente gris

TCC 5000k Envolvente magenta

TCC 5000k Envolvente gris

RESULTADOS

Análisis de errores Se identifica que el promedio de errores es levemente mayor con luz cálida que con luz fría, y en envolvente gris que en

TABLA I Color Pared

TCC

Media

N

Desv. típ.

Fría

1,05

22

0,78

Magenta

Cálida

1,14

22

0,94

magenta (Tabla I). Gris

Total

Total

1,09

44

0,86

Fría

1,05

22

0,84

Cálida

1,18

22

0,79

Total

1,11

44

0,81

Fría

1,05

44

0,81

Cálida

1,16

44

0,86

Total

1,10

88

0,83

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

331

TABLA II Color Pared

TCC Fría

Magenta

Cálida Total Fría

Gris

Cálida

Total

Fría Total

Cálida Total

Luminosa

Confortable

Placentera

Interesante

Estimulante

Media

2,09

2,32

2,50

2,50

2,59

Desv. típ.

0,81

0,99

1,01

0,91

1,05

Media

2,27

2,55

2,82

2,82

2,77

Desv. típ.

0,93

1,06

1,05

1,01

1,15

Media

2,18

2,43

2,66

2,66

2,68

Desv. típ.

0,87

1,02

1,03

0,96

1,09

Media

2,32

2,68

2,59

2,55

2,91

Desv. típ.

0,89

0,94

1,05

0,86

1,15

Media

3,09

2,73

2,91

2,86

3,14

Desv. típ.

1,15

0,88

0,87

1,12

1,21

Media

2,70

2,70

2,75

2,70

3,02

N

44

44

44

44

44

Desv. típ.

1,09

0,90

0,97

1,00

1,17

Media

2,20

2,50

2,55

2,52

2,75

Desv. típ.

0,85

0,98

1,02

0,88

1,10

Media

2,68

2,64

2,86

2,84

2,95

Desv. típ.

1,12

0,97

0,95

1,05

1,18

Media

2,44

2,57

2,70

2,68

2,85

Desv. típ.

1,01

0,97

0,99

0,98

1,14

En cuanto a la clasificación de la apariencia de color de las muestras manipuladas en término de luminosidad y colorido, sobre una escala de 5 pasos (1 peor clasificación a 5 mejor clasificación), las evaluaciones promedio de los participantes coinciden que la condición de color de la envolvente gris favorece ambos atributos, sin embargo difieren en cuanto a la temperatura de color correlacionada de la iluminación: con 3000 K se favorece más la luminosidad de las muestras, mientras que con 5000 K se favorece más el colorido de las mismas /(Tabla III)..

TABLA III Color Pared

TCC Fría

Magenta

Cálida Total Fría

Gris

Cálida Total

Sobre la variable Evaluación se realizó un análisis de varianza de medidas repetidas con la condición de TCC y color de la envolvente como variable intrasujeto. El análisis arrojó que la diferencia en el valor promedio de la evaluación en la diversas condiciones es estadísticamente significativa a un nivel de confianza del 90% (F=2.51, gl=19, p=0,089).

La apariencia visual del espacio en término de luminosidad, confort, placer, interés y estimulación, fue evaluada sobre una escala de 5 pasos (desde 1 mejor a 5 peor valoración), y ubica a la condición experimental de 5000 K para la envolvente de color magenta, como la de mejor apariencia (Tabla II).

Fría Total

Cálida Total

Oscuro

Descolorido

Media

3,32

3,00

Desv. típ.

0,64

1,02

Media

3,27

3,09

Desv. típ.

0,70

1,06

Media

3,30

3,05

Desv. típ.

0,67

1,03

Media

3,32

3,32

Desv. típ.

1,21

1,17

Media

3,36

3,27

Desv. típ.

0,90

0,98

Media

3,34

3,30

Desv. típ.

1,05

1,07

Media

3,32

3,16

Desv. típ.

0,96

1,10

Media

3,32

3,18

Desv. típ.

0,80

1,02

Media

3,32

3,17

Desv. típ.

0,88

1,05

332

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

CONCLUSIONES

Los resultados muestran que la iluminación fría (5000 K) y la envolvente de color magenta favoreció tanto la tarea de discriminación de color como la apreciación del espacio, sin embargo el análisis de las evaluaciones de las muestras manipuladas en cuanto a su luminosidad y colorido, muestra que la envolvente gris favoreció apreciar ambos atributos, pero con 3000 K para la luminosidad y 5000 K para el colorido de las mismas. Se necesitará mayor número de evaluaciones para consolidar y explicar estas diferencias entre la apreciación general del espacio y la evaluación específica de los objetos manipulados.

REFERENCIAS [1] K. Papamichael, M. Siminovitch, J. Veitch and L. Whitehead, “High Color Rendering Can Enable Better Vision without Requiring More Power,” Leukos DOI: 10.1080/15502724.2015.1004412, February 2015. [2] M. Islam, R. Dangol, M. Hyyärinen, P. Bhusal, M. Puolakka, and L. Halonen, “User preferences for LED lighting in terms of light spectrum, ” Lighting Research & Technology 45: 641–665, 2013. [3] [2] K. Houser, M. Wei, D. Aurélien and M. Krames, “Whiteness Perception under LED Illumination”, LEUKOS 10:3, 165-180, DOI: 10.1080/15502724.2014.902750. 2014. [4] L. Laufer, E. Láng , L. Izsó and M. E. Nemeth “Psychophysiological effects of coloured lighting on older adults”, Lighting Res. Technol. 41: 371–378, 2009.

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Evaluación de técnicas de aprendizaje de máquina para la detección de diferencias de color Alejandro Zabala1, Jesús M. Quintero2, Leonardo Bermeo3 1.

2.

Universidad Nacional de Colombia, Colombia, azabalac@unal.edu.co Universidad Nacional de Colombia, Colombia, jmquinteroqu@unal.edu.co 3. Universidad Nacional de Colombia, Colombia, lbermeoc@unal.edu

Resumen—En este trabajo exploramos el uso de técnicas de aprendizaje de máquina para detectar diferencias en la percepción de los colores, partiendo de conjuntos de datos experimentales (obtenidos en el laboratorio MATISSE de la Universidad Nacional de Colombia en el curso de un proyecto de investigación coordinado por el laboratorio ESAT/Light and Lighting Laboratory de la universidad de KU Leuven, Bélgica). Para este propósito comparamos el desempeño de dos métodos de aprendizaje de máquina para clasificar conjuntos de datos mezclados: el método Kmeans y el Modelo de Mezcla de Gaussianas. Los resultados muestran que el Modelo de Mezcla de Gaussianas permite clasificar acertadamente los datos experimentales en una buena parte de los casos. Esto sugiere que los métodos de aprendizaje de máquina pueden ser utilizados eficientemente como herramientas para detectar diferencias culturales en la percepción del color, así como otras características relacionadas con la iluminación. Abstract- In this paper we explore a machine learning approach for detecting differences in color perception from experimental data (the data was obtained by the MATISSE Laboratory at the National University of Colombia in the course of a research project coordinated by ESAT/Light and Lighting Laboratory at the University of KU Leuven, Belgium). In order to do so, we compare the performance of two known methods of machine learning for detecting color differences in mixed datasets. The methods we are comparing are K-means and Gaussian Mixture Models. The results show that the Gaussian Mixture Model can accurately classify the experimental datasets in most cases. This fact suggests that machine learning methods can be used efficiently as tools for detecting cultural differences in color perception and also other features related with lighting. I.

INTRODUCCIÓN

Una pregunta recurrente acerca de la percepción humana ha sido si la representación interna que formamos de los colores es universal o no lo es. En particular, la hipótesis de relatividad lingüística (HRL) establece que la percepción de los colores depende profundamente del lenguaje asociado al color [1]. En contraposición, la hipótesis de los colores universales sustenta que existen once categorías de color fundamentales que caracterizan completamente la percepción del color en los seres humanos [2]. Recientemente varios trabajos han intentado establecer diferencias estadísticamente significativas en la percepción del color para individuos de diferentes culturas [3] [2] o géneros [4] a través de experimentos con observadores pertenecientes a diferentes grupos humanos, seleccionados a priori. El presente trabajo se propone evaluar dos técnicas de aprendizaje de máquina como son el método K-means y el modelo de mezcla de gaussianas [5] para detectar diferencias en la percepción de

color con base en conjuntos de datos experimentales. Hasta donde los autores conocen, estos métodos nunca han sido usados para encontrar patrones de género o cultura en la forma en que los humanos perciben los colores. Este artículo está organizado de la siguiente forma: en la sección II se presenta una breve revisión de los espacios de color y de los algoritmos de aprendizaje de máquina utilizados en este trabajo (K-means y de modelo de mezcla de gaussianas). En la sección III se describe la forma en que fueron obtenidos los datos del experimento reportado en [3], los cuales han sido tomados para este estudio. En la sección IV se presentan comparativamente los resultados de aplicación de los métodos K-means y de modelo de mezcla de gaussianas. Finalmente, en la sección V se presentan las conclusiones y trabajos futuros. II.

C.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Espacios de color

Un espacio de color es una representación geométrica espacial de los colores en que cada punto representa las características de color de la radiación luminosa, desde el punto de vista de la sensibilidad visual humana [6], [7]. Existen varios espacios de color usados en colorimetría, dependiendo de las necesidades. Entre ellos se destacan los siguientes [8]:   

CIE 1931 XYZ CIE 1976 L* a* b* CIE 1976 L* u* v*

El espacio de color CIE 1976 (L*,u*,v*) (comúnmente conocido como CIELUV), fue adoptado por la Comisión Internacional de la Iluminación (CIE) con la intención de proporcionar un espacio de color perceptualmente más uniforme para los colores expuestos a aproximadamente la misma luminancia. En razón a esta característica, en este espacio de color se realizaron los experimentos y análisis descritos en este trabajo. A continuación presentamos la formulación matemática que caracteriza el espacio CIELUV. Los valores triestímulo X,Y,Z del color de un objeto están definidos por:

100

∑ ̅ ∑

;

(1a)

334

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

100

∑

100

∑

∑ ̅ ∑

;

(1b)

;

(1c)

en que es el factor de reflectancia espectral de un objeto, es la distribución espectral de potencia relativa de la iluminancia que incide sobre el objeto, ̅ , , ̅, son las funciones de correspondencia de color que definen un observador estándar (ya sea el observador de 2°se CIE 1931 o el observador de 10°-CIE 1964). La sumatoria ∑ toma sobre el espectro visible, el cual va por lo general de 400 nm a 700 nm en intervalos de longitud de onda iguales de típicamente Δ 10 nm [9]. Teniendo en cuenta los valores triestímulo definidos por (1a -1c) podemos establecer ahora el espacio CIE 1976 (L*,u*,v*) como sigue:

Figura 1: Espacio de color CIE 1976 CIE L*u* v* (CIELUV)

donde Xo, Yo, Zo representan los valores triestímulo del estímulo de color acromático obtenidos al remplazar 1 en (1a-1c) [9]. Finalmente, la diferencia de color entre dos objetos, según CIELUV, está definida por:

Las expresiones anteriores definen el espacio de color CIE 1976 L* u* v* para el observador estándar $2^o$ de la CIE 1931, el cual se puede observar en la Fig. 1. Es posible apreciar en esta figura que los componente u' y v' se representan, respectivamente, por la abscisa y la ordenada del plano. Adicionalmente la frontera externa corresponde espectro visible y contiene las longitudes de onda (en nanómetros) de los correspondientes colores del espacio de color.

D.

Métodos de aprendizaje de máquina

El aprendizaje de máquina es una rama creciente de la ciencia de la computación y ofrece en la actualidad algunas de las técnicas más efectivas para el descubrimiento de patrones en conjuntos de datos multidimensionales. A continuación presentaremos brevemente las técnicas de aprendizaje de máquina que serán usadas en este trabajo: el método K-Means y el modelo de mezcla de gaussianas 1) Algoritmo K-means: El algoritmo K-means es un método de aprendizaje no supervisado que permite clasificar N datos en K agrupaciones usando un método iterativo descrito en el algoritmo 1 (vea la referencia [10]).

Para ilustrar el funcionamiento del algoritmo 1 consideremos los datos mostrados en la Fig. 2(a). En el paso 1 se inicializan aleatoriamente los centroides (Fig. 2(b)). En el paso 2, a cada punto se le asigna una clase con base en el centroide más cercano (Fig. 2(c)). En el paso 3 se recalculan los centroides, teniendo en cuenta las clases asignadas en el paso 2 (Fig. 2(d)). Finalmente, las figuras 2(e) y 2(f) muestran otra iteración del algoritmo en la cual se repiten los pasos anteriores (vea la referencia [11]).

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335

Figura 3. Modelo GMM con dos gaussianas (K = 2) bivariables (D = 2). Imagen tomada de [13].

2) Algoritmo GMM: Los experimentos reportados en [12] y [3] validan a la función Bivariable Gaussiana dada por (4) como un modelo apropiado de la apariencia del color evaluada por diferentes observadores.

en la cual x representa un punto en el espacio de color cuya apariencia ha sido calificada experimentalmente por un grupo de observadores para un objeto específico. Los parámetros a0, a1, ∑ y se obtienen del ajuste de (4) a las observaciones. El modelo dado por (4) sugiere naturalmente el segundo método de aprendizaje de máquina que consideramos en este trabajo: el modelo de mezcla de gaussianas (abreviado como GMM, por su nombre en inglés Gaussian Mixture Model). El método GMM permite agrupar datos bajo la suposición fundamental de que estos han sido generados a partir de la combinación lineal de K diferentes distribuciones gaussianas, de acuerdo al siguiente modelo:

El algoritmo 2 (vea la referencia [5]), presentado a continuación, sintetiza los pasos del método EM para determinar los parámetros del modelo dado por (5). Una vez obtenido el vector µ de medias estimadas por medio del algoritmo 2, los datos pueden ser etiquetados usando (3). La Fig. 3 representa la mezcla de 2 gaussianas para modelar dados estadísticos en un espacio bidimensional con los parámetros obtenidos usando el algoritmo 2. Desde la perspectiva del presente trabajo es importante resaltar que si, por ejemplo, existen diferencias importantes en el color existente en la memoria de largo plazo de individuos pertenecientes a dos diferentes culturas, la calificación de los colores debe presentar una distribución como la representada en la Fig. 3, en la cual los valores medios de cada gaussiana corresponden al punto de color (u',v') (dado en el espacio CIE 1976 L* u* v*) que representa al observador promedio de cada cultura.

336

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Figura 4. Los siete objetos familiares los cuales se usaron en la evaluación de técnicas de aprendizaje de máquina para la detección de diferencias de color.

Para obtener los datos correspondientes a cada objeto familiar los participantes debían observar el mismo objeto con diferentes representaciones escogidas dentro de una grilla de colores uniformemente espaciados en el espacio CIE 1976 u'v' (calculados utilizando el observador CIE 1964 en 1a-1c). Para ilustrar como fue realizado el experimento, consideremos el objeto familiar manzana (MA), representado con 5 diferentes colores en la Fig. 6(a). Cada color de las manzanas es un punto en el espacio CIE 1976 u'v' mostrado en la 6(b). Las flechas relacionan cada una de las 5 manzanas con su correspondiente color en el espacio CIE 1976 u'v'. El número de todas las representaciones que aparecen dentro del experimento para el objeto MA incluye todos los 154 colores de la grilla que aparece en la Fig. 6b). Así, por ejemplo, para evaluar el objeto (MA) cada participante observaba las 154 imágenes de manzanas con su respectiva variación de color, calificando la aparicencia del color de cada imagen representada respecto a su propio concepto del color real de una manzana. La evaluación de cada imagen fué ponderada en una escala numérica que iba desde muy mala (-1) hasta muy buena (+1).

III. MÉTODOS

En el trabajo reportado en [3] se estudió experimentalmente la variación inter-cultural de la memoria de color, es decir, como una persona percibe el color según su cultura de origen. El diseño experimental del estudio consistió inicialmente en seleccionar 11 objetos familiares, entre los cuales están: Fresa (FR), lavanda (LA), Manzana verde (MA), naranja (NA), pitufo (PI), tomate (TO). Los datos experimentales recolectados en Colombia para los 6 objetos familiares representados en la Fig. 4 han sido tomados como base del estudio realizado en este trabajo.

Así, al finalizar el experimento para el objeto MA, calificando todas las imágenes correspondientes a los colores de la grilla mostrada en la Fig. 6(b)), se obtenía un conjunto de datos de tres dimensiones. La Fig. 5 muestra el conjunto completo de datos obtenidos para el objeto MA, notemos que el plano horizontal y el eje vertical representan, respectivamente, los colores en el espacio CIE 1976 u'v' y la evaluación obtenida de color obtenida del conjunto de participantes del experimento. El mismo procedimiento fue aplicado para 11 objetos familiares, incluyendo los 6 objetos cuyos datos han sido tomados en este trabajo (vea la Fig. 4).

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fueran similares entre sí, lo cual se cumple a excepción de FR y TO (los cuales aunque visualmente son similares tiene grillas relativamente diferentes). B.

Figura 5. Conjunto completo de datos promedio obtenidos para el objeto MA

Figura 6. (a)Grilla en el espacio de color CIE 1976 (CIELUV). (b)Manzanas a las cuales se les vario las coordenadas u’v’ mientras la luminancia se mantuvo constante.

Para evaluar el desempeño de los algoritmos se mezclaron los datos de dos y tres objetos familiares, con el fin de recrear artificialmente un experimento en el que existen diferencias en la percepción del color entre los participantes. Puesto que cada grilla representa un color diferente, cuya clasificación conocemos previamente, los algoritmos deben poder separar dichas grillas y agruparlas conveniente en un cierto número de clases con centroides en los colores mejor valorados de cada imagen. En la siguiente sección presentaremos el desempeño de los algoritmos K-means y GMM para detectar las diferencias de color creadas artificialmente con las mezclas de colores de los objetos. IV. RESULTADOS

A.

Imágenes procesadas y descripción

La Fig. 4 muestra los 6 objetos procesados en este trabajo, se descartaron los dos tonos de piel (caucásica y asiática) por su poca familiaridad entre los participantes del experimento realizado en el laboratorio de Colombia. Adicionalmente los objetos limón y banana se descartaron por su similitud con la manzana y la naranja, respectivamente. De esta forma los 6 objetos cubren ampliamente el círculo cromático y son familiares para los participantes. Adicionalmente, se buscó que los colores de cada objeto no

Mezcla y clasificación de 2 objetos

1) Mezcla MA-NA: En primer lugar se buscó clasificar mezcla de grillas correspondiente a los objetos MA y NA. Estas grillas se pueden observar en la Fig. 7(a), evidenciando que la grilla MA se superpone totalmente a la de NA (lo cual implica una mezcla completa de los datos de los dos objetos familiares). Lo anterior implica una mayor dificultad para encontrar diferencia en la percepción del color de MA y NA, por esta razón este caso particular es de interés para evaluar la eficiencia de los dos algoritmos de aprendizaje de maquina tratados en este trabajo. La Fig. 7(c) y 7(d) muestra el resultado de la clasificación por medio de k-means y de GMM respectivamente, ambos métodos se configuraron con cuatro agrupaciones (K=4). Es posible observar que los datos tienen una distribución de mezcla de gaussianas bivariantes. Como se vio en la sección II-B una de las salidas de cada algoritmo corresponde a los centroides o punto medio de cada ageupación, estos mismos se pueden observar en las figuras 7(c) y 7(d) corresponden a las "x" de color rojo. De los cuatro centroides se seleccionan aquellos que tengan calificación positiva y son estos los que representan los colores predominantes en la memoria del observador promedio. La Fig. 7(b) muestra los centroides con calificación positiva situados sobre el espacio de color CIE 1976 (junto al objeto cuyo color está representado por cada centroide), podemos apreciar que para ambos objetos el centroide que se obtuvo por el método GMM se acerca mas al color real del objeto. La tabla I muestran el valor numérico de los centroides de calificación positiva encontrados por cada algoritmo. 2) Mezcla FR-PI: El segundo grupo de grillas clasificado correspondió a los objetos FR y PI y se pueden observar en las Fig. 8(a), para este caso las grillas se superponen parcialmente y no totalmente como en el caso anterior. Nuevamente los datos tienen un comportamiento de mezcla gaussianas bivariantes pero esta vez las gaussianas están bien definidas (lo cual facilita el proceso del algoritmo y permite que la clasificación sea más eficiente). Las figuras 8(c) y 8(d) muestran los respectivos resultados de la clasificación. Podemos apreciar que la clasificación por parte de cada algoritmo es similar, pero al observar la Fig. 8(c) se puede ver que los centroides para el método de K-means están por fuera de los datos agrupados lo cual indica que la clasificación dada no es tan exacta, caso contrario a lo obtenido por GMM donde los centroides agrupan los datos clasificados, por lo cual representan mejor cada grupo (es decir la agrupación dada por algoritmo GMM separa mejor los dos colores predominantes de la mezcla FR-PI).

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Figura 7. Resultados para MA vs. NA.

Lo anterior se puede ver con mayor facilidad en la Fig. 8(b), para PI los centroide son muy cercanos pero para FR el centroide arrojado por GMM está más cerca al color rea del objeto. Nuevamente es claro que ambos algoritmos son eficientes para encontrar diferencias de color en los datos mezclados y adicionalmente que el método GMM obtiene mejores resultados para datos donde las gaussianas bivariantes están definidas con mayor claridad. La tabla I muestran el valor numérico de los centroides de calificación positiva encontrados por cada algoritmo, se observa que que las coordenadas u' v' de los centroides de cada método son notablemente diferentes. 3) Mezcla TO-LA: El último caso evaluado para mezcla de dos objetos correspondió al grupo de grillas de TO y LA que se

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339

Figura 8. Resultados para FR vs. PI.

observan en la Fig. 9(a), se denota que la grilla de LA se superpone totalmente a la de TO. Las figuras 9(c) y 9(d) muestran los resultados al procesar la mezcla TO-LA con los algoritmos K-means y GMM. Se puede ver en la Fig. 9(c) que los centroides obtenidos por K-means no representan ningún grupo, adicionalmente la tabla I muestra que solo se obtuvo un centroide con coordenada de calificación positiva, es decir el algoritmo K-means no logro encontrar diferencia significativa entre los datos de TO y LA. En contraste, la Fig. 9(d) muestra que los grupos y centroides obtenidos por GMM son coherentes. La Fig. 9(b) muestra el centroide con calificación positiva obtenido por K-means, se puede ver que no representa a ninguno de los dos objetos de la mezcla, por el contrario, los centroides del algoritmo GMM muestran que el color predominante es bastante cercano al del objeto real

C.

Mezcla y clasificación de 3 objetos

1) Mezcla FR-LA-NA: Finalmente se procesó un grupo de 3 objetos familiares. Las tres grillas procesadas estaban superpuestas entre si y cubrieron en un gran rango el espacio de color, como se ilustra en la Fig. 10(a). En la Fig. 10(c) se puede observar que el algoritmo GMM logra separar los tres objetos familiares, los centroides encontrados se muestran en la tabla II y se puede observar su ubicación en el espacio de color en la Fig. 10(b). Para facilitar la comprensión del lector nuevamente se ubica el respectivo objeto familiar al lado de su correspondiente centroide. Es posible percibir que el algoritmo GMM nuevamente fue eficiente para encontrar diferencias de color y así poder separar los tres objetos. Esto se evidencia en que cada uno de los tres centroides encontrados por el algoritmo está cerca del color real del objeto familiar. Es importante resaltar que en el caso de 3 o más grillas, el algortimo K-means nunca encontró las agrupaciones de colores, siendo una limitación de este algoritmo.

340

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Figura 8. Resultados para TO vs. LA.

restricciones: (i) Los datos deben tener grupos bien definidos, por ejemplo para los casos estudiados cuando las distribuciones de mezcla de gaussianas bivariantew estaban bien definidas, se logró separar los objetos familiares satisfactoriamente, pero en caso como la mezcla de TO-LA (en la cual las dos gaussianas no estaban bien definidas) no se logró separar los colores de los dos objetos; (ii) Cuando se tienen más de dos grillas mezcladas el algoritmo Kmeans no logra separar los grupos. V. CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS

La conclusión fundamental de este trabajo es que los métodos de aprendizaje de máquina pueden constituirse en una herramienta fundamental para encontrar patrones que indiquen diferencias culturales en la percepción de color, como las señaladas por la hipótesis de relatividad lingüística. Con relación a los dos métodos evaluados, podemos resaltar lo siguiente: 

Como se pudo observar el algoritmo de aprendizaje de maquina Kmeans permite encontrar diferencias de color, pero tiene ciertas



Los resultados obtenidos por el método GMM fueron bastante satisfactorios. En todos los casos presentados fueron detectadas las diferencias de color generadas mediante la mezcla de objetos. Es importante resaltar que incluso con tres grillas el algoritmo es eficiente en la detección y sus centroides representan correctamente los colores preferidos de los objetos reales.

Como trabajo futuro estamos comenzando un proyecto para recolectar datos de diferentes observadores en el territorio colombiano y usar los métodos de aprendizaje de máquina para encontrar los factores más influyentes en las diferencias de percepción de los colores en grupos sociales de Colombia.

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Figura 9. Resultados para FR vs. LA vs. NA AGRADECIMIENTOS

Todo el manejo y procesamiento de datos incluidos los algoritmos de aprendizaje de maquina se realizaron con la suite Scikit-Learn [14] y Colour-Science para Python [15].

[7] I. E. C. IEC, “International electrotechnical vocabulary - chapter 845: Lighting.” International Standard page 67, 1987. [8] CIE, “International commission of illumination-technical report 15 – colorimetry.” Technical Report-3ra edicion, 2004.

REFERENCIAS

[9] N. Ohta, “Correspondence between cielab and cieluv color differences,” Color Research and Application, vol. 2, no. 4, pp. 178–182, 1977.

[1] M. Masharov and M. H. Fischer, “Linguistic relativity: Does language help or hinder perception?,” Current Biology, vol. 16, no. 8, pp. R289 – R291, 2006.

[10] S. Rogers and M. Girolami, A First Course in Machine Learning. Chapman & Hall/CRC, 1st ed., 2011.

[2] D. K. Anoglu, A Cross-Cultural Study on Color Perception: Comparing Turkish and Non-turkish Speaker’s Perception on Blue. Tesis de maestría, The Middle East Technical University, 2007. [3] K. A. G. Smet, Y. Lin, B. V. Nagy, Z. Nemeth, G. L. Duque-Chica, J. M. Quintero, H.-S. Chen, R. M. Luo, M. Safi, and P. Hanselaer, “Cross-cultural variation of memory colors of familiar objects,” Opt. Express, vol. 22, pp. 32308–32328, Dec 2014. [4] D. L. Bimler, J. Kirkland, and K. A. Jameson, “Quantifying variations in personal color spaces: Are there sex differences in color vision?,” Color Research and Application, vol. 29, no. 2, pp. 128–134, 2004. [5] C. M. Bishop, Pattern Recognition and Machine Learning (Information Science and Statistics). Secaucus, NJ, USA: Springer-Verlag New York, Inc., 2006. [6] I. E. C. IEC, “International electrotechnical vocabulary - chapter 723: Broadcasting: Sound, television, data.” International Standard page 175, 1997.

[11] C. Piech, “Artificial intelligence: Principles and techniques: K means." http://stanford.edu/∼cpiech/cs221/handouts/kmeans.html, 2013. [12] K. Smet, W. R. Ryckaert, M. R. Pointer, G. Deconinck, and P. Hanselaer, “Colour appearance rating of familiar real objects,” Color Research & Application, vol. 36, no. 3, pp. 192–200, 2011. [13] T. Ramalho, “Quick introduction to gaussian mixture models with python.” http://www.nehalemlabs.net/prototype/blog/2014/04/03/ quick-introduction-to-gaussian-mixture-models-with-python/, 2013. [14] F. Pedregosa, G. Varoquaux, A. Gramfort, V. Michel, B. Thirion, O. Grisel, M. Blondel, P. Prettenhofer, R. Weiss, V. Dubourg, J. Vanderplas, A. Passos, D. Cournapeau, M. Brucher, M. Perrot, and E. Duchesnay, “Scikit-learn: Machine learning in Python,” Journal of Machine Learning Research, vol. 12, pp. 2825–2830, 2011. [15] T. Mansencal, M. Mauderer, M. Parsons, L. Canavan, S. Cooper, and N. Shaw, “Colour 0.3.8 [data set]..” http://doi.org/10.5281/zenodo. 57294, 2016.

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Influencia del Nivel y la TCC sobre la Percepción de Seguridad en Espacios Exteriores Natalia Valladares1, Graciela Tonello1 1- Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión (DLLyV), Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Universidad Nacional de Tucumán (UNT) / Instituto de Investigación en Luz, Ambiente y Visión (ILAV), CONICET. Av Independencia 1800 - 4000 San Miguel de Tucumán – Argentina. nvalladares@herrera.unt.edu.ar/gtonello@herrera.unt.edu.ar Resumen— El objetivo del presente estudio consistió en identificar características de la iluminación relevantes a la percepción de seguridad en caminos exteriores públicos, considerando además el posible rol mediacional de aspectos ambientales y espaciales del entorno sobre la respuesta perceptual de usuarios peatones. La metodología incluyó evaluaciones subjetivas diurnas y nocturnas y el respectivo relevamiento fotométrico, en dos accesos peatonales iluminados con diferente fuente de luz, sodio de alta presión y mercurio halogenado. Los resultados incluyen desde aspectos metodológicos, como la obtención de la versión final de un protocolo de evaluaciones subjetivas relevante al objeto de estudio, hasta la evidencia de la importancia de la iluminación y su percepción en la sensación de seguridad. La uniformidad de la luz y las características espaciales del entorno, correlacionaron significativamente con los índices de seguridad e iluminación percibida, no así la Temperatura de Color Correlacionada.

I.

INTRODUCCIÓN

E

n espacios exteriores de tránsito peatonal se requiere que con la iluminación artificial se pueda i) detectar imperfecciones y obstáculos en la caminerías, ii) orientación visual, o sea, poder leer números de direcciones de casas y nombre de las calles, iii) poder distinguir rostros que brinde sensación de seguridad y promueva el encuentro social con otros peatones, y también iv) confort general del peatón [ 1- 2]. Recientes investigaciones señalan la necesidad de poder conocer la intencionalidad de las personas, por medio de expresiones faciales y también mediante posturas corporales [3]. Específicamente, se ha identificado a la iluminación como una las características ambientales más importantes para la percepción de peligro [4]. En condiciones de visión mesópica es probable que la distribución espectral de la fuente de luz tenga un impacto en la percepción del peatón del ambiente iluminado. La evidencia muestra que las fuentes de luz de halogenuros metálicos parecen proveer una mejor percepción de claridad y rendimiento visual que las fuentes de luz de sodio de alta presión [5].

En general, los resultados de investigaciones muestran que una calle bien iluminada, con uniformidad adecuada, tiende a hacer que la gente se sienta más segura [6].

Las mediciones subjetivas de la iluminación de día y de noche, sirven para conocer la percepción de peligro más allá del hecho que si la zona en la cual se evalúa es peligrosa en sí misma [78].

Aún se debate acerca de la cantidad de luz (iluminancia) suficiente o adecuada para que la iluminación brinde seguridad a los peatones [9]. En Argentina la Norma IRAM AADL J20222 de Argentina no especifica valores recomendados de iluminancia para peatón según la clasificación de la vía de tránsito. II.

METODOLOGÍA

En el presente trabajo se realizaron las mediciones subjetivas (encuestas) y objetivas (relevamiento fotométrico) en dos accesos peatonales de un Campus Universitario, los cuales son muy utilizados tanto por los usuarios del mismo (estudiantes, docentes y personal administrativo) como por transeúntes ocasionales.

Los accesos están iluminados con distinta tecnología en término de luminarias y fuentes de luz: el de calle A está iluminado con farolas y lámparas de mercurio halogenado de 100W, mientras que el de calle B con artefactos de alumbrado público conteniendo lámparas de sodio de alta presión de 150W (ver Fig.1a y Fig. 2a) es decir, difieren principalmente en sus características espectrales.

Las dimensiones de la caminería de calle A son: 2,6m de ancho y 80m de longitud (Ver Fig. 1a y 1b), y en la calle B se evaluaron dos accesos: el de orientación Oeste: 1,2m de ancho y 179m largo (ver Fig. 2a y 2 b), y el Este: 2,2 m de ancho y 179m de largo (Ver Fig. 3a y 3b).

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343

El relevamiento fotométrico fue llevado a cabo en ambas caminerías mientras los respondientes llenaban la encuesta. El mismo incluyó mediciones de iluminancia horizontal y semicilíndrica (ver Tabla I), en puntos debajo de las luminarias y entre luminarias.

Fig. 3a) Calle B Este de Noche

Fig. 3b) Calle B Este de Día

La muestra consistió de 34 personas: 18 varones y 16 mujeres, con edad promedio de 29,6 años (SD=7,4; rango de 19-57 años), divididos en dos grupos: 19 especialistas y 15 estudiantes. Fig. 1a) Calle A de Noche

Fig. 1b) Calle A de día

Producto de investigaciones anteriores, como en [10] y [11], se aplicó la versión final de una encuesta formada por 32 pares de diferenciales semánticos sobre una escala de 5 pasos (1=Nada a 5=Totalmente), que los participantes contestaron de forma voluntaria y anónima. Los grupos fueron conducidos a puntos fijos de observación ubicados en los accesos peatonales, dirigidos hacia las salidas del campus, para responder la encuesta autoadministrada, en horarios diurnos entre las 4:00 – 5:00 pm parcialmente nublado, y nocturnos después de las 7:00 pm, en los meses de mayojunio-julio. Estas mediciones se realizaron sólo en días secos. TABLA I. VALORES DE ILUMINANCIA EN LAS CAMINERÍAS Caminería

Eh (lx)

Esc (lx)

4,58

3,33

Este

4,24

2,75

Oeste

10,7

3,64

Calle A Calle B

RESULTADOS Fig. 2 a) Calle B Oeste de Noche

2 b) Calle B Oeste de Día

Se computaron dos índices con las variables de la encuesta relevantes a Seguridad percibida (reconocimiento de rostro, hostil, sombrío, desconocido, desolado y peligroso) e Iluminación subjetiva (oscuro, luminoso, iluminación uniforme e iluminación deslumbrante). La escala de algunos adjetivos fue invertida de modo tal que a mayor puntaje mejor evaluación, en término del polo positivo del par de adjetivos. Los análisis de correlación arrojaron que las variables referidas a la Temperatura de Color Correlacionada de las lámparas (iluminación cálida e iluminación fría) no presentaron

344

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correlación alguna con las demás variables que formaron el índice de iluminación percibida, por lo que fueron excluidas del mismo. Mostrando por su lado, una alta correlación entre ellas.

TABLA V. COMPARACIÓN ENTRE LAS CALLES A Y B DE LOS ÍNDICES DURANTE LA NOCHE CALLE

La consistencia interna de los índices se considera adecuada (Cronbach α=0,677 y α=0,632, respectivamente), la cual mejorará a medida que se incremente el tamaño de la muestra. Para estimar la importancia de la iluminación, se realizaron las comparaciones de los índices de seguridad durante el día y la noche en ambas caminerías (Tabla II y III), donde se muestra que la percepción de seguridad disminuye con la oscuridad. Cabe destacar que no obstante las diferencias en valores fotométricos entre las dos caminerias Oeste y Este de la calle B, no se encontraron diferencias en la evaluación subjetiva de las mismas.

Índice de Ilum. Subj.

A B

3,34

3,13

2,90

2,52

La correlación alta y significativa (p= 0,01) entre ambos índices, de seguridad percibida y de iluminación subjetiva, para las dos calles, exhibe la importancia de la iluminación en la seguridad experimentada (ver Tablas VI, VII, VIII Y IX).

TABLA VI. CORRELACIÓN PARAMÉTRICA EN LA CALLE A Seguridad en A Noche

TABLA II. ÍNDICE DE SEGURIDAD EN LA CALLE A Índice de Seguridad en A

Media

Desviación típica

Día

4,06

0,55

Noche

3,13

0,73

Seguridad en A Noche

Día Noche

Desviación típica

3,82 2,52

1

0,682(**)

Correlación de Pearson

0,000

0,682(**)

1

Sig. (bilateral) 0,000 ** La correlación es significativa al nivel 0,01 (bilateral).

TABLA III. ÍNDICE DE SEGURIDAD EN LA CALLE B Media

Correlación de Pearson

Ilum. Subj. en A Noche

Sig. (bilateral) Ilum. Subj. en A Noche

Índice de Seguridad en B

Índice de Seguridad

TABLA VII. CORRELACIÓN NO PARAMÉTRICA EN LA CALLE A

0,65 0,65

La comparación del índice de iluminación percibida entre las caminerías de las dos calles (Tabla IV), muestra que la iluminación de la calle A es percibida como más alta y más segura (Tabla V) aun teniendo en cuenta que una de las caminerías de B tiene un nivel de iluminación superior como se observa en la Tabla I.

Rho de Spearman

Seguridad en A Noche Ilum. Subj. en A Noche

Coef. de correlación Sig. (bilateral) Coef. de correlación

1,000

0,628(**)

.

0,000

0,628(**)

1,000

Sig. (bilateral) ** La correlación es significativa al nivel 0,01 (bilateral).

TABLA IV. COMPARACIÓN DE MEDIAS DEL ÍNDICE DE ILUMINACIÓN SUBJETIVA EN LAS DOS CALLES.

Ilum. Subj. en A Noche

Seguridad en A Noche

0,000

.

TABLA VIII. CORRELACIÓN PARAMÉTRICA EN LA CALLE B Índice de Iluminación Subjetiva Calle A Noche Calle B Noche

Media

Desviación típica

3,34

0,45

2,90

0,45

Seguridad en B Noche Seguridad en B Noche

Correlación de Pearson

Ilum. Subj. en B Noche 1

Sig. (bilateral) Ilum. Subj. en B Noche

0,665(**) 0,000

Correlación de Pearson

0,665(**)

Sig. (bilateral)

0,000

** La correlación es significativa al nivel 0,01 (bilateral)

1

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 TABLA IX. CORRELACIÓN NO PARAMÉTRICA EN LA CALLE B

Rho de Spearman

Seguridad en B Noche Ilum. Subj. en B Noche

Seguridad en B Noche

Ilum. Subj. en B Noche

1,000

0,633(**)

Coef. de correlación Sig. (bilateral) Coef. de correlación

.

0,000

0,633(**)

1,000

Sig. (bilateral)

0,000

.

** La correlación es significativa al nivel 0,01 (bilateral).

CONCLUSIÓN

En línea con estudios previos, los resultados de este trabajo muestran que la evaluación subjetiva, o cómo la gente experimenta o percibe variables físicas como la iluminación, debe también considerarse cuando se diseña considerando el bienestar del usuario. A partir de estos resultados se puede expresar la Seguridad en función de la Iluminación subjetiva. Se observó que la caminería de calle A es percibida como más segura que la de calle B, aunque los niveles sean similares y hasta superiores, debido a la mayor uniformidad de la iluminación en el primer acceso, y posiblemente también a características espaciales como el entorno y las dimensiones del trayecto. La TCC de las lámparas no resultó relevante para el estudio de la seguridad percibida. No se encontraron diferencias significativas entre las evaluaciones subjetivas entre expertos y estudiantes, así como entre género. REFERENCIAS [11] Philips Lighting Manual (fifth edition). Eindhoven: Philips Lighting BV, 1993. [12] M.S. Rea, The IESNA Lighting Handbook, 9th Edition. New York: The Iluminating Engineering Society of North America, 2000. [13] S. Fotios, B. Yang and C. Cheal, “Effects of outdoor lighting on judgements of emotion and gaze direction”, Lighting Research and Tecnology, Vol. 47, pp.301-315, 2015. [14] L.J. Loewen, G.D. Steel, P. Suedfeld, 1993, Perceived safety from crime in the urban environment. Journal of Environmental Psychology, 13: 323331. [15] S. Fotios, C. Cheal , P.R. Boyce, “Light source spectrum, brightness perception and visual performance in pedestrian environments: a review” . Lighting Research & Technology, 2005, pp271-294. [16] A.Peña-García, A. Hurtado, M. C. Aguilar-Luzón, “Impact of public lighting on pedestrian´s perception of safety and well.being”, Safety Science 78 (2015), pp 142-148. [17] P.R.Boyce, N.H. Eklund, B.J. Hamilton, L.D. Bruno, “Perceptions of safety at night in different lighting conditions”, Lighting Research and Tecnology 32, pp79-91. [18] J.Unwin, “An investigation of the effect of street lighting on pedestrian reassurance in residential environments” [PhD Thesis] (2015), Sheffield (UK): University of Sheffield, 373pp. [19] S. Fotios & H. Castleton, “Specifying Enough Light to Feel Reassured on Pedestrian Footpaths”, LEUKOS 12(2016), 235-243pp.

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[20] G. Tonello & N. Valladares, “La Iluminación como predictor de la Accesibilidad visual y Seguridad percibida”, XII Conferência IberoAmericana de Iluminação - LUXAMÉRICA 2014 [21] N. Valladares& G. Tonello, “Percepción de Seguridad en los estudiantes del Campus Universitario Herrera”, IV Congreso Internacional de Psicología del Tucumán-”Cultura y Subjetividad: La Psicología Interpelada”, 2015.

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

Sensibilidad al contraste en el mesópico: efecto de la composición espectral, edad y frecuencia espacial Bárbara, Silva,1,2 María Constanza Tripolone2, Luis Issolio,1,2 Elisa Colombo1,2 1- Instituto de Investigación en Luz, Ambiente y Visión(ILAV) – CONICET-UNT – San Miguel de Tucumán, Tucumán, Argentina 2- Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión (DLLyV) – FACEyT – UNT - San Miguel de Tucumán, Tucumán, Argentina - ilum@herrera.unt.edu.ar

Resumen—En este trabajo evaluamos la contribución de la composición espectral de la radiación sobre la función de sensibilidad al contraste (FSC) para adaptación mesópica, donde la hipótesis es que el aporte cromático es relevante en tareas visuales de la vida cotidiana. Participaron sujetos jóvenes y adultos mayores. Se usaron cuatro luminancias: 0.1, 0.3, 1 y 3 cd/m2, para los jóvenes, y solo dos luminancias: 0.3 y 3 cd/m2, para los adultos mayores. Se midió la FSC para 3 tamaños diferentes (fs) de 1, 2 y 3 ciclos/grado. Los estímulos fueron presentados en un monitor TRC configurado para usar dos características cromáticas diferentes: a) temperatura de color correlacionada (TCC) de 3900K y relación S/P=1.79 y b) TCC de 8600K y S/P=2.79. Los resultados ponen en evidencia la influencia de la sensibilidad espectral para longitudes de onda bajas cuando la luminancia decrece, el impacto de la edad, así como la interacción de esta con la frecuencia espacial. Abstract-- In this work, we evaluated the contribution of the spectral power distribution (SPD) about the contrast sensitivity function (CSF) in mesopic adaptation, where the hypothesis is that the chromatic contribution is relevant in the visual task of every day. Two young and two older adults observers volunteers was participated. We used four luminances: 0.1, 0.3, 1 y 3 cd/m2, for the young people and only two luminances: 0.3 y 3 cd/m2, for the older adults. We measurement CSF for three different sizes: 1, 2 y 3 cicles/degree. The stimulus was showed in a CRT monitor configured for use two different chromatic caracteristics: a) correlated color temperature (CCT) of 3900K and S / P = 1.79 and b) TCC of 8600K and S / P = 2.79. The results show the influence of the spectral sensitivity for low wavelengths when the luminance decreases, the impact of age, and the interaction of this with the spatial frequency.

E

I.

INTRODUCCIÓN

l presente trabajo parte de los estudios preliminares presentados el año 2013[1], y están basados en los estudios de fotometría mesópica considerando la eficiencia visual de la tarea (Modelo MOVE)[2]–[5], donde se realizaron experimentos de detección de umbrales (foveal y periférico), de tiempos de reacción y de discriminación de umbrales, en todos los casos con sujetos jóvenes. La visión esta mediada por el sistema de conos en niveles fotópicos y por el sistema de bastones en niveles escotópicos, mientras que en el rango intermedio -mesopico- la visión recibe el aporte de los dos sistemas de fotorreceptores, y pone en juego

mecanismos de interacciones entre ellos, lo que hace mas complejo su estudio. Por otro lado, los conos y los bastones presentan distribuciones muy diferentes sobre la retina, lo que, dependiendo de los niveles de luminancia, conduce a que los resultados obtenidos en visión foveal y en visión periférica en general sean muy diferentes[6], [7]. Le sumemos a esta información que la eficiencia visual de una tarea de evaluación de contraste umbral depende del tamaño del estimulo que genera el proceso de percepción. Si además consideramos la edad de las personas, se sabe que, en general, las funciones visuales empeoran con la edad[8]. Debido a un aumento de la opacidad y amarillamiento de la lente cristalina, y a la disminución del tamaño máximo pupilar (miosis senil), la iluminancia retiniana disminuye, y este efecto es más acentuado cuando disminuye la luminancia de adaptación [9], [10]. Además, la calidad de la imagen retiniana también se reduce debido a la difusión intraocular y al desenfoque refractivoque puede ser corregido [11]. También la presencia de factores retinales, como la disminución de la densidad de los fotorreceptores bastones y la pérdida de células ganglionares retinales, explicarían las pérdidas de las funciones visuales con la edad [12]. Por lo anterior se estudia la contribución de la composición espectral de la radiación sobre la sensibilidad al contraste (SC) en adaptación mesópica, analizando la influencia e interacción con el nivel de luminancia y el tamaño del estímulo, y se evalúa si este resultado es diferente para sujetos jóvenes y adultos mayores. La hipótesis del trabajo es que el aporte cromático, en condiciones mesópicas, es relevante en tareas visuales de detección, comunes en la vida cotidiana. II.

METODOLOGÍA

Participaron en el experimento 4 observadores voluntarios, dos jóvenes (25 y 30 años) y dos adultos mayores (64 y 65 años) con su correspondiente corrección refractiva. Se midió la SC monocular (ojo derecho, zona temporal) usando estímulos de redes sinusoidales de frecuencias espaciales -fsde 1, 2 y 3 ciclos/grado (c/g) inclinadas a ±45° que se mostraban aleatoriamente (Figura 1).

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

Fig. 1. Estimulo de red sinusoidal inclinada (+ 45°).

Los estímulos se presentaron en un monitor TRC (marca ViewSonic) configurado para usar dos características cromáticas diferentes caracterizadas por la temperatura de color correlacionada (TCC) y por la relación de luminancia escotopica a fotopica (S/P): a) TCC=3900K y S/P=1.79 (iluminante estándar de la CIE más cercano a estas condiciones es el iluminante B con 4870K) y b) TCC = 8600K y S/P=2.79 (el iluminante estándar de la CIE más cercano a estas condiciones es el iluminante D75 con 7500K). Para los jóvenes se usaron cuatro luminancias fotópicas: 0.1, 0.3, 1 y 3 cd/m2, mientras que para los adultos mayores se usaron solo dos de estos valores: 0.3 y 3 cd/m2. Para lograr los dos valores más bajos de luminancias se utilizó un filtro neutro del 1% de transmitancia, y para las dos luminancias más altas uno del 10% de transmitancia. La distancia de observación fue de 2 metros al punto de fijación foveal (Figura 2), indicado con un LED rojo, y el estímulo, ubicado a 10° de excentricidad retinal temporal, de un tamaño de 2°. Los estímulos fueron controlados por un ViSaGe MKII, (Visual Stimulus Generator, Cambridge Research Systems), mientras que la fijación periférica se la controló con un Eyetracker Viewpoint.

347

frecuencias medidas -1,2 y 3 c/g-, como es el caso de los sujetos jóvenes, duraba alrededor de 4 horas y media, sin considerar los descansos necesarios. En general, se hacia una medición de frecuencia espacial por día, o a lo sumo dos, para obtener un mejor desempeño de los observadores voluntarios. Para el caso de los sujetos jóvenes las mediciones llevaron entre 24 y 28 días por cada uno, y para los sujetos adultos mayores entre 12 y 15 días cada uno, sin contar el tiempo utilizado en mediciones que fueron desechadas por no lograr un nivel de error aceptable en las curvas psicométricas. III.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES

L

os contrastes se corrigieron a valores mesópicos usando el Modelo MES2 (CIE)[13]. Los resultados se expresan en términos de SC que es la inversa del contraste umbral medido y se presentan en la figura 3.

Fig. 2. Configuracion experimental.

La tarea visual consistía en indicar la orientación de la red presentada, utilizando un control remoto (+45°= izquierda, 45°= derecha), mientras fijaba la mirada en el punto de fijación foveal, utilizando una mentonera que mantenía fija la posición de la cabeza. Para lograr una buena atención del sujeto, un sonido le avisaba que el estímulo se iba a presentar, y otro sonido indicaba que la respuesta había sido guardada, para así poder continuar. Antes de realizar la tarea, durante 5 minutos los observadores fueron adaptados a la oscuridad, posteriormente durante 8 minutos se adaptaban a la luminancia media correspondiente, y a continuación se les presentaban de manera aleatoria el estimulo con 5 contrastes diferentes, 10 veces cada uno. Esta sesión se repetía 3 veces. Las mediciones tienen una duración de aproximadamente una hora y media por cada frecuencia espacial. Además se requiere un tiempo adicional para determinar el rango de contrastes por cada persona, teniendo en cuenta que no se disponen de valores normales de SC en mesópico y menos aun en periferia, por cada frecuencia espacial, datos que si se disponen para visión foveal y fotópica. De esta manera, una medición completa para un nivel de luminancia -por ejemplo para 0.1 cd/m2- y para las 3

Fig. 3. Graficas de la Sensibilidad al Contraste (SC) en función del tamaño (frecuencia espacial en c/g) , para cada sujeto. Las graficas de la izquierda corresponden a S/P=1.79, y las de la derecha a S/P=2.79.

En la figura 3 se ve cómo cambia la SC con la luminancia según la composición espectral del estimulo. Con S/P=1.79 hay una fuerte influencia de la luminancia, lo que puede explicarse fácilmente al considerar el corrimiento de la sensibilidad espectral de los bastones hacia los azules, que son los que dominan en los niveles más bajos. Por otro lado con S/P=2.79 se evidencia una fuerte interacción entre luminancia y

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frecuencia espacial. En este caso para ambos sujetos jóvenes (BS y CT) las curvas de SC para 0.1 y 0.3 cd/m2 comienzan con valores altos y presentan similar de caída con el aumento de la frecuencia espacial, mientras que cuando las luminancias de 1 y 3 cd/m2 la SC aumenta llamativamente para fs = 3 c/g. Este comportamiento podría explicarse considerando la correlación entre la composición espectral del estimulo(ver Figura 4) sensibilidad espectral de los conos S.[7] cuyo pico se hace evidente en estudios de detección de umbrales en periferia[2].

Fig. 4. Graficas de la composición espectral del monitor para los dos valores de S/P=1.79 (en rojo) y S/P=2.79 (en azul).

Para hacer un mejor análisis de estos resultados hicimos un análisis estadístico proponiendo un Modelo Lineal Mixto Generalizado (MLMG) de donde se obtiene que son significativas las variables luminancia y S/P (P<0.01 para los Jóvenes y P<= 0.01 para los Adultos Mayores). El aumento de SC con la luminancia para el caso de los Jóvenes y para S/P=1.79 en términos de valor absoluto según el MLMG es de un 2700%, mientras que para el caso de S/P=2.79 solo aumenta en un 341%, confirmando el análisis descriptivo. Para el caso de los Adultos Mayores y para una luminancia de 3 cd/m2 cambiar de S/P=2.79 a S/P=1.79 implica perder SC en un 90% en promedio. Otro indicador podría ser el aumento de SC con un cambio de luminancia de 0.3 a 3 cd/m2 para un S/P=2.79: este valor es del 1400% mientras que para los Jóvenes solo aumenta un 417%, en promedio. IV. CONCLUSIONES

E

stos resultados ponen en evidencia la influencia de la composición espectral del estimulo sobre SC y la dependencia con los niveles de luminancia dentro del rango mesópico, su interacción con el tamaño del estimulo y la edad de las personas. Estos resultados son coherentes con los presentados en 2013[1]. REFERENCIAS [1] [2]

B. Silva, L. A. Issolio, y E. M. Colombo, «Sensibilidad al contraste en visión periférica y adaptación mesópica: efectos de la edad y la luminancia de adaptación», San Miguel de Tucumán, 2013. A. Freiding et al., «Mesopic visual efficiency I: detection threshold measurements», Light. Res. Technol., vol. 39, n.o 4, pp. 319–334, 2007.

[3]

H. Walkey et al., «Mesopic visual efficiency II: reaction time experiments», Light. Res. Technol., vol. 39, n.o 4, pp. 335–354, 2007. [4] G. Várady et al., «Mesopic visual efficiency III: Discrimination threshold measurements», Light. Res. Technol., vol. 39, n.o 4, pp. 355–364, 2007. [5] T. Goodman et al., «Mesopic visual efficiency IV: A model with relevance to nighttime driving and other applications», Light. Res. Technol., vol. 39, n.o 4, pp. 365–392, 2007. [6] G. Várady y P. Bodrogi, «Mesopic spectral sensitivity functions based on visibility and recognition contrast thresholds», Ophthalmic Physiol. Opt., vol. 26, n.o 3, pp. 246–253, 2006. [7] B. A. Wandell, Foundations of vision. Sinauer Associates, 1995. [8] C. Owsley, R. Sekuler, y D. Siemsen, «Contrast sensitivity throughout adulthood», Vision Res., vol. 23, n.o 7, pp. 689–699, 1983. [9] G. A. Wright y M. S. Rea, «Age: a human factor in lighting», 1984. [10] B. Winn, D. Whitaker, D. B. Elliott, y N. J. Phillips, «Factors affecting light-adapted pupil size in normal human subjects.», Invest. Ophthalmol. Vis. Sci., vol. 35, n.o 3, p. 1132, 1994. [11] P. Artal, M. Ferro, I. Miranda, y R. Navarro, «Effects of aging in retinal image quality», JOSA A, vol. 10, n.o 7, pp. 1656–1662, 1993. [12] P. M. Pearson, L. A. Schmidt, E. Ly-Schroeder, y W. H. Swanson, «Ganglion cell loss and age-related visual loss: a cortical pooling analysis», Optom. Vis. Sci. Off. Publ. Am. Acad. Optom., vol. 83, n.o 7, p. 444, 2006. [13] C. CIE191, «Recommended System for Mesopic Photometry Based on Visual Performance», Vienna CIE, 2010.

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Capítulo V Educación y ensayos Educación Pruebas de laboratorio

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EDUCACION UTILIZANDO LA MODALIDAD BLENDED LEARNING EN LUMINOTECNIA. Fernando Deco1 4- Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Rosario, Argentina, ferdeco@gmail.com Resumen— En el año 2010 se plantea la posibilidad de lanzar un curso sobre Iluminación Arquitectónica Exterior en la modalidad blended learning (educación a distancia o combinada), por medio de una plataforma virtual denominada campus, con la intensión de llegar a posibles interesados de la provincia. Sorpresa inesperada fue que la participación no sólo fueron de provincias alejadas, sino de otros países y con alta demanda, que motivó la realización de 6 cursos consecutivos con participación de inscriptos de más de 20 provincias argentinas y de 12 países. La metodología multimedia, videoconferencias y foros de debate con intercambio de experiencias han resultado ampliamente satisfactorias, y además, dio surgimiento a la denominada Comunidad Luminotécnica, foro permanente de debate en éste área. La implementación y metodología de este sistema es el tema de este trabajo avalado por seis cursos consecutivos desde el 2010 al 2015 y con más de 100 inscriptos. Este curso que constituye el único en su tipo en argentina, tiene el respaldo de la Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Rosario, y se accede mediante un campus en donde se encuentran las pantallas del curso y las distintas secciones que lo componen, como ser: documentos a descargar, multimedia, foros de temas, autoevaluaciones y foro general. Además, hay lugar para presentarse y compartir archivos. El curso implementado con una duración de 12 semanas, posibilita al alumno acceder desde cualquier parte del mundo y en cualquier horario, a los diferentes temas, al igual que intercambiar, preguntar y opinar con el profesor y demás inscriptos, que al ser de diferentes profesiones y países posibilita un enriquecimiento profesional que no brinda la educación presencial. La implementación, desarrollo y experiencia obtenida demuestra que las nuevas tecnologías adaptadas a la educación de una ciencia es factible si se dispone de una percepción global del estudio que permite interactuar entre docente y alumnos y alumnos entre sí, posibilitando ampliar el material de estudios, compartir experiencias, normativas, problemas típicos, etc. Este sistema de educación se encuadra en la denominación blearning, que están utilizando otras universidades del mundo en varios temas. Con la experiencia adquirida se seguirá ampliando a otros temas de luminotecnia.

Abstract-- In 2010 the possibility of launching a course on Architectural Lighting Exterior in the form blended learning (distance learning or combined) by means of a so-called virtual platform campus, with the intention of reaching potential stakeholders in the province arises. unexpected surprise was that participation was not only in remote provinces, but from other countries and high demand, which led to the completion of 6 courses enrolled consecutive participation of more than 20 provinces and 12 countries. The methodology multimedia, video conferencing and discussion forums to exchange experiences have been widely successful, and also gave rise to the so-called Community's lighting, permanent forum for discussion in this area. Implementation and methodology of this system is the subject of this paper endorsed by six consecutive courses from 2010 to 2015 and more than 100 registered. This course is the only one of its kind in Argentina, has the backing of the National Technological University Faculty Regional Rosario, and is accessed through a campus where the screens of the course and the various sections that compose it, such as: download documents, multimedia, forums topics, self-assessments and general forum. In addition, there is room to introduce themselves and share files. The course implemented with a duration of 12 weeks enables students to access from anywhere in the world and at any time, to different topics, like exchange, ask and review with the teacher and other registered, that being of different professions and enables a professional enrichment countries that does not provide classroom education. Implementation, development and experience gained shows that new technologies adapted to the education of a science is feasible if you have a global perception of study that allows interaction between teacher and students and students with each other, making it possible to expand the study material, share experiences, norms, typical problems, etc. This education system falls within the denomination b-learning, which is used by other universities around the world on various subjects. With the experience gained will continue to expand to other areas of lighting technology.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 I.

INTRODUCCIÓN

La enseñanza está cambiando con el advenimiento de nuevas tecnologías y acceso a la información, que tanto el alumno como el docente, tienen a disposición para el estudio. Esta experiencia que se comienza a implementar en el año 2010, actualmente está en el séptimo curso dictado en forma consecutiva, solo motivada por el interés que se ha despertado en la metodología y la transmisión boca a boca que han efectuado quienes lo han realizado. El sistema de enseñanza se basa en la plataforma Moodle (Module Object-Oriented Dynamic Learning Environment, Entorno Modular de Aprendizaje Dinámico Orientado a Objetos) creada por Martin Dougiamas, Universidad Tecnológica de Curtin, Australia, de distribución libre y que constituye el aula virtual. La primera versión de la herramienta surgió el 20 de agosto de 2002 y al día de la fecha la base de usuarios registrados incluye más de 88 millones, distribuidos en 71.044 sitios que ofrecen 10 millones de cursos, traducidos a 86 idiomas en 233 países. Por lo comentado está ampliamente probada la metodología de la plataforma y la enseñanza de la luminotecnia por éste método resulta interesante. Motivado por estos datos, se implementó el curso de Iluminación Arquitectónica Exterior a distancia. Este curso es 100% a distancia, es decir, se cursa y se aprueba a distancia. La utilización de ésta tecnología, también conocida como LMS (Learning Management System), promueve una pedagogía constructivista social, promoviendo la colaboración, realización de actividades, reflexiones, críticas, intercambio de opiniones, etc., entre quienes imparten el curso y quienes lo reciben. Para acceder al sistema cada persona necesita sólo una cuenta para todo el servidor. Por otra parte, cada cuenta puede tener diferentes tipos de acceso. Con una cuenta de administrador que controla la administración de los cursos y determina a los profesores, asignando usuarios al curso. II.

Cada alumno accede al campus mediante una clave y el sistema lleva un informe detallado de la actividad que realiza cada participante. En particular la implementación de este curso destina 10 semanas al cursado de los temas y 2 semanas para la realización del trabajo final de aprobación. Es decir, cada tema de estudio está disponible 1 semana de manera que el alumno lo puede estudiar en cualquier momento y día que disponga. Se sube al campus un tema por semana y los anteriores se conservan para repaso. Los alumnos tienen diferentes módulos dentro del campus para consultar, como ser: 

Módulo de tareas: se trata de un espacio en que el alumno puede subir un archivo de trabajo ante un planteo del profesor.



Módulo de consulta: El profesor puede ver una tabla que presenta de forma intuitiva la información sobre los alumnos y que han visitado del campus.



Módulo foro: Son espacios en donde se pueden intercambiar opiniones y consultas entre todos los participantes. Hay diferentes tipos de foros disponibles como ser, para los profesores, para noticias del curso, abiertos a todos, etc. En este curso se utiliza un foro por cada unidad académica, un foro para debatir el trabajo final y un foro abierto.



Módulo cuestionario: Cada tema tiene asociado un cuestionario para autoevaluación en el cual se presentan varias preguntas mediante el sistema Multiple Choise, de manera de que el alumno pueda ver el avance en el estudio, ya que el sistema se ha configurado para abrir el cuestionario una sola vez y por un tiempo limitado.



Módulo recurso: Aquí tanto los alumnos como el profesor pueden usar este espacio para subir archivos complementarios, fotos o imágenes, compartir publicaciones de distintos países, recomendar páginas web, vídeos, sonidos, etc.



Módulo encuesta: Es un espacio para realizar preguntas del entorno o bien de conocimientos relacionados. Se ha utilizado para chequear al comienzo del curso las habilidades informáticas del alumno y de ser necesario se le hace llegar un manual instructivo de manejo sobre el campus. En los 7 cursos dictados no ha hecho falta este material ya que el

DISEÑO CURRICULAR

El curso se desarrolla durante 12 semanas y está compuesto por 10 unidades académicas. El cronograma de cursado, las autoevaluaciones, la disponibilidad de las unidades y la metodología de dictado, se publica al comienzo del curso en un archivo descargable, de manera que cada alumno sabe con anterioridad las fechas en que podrá acceder a cada aplicación en el aula virtual (campus).

351

352

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 campus es muy didáctico e intuitivo y no presenta dificultades. III.

EXPERIENCIA DEL CURSADO

La experiencia que hemos recogido con 7 cursos dictados, es la posibilidad de haber llegado a más de 10 países y 20 ciudades de Argentina y un abanico de profesiones y desarrollo laboral, que permitió un intercambio extraordinario en lo que respecta a las distintas normativas en países, diferentes actitudes ante la iluminación exterior en ciudades de argentina y la realización de proyectos sobre lugares reales. Este último punto que se corresponde con el sistema de evaluación del curso, se trata de que cada alumno realice un proyecto de iluminación que se corresponda con lo visto en el curso, sobre un lugar de la ciudad donde habita y carezca de iluminación o bien merezca una reforma. Esto ha dado como resultado proyectos variados y de alto contenido conceptual, contemplando los parámetros de eficiencia lumínica, eficiencia energética y mantenimiento, base fundamental que se imparte en el curso. Algunos alumnos eligieron lugares públicos, otros privados, otros religiosos, etc., pero de alto impacto en cada ciudad. IV. TEMARIO DEL CURSO

Para que se comprenda el alcance de ésta metodología, que mediante el uso de material multimedia (textos imprimibles, videos desarrollados de cada tema, páginas web recomendadas, etc.) presento un resumen del temario en donde se puede apreciar el alcance y las posibilidades que permite este sistema.  Descripción: El curso está integrado por 10 unidades a lo largo de las cuales los participantes interpretarán los conceptos luminotécnicos a partir de su vinculación con las actividades humanas. Se pretende que los participantes puedan proyectar una iluminación arquitectónica exterior con criterios técnicos lumínicos, eficiencia energética y mínima contaminación, uniendo los conceptos técnicos con las normativas vigentes y con la interpretación que iluminar no es solo colocar luces, sino, unirse a la arquitectura para mostrar un todo.  Beneficios del Programa. Objetivo general: Interpretar los conceptos luminotécnicos a partir de su vinculación con las actividades humanas. Interpretar en forma armónica los principios de diseño lumínico y arquitectónico. Aplicar los principios técnicos de iluminación al desarrollo de proyectos urbanísticos, teniendo en cuenta criterios estéticos, ambientales, tecnológicos, psicosociales y de calidad.  Metodología: El curso es a distancia, con la tutoría personalizada del docente quién; mediante foros de discusión guiará al alumno durante el desarrollo del mismo. Se podrá realizar consultas al docente a través de foros o chat. El material

de lectura publicado semanalmente y las actividades propuestas serán de carácter grupal y/o individual y se realizará un trabajo final mediante el cual el alumno alcanzará la aprobación del curso.

 El curso está desarrollado en 10 temas o módulos y a continuación se presenta en forma general su alcance.  Módulo 1 - Conceptos fundamentales de luminotecnia.  Módulo 2 - Características de los componentes de una instalación.  Módulo 3 - Propiedades de los materiales en relación a la iluminación.  Módulo 4 - Entorno turístico de una ciudad. 

Módulo 5 - Entorno visual de una ciudad.



Módulo 6 - Planificación y mantenimiento.



Módulo 7 – Proyectos.

 Módulo 8 - Iluminación urbana y calidad del espacio público.  Módulo 9 - La luz en los espacios del arte y del evento.  Módulo 10 - Polución lumínica. Como puede desprenderse del análisis del temario y metodología, cada tema se puede desarrollar de una manera didácticamente conformada por texto, imágenes y videos, que complementada con foros de intercambio, preguntas y participación, hacen que cada tema no solo posea las características de lo que ha desarrollado el profesor, sino que se ve alimentada por preguntas y aportes que obligan y permiten ampliar el campo del conocimiento. V.

RETROALIMENTACION

Esta característica importante en la educación, que consiste en la retroalimentación que el profesor debe proporcionar a sus alumnos durante el desarrollo de tareas, problemas o preguntas, está muy desarrollada en el sistema Moodle. El campus, como se mencionó, brinda la posibilidad de diagramar variadas actividades a los alumnos y cada una de ellas tiene asociada la retroalimentación que puede brindar el profesor, fundamentalmente por medio de los foros.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 A continuación, se presenta en la figura 1, el abanico de actividades o recursos que puede utilizar el profesor para diagramar sus clases, tareas y evaluaciones.

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estudiantes (evaluación por pares). Las calificaciones se agregarán para formar una calificación final que se registrará en el libro de calificaciones. BigBlueButtonBN: permite crear dentro de Moodle enlaces hacia aulas en línea en tiempo real con salas que emplean BigBlueButton, un sistema de código abierto para conferencias web para la educación a distancia. Chat: permite a los participantes tener una discusión en formato texto de manera sincrónica en tiempo real. Consulta: permite al profesor hacer una pregunta especificando las posibles respuestas. Cuestionario: permite al profesor diseñar y plantear cuestionarios con preguntas tipo opción múltiple, verdadero/falso, coincidencia, respuesta corta y respuesta numérica. Encuesta: permite que un profesor pueda crear una encuesta personalizada para obtener la opinión de los participantes utilizando una variedad de tipos de pregunta, como opción múltiple, sí/no o texto. Encuestas predefinidas: proporciona una serie de instrumentos que se han mostrado útiles para evaluar y estimular el aprendizaje en entornos en línea. Un profesor puede usarlos para recopilar información entre sus alumnos que le ayude a conocer mejor su clase así como su propia forma de enseñar. Tener en cuenta que estas encuestas tienen ya las preguntas previamente predefinidas por el sistema.

Fig. 1. actividades posibilita

Lista de que utilizar Moodle

Veremos en que consiste cada actividad.

Foro: permite a los participantes tener discusiones asincrónicas, es decir discusiones que tienen lugar durante un período prolongado de tiempo. Glosario: permite a los participantes crear y mantener una lista de definiciones, de forma similar a un diccionario, o para recoger y organizar recursos o información.

Base de datos: permite a los participantes crear, mantener y buscar información en un repositorio de registros. La estructura de las entradas la define el profesor según una lista de campos. Los tipos de campos incluyen casilla de verificación, menú desplegable, área de texto, URL, imagen y archivo cargado.

Herramienta externa: permiten a los estudiantes interactuar con recursos educativos y actividades alojadas en otros sitios de internet. Por ejemplo, una herramienta externa podría proporcionar acceso a un nuevo tipo de actividad o de materiales educativos de una editorial.

La presentación visual de la información a listar, ver o editar las entradas de la base de datos se controla mediante plantillas de base de datos.

Lección: permite a un profesor presentar contenidos y/ o actividades prácticas de forma interesante y flexible. Un profesor puede utilizar la lección para crear un conjunto lineal de páginas de contenido o actividades educativas que ofrezcan al alumno varios itinerarios u opciones. En cualquier caso, los profesores pueden optar por incrementar la participación del alumno y asegurar la comprensión mediante la inclusión de

Un profesor puede permitir comentarios en las entradas. Las entradas también pueden ser calificadas por profesores u otros

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diferentes tipos de pregunta, tales como la elección múltiple, respuesta corta y correspondencia. Dependiendo de la respuesta elegida por el estudiante y de cómo el profesor desarrolla la lección, los estudiantes pueden pasar a la página siguiente, volver a una página anterior o dirigirse a un itinerario totalmente diferente. Paquete SCORM: es un conjunto de archivos que se empaquetan conforme a una norma estándar para los objetos de aprendizaje. El módulo de actividad SCORM permite cargar y añadir a los cursos paquetes SCORM o AICC como archivos zip. Taller: permite la recopilación, revisión y evaluación por pares del trabajo de los estudiantes. Los estudiantes pueden enviar cualquier contenido digital (archivos), tales como documentos de procesador de texto o de hojas de cálculo y también pueden escribir el texto directamente en un campo empleando un editor de texto (dentro de Moodle). Tareas: permite a un profesor evaluar el aprendizaje de los alumnos mediante la creación de una tarea a realizar que luego revisará, valorará y calificará. Wiki: le permite a los participantes añadir y editar una colección de páginas web. Un wiki puede ser colaborativo, donde todos pueden editarlo, o puede ser individual, donde cada persona tiene su propio wiki que solamente ella podrá editar. En la figura 2 veremos los recursos disponibles en el aula virtual.

Carpeta: permite al profesor mostrar un grupo de archivos relacionados dentro de una única carpeta. Se puede subir un archivo comprimido (zip) que se descomprimirá (unzip) posteriormente para mostrar su contenido, o bien, se puede crear una carpeta vacía y subir los archivos dentro de ella. Etiqueta: permite insertar texto y elementos multimedia en las páginas del curso entre los enlaces a otros recursos y actividades. Las etiquetas son muy versátiles y pueden ayudar a mejorar la apariencia de un curso si se usan cuidadosamente. Libro: permite crear material de estudio de múltiples páginas en formato libro, con capítulos y subcapítulos. El libro puede incluir contenido multimedia así como texto y es útil para mostrar grandes volúmenes de información repartido en secciones. Página: permite a los profesores crear una página web mediante el editor de textos. Una Página puede mostrar texto, imágenes, sonido, vídeo, enlaces web y código incrustado (como por ejemplo los mapas de Google) entre otros. IMS: permite mostrar dentro del curso paquetes de contenidos creados conforme a la especificación IMS. URL: permite que el profesor pueda proporcionar un enlace de Internet como un recurso del curso. Todo aquello que esté disponible en línea, como documentos o imágenes, puede ser vinculado; la URL no tiene por qué ser la página principal de un sitio web. La dirección URL de una página web en particular puede ser copiada y pegada por el profesor, o bien, este puede utilizar el selector de archivo y seleccionar una URL desde un repositorio, como Flickr, YouTube o Wikimedia (dependiendo de qué repositorios están habilitados para el sitio). Como se puede observar por la variedad de actividades y recursos disponibles en el aula virtual Moodle, un profesor puede adaptar y disponer de opciones múltiples para utilizar en el curso como complemento a las clases o para evaluaciones, de manera de tener un abanico de posibilidades para evaluar y calificar a los alumnos, ya sean individuales o por grupos.

Fig. 2. Lista

de recursos que posibilita utilizar moodle

Archivo: permite a los profesores proveer un Archivo como un recurso del curso. Cuando sea posible, el archivo se mostrará dentro del interface del curso; si no es el caso, se le preguntará a los estudiantes si quieren descargarlo. El recurso Archivo puede incluir archivos de soporte, por ejemplo, una página HTML puede tener incrustadas imágenes u objetos Flash.

Cada actividad o recurso que un profesor defina para ser evaluada, dispone de la posibilidad de retroalimentación para orientar o bien aclarar las respuestas o participaciones del alumno, de manera de que quede completamente definida una calificación, sin que medie una mala interpretación del alumno. VI.

REQUISITOS PARA APROBAR EL CURSO

Si bien, el sistema de aula virtual que proporciona la plataforma Moodle, brinda una variedad de actividades y recursos que permiten la evaluación del alumno, en la aplicación de las mismas en el dictado del curso sobre iluminación arquitectónica exterior, se pensó en adoptar un sistema de evaluación por fuera de lo que propone el campus, de manera de evaluar al alumno de una manera integral.

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Se dispuso que para la aprobación del cursado y la obtención del correspondiente certificado que otorga la Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Rosario, que cada alumno presentara un trabajo final. Este trabajo final consistía en la realización, por parte del alumno, de un proyecto de iluminación contemplando lo desarrollado en el curso. Lo que se dispuso fue que ese proyecto fuera sobre un espacio exterior, fachada, etc. que existiera en la ciudad donde reside el alumno y que careciera de iluminación o bien, se planteara una modificación. Fig. 3. Ingreso del alumno al campus virtual UTN-FRRO

La idea de esta evaluación se pensó que el alumno una vez aprobado el proyecto, pudiera llevarlo adelante proponiendo su desarrollo al municipio o privada de acuerdo al alcance de su proyecto. VII.

EJEMPLOS DEL CURSADO

Presento de manera básica como accede cada alumno al sistema.

Una vez registrado en el campus se accede a las pantallas del curso y el alumno puede recorrer las distintas secciones que lo componen, como ser: documentos a descargar, multimedia, foros de temas, autoevaluaciones foros, etc. Además, hay lugar para presentarse y compartir archivos. En la figura 4 se observa parte del campus en forma genérica.

Este curso que constituye el único en su tipo en argentina, y tiene el respaldo de la Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Rosario, cada alumno inscripto accede con un nombre de usuario y clave que asigna el profesor y es única para cada alumno matriculado. Una vez que accede el alumno, el campus registra tanto el ingreso como toda la actividad que desarrolla dentro del aula virtual, de manera que el profesor puede saber qué tiempo le dedica cada alumno a sus actividades y recursos que ha implementado el docente. Esta actividad del alumno también puede ser evaluada y formar parte de la nota final o de aprobación del cursado. En la figura 3 se presenta la pantalla de inicio del curso. Fig. 4. Pantalla genérica mostrando parte del contenido de la unidad 1. VIII.

CONCLUSIONES

Si bien la educación a distancia no puede abarcar o sustituir a todas las disciplinas, en el área de luminotecnia, una ciencia que abarca variados temas y que tiene como referentes a arquitectos, ingenieros, diseñadores, sicólogos, etc., se presta perfectamente para ser implementada bajo la modalidad a distancia en temas específicos, pero no en todo la ciencia luminotécnica, sobre todo en aquellos temas que implican prácticas de laboratorio, en donde es imposible reemplazarlos en al aula virtual.. La experiencia en estos 7 cursos dictados con más de 100 alumnos y los comentarios que nos han realizado, es la aceptación plena de la metodología y el pedido de otros temas, como ser un curso sobre iluminación interior, lo que demuestra que el sistema es eficaz para el aprendizaje.

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Debido a que el campus admite subir archivos que no están programados, como ser aclaraciones, material de apoyo, ampliaciones, etc., da la posibilidad de nivelar a los alumnos de acuerdo a sus estudios y que puedan seguir el curso sin problemas. Todo pedido de apoyo ante fórmulas, desarrollos, etc., es atendido por el profesor con el aporte del material aclaratorio necesario y de esa manera se subsanan los inconvenientes que pueden causar los desniveles de conocimiento.

cursos con un plantel de profesores de 1700 y un alumnado de 2.065.000 (datos a agosto 2016).

La posibilidad de realizar cursos con profesores ubicados en distintas ciudades y países posibilita una educación distinta que el alumno la valora, ya que poder interactuar con profesores destacados que se encuentren en distintas zonas geográficas, abre una posibilidad que de otro manera es imposible realizar.

Página oficial de Moodle: moodle.org (último acceso agosto de 2016). Universidad de Barcelona, página web: http://www.uab.cat/web/estudiar/mooc/-que-es-un-curso-mooc1345668281247.html (ultimo acceso agosto 2016)

La tecnología disponible de material multimedia, bandas de acceso a internet de velocidades aceptables, posibilita el desarrollo de cursos interactivos sin perder el profesor el control del avance de cada alumno, ya que al ingresar con una clave se lleva un registro de toda actividad.

Arq. Marta Micaela Gómez - La enseñanaza del siglo XXI y la luminotecina – Revista Luminotecnia Nº 11 marzo/abril 2012 – ISSN 0325-2558 – R.N.P.I. 935153

El recibimiento que hemos tenido a estos cursos nos obliga a desarrollar nuevos a pedido de quienes se han enterado por lo cual cuando se esté presentando este material, se estará desarrollando el 7º curso a distancia desde la Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Rosario, Argentina, en un nuevo tema de luminotecnia, que en esta oportunidad abarca la iluminación interior. Este tipo de sistema aplicado a la educación está siendo denominado por muchas universidades como sistema MOOC, que lo brindan en sus portales o bien mediante una página web que concentra a varias universidades. MOOC es el acrónimo en inglés de Massive Online Open Courses (o Cursos online masivos y abiertos) Es decir, se trata de un curso a distancia, accesible por internet al que se puede apuntar cualquier persona y prácticamente no tiene límite de participantes. Un curso en línea abierta masiva (MOOC) es un curso en línea destinado a la participación ilimitada y acceso abierto a través de la web. Además de los materiales de un curso tradicional, como son los vídeos, lecturas y cuestionarios, los MOOC proporcionan forums de usuarios interactivos que ayudan a construir una comunidad para los estudiantes, profesores y los asistentes técnicos. Se puede considerar a David Wiley como el autor del primer MOOC conceptual, iniciado en la Universidad de Utah en agosto de 2007. Se trataba de un curso de educación abierta. Esta iniciativa tuvo continuidad en numerosos proyectos impulsados desde diferentes centros universitarios dentro y fuera de los Estados Unidos. A partir de la difusión de esta metodología se han desarrollado páginas web concentradoras, como lo es el portal Miriada X, que concentra a 77 universidades, que dictan 380

Por la experiencia desarrollada en este tema y el desarrollo que se está llevando en el mundo universitario, es necesario que los docentes lo consideren para sus cursos y que alumnos distantes de los centros educativos puedan acceder sin tener que desplazarse de sus lugares de origen. REFERENCIAS

Página portal Miriada X, https://miriadax.net/cursos (último acceso agosto 2016)

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CARACTERIZAÇÃO DE DISPOSITIVOS OLED NO IEE/USP Elvo Calixto Burini Junior1, Marcelo de Oliveira Jesus2, Emerson Roberto Santos3, Rinaldo Caldeira Pinto4, Arnaldo Gakiya Kanashiro5 1- Instituto de Energia e Ambiente, Universidade de São Paulo (IEE/USP), Brasil, elvo@iee.usp.br; 2- Instituto de Energia e Ambiente, Universidade de São Paulo (IEE/USP), Brasil, mjesus@iee.usp.br; 3- Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais (PMT) da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (EPUSP), Brasil, emmowalker@yahoo.com.br; 4- Instituto de Energia e Ambiente, Universidade de São Paulo (IEE/USP), Brasil, rinaldo@iee.usp.br; 5- Instituto de Energia e Ambiente, Universidade de São Paulo (IEE/USP), Brasil, arnaldo@iee.usp.br). Resumo— Neste artigo é apresentado e discutido resultado de amostragens realizadas a partir de dispositivo OLED (protótipo) e WOLED (comercial). Medição manual e determinação automática foram utilizadas para acessar propriedades eletro-ópticas do diodo emissor de luz orgânico. A luz emitida pelo dispositivo SSL necessita ser amostrada em ambiente sob temperatura conhecida e declarada. Foi avaliada a possibilidade para a utilização do OLED em sinalização veicular (cor vermelha), além das características elétricas outros parâmetros de desempenho também foram acessados como distribuição de intensidade luminosa, fluxo luminoso, luminância, e também a distribuição de irradiância espectral para diferentes valores de tensão elétrica de polarização. O formato da distribuição de intensidade luminosa amostrada é próximo àquela modelada a partir do difusor/radiador de Lambert. O dispositivo SSL orgânico (OLED/WOLED) é considerado candidato, em potencial, para figurar como elemento de referência em radiometria, fotometria e colorimetria. Abstract-- In this article results taken from OLED device (prototype) and WOLED (commercial) are presented and discussed. Manual measurement and automatic determination were performed to access electro-optical properties of organic light emitting diode. The light emitted by the SSL device need to be measured at ambient temperature known and declared. The possibility to use the OLED (red color) as vehicle signal lamp was evaluated; the electrical characteristics and other performance parameters as the luminous intensity distribution; luminous flux, luminance, and the irradiance distribution for different values of electrical polarizations were also accessed. The shape of de the luminous intensity distribution showed is very close to the Lambert radiator model. The organic SSL device (OLED/WOLED) is considered as a potential candidate to figure as a reference element in radiometry, photometry and colorimetry. Keywords: Equipment design for signaling / lighting, Education, New technology. Lista de abreviaturas CUASO – Campus da Universidade de São Paulo, Cidade Universitária Armando de Salles Oliveira; DIL - Distribuição de intensidade luminosa; DOE - US Department of Energy; dS-WOLED - Distância entre o sensor de luz e o dispositivo SSL; Duv – Dimensão sobre isotérmica em espaço colorimétrico u'v' CIE 1976; E – Iluminância; EPUSP – Escola Politécnica da USP;

GEM – Grupo de Eletrônica Molecular, EPUSP; IEE – Instituto de Energia e Ambiente; IRC - Índice de Reprodução de Cor; LEDi - Diodo emissor de luz inorgânico (Light Emiting Diode); LFBU – Lâmpada Fluorescente de Base Única; LVSAP – Lâmpada a Vapor de Sódio a Alta Pressão; MVM – Multivapores Metálicos (Halogenetos, tecnologia de Lâmpada a Alta Pressão); OLED – Diodo emissor de luz orgânico; PMT – Departamento Eng. Materiais da USP; RoHS - Restrição a Certas Substâncias Perigosas; SICADEE - Serviço Técnico de Sistemas de Iluminação, Condicionamento Ambiental e Desempenho Energético de Edificações; SPD – Spectral Power Distribution; SSL – Solid State Lighting; Tcp – Temperatura de Cor Correlata; USP - Universidade de São Paulo; WLEDi - Diodo emissor de luz branca inorgânico, (Inorganic White Light Emitting Diode); WOLED - Diodo emissor de luz branca orgânico.

I.

A

INTRODUÇÃO

tecnologia do diodo emissor de luz orgânico (do inglês, Organic Light Emitting Diode - OLED) já completou vinte anos e tem apresentado melhorias nos últimos anos [1, 2]. O termo “orgânico” provém da presença de compostos de carbono acomodados na camada emissora do dispositivo. Atualmente diferentes tipos de OLED estão disponíveis, a maioria tem sido utilizada como mostrador de informação (display). A tecnologia OLED deverá substituir aquela dos monitores de tubo de raios catódicos convencionais, atualmente, utilizados para pesquisas sobre a visão (mesópica, escotópica, cor). É esperado que a tecnologia OLED, em poucos anos, possa vir a ser competitiva em relação às tecnologias atualmente utilizadas para a iluminação. O dispositivo denominado diodo emissor de luz inorgânico (LEDi) geralmente é fonte pontual, diferentemente, o OLED é fonte plana, extensa, ele possui características como a luminância, o consumo de energia e temperatura de trabalho não elevados quando comparados com fontes de luz primária como

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fluorescente de base única (LFBU ou compacta) e LED; é preconizado estar livre de metais considerados perigosos como o Mercúrio e Chumbo, e assim declarado ser fonte de luz ambientalmente correta (“RoHS compliant”). OLED é uma fonte de luz bastante delgada (na espessura), irradia pouco calor, não havendo necessidade de incorporação de dissipador térmico e consequente espaço adicional para instalação. Isto significa que o dispositivo OLED pode ter facilitada a sua integração no corpo do equipamento/luminária, podendo ser montado diretamente sobre superfícies. Provavelmente devido à necessidade de alavancar o desenvolvimento de novos produtos a tecnologia OLED começa a ser distribuída junto ao usuário final. Em relação ao patamar para valor comercial da fonte de luz (ou painel) OLED, um cenário publicado pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE, ver Fig. A.1 no Apêndice) estima que o preço do painel deverá continuar a cair para chegar em US$ 10/kℓm (no ano 2025). É importante ressaltar: - ao comparar o custo total da iluminação OLED, em relação ao LEDi, ela não exige dissipador de calor e custo adicional significativo para a instalação; - que em utilização particular, como a sinalização para a segurança de veículos (em alguns casos com lâmpada incandescente) não se faz necessário a utilização de fonte primária com saída de luz (em lúmen) elevada para prover o sinal, portanto, a figura de mérito (US$/kℓm) pose deixar de ser preponderante ou ser a mais importante. Ao longo dos últimos anos a montagem de dispositivos com base na tecnologia OLED pode ser experimentada (GEM e PMT). Algumas barreiras ainda necessitam ser superadas para alcançarmos dispositivos com características promissoras, em particular, o espectro de emissão e a vida útil. Alguns produtos (OLED) já podem ser acessados no mercado global, tanto comercialmente (preço ainda elevado), quanto protótipo. Utilização imaginada, potencialmente, importante para a tecnologia OLED está na sinalização, a segurança no tráfego de veículos rodoviários, também na possível utilização como referencial de trabalho/verificação instrumental de grandeza como luminância, fluxo luminoso e cromaticidade. Assim, amostragens laboratoriais puderam ser realizadas a partir de três dispositivos SSL obtidos. Um objetivo é verificar a viabilidade para a utilização do OLED como elemento de referência no laboratório do SICADEE/IEE/USP e numa aplicação para a sinalização veicular [3]. Avaliação sobre luz branca já foi conduzida a partir de um módulo WOLED comercial [4]. São amostradas: características elétricas, distribuição de energia espectral (SPD), luminância, e as coordenadas de cromaticidade calculadas. Para a determinação do fluxo luminoso está prevista a utilização de um goniofotômetro informatizado. Uma fonte de luz deve atender a requisitos internacionais específicos para poder ser utilizada seja para sinalização [5] e/ou iluminação, igualmente como elemento de referência para verificação da funcionalidade de instrumentos [3]. Para alcançar estabilização do dispositivo OLED está prescrito período máximo de 60 minutos, ela deve ser conduzida em ambiente sem correntes de ar e temperatura de (25 ± 2) ºC, tanto a tensão elétrica quanto a corrente devem permanecer dentro do limite de ± 0,5 %, sendo que a condição de estabilidade é alcançada quando a diferença entre tensões (máxima – mínima), no último intervalo de 15 min. for menor que 0,5 % [6]. A verificação da dependência angular (0º a 80º) das coordenadas de cromaticidade, que geralmente é realizada com

passo de 5º não faz parte do escopo do presente trabalho. II.

OBJETIVO

O principal objetivo do presente trabalho está na difusão de conhecimento (educação) sobre a tecnologia SSL (OLED/WOLED) e possíveis benefícios. São apresentados e discutidos resultados de amostragens realizadas a partir de três diferentes dispositivos. A viabilidade para a utilização do SSL orgânico como elemento de referência no laboratório do SICADEE/IEE/USP é verificada, também numa aplicação para a sinalização veicular [3]. III.

METODOLOGIA

A Fig. A.2 (ver Apêndice) apresenta característica eletroóptica (eficiência da corrente elétrica) amostrada de dispositivo WOLED comercial [3, 4]. O dispositivo WOLED foi amostrado anteriormente (no ano 2014, emissão de luz branca), ele possui menor densidade de corrente elétrica, e geometria similar ao OLED (emissão luz vermelha) utilizado no presente trabalho. O WOLED apresentou valor máximo na eficiência para a tensão de polarização entre os limites aproximados de (3,0 e 3,4) V (ver Fig. A.2, no Apêndice). A faixa de tensão elétrica referida ficou definida para a polarização do dispositivo OLED (protótipo, cujas dimensões são análogas) e que foi utilizado no experimento ora considerado (emissão de luz vermelha, ver Fig. A.3, no Apêndice). Além de parâmetros elétricos, a luminância (na direção da normal), a distribuição da intensidade luminosa (em goniofotômetro informatizado) e a SPD (do inglês: Spectral Power Distribution) foram amostrados; e o fluxo luminoso obtido para diferentes valores da tensão elétrica de polarização. A análise espectral foi realizada a partir de dados de irradiância espectral amostrado (espectro radiômetro marca Instrument Systems, modelo/código CAS140CT) na faixa (296,6 a 1105) nm, para parâmetros como a largura da banda de emissão, o comprimento de onda de emissão máxima, tendo sido computado o valor das coordenadas de cromaticidade (x, y; observador colorimétrico 2 graus, padrão CIE 1931). As coordenadas do OLED cuja emissão é vermelha foi plotado em espaço cartesiano contendo limite internacional (UN, Regulation n. 38) prescrito para luz veicular cor vermelha [5]. O procedimento acima descrito foi utilizado como base para amostrar características de WOLED comercial, cuja área emissiva possui geometria retangular [7]. Para realizar a amostragem de luminância a área emissiva de cada dispositivo foi dividida. No caso do OLED, cuja emissão é a luz vermelha foi definida dezesseis regiões (cada qual identificada por uma letra), sendo que a marca circular (região com a letra L, ver Fig. 1) indica a área efetivamente amostrada pelo luminancímetro.

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caso OLED, poderá vir a ser utilizada como fonte para prover sinal luminoso deve ser feita. O limite foi plotado e é apresentado, graficamente, a partir de prescrição normativa internacional especifica [5]. A Fig. 3 apresenta os limites prescritos em cuja região interior deve ficar a coordenada dos sinais (veicular rodoviário) vermelhos válidos.

Fig. 1- Área do dispositivo OLED (emissão luz vermelha) dividida em dezesseis regiões e marca circular (pela ocular de luminancímetro).

Para avaliar a uniformidade da emissão luminosa do OLED a grandeza luminância foi amostrada na direção da normal a superfície e posição aproximadamente central de cada região marcada. O resultado está apresentado na forma de gráfico (parâmetros: o n. de série do instrumento, duas condições de polarização, data da realização e temperatura do ambiente) do valor lido a partir do luminancímetro e na abcissa a posição numerada de 1 a 16 (que corresponde a letras de A até P). IV.

RESULTADOS

OLED (protótipo): dispositivo com emissão de radiação na cor vermelha A Fig. 1 apresenta o dispositivo OLED (código: CMR-030) energizado. Os parâmetros elétricos: corrente elétrica e corrente; o fluxo luminoso, a luminância (na direção da normal) e corrente elétrica são apresentados pelas Fig. A.4 a A.6, no Apêndice. A emissão relativa do dispositivo OLED (protótipo marca Osram, código: CMR-030, formato sextavado) está apresentada pela Fig. 2, ela revela valor máximo para a irradiância espectral em 621,52 nm (valor integrado de 247,7 mW/m2 e iluminância de 49,5 lux; largura de banda (a 50 % do valor máximo) de 35,25 nm (sob a polarização de 2,55 V e 500 mA), coordenadas de cromaticidade (x=0,67600; y=0,32327), que são dados extraídos de relatório (software proprietário: Instrument Systems, SpecWin Pro, ver. 2.5.6.1650), cuja aquisição ocorreu em 06/Maio/2016 sob a condição de campo próximo (dS-WOLED≈ 0,0 m).

Fig. 3- Limites prescritos [5] e posição (coordenadas) para OLED amostrado em 06/Maio/2016.

A emissão amostrada para o OLED, após processamento, o resultado das coordenadas de cromaticidade, na condição de polarização utilizada (2,55 V e 500 mA) atende ao requisito internacional para sinalização quanto a cor vermelha, e também ao fluxo luminoso mínimo 3,5 ℓm ± 20% destinado a funções menores [5]. Assim, em tese, o OLED avaliado pode prover a sinalização vermelha conforme prescrita e poderá ser instalado num veículo rodoviário para que alguma outra verificação (como a visibilidade) possa vir a ser realizada. A distribuição de intensidade luminosa para o OLED (luz vermelha) polarizado com tensão elétrica de 3,43 V está representada no espaço (2π) conforme a Fig. 4.

Fig. 4- Representação da distribuição de intensidade luminosa (no espaço, 2π) para a fonte OLED (luz vermelha), polarização de 3,43 V.

Fig. 2- Irradiância espectral para OLED (emissão: luz vermelha).

A verificação de conformidade, se uma fonte luminosa, no

O cálculo realizado a partir de valores da distribuição de intensidade luminosa (distância fonte-sensor: 2342 mm) representada pela Fig. 4 conduziu ao fluxo luminoso total de 24,7 ℓm (maior valor obtido durante a amostragem realizada). Neste caso o ângulo de abertura do facho apresentou valor de 120,56º. O menor valor de fluxo luminoso total amostrado foi de 6,2 ℓm

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(sob 2,99 V). A eficiência luminosa máxima, entre os cinco valores de fluxo e características elétricas amostradas, ocorreu para 12,22 ℓm (sob 3,2 V) e no valor de 8,5 ℓm/W. A eficiência luminosa mínima ocorreu para 24,7 ℓm (sob 3,4 V) e no valor de 7,4 ℓm/W. A potência elétrica foi amostrada na faixa de (0,77 a 3,34) W. A emissão luminosa foi amostrada a partir da luminância na parte central das regiões marcadas, parte emissiva do dispositivo OLED (cor vermelha) para duas condições de polarização; luminancímetro (n. de série e condições conforme indicado) para 16 posições (ver Fig. 5a).

WOLED: dispositivo com emissão de radiação na cor branca Na condição de campo distante (dS-WOLED≈ 2,288 m) a emissão do dispositivo WOLED (marca Osram, ORBEOS, formato retangular, código: RDW-046) [7], polarização: 5,6 V foi amostrada, ela revelou valor máximo para a irradiância espectral em 587,16 nm (valor integrado de 1,811 mW/m2 e iluminância de 0,6168 lux), largura de banda (a 50 % do valor máximo) de 77,33 nm, conforme está apresentado pela Fig. 6.

Fig. 6- Irradiância espectral para WOLED (emissão: luz branca), condição de campo distante (dS-WOLED≈ 2,288 m) e sob 5,6 V.

Fig. A.5a- Característica de emissão luminosa (luminância-posição) amostrada de dispositivo OLED (emissão cor vermelha) a partir de um luminancímetro (n. de série identificado).

A uniformidade poderá ser acessada considerando as 16 posições amostradas. Para auxiliar na verificação de resposta instrumental um segundo luminancímetro, modelo similar (marca Minolta, modelo LS-110; n. de série e condições conforme indicado) foi utilizado e a luminância amostrada para as mesmas 16 posições do OLED cuja emissão é cor vermelha (ver Fig. 5b).

Fig. A.5b- Característica de emissão luminosa (luminância-posição) amostrada de dispositivo OLED (emissão cor vermelha) a partir de luminancímetro (n. de série identificado).

Nota: Valores acima sem utilização de qualquer fator de correção.

A temperatura de cor correlata (Tcp) está estimada em 3323 K; DUV em -4,85x10-3; IRC em 71,8 (polarização: 5,6 V). As coordenadas de cromaticidade (x= 0,41003; y= 0,38198), igualmente, foram extraídas de relatório (software proprietário: Instrument Systems, SpecWin Pro, ver. 3.1.1.1822) e aquisição ocorrida em 26/Julho/2016 (20h 37min. 32s), cuja apresentação está na Fig. 7.

Fig. 7- Espaço colorimétrico CIE, locus do irradiador de Planck e coordenadas de cromaticidade para WOLED (emissão: luz branca) amostragem sob condição de campo distante (2288 mm: fonte-sensor).

A Fig. 8 apresenta o dispositivo WOLED (emissão luz branca) [7] montado no goniofotômetro, energizado e com a parte emissiva marcada (dividida em oito regiões).

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Fig. 8- Área do dispositivo WOLED (emissão luz branca) [7] após ser dividida em oito regiões para amostrar a luminância.

As oito regiões foram identificadas (por letras) para auxiliar os registros durante etapa futura prevista para avaliar a variação da luminância e uniformidade ao longo do tempo. A distribuição de intensidade luminosa para o WOLED (curva polar) é apresentada pela Fig. 9.

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O cálculo realizado a partir de valores da distribuição de intensidade luminosa (distância fonte-sensor: 2288 mm), conduziu ao fluxo luminoso total de 24,8 ℓm (maior valor obtido durante a amostragem realizada, sob 6,2 V, 82,7 mA). Neste caso o ângulo de abertura do facho apresentou valor de 113,54º graus. O menor valor de fluxo luminoso total amostrado foi de 13,46 ℓm (sob 5,8 V). A eficiência luminosa máxima, entre valores de fluxo e características elétricas amostradas, ocorreu para 19,14 ℓm (sob 6,0 V) e no valor de 51 ℓm/W. A eficiência luminosa mínima ocorreu para 24,8 ℓm (sob 6,2 V) e no valor de 48 ℓm/W. A potência elétrica máxima amostrada foi de 0,513 W e o fluxo luminoso total médio (sob polarização de 6,0 V) foi de (19 ± 1) ℓm. V.

CONCLUSÕES

Um parâmetros relevante de sinal luminoso emitido por fonte SSL (OLED/WOLED), como a cor necessita ser amostrado após período de estabilização regulamentar, sob temperatura ambiente conhecida e declarada. O experimento apresentado possibilitou capturar dois momentos, no mês de Julho eles estão separados pela alteração na versão de software proprietário utilizado para a extração de parâmetros (análise espectral e comando do goniofotômetro). A diferença apurada para o comprimento de onda da irradiância máxima foi de 0,4 nm; para a largura de banda, a 50 % da irradiância máxima foi de 1,4 nm e a diferença para as coordenadas de cromaticidade (x, y) não foi superior a 0,009.

Fig. 9- Curva polar da distribuição de intensidade luminosa, em construção, capturada durante a aquisição, para o WOLED [7].

A distribuição de intensidade luminosa (DIL) foi capturada durante o processo de aquisição (ver Fig. 9) e apresenta a superposição de curva cor vermelha (em construção) sobre a curva de cor azul (os planos C são diferentes), revelando emissão com simetria angular. A representação espacial da distribuição de intensidade para o dispositivo WOLED [7] é apresentada pela Fig. 10.

Fig. 10- Representação da distribuição de intensidade luminosa para a fonte WOLED [7] (luz branca) polarizada com 6,0 V e (dS-WOLED= 2,288 m).

Um dispositivo WOLED comercial [4] apresentou tensão elétrica para iniciar a condução (turn-on) de 2,3V e eficiência (luminância-corrente elétrica) máxima entre as tensões de polarização (3,1 e 3,4) V, assim, estes valores foram utilizados para definir a variação da tensão de polarização do dispositivo OLED utilizado na parte experimental (protótipo, emissão de luz vermelha), cuja geometria é semelhante. A luminância do OLED (emissão cor vermelha) foi amostrada manualmente a partir de dois equipamentos e a intensidade luminosa pelo auxílio de gôniofotômetro informatizado. Para um luminancímetro (#71923008) o valor máximo amostrado ultrapassou (1 kcd.m-2, sob 3,15 V e 0,51 A). É possível estimar diferença entre a aferição/calibração dos dois luminancímetros sendo o OLED a fonte luminosa de referência utilizada. O menor valor de fluxo luminoso total determinado foi de 6,2 ℓm (sob 2,99 V). A eficiência luminosa mínima ocorreu para 24,7 ℓm (sob 3,4 V) e no valor de 7,4 ℓm/W. A eficiência luminosa máxima ocorreu para 12,22 ℓm (sob 3,2 V) e no valor de 8,5 ℓm/W. A potência elétrica amostrada para o OLED ficou na faixa de (0,77 a 3,34) W. Para a parte do experimento que amostrou a distribuição de irradiância espectral foi obtido máximo em 621 nm para diferentes tensões de polarização. Este valor de comprimento de onda é característico de emissão a partir do elemento químico Európio.

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Em tese, o OLED conforme condição de polarização estabelecida atende prescrição internacional para prover em veículo rodoviário sinalização embarcada de cor vermelha.

Light Emission / Electric Current (cd/m2.A)

3000

Para a parte do experimento que amostrou a distribuição de irradiância espectral do dispositivo WOLED, sob 6,0 V, foram identificados quatro máximos, sendo o comprimento de onda do máximo principal corresponde ao valor de 587 nm, tanto na condição de amostragem denominada de campo próximo ou campo distante. A temperatura de cor correlata (Tcp) foi estimada em 3323 K; à distância em relação à curva (locus) de Planck (DUV) em -4,85x10-3; e o IRC em 71,8. A distribuição de intensidade luminosa (OLED/WOLED) revelou proximidade ao modelo de Lambert. Os dispositivos amostrados (OLED e WLED) são elementos que deverão ser submetidos a novas campanhas para ampliar o tamanho de amostra de dados, mais investigação, sobretudo quanto à verificação da estabilidade temporal, e assim ser utilizado como referencial para trabalho laboratorial. Trata-se de fonte de luz plana, com distribuição de intensidade luminosa de característica conforme modelo de Lambert (Lambertiana), e devido à espessura ser bastante reduzida torna facilitada a tarefa da determinação ou posicionamento do plano de referência da fonte de luz.

2500

2000

1500

1000

500

0 2,5

2,7

2,9

3,1

3,3

3,5

3,7

3,9

Forward voltage (V)

Fig. A.2- - Característica eletro-óptica “eficiência” amostra a partir de dispositivo WOLED comercial [3, 4].

A tensão elétrica para inicio da condução (turn-on), dispositivo WOLED (Fig. A.2) foi avaliada ser de 2,3V. Para a imagem do OLED (protótipo, marca Osram, código: CMR-030, luz vermelha) energizado; para as características elétricas de polarização, eletro-óptica (fluxo luminoso-corrente elétrica; luminância, utilização de dois instrumentos, corrente elétrica), ver Fig. A.3 a A.6 [3].

APÊNDICE

Abaixo, um cenário do governo norte-americano (DOE) sobre a queda no valor de mercado (por mil lumens: $/kℓm) da tecnologia SSL tipo OLED, ver Fig. A.1.

Fig. A.3- OLED com emissão óptica caracterizada como luz vermelha, no canto inferior esquerdo está a vista frontal [3].

0,900

OLED: Red Light Emission - 20/May/2016 0,800

Fig. A.1- Cenário sobre a redução no valor de mercado por kℓm para a fonte de luz tipo OLED (publicado pelo: US Department of Energy - DOE).

Para a característica eletro-óptica (luminância por corrente elétrica) “eficiência” determinada a partir de um dispositivo comercial (ORBEOS, CMW-031) com tecnologia tipo SSL (WOLED), ver Fig. A.2 [4].

OLED Electrical Current (A)

0,700

0,600

0,500

0,400

0,300

0,200

0,100

0,000 2,20

2,40

2,60

2,80

3,00

3,20

3,40

3,60

Polarization Electric Voltage (V)

Fig. A.4- Característica elétrica (tensão-corrente) amostrada a partir de OLED (protótipo, luz vermelha) [3].

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363

OLED: Red Light emission - 20/May/2016 - 24 graus C. 30,0 inicio

WOLED: emissão de radiação na cor branca na condição de campo próximo (dS-WOLED≈ 0,0 m) A emissão relativa do dispositivo WOLED (marca Osram, ORBEOS, formato retangular, código comercial RDW-046) [7], para a condição nominal (polarização: 6,0 V) está apresentada pela Fig. A.7.

final

25,0

OLED Total Luminous Flux (lm)

y = 26,286x - 0,1169 R² = 0,9968 20,0 y = 26,388x - 0,8344 R² = 0,9996 15,0

10,0

5,0

0,0 0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

Electrical Current (A)

Fig. A.5- Característica eletro-óptica (fluxo luminoso-corrente elétrica), inicial e final, amostrada de OLED (luz cor vermelha) [3].

1200

OLED: Red Light Emission - Luminance meter # 71923008 - 18/May/2016 - 21.9 ºC.

OLED Luminance (nit)

1000

Fig. A.7- Irradiância espectral para WOLED (emissão: luz branca) e condição de campo próximo (distância sensor-WOLED ≈ 0,0 m).

800

Ela revelou valor máximo para a irradiância espectral em 586,74 nm (valor integrado de 4,997 W/m2 e iluminância de 1,654 klux), largura de banda (a 50 % do valor máximo) de 78,58 nm. As coordenadas de cromaticidade amostradas são x= 0,40109; y= 0,37424 (ver Fig. A.8).

600

L = 1146.6 i(A) + 10.48 R² = 0.9976 400 average (n=4) 200

0 0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

Electrical Current (A)

Fig. A.6a- Característica eletro-óptica (luminância-corrente) amostrada de dispositivo OLED (luz cor vermelha) a partir de um luminancímetro [3].

1200

OLED: Red Light Emission - Luminance meter # 75023018 - 18/May/2016 - 21.6 º C.

OLED Luminance (nit)

1000

800

600

L = 1143.5 i(A) + 12.7 R² = 0.9962

400 average (n=4) 200

0 0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

Electric Current (A)

Fig. A.8- Espaço colorimétrico CIE, locus do irradiador de Planck e coordenadas de cromaticidade para WOLED (emissão: luz branca).

Fig. A.6b- Característica eletro-óptica (luminância-corrente) amostrada de dispositivo OLED (luz cor vermelha) a partir de outro luminancímetro [3]. AGRADECIMENTOS

Nota: Os dados abaixo apresentados foram obtidos sem qualquer fator de correção, e para a condição de campo próximo, ou seja, à distância: sensor-WOLED retangular [7] nula (dS-WOLED≈ 0,0 m), extraídas de relatório (software proprietário: Instrument Systems, SpecWin Pro, ver. 2.5.6.1650) e aquisição ocorrida em 06/Maio/2016.

A CAPES pelo apoio a partir do projeto binacional CAFP-BA n. 48/2013 e a Osram do Brasil pelos dispositivos (dois WOLED e protótipo de OLED).

364

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[22] BASIC RESEARCH NEEDS FOR SOLID-STATE LIGHTING Report of the Basic Energy Sciences Workshop on Solid-State Lighting, DOE, EUA, 214p., 2006. http://science.energy.gov/~/media/bes/pdf/reports/files/ssl_rpt.pdf. [23] TYAN, Y-S Organic light-emitting-diode lighting overview. J. Photon. Energy. 1(1), January 20, 2011. [24] BURINI JUNIOR, E. C. et al Organic Light Emitting Diode (OLED) on the Roadway, trabalho aceito para apresentação no XV SBPMat, Campinas, SP, 25 a 29 de Setembro de 2016. [25] Dispositivo SSL (WOLED) comercial, marca OSRAM, modelo ORBEOS, código CMW-031, 3,6 V, 270 mA (540 mA max), 910 cd/m2, 14 ℓm/W, Ra 86; expectativa para vida útil de 5kh. [26] Agreement Concerning the Adoption of Uniform Conditions of Approval and Reciprocal Recognition of Approval for Motor Vehicle Equipment and Parts (done at Geneva on 20 March 1958): Addendum 127: Regulation No. 128 (E/ECE/324/Rev.2/Add.127−E/ECE/TRANS/ 505/Rev.2/Add.127) Uniform provisions concerning the approval of light emitting diode (LED) light sources for use in approved lamp units on power-driven vehicles and their trailers. 29p., 2013. [27] IEC 62922 (draft: 34A/1665/NP): Organic light emitting diode (OLED) panels for general lighting – Performance requirements. [28] Dispositivo SSL, tipo OLED comercial marca OSRAM, tipo ORBEOS RDW-046 – Informações de catálogo: 6,0 V, 0,6 W, 2 kcd/m2, 40 ℓm.W1 , coordenadas (x=0,41/y=0,39), Tcp =3400 K, CRI = 80, uniformidade da luminância de 96 %, emissão com característica tipo Lambertiana, vida operacional (L70) 10 kh (valores típicos em ambiente sob 25°C e corrente elétrica direta de 103 mA); área emissiva retangular com dimensões (112,8 x 34,9) mm e espessura de 2,2 mm.

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365

A Iluminação WLEDi na CUASO - USP Elvo Calixto Burini Junior1, Arnaldo Gakiya Kanashiro2 1- Instituto de Energia e Ambiente (IEE), Universidade de São Paulo (USP), Serviço Técnico de Sistemas de iluminação, condicionamento ambiental e desempenho energético de edificações (SICADEE), Brasil, elvo@iee.usp.br; 2- Programa de Pós-Graduação em Energia, Instituto de Energia e Ambiente/USP, SICADEE, Brasil, arnaldo@iee.usp.br.

Resumo— A tecnologia SSL (WLEDi) está instalada para a iluminação viária na USP em lugar das tecnologias LVSAP e MVM. O presente trabalho apresenta considerações e registros sobre a iluminação provida por equipamentos para IP na CUASO completadas as primeiras doze mil horas de funcionamento. Foram coletadas amostras de iluminância no plano das vias (pedestres e veículos); luminância da superfície das vias, marcações viária, referenciais (cor branca); coordenadas de cromaticidade e a Tcp foi calculada. O conjunto de registros destina-se a caracterizar a condição do sistema com a instalação WLEDi para conhecimento sobre depreciação luminosa, possível alteração nos patamares de luz disponível aos usuários e desempenho dos sistemas para a iluminação viária. As alterações de iluminância amostradas e luminância a partir de referencial (PTFE) utilizado não permitiram revelar depreciação luminosa significativa ao longo do período considerado. Abstract-- The SSL (WLEDi) is installed for road lighting at USP in place of LVSAP and MVM technologies. This paper presents considerations and records on road lighting from survey conduct at the CUASO after the first twelve thousand hours of operation have been completed. Samples of illuminance were collected at the road level (pedestrians and vehicles); the luminance from the road surface, road marks, references (white); chromaticity coordinates and Tcp was calculated. The conducted experiment is intended to characterize the WLEDi system knowledge status about the light depreciation, seeking for possible changes in light levels output and the performance to users of the road lighting systems. The illuminance and luminance from reference (PTFE) sampled showed no significative changes for the light depreciation over the period considered. Keywords: Equipment and methods for field measurements; New technologies in lighting; Systems for road lighting; Luminance coefficient; Education. Lista de abreviaturas β – Fator de luminância (relação entre luminâncias); CUASO – Campus da Universidade de São Paulo, Cidade Universitária Armando de Salles Oliveira; E – Iluminância; IEE – Instituto de Energia e Ambiente; Duv – Dimensão sobre isotérmica em espaço colorimétrico u'v' CIE 1976; IP – Iluminação Pública; L – Luminância; LVSAP – Lâmpada a Vapor de Sódio a Alta Pressão; MVM – Multivapores metálico (tecnologia de lâmpada); q – Coeficiente de Luminância (L/E); PTFE – Politetrafluoretileno; SICADEE - Serviço Técnico de Sistemas de Iluminação, Condicionamento Ambiental e Desempenho Energético de Edificações;

SSL – Solid State Lighting; Tcp – Temperatura de Cor Correlata; USP - Universidade de São Paulo; UV - Ultavioleta; WLEDi - Diodo emissor de luz branca inorgânico (Inorganic White Light Emiting Diode). I.

INTRODUÇÃO

A

tecnologia SSL (WLEDi) tem despertado interesse para aplicação na iluminação tanto de interiores [1] quanto no sistema viário [2]. Na CUASO-USP, desde o ano 2013 a luz amarelada (LVSAP) foi removida das vias públicas e maioria de logradouros, houve retorno para a luz “branca”, agora, a partir da tecnologia WLEDi. Durante a implantação dos novos equipamentos na CUASO, pouca informação estava disponível sobre o desempenho desse tipo de instalação, ao longo do tempo, e entre as qualidades de interesse, destaque tem sido dado à manutenção do fluxo luminoso (saída de luz). Trata-se de parâmetro importante quando fontes de luz elétrica artificial são cotejadas. Uma redução precoce da saída de luz poderá impactar o usuário e elevar custos. A qualidade do WLEDi não deve ficar centrada numa manutenção do fluxo luminoso com taxa reduzida. A alteração na cor da luz emitida, ao longo do tempo, poderá representar causa de falha, sendo importante a consideração deste parâmetro em aplicações onde a aparência visual é relevante ou crítica. A Fig. 1 apresenta situação na qual não é possível apreciar diferença cromática da luz capturada.

Fig. 1- CUASO-USP, Av. Prof. Luciano Gualberto, lado par (EPUSP), data da foto: 18/Abr./2015.

366

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

A vegetação existente ao lado das vias pode introduzir sombras e mudança na uniformidade. No planejamento para avaliação mais ampla sobre um sistema para IP, a partir de tecnologia SSL, emergente, outros parâmetros da fonte de luz deverão ser considerados relevantes, como ofuscamento, a existência de cintilação fotópica (flicker fotométrico ou luminoso) [3], possível emissão demasiada na banda do UV e azul, fator de potência reduzido, distorção harmônica elevada, imunidade eletromagnética deficiente, entre outros. A cintilação fotópica pode ter origem em “drives” cuja qualidade é duvidosa, sendo que este tema deverá ser investigado. O SICADEE/IEE/USP está coordenando projeto que preconiza a participação de estudantes e possui o atual sistema de IP da CUASO como elemento focal da pesquisa [4]. No presente artigo é estão considerados experimentos realizados, a partir da iluminação viária WLEDi da CUASO, cujo foco central está na manutenção do fluxo luminoso e identificação instrumental de possível mudança na cor da luz emitida. Para a cor tem sido utilizado o parâmetro Tcp, porém ele não é suficiente, fica sugestão para inclusão do conceito sintetizado na sigla Duv que possibilita expressar quão distante, num plano cartesiano, o iluminante considerado (coordenada) está localizada em relação ao locus de Planck (ou do corpo negro). II.

OBJETIVO

A tecnologia para iluminação baseada em dispositivos a estado sólido (do inglês, Solid State Lighting - SSL) foi instalada para a iluminação viária na USP em lugar das tecnologias Lâmpada a Vapor de Sódio a alta Pressão - VSAP e Multi-Vapores Metálicos - MVM. O presente trabalho apresenta considerações e registros sobre verificações realizadas tanto na iluminação quanto equipamentos que contém módulos/arranjos de diodos inorgânicos emissores de luz branca (do inglês, White Light Emiting Diode - WLEDi) para iluminação pública viária na CUASO completadas as primeiras doze mil horas (12,1 kh) do início de funcionamento. Foram coletadas amostras para a iluminância (vias: pedestres e veículos), luminância da superfície das vias, marcações viária, referenciais (cor branca); o coeficiente de luminância e a Temperatura de cor correlata - Tcp foram calculados. A amostragem em campo é destinada a caracterizar a condição do sistema de IP com a instalação WLEDi. A comparação entre diferentes amostragens poderá permitir verificação sobre possível depreciação ou alteração nos patamares de luz disponível aos usuários da iluminação viária. As alterações de iluminância amostradas e luminância a partir do referencial (PTFE) utilizado destinam-se a quantificar a depreciação luminosa num período considerado. A diferença verificada tanto entre a luminância média quanto para o coeficiente de luminância médio, conforme superfície e sentido da Av. Prof. Luciano Gualberto auxiliarão na análise de sistema, ou seja, não somente os equipamentos. Em laboratório foi realizado experimento pareado, em esfera integradora, sob diferentes condições de “dimerização” para conhecimento do comportamento das características eletro-óptica relativas entre diferentes equipamentos WLEDi. Os resultados revelaram elevação da distorção harmônica (de corrente) e redução no fator de potência enquanto a saída de luz foi reduzida. Devido à amostra de dados ainda ser diminuta, detalhes destes temas

não farão parte do presente trabalho. III.

METODOLOGIA

Para verificação da saída de luz de um equipamento para iluminação, a parcela do fluxo luminoso incidente na superfície de interesse, tem sido prática corrente a utilização do conceito denominado iluminância. Utiliza-se um tipo de fotômetro capaz de amostrar o fluxo luminoso incidente por unidade de área (unidade: lúmen/m2 ou lux). Para o presente trabalho foi utilizado luxímetro (marca LMT, modelo Pocket – lux 2, série n. 3845, incerteza declarada: 0,8 %), cujo sensor de luz (ou cabeça fotométrica) deve ficar posicionado no ponto de interesse. A interferência por parte do usuário do luxímetro, como sombra ou redirecionamento da luz devido à proximidade deverão ser observados, evitados e/ou corrigido. No caso da primeira etapa (até 10 kh desde a energização inicial) foram definidos pontos para amostragem na direção transversal da Av. Prof. Luciano Gualberto, na extremidade de cada marca viária das faixas para travessia de pedestres, localizadas em ambas as vias (sentidos) de rolamento, próximas à entrada do IEE/USP. No canteiro central foi localizada luminária (identificação: ID 3514) cujo ponto de amostragem foi único, ao nível do solo, tendo a luminária na posição de zênite. Outros pontos foram amostrados na via sentido Praça Ramos de Azevedo, lado EPUSP, região para trânsito de pedestres. Nesta etapa a definição dos locais ou pontos para medição não foram precedidos de marcação no pavimento viário. A luminância que pode ser definida pela intensidade luminosa, na direção considerada, por unidade de área (unidade: cd.m-2 ou nit) foi amostrada [5] em região próxima ao local onde o sensor do luxímetro ficou posicionado, sendo que a direção do eixo óptico ficou mantida em ângulo de aproximadamente 45º em relação a direção da normal (superfície asfáltica e referenciais: placa PTFE1 com dimensões: 10 cm x 10 cm, e placa circular marca Minolta, modelo CS-A5, série 20071001 foram utilizados). A placa PTFE (não comercial) possui superfície na cor branca e higroscopia bastante reduzida, propriedade que permite estabilidade na característica de interesse, a restituição da luz pela superfície. Isto é importante quando ela é utilizada como referencial para a realização de amostragem em campo (ver Fig. 2).

Fig. 2- Instrumental fotométrico utilizado para as amostragens em campo, à esquerda o luminancímetro; à direita o luxímetro com sensor posicionado sobre marca viária; a placa PTFE está presente em ambas as imagens, CUASO-USP, Av. Prof. Luciano Gualberto, data das fotos: 18/Abr./2015.

______________

Nota: 1 – A placa PTFE (ou Teflon, uma marca registrada) encontra-se montada no interior de invólucro em madeira (trata-se de uma produção própria para utilização como referência para a cor branca).

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016 Boyce, P. R. [6] faz referência a esperada relação entre a quantidade de luz incidente e refletida numa dada superfície, a qual depende das características de reflexão (especular, difusora, e/ou mista) a restituição da luz pela superfície considerada, e fixa relação sobre a reflexão por uma superfície difusora ideal, sendo a luminância (L) igual ao produto da iluminância (E) pela refletância (ρ) divida por pi, ou seja, {L = [(E.ρ)/π]}. E que essa relação poderá ser utilizada no caso de superfície refletora difusora não ideal (com componente especular/mista), a partir da substituição do termo referente a refletância e utilização do fator de luminância (β), desde que fiquem inalteradas as posições da(s) fonte(s) e direção de observação [6]. Neste ponto é importante fazer sinalização em relação ao quociente (L/E), razão da luz incidente pela luz refletida por uma superfície e sob condições dadas, que ela está definida (pela CIE) como o coeficiente de luminância (q), e possibilita informação sobre a capacidade de restituição da luz pela superfície e direção considera. Ao efetuar o produto (π.q), dependendo da característica especular da superfície, poderá ser obtida uma estimativa consistente para a refletância (ρ) da superfície. Caso a superfície seja difusora, predominantemente, ambos os valores (estimativa e refletância) deverão ficar próximos. Entre as possíveis origens de desvios de resultados, que poderão receber correção, está a resposta espectral do instrumental e em relação à natureza da fonte de luz considerada. Os equipamentos são calibrados, geralmente, com base numa fonte incandescente (iluminante A, padrão CIE), cuja Tcp objetivo é de 2856 K. No caso do certificado de aferição/calibração do luminancímetro utilizado [6] encontra-se fixado desvio máximo de 0,5 % entre leitura do instrumento e o padrão internacional utilizado, e que no manual de instruções do luminancímetro é encontrada uma lista com fator de correção para algumas fontes e iluminantes e lá [6] não está listado qualquer fator para utilização com a tecnologia WLEDi. (NOTA: O valor unitário para o fator de correção está atribuído no manual [6] para associação do iluminante A e filtro tipo Y-44 [7]). Portanto, os valores apresentados no presente artigo correspondem à leitura do instrumento diretamente sem utilização de qualquer fator para correção (isto é igualmente válido no caso do luxímetro utilizado). Uma segunda campanha (etapa) de medições foi realizada para amostrar a iluminância a partir de locais previamente definidos e pontos marcados no asfalto. A nossa participação na campanha referida ocorreu em atendimento ao convite recebido da Prefeitura da CUASO (PUSP-C), tendo sido realizada na noite de 08/Set./2016, período de 19h as 22h46 min. Foram coletados dados em duas áreas destinadas a estacionamento de veículos (FEA e EPUSP), cinco vias sendo duas localidades denominadas Rua (do Lago e Matão), e três Avenidas. Os valores de iluminância amostrados foram reunidos ou estratificados segundo linhas longitudinais das vias e em relação à direção do fluxo dos veículos e pedestres. Para cada conjunto de dados de uma linha longitudinal foi calculado o valor médio, o primeiro quartil (Q1: 25% dos dados estão abaixo deste valor), a mediana (segundo quartil), o terceiro quartil (Q3: 75% dos dados estão abaixo deste valor). Uma “barra de erro” com amplitude total igual a [3,5.(Q3Q1)] foi definida e utilizada. No caso em que algum valor de iluminância registrado superar a faixa definida pela barra de erro definida, tanto acima quanto abaixo dela, o valor fica plotado e identificado na abcissa correspondente.

IV.

367

RESULTADOS

A verificação da saída de luz de um equipamento para iluminação na CUASO, o fluxo luminoso por unidade de área disponível no local do canteiro central onde foi localizada a luminária WLEDi (ID 3514), cujo ponto amostrado foi ao nível do solo, tendo a luminária na posição de zênite apresentou 53 lux. Na Fig. 3 está indicada a região da via de pedestre utilizada para amostragem (primeira etapa), tendo sido obtida a faixa de valores: 36 lux (mínimo) a 66 lux (máximo).

Fig. 3- Região da via de pedestre utilizada para amostragens, CUASO, Av. Prof. Luciano Gualberto, lado par (EPUSP), data da foto: 18/Abr./2015.

No caso da via considerada, (Fig. 3), o pavimento é constituído em placas de concreto, a luminância média amostrada foi de 5,2 cd.m-2 e para esta mesma região foi determinado para o produto (π.q), valor de 0,244 cd.ℓm-1 e para o fator de luminância o valor 0,276. No pátio do IEE/USP, ao nível do pavimento (com blocos sextavados em concreto) e tendo a luminária ID 3751 na posição do zênite foi amostrada iluminância de 71 lux (Nota: A iluminância da Lua foi estimada, na data, em valor não superior a 0,1 lux) e foi obtido por cálculo a Tcp no valor de 4,2 k K, campanha realizada em 18/Mar./2016 (período: 10 kh da instalação). Para as dez regiões onde houve amostragem, próximo a extremidade de cada marca viária da faixa para travessia de pedestre, lado impar da Av. Luciano Gualberto (a partir da Praça Ramos de Azevedo e no sentido da entrada do IEE), foi determinada a iluminância média (e intervalo de confiança bilateral, nível de 95 %), o valor de (51 ± 2) lux. As luminâncias médias amostradas sob ângulo de visada de aproximadamente 45 graus em relação à direção da normal para as dez marcas viárias, dez superfícies asfálticas, referenciais (placas: PTFE; modelo CS-A5) e coeficiente de luminância médio estão apresentados pela Tab. I.

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MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

TABELA I - COEFICIENTE DE LUMINÂNCIA MÉDIO, VALORES EM mcd.ℓm-1, PARA INSTALAÇÕES COM ILUMINAÇÃO VIÁRIA WLEDi NA CUASO-USP, AV. PROF. LUCIANO GUALBERTO, LADO IMPAR (IEE) E A LUMINÂNCIA MÉDIA.

Coeficiente de luminância (local) q FAIXA q ASFALTO q PTFE q CS-A5

Data de 18/Mar./2016 (155 ± 10) (43 ± 3) (264 ± 10) (281 ± 3)

Luminância (cd.m-2)

[7,9 ± 0,4] [2,2 ± 0,2] [13,5 ± 0,6] [14,3 ± 0,4]

Para as outras dez regiões da faixa de rodagem onde houve amostragem (10 kh), próximo a extremidade de cada marca viária da faixa para travessia de pedestre, lado par da Av. Luciano Gualberto (sentido para a Praça Ramos de Azevedo) foi determinada a iluminância média (e intervalo de confiança bilateral, nível de 95 %), valor de (66 ± 8) lux. As luminâncias médias amostradas (sob ângulo de visada de aproximadamente 45 graus em relação à direção da normal para marcas viárias, superfície asfáltica, referenciais (placas: PTFE; modelo CS-A5) e coeficiente de luminância médio estão apresentados pela Tab. II (inclui dados de campanha anterior, a 6 kh, em Abr./2015).

equipamentos tipo VSAP foi verificado para o coeficiente de luminância (q) o valor de 96 mcd.ℓm-1 (parte realizada na França) e 77 mcd.ℓm-1 para sistema cujo experimento foi realizado na CUASO, Brasil [11]. Para amostragem realizada com outro sistema VSAP na CUASO o limite superior para o valor de (q) foi estimado em 37 mcd.ℓm-1, a que se ressaltar que neste caso a posição do observador foi fixada a 83 m da malha de medição e o ângulo de visada ficou bastante reduzido e próximo de um grau [11]. Na segunda etapa (a 12,1 kh) a iluminância foi amostrada em malha de pontos, cujo local pode ser revelado a partir do número de identificação (ID) dos pontos de luz/luminárias indicados. Os dados coletados na CUASO na noite de 08/Set./2016 foram processados, estatisticamente, segundo conjunto definido por linhas longitudinais a direção da via, conforme cada local e são apresentados pelas Fig. 4 a 10.

TABELA II - COEFICIENTE DE LUMINÂNCIA MÉDIO PARA INSTALAÇÕES COM ILUMINAÇÃO VIÁRIA WLEDi NA CUASO-USP, AV. PROF. LUCIANO GUALBERTO, LADO PAR (EPUSP) E A LUMINÂNCIA MÉDIA. q (iluminante/local )

q FAIXA q ASFALTO q PTFE q PCS-A5

Data de 18/Mar./1 6 (mcd.ℓm-1) (87 ± 20) (37 ± 2) (252 ± 6) (286 ± 9)

Luminância 2016 (cd.m-2) [5,9 ± 1,8] [2,4 ± 0,3] [16,6 ± 1,8] [18,8 ± 1,9]

*Data de 18/Abr./1 5

(mcd.ℓm-1)

(89 ± 15) (38 ± 2) (297 ± 8) -

Luminância 2015 (cd.m-2) [5 ± 2] [2,1 ± 0,4] [17 ± 3] -

Notas: * O valor de iluminância média apurado foi de (58 ± 11) lux; e para um ponto houve registro de 61,3 lux [8]. A tecnologia do diodo emissor de luz branca inorgânico (WLEDi) conforme amostragens realizadas em três oportunidades (inicial: Set./2013 [9]; a 6 kh: Abr./2015 e a 10 kh: Mar./2016) indicou para a condição inicial e 6 kh que a iluminância média esteve mantida em 63 lux [10] e na última (10kh) valor médio de (66 ± 8) lux (lado par da Av. Luciano Gualberto); indicando não ser possível apontar depreciação dos equipamentos utilizados na via e período citado. Para comparação sobre o desempenho entre diferentes sistemas de iluminação, a partir de dados de luminância e iluminância, é relevante observar que ajustes de parâmetros poderão ter influencia, entre eles referência deve ser feita ao ângulo de visada, a ser estabelecido para amostrar a luminância; também ao ângulo de abertura ou entrada do instrumento utilizado (no caso do equipamento que foi utilizado ele vale 1/3 grau). É possível avaliar o desempenho entre sistemas de iluminação, comparativamente, a partir de dados de luminância e iluminância e o cálculo de (q) respectivo. Acessando resultados de dois experimentos anteriormente realizados, quando ocorreu ajuste ou alteração na saída de luz dos

Fig. 4- Iluminância amostrada, em campo, no estacionamento da FEA/CUASO-USP, em 08/Set./2016.

Notas: - Nas figuras o termo “Grupo Li” (abscissa) faz referência ao conjunto de iluminâncias amostradas na linha “i” e malha (conjunto de pontos entre unidades/pontos de luz) considerada; - a iluminância mediana está representada por um traço horizontal e o valor médio por símbolo (diamante) ambos estão no interior de paralelogramo (em tom cinza), em cujo interior estão 50 % dos registros; - a barra de erro define região que deve conter 87,5 % dos dados/registros.

Fig. 5- Iluminância amostrada, em campo, no estacionamento da EPUSP/CUASO-USP, em 08/Set./2016.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

Fig. 6- Iluminância amostrada, em campo, em local identificado da Av. Prof. Lineu Prestes, CUASO-USP, em 08/Set./2016.

Fig. 7- Iluminância amostrada, em campo, em local identificado da Rua do Lago, CUASO-USP, em 08/Set./2016.

369

Fig. 9- Iluminância amostrada, em campo, em local identificado da Av. Prof. Almeida Prado, CUASO-USP, em 08/Set./2016.

Fig. 10- Iluminância amostrada, em campo, em local identificado Iluminância amostrada, em campo, em local identificado da Av. Prof. Luciano Gualberto, lado par (EPUSP), em 08/Set./2016.

Nota-se que apenas para a Rua do Matão ocorreu um registro de iluminância acima dos limites da faixa (barra de erro) conforme definida e para a representação da dispersão de cada conjunto de registros, também foi o local onde ocorreu a menor iluminância mediana (traço) e média (símbolo diamante). A maior iluminância mediana e média (superior a 50 lux) ocorreu para o estacionamento da EPUSP. Estão apresentadas duas amostragens para a Av. Luciano Gualberto, a primeira apresentou menor valor médio devido à presença de veículos estacionados em alguns locais da via. Na segunda amostragem, Av. Luciano Gualberto, a iluminância mediana e média ficaram próximas de 50 lux. V. Fig. 8- Iluminância amostrada, em campo, em local identificado da Rua do Matão, CUASO-USP, em 08/Set./2016.

CONCLUSÕES

A iluminância média (e intervalo de confiança bilateral, nível de 95 %) da amostra simplificada obtida em 18/Mar./2016 (primeira etapa, 10 kh) resultou no valor de (51 ± 2) lux (no lado impar, IEE) e valor de (66 ± 8) lux (no lado par da Av. Luciano Gualberto, EPUSP). Os valores acima foram obtidos na primeira etapa, em linha transversal a direção da via. Eles podem ser considerados elevados, tendo sido revelado existir diferença apreciável de iluminância média entre as vias, que em parte é justificada por sombreamento devido à vegetação lindeira.

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Não foi possível fixar depreciação na saída de luz dos equipamentos utilizados na Av. Luciano Gualberto, CUASOUSP, lado par, conforme as três amostragens realizadas e período de 10 kh. A Tcp calculada para amostragem realizada em campo na primeira etapa (até 10 kh) resultou no valor de 4,2 k K, valor mantido nas amostragens realizadas. A métrica Duv deverá ser acessada futuramente, uma alternativa é por cálculo a partir das coordenadas de cromaticidade. No caso da superfície tipo não difusora (com propriedade especular significativa) o valor do produto (π.q) deverá diferir da refletância, e haverá necessidade de considerar o fator de luminância. A observação direta dos valores de coeficiente de luminância (q) para as marcas viárias (faixa pedestres) apresentadas pela Tab. I e Tab. II permite indicar existência de situações distintas e maior degradação presente nas marcas viárias no lado par (EPUSP) da Av. Luciano Gualberto, CUASO-USP (ref.: Mar./2016). Situação aparentemente corrigida pela posterior repintura das faixas. Os equipamentos utilizados para realização das amostragens não dispõem de calibração atualizada, eles possuem apenas certificado de origem. A realização de calibração instrumental urge, qual a determinação de fator para correção, em particular, quando a fonte tipo WLEDi for utilizada/amostrada. Na iluminação viária os olhos dos usuários geralmente estão sob a condição de sensibilidade mesópica, tendo sido (2 cd.m-2) o valor típico para luminância do asfalto amostrado durante o presente experimento. Não foi utilizado qualquer fator para correção (o instrumental está provido de filtro para a condição fotópica exclusivamente). Na segunda campanha em campo, (segunda etapa: 08/Set./2016; 12,1 kh) uma maior quantidade de dados foi obtida, e isto possibilitou alterar apresentação dos resultados, a partir de cada malha de iluminâncias, cujos valores estão estratificados pelas linhas longitudinais a direção da via. A menos da Rua do Matão, dois padrões antagônicos podem ser identificados a partir das Fig. 4 a 10, ora com os valores médios decrescentes (ora crescentes) a partir da linha central na região considerada. Na Rua do Matão existe declive topográfico acentuado, tendo sido naquela amostra que ocorreu o menor valor médio (e para a mediana), as demais localidades apresentaram valor médio e a mediana acima de 30 lux. A determinação prévia dos locais para medição, aparentemente, buscou agregar alguma diversidade, porém, evitou locais com ocorrência de sombras e também não contemplou pavimentos em concreto.

AGRADECIMENTOS

Ao Eng. Luiz T. Ikeda, Eng. Enea Neri (PUSP-C); ao Físico Marcelo de O. Jesus (SICADEE/IEE), a Arq. Thaís De Polli Migliano e a CAPES pelo apoio a partir do projeto binacional CAFP-BA n. 48/2013.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [29] BURINI JUNIOR, E. C. et al Capacitação sobre sistema para iluminação e sinalização viária na Cidade Universitária Armando de Salles Oliveira, Anais do I Congresso de Graduação 2015, p.173-174, Centro Cultural Rebouças - São Paulo-SP, 25 a 27 de Maio, 2015. http://www.prg.usp.br/wpcontent/uploads/anais_congresso_graduacao_usp2015.pdf. [30] BURINI JUNIOR, E. C. et al Lâmpada fluorescente tubular substituída por LEDi na iluminação de interiores na USP, Anais do I Congresso de Graduação 2015, p.172-173, Centro Cultural Rebouças - São Paulo-SP, 25 a 27 de Maio, 2015. http://www.prg.usp.br/wpcontent/uploads/anais_congresso_graduacao_usp2015.pdf. [31] Informação disponível em: https://www.gigahertz-optik.de/enus/product/BTS256-EF. [32] BURINI JUNIOR, E. C. Iluminação Viária WLEDi na USP. Apresentação da proposta no Colóquio Contribuição ao Ano Internacional da Luz 2015 - IYL-ONU. 79p., CUASO, Auditório Oswaldo Fadigas Fontes Torres do STI, USP, 11/Dez./2015. A programação está disponível em: http://www.iee.usp.br/?q=ptbr/evento/col%C3%B3quio-contribui%C3%A7%C3%A3o-ao-anointernacional-da-luz-2015-iyl-onu. [33] LUMINANCE METER, LS-110 (serial n. 71923008); INSTRUCTION MANUAL, p.30, MINOLTA, 1987. [34] BOYCE, Peter Robert Human Factors in Lighting, CRC Press, Third Edition, 2014. [35] http://www.hoyaoptics.com/products/document_library.htm [36] BURINI JUNIOR, E. C. et al Tecnologia SSL (WLEDi) em Campi da Universidade de São Paulo. THE XI LATIN-AMERICAN CONGRESS ELECTRICITY GENERATION AND TRANSMISSION - CLAGTEE 2015, 7p., 08 - 11 Nov., São José dos Campos, Brazil, 2015. [37] BURINI JUNIOR, E. C. et al AVALIAÇÃO EM SISTEMAS PARA ILUMINAÇÃO VIÁRIA NA CIDADE UNIVERSITÁRIA ARMANDO DE SALLES OLIVEIRA. XII Conferência Panamericana de Iluminação - Lux América 2014, p.44-48, Juiz de Fora, MG, Dez., 2014. [38] BURINI JUNIOR, E. C. et al TECNOLOGIAS PARA O SISTEMA DE ILUMINAÇÃO VIÁRIA. 10º Congresso sobre Geração Distribuída e Energia no Meio Rural – X AGRENER GD 2015, São Paulo/SP, 11 a 13, Nov./2015. [39] BURINI JUNIOR, E. C. Refletância, Visibilidade e Luminância como Fatores para Melhoria da Iluminação Pública, Tese (doutorado) aprovada junto ao Programa Interunidades de Pós-graduação em Energia da Universidade de São Paulo e Instituto de Eletrotécnica e Energia, 320p., dezembro, São Paulo, SP., 2002.

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Novos Referenciais e Procedimentos para Avaliação de Luz no IEE/USP: Radiação Visível Elvo Calixto Burini Junior1, Marcelo de Oliveira Jesus2, Rinaldo Caldeira Pinto3, Arnaldo Gakiya Kanashiro4 1- Instituto de Energia e Ambiente, Universidade de São Paulo (IEE/USP), Brasil, elvo@iee.usp.br; 2- Instituto de Energia e Ambiente, Universidade de São Paulo (IEE/USP), Brasil, mjesus@iee.usp.br; 3- Instituto de Energia e Ambiente, Universidade de São Paulo (IEE/USP), Brasil, rinaldo@iee.usp.br; 4- Instituto de Energia e Ambiente, Universidade de São Paulo (IEE/USP), Brasil, arnaldo@iee.usp.br.

Resumo— Foi identificada diferença da ordem de 8 % entre resultados de fluxo luminoso de luminária WLEDi cuja amostragem foi realizada a partir de goniofotômetro informatizado no SICADEE e dados disponibilizados pelo fabricante. Numa comparação bilateral sobre resultados de levantamento fotométrico, utilização de outra luminária WLEDi, a diferença foi avaliada em 0,8 %. Para a tecnologia LVSAP, a faixa de variação na determinação de fluxo luminoso a partir de amostras similares, realizada entre diferentes laboratórios resultou em patamar superior a 20 % para a LVSAP tipo tubular e cerca de 13 % para LVSAP tipo ovoide. A grandeza iluminância tem sido disseminada pelo SICADEE a partir de referencial único, o trabalho iniciado para suprir a falta de referenciais avançou a partir da aquisição e comissionamento de um grupo de seis lâmpadas incandescentes especiais, elas deverão ser utilizadas para materializar a grandeza candela. Abstract-- It was identified difference of around 8 % between results of luminous flux samples that were collected from WLEDi luminaires with the aid of one computerized Gonio photometer in SICADEE and data provided by the manufacturer. Bilateral comparison of photometric survey results between two laboratories, using other WLEDi luminaires, showed difference of about 0.8 %. For HPS (LVSAP) technology, the luminous flux determination for similar samples made at different laboratories resulted in a range greater than 20 % for HPS (LVSAP, tubular type) and about 13 % for HPS (LVSAP, ovoid type). The illuminance unity has been disseminated by SICADEE from a single reference, the initiate work to address the lack of reference moved from the acquisition and commissioning of a group of six incandescent special bulbs, they will be used for materialization of the candela unity Keywords: Reference lamp, Education, Laboratory methods for measurement; Vision, light and color. Lista de abreviaturas CUASO – Campus da Universidade de São Paulo, Cidade Universitária Armando de Salles Oliveira; E – Iluminância; IEE – Instituto de Energia e Ambiente; Duv – Dimensão sobre isotérmica em espaço colorimétrico u'v' CIE 1976; LEDi - diodo emissor de luz inorgânico (Light Emiting Diode); LFBU – Lâmpada Fluorescente de Base Única; LVSAP – Lâmpada a Vapor de Sódio a Alta Pressão; MVM – Multivapores Metálicos (Halogenetos, tecnologia de Lâmpada a Alta Pressão); OLED – Diodo emissor de luz orgânico; SICADEE - Serviço Técnico de Sistemas de Iluminação,

Condicionamento Ambiental e Desempenho Energético de Edificações; SPD – Spectral Power Distribution; SSL – Solid State Lighting; Tcp – Temperatura de Cor Correlata; USP - Universidade de São Paulo; WLEDi - Diodo emissor de luz branca inorgânico (Inorganic White Light Emiting Diode); WOLED - Diodo emissor de luz branca orgânico.

I.

A

INTRODUÇÃO

tecnologia do diodo emissor de luz (do inglês, Light Emitting Diode - LED) já completou meio século, ela é considerada emergente. Atualmente tem sido divulgado que a capacidade do LED inorgânico (LEDi) em produzir luz visível, a partir da energia elétrica, já superou apenas para o chip 200 ℓm/W e em produtos comerciais para o usuário final a barreira dos 100 ℓm/W. A tecnologia SSL deverá substituir a fonte de luz primária tipo fluorescente de base única (LFBU ou compacta) no setor residencial. No setor viário ela já substituiu a tecnologia LVSAP (e MVM) na CUASO. A penetração desta tecnologia tem sido lenta e ainda pouco competitiva em relação às tecnologias atualmente utilizadas para a iluminação, em parte devido ao custo inicial ainda ser elevado (apesar de decrescente). Diferentemente do caso de fontes cuja distribuição espacial de luz é isotrópica, denominada tipo 4π, qual LVSAP e MVM, cujo diferencial espectral, em relação a fonte incandescente, está na distribuição da energia visível emitida, no espectro (SPD). Conforme for a resposta espectral do fotoelemento utilizado para amostrar a radiação luminosa poderá ser necessária a utilização de correção em relação ao espectro. O dispositivo tipo LEDi possui distribuição de intensidade luminosa geralmente restrita ao ângulo solido de 2π, ou meio hemisfério. Isto pode representar dificuldade adicional quando a determinação do fluxo luminoso é realizada em esfera de Ulbricht, oportunidade em que se faz necessária correção adicional devido à uniformidade espacial ser reduzida. Uma configuração alternativa está apresentada na literatura, como produto comercial, para ser utilizada na avaliação de fontes de luz primária tipo 2π. Trata-se de uma metade de esfera integradora (Integrating Hemisphere: HalfMoon-HM), ver Fig. A.1 no Apêndice. Em geral tal artefato é provido de

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superfície especular (espelho) para o fechamento [1], sendo equipamento que poderá suprir necessidades, tanto em relação a determinação de fator para a correção devido a falta de uniformidade [2] quanto em relação a manutenção ou repintura da parede interna da esfera que atualmente representa necessidade de investimento relativamente elevado. Em particular quando se faz necessário a importação da tinta com base em Sulfato de Bário para aplicação em esferas cujo diâmetro nominal está na ordem de 2 m. Uma cotação atualizada para importação desta tinta referida indicou valor elevado (USD$ 48 mil), sinalizando a necessidade de ser buscada alternativa, como a possível aquisição de outra esfera. A Fig. A.2 (ver Apêndice) apresenta um dispositivo WOLED montado no interior de esfera integradora convencional. A tecnologia WOLED é consideradas promissoras como referencial para instrumental de laboratório, sendo aplicável para faixa de fluxo luminoso bastante baixo, entre 6,2 ℓm (OLED, cor vermelha) e 24,8 ℓm (WOLED, cor branca) [3, 11]. Isto contrasta com a necessidade de referencial para trabalho com a tecnologia LVSAP onde os patamares estão na faixa de kℓm. Para lastro às determinações no espectro do visível e no caso do fluxo luminoso, o SICADEE tem utilizado referencial tipo incandescente, mantido lâmpada de potência nominal 1000 W, cuja última calibração externa data do ano 2014 e uma segunda lâmpada que é utilizada como “padrão de trabalho”. A necessidade por novos referenciais urge. II.

III.

METODOLOGIA

III.1- Experimento com a tecnologia SSL (WLEDi) a partir da utilização de esfera de Ulbricht. Para luminárias tipo WLEDi três amostras foram utilizadas no presente trabalho. Uma amostra é similar a um dos tipos atualmente instalados na CUASO, a segunda é similar ao tipo de maior potência elétrica (195 W) instalado no campus de Ribeirão Preto/USP, e a terceira é provida de apenas quatro dispositivos SSL (WLEDi) e possui artefato para irradiar o calor com concepção peculiar (radiador aletado, provido de fluído refrigerante), tendo sido amostradas as características elétricas principais e a saída de luz. O experimento foi conduzido seguindo a prática corrente do laboratório (SICADEE), em esfera integradora de Ulbricht e condição de energização na tensão nominal (ou indicada pelo fornecedor da amostra). Após a parte do trabalho realizada no laboratório SICADEE, pela utilização de esfera integradora (diâmetro nominal de 2 m), sob as condições e metodologia normalmente praticadas nos serviços, onde a posição de montagem da luminária é aquela cuja face ativa fica voltada para a “janela da esfera” que acomoda a lâmpada auxiliar foi conduzido experimento onde a posição de montagem da luminária foi modificada para outras três condições. Houve a rotação, em passos de 90º em torno do eixo vertical de montagem/fixação (ver Fig. 1).

OBJETIVO

Neste artigo são apresentados os resultados iniciais de trabalho, em andamento, para o estabelecimento de referencial incandescente para atividade laboratorial. Para materializar a grandeza candela (intensidade luminosa), a partir de referencial incandescente, foram adquiridas seis lâmpadas com bulbo tipo T20, filamento tipo C13, 500 W/3200 K, vida projetada 50 h (sob a tensão elétrica nominal de 120 V), modelo similar ao exemplar marca Fluxo, identificação n. 9961, cujo período de utilização em serviços pelo SICADEE é estimado já ser superior a 1 kh. Foi verificado existir deriva desse referencial de intensidade (n. 9961), em relação à condição de iluminante A, padrão CIE (Tcp, 2856 K). Outra necessidade que se coloca está associada aos trabalhos com a tecnologia LVSAP, em particular, aos desvios (absoluto e relativo) entre valores de fluxo luminoso, em relação aos dados coligidos da literatura [4] (ver Fig. A.3) e amostrados em diferentes laboratórios. No caso de amostragens a partir da tecnologia SSL (WLED), devido à diferença no espectro (SPD), em relação ao referencial tipo incandescente utilizado para o balizamento, investigação deverá ser conduzida. Assim, ênfase é feita a necessidade de referenciais para lastro às medições, etapa que precede a estimativa de incerteza. A validação de resultados tem sido buscada a partir de atividades de comissionamento e comparação interlaboratorial [5].

Fig. 1- Esquema (vista de topo) da luminária montada no interior da esfera de Ulbricht, três janelas (lâmpada Aux.; Sensor: Sen.; e basculante), anteparos e posições de montagem (P1 a P4) ou sentido da face ativa.

As três posições de montagem adicionais, normalmente não utilizadas, elas foram estabelecidas para ampliar conhecimento relativo a possíveis distorções introduzidas devido alteração na distribuição espacial da luz, além da presença de anteparos e a significativa alteração na uniformidade da iluminação na parede interna da esfera, que foi observada e é atribuída a natureza da fonte WLEDi não ser isotrópica (tipo 2π). Os registros foram obtidos após transcorrido período, sob monitoramento, suficiente para a estabilização térmica e elétrica ter sido alcançada. Uma das luminárias quando montada no interior da esfera (na posição P2) e observada a partir da janela basculante está apresentada pela Fig. 2.

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Fig. 2- Luminária CUASO (código: ID 1223) no interior da esfera de Ulbricht, montada na posição identificada por P2 (conforme Fig. 1).

III.2- Experimento com tecnologia SSL (WLEDi) a partir da utilização de goniofotômetro informatizado. Para duas amostras de luminárias WLEDi a saída de luz (fluxo luminoso) foi amostrado a partir do goniofotômetro informatizado. O software proprietário (Instrument Systems, SpecWin Pro) foi utilizado para o controle do equipamento, o conjunto possibilita amostrar o fluxo luminoso sob diferentes configurações de ângulos no sistema (C - gama). Para alinhar o plano do sensor, em relação ao eixo óptico da fonte de luz, foi utilizado procedimento a partir de método coligido da literatura [6]. Foi determinada a eficiência luminosa e o resultado cotejado a partir de dados obtidos junto a terceiros [7, 8].

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Fig. 3- Luminária CUASO (código: ID 1223) montada no interior da esfera de Ulbricht, montada na posição identificada por P1.

Em relação à estimativa do fluxo luminoso e cálculo da eficiência luminosa, a partir dos dados de potencia elétrica absorvida da rede e leituras de fotômetro instalado atrás de janela da esfera (equipada com difusor), quatro diferentes posições de montagem (P1 a P4), e das duas luminárias utilizadas no experimento (identificação: LED #8 e #1223), os valores obtidos estão apresentados pela Tab. I. TABELA I FLUXO LUMINOSO (Φ) E EFICIÊNCIA LUMINOSA PARA LUMINÁRIAS WLEDi A PARTIR DE ALTERAÇÃO NA MONTAGEM, ROTAÇÃO NO EIXO DE SUSTENTAÇÃO (ESFERA ᶲ 2m).

III.3- Experimento com a tecnologia LVSAP a partir da utilização de esfera de Ulbricht. Para amostras de dois tipos de LVSAP (250 W, tubular e ovoide) o fluxo luminoso foi determinado tanto no SICADEE quanto em outros dois laboratórios. Foi calculado o valor médio para cada tipo e os resultados, em termos relativos, são comparados, incluso valores nominais de produtos com igual potência nominal obtido de catálogo comercial [9]. Análise foi realizada e está apresentada. III.4- Experimentos com fonte tipo incandescente. O resultado inicial de trabalho, em andamento, para o estabelecimento de referenciais incandescentes para fluxo luminoso e intensidade luminosa está apresentado tanto a partir de imagens quanto dados coletados durante a etapa de comissionamento inicial onde a Tcp do iluminante A, padrão CIE ficou estabelecido para cada amostra. IV.

RESULTADOS

IV.1- Experimento SSL (WLEDi) em esfera de Ulbricht. A Fig. 3 apresenta uma luminária CUASO (código: ID 1223) no interior da esfera de Ulbricht, montada na posição identificada por P1 (conforme Fig. 1), também indica a presença de sombra ou revela falta de uniformidade.

NOTAS: - Na posição (P1) a face ativa da luminária está voltada para a janela da lâmpada auxiliar; - As demais posições são para rotação no sentido anti-horário, em passos de 90 graus; - Um referencial de fluxo luminoso (incandescente, 1000 W 220 V) utilizado como referência está afetado de incerteza estimada não inferior a 3 %. Na estimativa do fluxo luminoso, uma faixa com amplitude da ordem de 21 % foi verificada, independentemente, da posição de montagem e tipo de luminária WLEDi. No caso da eficiência luminosa e posições P3 e P4, uma diferença relativa da ordem de 10 % pode ser observada; e para a situação das posições P1 e P2 a diferença referida diminui para 4 %. A parede interna da esfera de diâmetro nominal 2 m do SICADDE apresenta falha na aderência (ver Fig. A.4, no Apêndice) e necessita receber manutenção (repintura).

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IV.2- Experimento a partir da tecnologia SSL (WLEDi) em goniofotômetro informatizado. Pelo auxílio de goniofotômetro informatizado (LGS 1000) e software proprietário (Instrument Systems, SpecWin Pro), considerada estabilizada a luminária [7] a partir de 75 minutos desde a energização inicial, foi obtido: 195,0 W; THDi 11,87; FP 0,9713; fluxo de 19,42 kℓm (para ângulo gama com passo de um grau, eficiência luminosa calculada 99,6 ℓm/W) e fluxo de 19,49 kℓm (para ângulo gama com passo de cinco graus e eficiência luminosa calculada 99,9 ℓm/W). O ângulo (C), sistema (C-γ), foi fixado em passos de dez graus. Para a mesma luminárias WLEDi [7], a intensidade luminosa na direção do eixo óptico (I0,0), o fluxo luminoso e a potência elétrica foram fornecidos, em documento (planilha de ensaio código: LVC1121499, de 24/Ago./2012), por representante do fabricante, valor de: 5,394 kcd; 17,457 kℓm, e 193,0 W, respectivamente, tendo sido a eficiência luminosa calculada em 90,4 ℓm/W. A diferença relativa entre os valores para a saída de luz (fluxo luminoso) é estimada em 11,6 % (γ passo de 5º) ou 11,2 % (γ passo de 1º). A relação entre ambos os valores de fluxo luminoso (0,90), é inferior, em relação, ao fator de correção (0,965) que foi estabelecido anteriormente (para correção de WLEDi com outra SPD). No caso, se for utilizado o fator de correção (0,965), o fluxo amostrado ficará reduzido e a diferença indicada na estimativa acima fica alterada para 7,7 % ou 7,4 % (γ passo de 1º). A luminária considerada é apresentada pela Fig. 4.

Fig. 5- A irradiância espectral amostrada a partir da luminária (modelo BRP, ver Fig. 4).

A Tcp para o modelo BRP [7] está avaliada em 4165 K, DUV igual a -3,44x10-3 e o IRC 76,0. No caso da segunda luminária WLEDi [8] (ver Fig. 5) a saída de luz (fluxo luminoso) foi amostrado, igualmente, a partir do mesmo goniofotômetro informatizado.

Fig. 6- Luminária (a segunda) montada [8] no equipamento modelo LGS 1000, posição (C = 0º), data: 22/Ago./2016.

Fig. 4- Luminária marca Philips, modelo BRP [7], montada no equipamento modelo LGS 1000, posição (C = 180º), data: 25/Jul./2016.

A irradiância espectral amostrada para a luminária WLEDi modelo BRP está apresentada pela Fig. 5.

Para a segunda a luminárias WLEDi foi recebida informação sobre a determinação da potência elétrica e eficiência luminosa, amostrados por outro laboratório, valor 155,40 W e 140,55 ℓm/W [8] e o fluxo foi calculado em 21,84 kℓm. Pelo auxílio do goniofotômetro informatizado foi obtido, no SICADEE, (após estabilização) e considerando as amostragens realizadas: a) potência elétrica na faixa de (156,5 a 157,3) W, devendo ser considerado o valor de 157 W (como sendo o mais provável); e b) para a eficiência luminosa foi calculada a faixa de (137 a 140) ℓm/W, similarmente, 138 ℓm/W. A partir dos valores mais prováveis o fluxo foi calculado em 21,67 kℓm. A diferença relativa entre os valores para a saída de luz (fluxo luminoso) é estimada em 0,8 % (com correção). A irradiância espectral que foi amostrada para a segunda luminária WLEDi [8] está apresentada pela Fig. 7.

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IV.3.2- O resultado para a LVSAP 250 W tipo ovóide difusa não possui aderência em relação ao dado de catálogo [9], enquanto o resultado do Lab. 2 ocupa posição intermediária (desvio de 2,6 % em relação à média aritmética para o resultado dos três labs.). No caso da LVSAP tipo ovoide, o desvio relativo em posições extremamente opostas é ocupado pelo resultado do IEE/USP (- 8 %) e Lab. 1 (5,4 %). Existe diferença relevante entre resultados dos Labs. “acreditados”, no caso da lâmpada VSAP tipo ovoide (número 7) considerada, e também em relação ao valor nominal (26 kℓm) do referencial utilizado [9]. Fig. 7- A irradiância espectral amostrada a partir da segunda luminária (ver Fig. 6) [8].

A Tcp da segunda luminária [8] está avaliada em 3762 K, DUV igual a 1,16x10-3 e o IRC 74,1. IV.3- Experimento com a tecnologia LVSAP a partir da utilização de esfera de Ulbricht. Para duas amostras de dois tipos de LVSAP (250 W, tubular e ovoide), o fluxo luminoso foi determinado tanto pelo SICADEE quanto por outros dois laboratórios. Após processamento, em valores relativos, os resultados estão plotados estão apresentados pela Fig. 6.

IV.3.3- O desvio relativo ente o fluxo luminoso individual da lâmpada LVSAP ovoide (número 7; 27,5 kℓm) e o valor médio (dez lâmpadas; 27,2 kℓm), amostrado pelo lab. do IEE não apresenta desvio significativo tendo sido estimado em (1,1 %), enquanto a diferença relativa entre a lâmpada LVSAP tubular (número 9; 25,5 kℓm) e o valor médio (dez lâmpadas; 26,4 kℓm), amostrado pelo lab. do IEE apresentou desvio estimado de (- 3,5 %). IV.3.4- O resultado médio para VSAP 250 W tipo ovoide difusa e tubular de catálogo acessado [9] apresenta valor nominal de 28,5 kℓm (114 ℓm/W) para o tipo LVSAP tubular clara, e 26 kℓm (104 ℓm/W, ovoide difusa). NOTA: - No caso do fluxo luminoso ser amostrado em esfera integradora, a medição da temperatura possui prescrição clara quanto à posição do sensor, conforme IES LM-51, 1984 [10]. IV.4- Experimentos com fonte tipo incandescente. Os resultados iniciais de trabalho, em andamento, para o estabelecimento de referencial incandescente tanto para o fluxo quanto intensidade luminosa estão apresentados. A Fig. 7 apresenta alteração significativa na transmitância de bulbo.

Fig. 6- Comparativo sobre valores relativos de fluxo luminoso determinado a partir de esfera de Ulbricht (no SICADEE Φ= 2 m) e referenciais – três locais diferentes.

A Fig. 6 revela desvio relativo no valor de fluxo luminoso (VSAP 250 W, tubular clara e ovoide difusa) amostrado (e ref: GE/Lucalox/Standard) [9] em relação ao valor médio calculado para três resultados, dois foram fornecidos por um fabricante/distribuídos (fábrica, e Lab. 2 acreditado) e IEE/USP (para o tubo de descarga mantido na horizontal). IV.3.1- O resultado Lab. 1 para uma amostra VSAP 250 W tubular clara possui aderência em relação ao dado de catálogo [9], enquanto os resultados de ambos lab. “acreditados” apresentam desvio relativo em posições extremamente opostas (faixa de 20 %, conforme Fig. 6). Existe diferença relevante entre os resultados dos Labs. “acreditados (junto ao INMETRO)” no caso da lâmpada VSAP tipo tubular (número 9) considerada.

Fig. 7- Dois bulbos de lâmpada incandescente, 500 W nominais, a amostra à esquerda foi energizada e a outra amostra não foi energizada.

O processo de sazonamento de lâmpadas incandescente para o estabelecimento de referencial para fluxo luminoso foi interrompido em consequência da alteração verificada na transmitância do bulbo após energização do período de sazonamento (1 % da vida projetada). As seis amostras de lâmpadas com filamento em plano único, cuja verificação da estabilidade é pretendida para compor referencial de intensidade luminosa, ou seja, para materializar a

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grandeza candela teve o período de energização inicial concluído. Cada amostra foi energizada sob tensão elétrica próxima do valor nominal (120,0 V) durante um a três minutos. Devido tratar-se de tipo de lâmpada cuja vida projetada/nominal é da ordem de 50 h, sob tensão nominal os valores de Tcp amostrados superam os 3000 K. A condição de energização foi alterada e a Tcp amostrada, sendo que para tensões em torno de 100 V a condição-objetivo de Tcp em 2856 K foi obtida. Cada lâmpada permaneceu energizada na condição objetivo por período superior à uma hora e sob monitoramento, recebendo ajuste incremental caso houvesse necessidade. A Fig. 8 apresenta a lâmpada n. 9961 (à esquerda) e uma das lâmpadas comissionadas na Tcp do iluminante A, padrão CIE (à direita).

V.3- Experimento com a tecnologia LVSAP. A dispersão ou faixa de variação para o fluxo luminoso relativo é superior a 20 % para a lâmpada VSAP tipo tubular e menor, cerca de 13 %, para o tipo LVSAP tipo ovoide. A diferença nas amplitudes sugere que as medições (metodologia) e os resultados/incertezas associadas podem estar influenciados pelo tipo de lâmpada amostrada e/ou circuito elétrico utilizado. V.4- Experimentos com fonte tipo incandescente. Busca-se suprir a ausência de referenciais, como a de um padrão para materialização da grandeza intensidade luminosa, atualmente, inoperante (ver Fig. A.6, no Apêndice). Atualmente a grandeza iluminância tem sido disseminada a partir da lâmpada n. 9961 (ver Fig. A.7, no Apêndice). Ocorreu avanço no trabalho com lâmpada incandescente para materializar a grandeza candela, pelo estabelecimento da condição de iluminante A. A próxima etapa será a caracterização da estabilidade das seis fontes ao longo de período de até dez horas. V.5- Duas considerações finais.

Fig. 8- Duas a lâmpadas incandescentes, 500 W nominais, a amostra à esquerda (n.9961), visualmente depreciada e a amostra à direita é “nova”.

Devido à tensão elétrica estabelecida para a energização da lâmpada, na condição de iluminante A, padrão CIE ser inferior a tensão nominal, estima-se que o valor para a expectativa de vida útil irá aumentar, sendo que um desses valores foi calculado em valor superior a 539 h (ref.: 15/Ago./2016). V.

CONCLUSÕES

V.1- SSL (WLEDi) em esfera de Ulbricht. O experimento realizado pelo auxílio de esfera integradora e duas amostras de luminária WLEDi, campi USP, demonstrou ser elevada a dispersão dos resultados e assim, imperiosa a necessidade de utilização de correção em relação a uniformidade espacial. V.2- SSL (WLEDi) em goniofotômetro informatizado. O resultado do experimento realizado a partir do goniofotômetro informatizado (mais software proprietário, periféricos) e duas amostras de luminárias WLEDi, no SICADEE, quando cotejado com dados extraídos da planilha de fabricante [7], na melhor situação (com utilização do fator de correção) revelou diferença da ordem de 8 % e no caso da comparação com resultado informado a partir de amostragem realizada por outro lab. [8] a diferença (aplicado fator de para correção) foi de 0,8 %. Caso isto possa ser confirmado irá demostrar alinhamento considerado ótimo entre ambos os laboratórios.

O equipamento utilizado pelo SICADEE para realizar levantamento fotométrico (ver Fig. A.5, no Apêndice), manualmente, foi substituído. O fotoelemento do goniofotômetro informatizado (Instrument Systems, SpecWin Pro) foi recebido provido de colimador para campo próximo e sem colimador para campo distante. O equipamento tem sido utilizado na condição de campo distante pelo auxilio de dispositivo colimador próprio (ver Fig. A.8, no Apêndice). A grandeza iluminância tem sido mantida a partir de equipamentos calibrados externamente. A análise realizada a partir dos três últimos documentos de aferição/calibração acessados para o fotômetro (código MT 1079) quando equipado com sensor ou cabeça fotométrica n. 09A05312 (ver Fig. A.9, no Apêndice). O período de análise é de seis anos. O desvio inicial (ano 2009) do valor verdadeiro convencional/leitura foi estimado na ordem de 1 % e o desvio final (ano 2015), estimado no patamar de 6,5 %. No primeiro período (quatro anos) a taxa foi baixa, de 0,6 % por ano e no segundo período (dois anos) a taxa elevou para 1,6 % por ano, a resultante é uma taxa média total de 0,9 % por ano. APÊNDICE

Imagem de produto comercial para avaliação de fontes de luz primária tipo 2π (Integrating Hemisphere: HalfMoon-HM) está apresentada pela Fig. A.1.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

Fig. A.1- Sistema para determinação do fluxo luminoso total, tipo HM series. Fonte: [1].

Um dispositivo com tecnologia tipo SSL (WOLED), montado no interior de esfera de Ulbricht (ver Fig. A.2).

377

Fig. A.4- Estado da pintura interna na janela auxiliar (basculante) da esfera de Ulbricht, SICADEE/IEE/USP, em 12/Mar./2015.

O equipamento utilizado pelo IEE/USP, Seção Técnica de Fotometria, inicialmente para amostragem de luminária tipo tubular fluorescente 1,2 m (ver Fig. A.5) e colimador (ver Fig. A.6).

Fig. A.2- - Dispositivo WLED montado em esfera integradora convencional.

O resultado relativo a determinação do fluxo luminoso de LVSAP está apresentado pela Fig. A.3.

Fig. A.5- Foto do goniômetro manual utilizado nas instalações do IEE/USP, na CUASO até o ano 2014.

A ausência de referenciais, um exemplo é o exemplar inoperante (ver Fig. A.6).

Fig. A.3- COMPARATIVO PARA FLUXO LUMINOSO LVSAP 250 W/300 horas – TREZE LOCAIS DIFERENTES. Fonte: [4].

A pintura interna da esfera de Ulbricht, SICADEE/IEE/USP, revela a perda do material utilizado quando observada a partir da janela auxiliar (basculante, ver Fig. A.4).

Fig. A.6- Padrão para materialização da grandeza intensidade luminosa, inoperante.

A lâmpada incandescente utilizada para materializar a grandeza candela, atualmente, possui código n. 9961, ela tem tempo de utilização estimado em mais de mil horas (ver Fig. A.7).

378

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Fig. A.7- Padrão de serviço para a grandeza intensidade luminosa, em funcionamento, período estimado superior a 1 kh.

O equipamento auxiliar que tem propiciado a condição de campo distante é o colimador próprio (recebido por doação, ver Fig. A.8).

Fig. A.8- Colimador (doação CESP) atualmente utilizado junto com fotoelemento e goniômetro informatizado.

A análise realizada a partir dos três últimos documentos de aferição/calibração o fotômetro (código MT 1079) quando equipado com sensor ou cabeça fotométrica n. 09A05312 (ver Fig. A.9)

Fig. A.9- Compêndio dos resultados de três aferições/calibrações da cabeça fotométrica n. 09A05312 (instrumento/leitor código MT 1079).

AGRADECIMENTO

A CAPES pelo apoio a partir do projeto binacional CAFP-BA n.48/2013.

[40] Total Luminous Flux Measurement System HM series (Integrating Hemisphere: HalfMoon), disponível em: http://www.otsukael.com/product/detail/productid/6/category1id/3/categ ory2id/8/category3id/8. [41] BURINI JUNIOR, E. C. et al TECNOLOGIA SSL (WLEDi) EM CAMPI DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO. Artigo completo apresentado no Congresso Latino-Americano de Geração e Transmissão de Energia Elétrica - CLAGTEE 2015, 7p., 08 - 11 November, São José dos Campos, Brazil, 2015. [42] BURINI JUNIOR, E. C. et al CARACTERIZAÇÃO DE DISPOSITIVOS OLED NO IEE/USP, artigo aceito para apresentação no XIII Congreso Panamericano de Iluminación: LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile, 2016. [43] CIE 153: 2003 Report on an intercomparison of measurements of the luminous flux of high-pressure sodium lamps. 3p. [44] SILVA, M. R. PROGRAMA DE COMPARAÇÃO INTERLABORATORIAL: UMA FERRAMENTA PARA A GARANTIA DE QUALIDADE ANALÍTICA ENTRE LABORATÓRIOS. PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL, 50p., 2008. [45] CZIBULA, Gyorgy G.; KROCHMANN, E. "Calibration possibilities of luminous intensity and illuminance", Proc. SPIE 1712, 14th Symposium on Photonic Measurement, 92 (February 9, 1993). [46] Luminária WLEDi, marca Philips, código: BRP373 LED175NW 195W 220-240V DM2E, document código: LVC1121499, em correspondência pessoal, tema: especificações técnicas luminárias campus USP, Ribeirão Preto, recebida de representante do fabricante em 19 de março de 2015. [47] Correspondência pessoal, fornecida pelo Sr. Bruno, representante local do fabricante, o valor: 155,40 W e 140,55 ℓm/W, amostrados no IPT, em 22/Set./2016. [48] Catálogo de produtos GE 2015/16 (lâmpada VSAP modelo Lucalox – LU), disponível em http://www.gelighting.com/LightingWeb/emea/images/Lamp_Products_ Spectrum_Catalogue_EN_tcm181-12550.pdf. [49] (1984) IES Approved Method for the Electrical and Photometric Measurements of High Intensity Discharge Lamps, Journal of the Illuminating Engineering Society, v.18, n.2, p.139-144, 1989. [50] BURINI JUNIOR, E. C. et al Organic Light Emitting Diode (OLED) on the Roadway, trabalho (código: L.P2.73, p.L-12, pdf: p.202) apresentado no Brazilian MRS Meeting (XV Brazilian MRS Meeting Program book, Sociedade Brasileira de Materiais - SBPMat), 380p., XV SBPMat, Campinas, SP, 25 a 29 de Setembro de 2016.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

379

Luminarias LED, estudio de la representatividad de la fotometría en iluminación vial Francisco Espín1, Eduardo Manzano2, Alberto Cabello2 1- Instituto Nacional de Eficiencia Energética y Energías Renovables (INER), Quito-Ecuador, francisco.espin@iner.gob.ec laboratorio.luminotecnia@iner.gob.ec 2- Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión, FaCEyT, Universidad Nacional de Tucumán; ILAV - CONICET. emanzano@herrera.unt.edu.ar, acabello@ herrera.unt.edu.ar Resumen—El cambio de tecnología en iluminación vial, de la convencional de luminarias con lámparas de descarga a luminarias de estado sólido (LED), ha traído aparejado cambios en la caracterización de luminarias, especialmente en la forma de medición fotométrica. La representatividad de la medición fotométrica de una única luminaria LED es cuestionada según IES LM79 debido a la variabilidad que presentarían las luminarias LED y recomienda en su lugar utilizar el promedio de la medición de una muestra representativa. Con el objetivo de estudiar la variabilidad de las características fotométricas de las luminarias LED en los resultados finales esperados de un diseño en una instalación real, se dispuso ensayar una muestra de luminarias LED de un mismo tipo, marca y modelo y a partir de las fotometrías obtenidas estudiar las diferencias existentes entre las mediciones individuales y el peso de las mismas en los resultados finales de los parámetros fotométricos de una instalación de iluminación vial, considerando además la variabilidad del uso de programas de cálculo. Los resultados obtenidos sugieren que las diferencias por no utilizar una fotometría promedio de una muestra de luminarias LED estarían dentro de las diferencias similares a las esperadas con luminarias convencionales. Abstract-- Technology change in road lightning from conventional discharge lamps to solid state luminaries (LED); has linked changes in luminaries characterization, especially in photometric measurement. The representation of photometric measurement for one only LED Luminary is questioned by IES LM79 due to variability that LED luminaries present; and recommends instead the average from measurements of a representative sample. With the objective of studying variability in photometric characteristics of LED luminaries, for final expected results of a real set-up design was disposed to test a sample of LED luminaries of the same type, brand, and model. And so, from obtained photometries, study existing differences in-between individual measurements and the influence of themselves at final results of photometric parameters of a road lighting set-up; considering also the use of calculus software. The results obtained suggest that the differences in the lighting parameters by not using an average photometry of a sample of LED luminaires would be within the differences expected while using traditional luminaires. I.

C

INTRODUCCIÓN

on las luminarias tradicionales de lámparas de descarga, la medición fotométrica se realizaba en forma relativa, es decir, se media primero el flujo luminoso de una lámpara de descarga y

luego con la misma lámpara se medía la matriz de intensidades luminosa en cd de la luminaria. Cada valor en cd era luego referido al flujo de la lámpara obteniendo de este modo una matriz relativa en cd/1000lm o cd/klm. De esta forma los resultados eran independientes de las variaciones por tipo de lámpara y por el equipo auxiliar utilizado al cancelarse por emplear valores relativos. En consecuencia era suficiente con medir fotométricamente un ejemplar para caracterizar un tipo y modelo de luminaria. La fotometría de una luminaria se considera así representativa para efectuar el proyecto de iluminación. En el caso de luminarias con tecnología de estado sólido (LED) la fotometría debe ser absoluta tal como se indica en IES LM79 [1] dado que la luminaria es un conjunto donde por lo general la placa de LED no puede separarse de la misma [2]. La variabilidad entre ejemplares de luminarias harían que la representatividad de un ejemplar sea discutida requiriendo esta tecnología mediciones de un espécimen seleccionado por muestreo y un cálculo promedio para garantizar una mayor representatividad. La posible variabilidad que introduciría la no representatividad puede haber cambiado dado los permanentes avances de la tecnología LED. Con el objetivo de estudiar el problema de la representatividad y las diferencias que puede producir en el diseño de una iluminación vial se aplicó la siguiente metodología: a) Se seleccionó una muestra de 6 ejemplares de luminarias LED del mismo fabricante modelo y características que fueron provistas por las autoridades de un municipio de la ciudad de Concepción, provincia de Tucumán, las cuales iban a ser posteriormente instaladas en una vía de transito. b) Se efectuaron mediciones fotométricas (matriz de intensidades luminosas) [3] de cada luminaria LED y se calculó una fotometría promedio (matriz promedio) c) Se analizaron las diferencias entre fotometrías para determinar alguna posible fuente de variabilidad d) Se estudiaron posibles diferencias al utilizar distintos programas de cálculo de iluminación vial, a fin de considerar también dicha fuente de error y seleccionar el programa más indicado. Para ello se empleó una misma geometría de instalación y la matriz de la fotometría promedio e) Se estudiaron las diferencias de calcular los parámetros luminotécnicos de una instalación de iluminación tipo con las siguientes variantes: - Todas las luminarias poseen la misma fotometría; con las

340

3600 45 60 75 90

300

320

260

280

220

240

DEFIERENCIAS RESPECTO A MATRIZ PROMEDIO

A.

15%‐30%

0%‐15%

‐30%‐‐15%

‐45%‐‐30%

‐60%‐‐45%

Fig. 2. Variación de elementos de M2 respecto a MP. 30% 20%

20%‐30%

10%‐20%

0%‐10%

‐10%‐0%

62,5

3600

320

340

280

300

240

‐20%

260

‐10%

200

0%

220

10%

‐20%‐‐10%

Fig. 3. Variación de elementos de M3 respecto a MP.

35% 25% 15%

62,5

340

3600

300

‐35%

320

‐25%

260

‐15%

280

5% ‐5%

220

Diferencias entre fotometrías de luminarias Las Figuras 1, 2, 3, 4, 5 y 6 presentan las variaciones de cada elemento de la matriz medida respecto a la matriz promedio (constan los planos horizontales C de 0° a 360°, los ángulos gamma de 0° a 90° y el porcentaje de variación).

30%‐45%

‐15%‐0%

240

B.

45%‐60%

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Fotometría promedio En el Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión de la Universidad Nacional de Tucumán, se efectuaron las mediciones fotométricas es decir las matrices de distribución de intensidades de 6 luminarias de la misma marca, modelo y características técnicas, las cuales fueron provistas por la Municipalidad de la ciudad de Concepción, Provincia de Tucumán. Una fotometría promedio o matriz de referencia fue calculada promediando las matrices de las 6 luminarias: M M M M M M (1) M Donde: MP: Matriz promedio M1: Matriz luminaria 1 M2: Matriz luminaria 2 M3: Matriz luminaria 3 M4: Matriz luminaria 4 M5: Matriz luminaria 5 M6: Matriz luminaria 6

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

II.

60% 45% 30% 15% 0% ‐15% ‐30% ‐45% ‐60%

180

6 fotometrías de las luminarias ensayadas se obtienen 6 conjuntos de resultados de parámetros luminotécnicos - Todas las luminarias poseen la misma fotometría la cual es la promedio de las fotometrías de las 6 luminarias - Cada luminaria con su respectiva fotometría medida. f) Los resultados anteriores fueron comparados con las mediciones de campo de la instalación real donde se colocaron las 6 luminarias medidas.

200

MEMORIAS - XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016

0 20 40 60 80 100 120 140 160

380

20% 15% 10% 5% 15%‐25%

5%‐15%

‐5%‐5%

‐15%‐‐5%

‐25%‐‐15%

‐35%‐‐25%

340

3600 52.5 75

300

320

260

280

220

Fig. 4. Variación de elementos de M4 respecto a MP. 240

180

‐15%

25%‐35% 200

‐10%

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0% ‐5%

110% 90% 70%

30%

90%‐110%

70%‐90%

50%‐70%

30%‐50%

10%‐30%

62,5

360

‐10%

320

10%

340

Fig. 1. Variación de elementos de M1 respecto a MP.

50%

280

‐15%‐‐10%

300

‐10%‐‐5%

240

‐5%‐0%

260

0%‐5%

200

5%‐10%

220

10%‐15%

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

15%‐20%

0

‐10%‐10%

Fig. 5. Variación de elementos de M5 respecto a MP.

XIII Congreso Panamericano de Iluminación LUXAMÉRICA 2016 – La Serena, Chile 2016

20% 10%

10%‐20%

0%‐10%

‐10%‐0%

‐20%‐‐10%

340

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300

260

320

‐30%

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220

240

180

‐20%

200

‐10%

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0%

0

62,5

clase R3 - Instalación de iluminación disposición unilateral, altura de montaje: 8,5m, saliente: 1,5m, separación entre luminarias: 30m, - Fotometría de luminaria matriz 1 en todos los cálculos Cabe destacar que la instalación seleccionada esta sobre dimensionada y sólo responde a los fines de la comparación de programas. Las Tablas II y III exponen las variaciones de estos resultados en valores absolutos y relativos para iluminancia y luminancia obtenidos para la instalación tipo.

‐30%‐‐20%

TABLA II VARIACIÓN DE ILUMINANCIA RESPECTO AL PROGRAMA EMPLEADO

Fig. 6. Variación de elementos de M6 respecto a MP.

Como se observa, las mayores variaciones puntuales por elemento de matriz se dan con las menores intensidades, esto sucede cercano a los gamma 90°. Al no indicar resultados consistentes, se calculó también el flujo total de cada luminaria lo que se compara con la luminaria de fotometría promedio de referencia. Las máximas variaciones de flujo luminoso total de cada matriz se presentan en un intervalo de -1.2% a 6.4% respecto a la matriz promedio (Ver Tabla I).

Programas

E

Desviación E

G1

Desviación G1

G2

Desviación G2

Calculux Dialuxvial Relux Dialuxevo Dialux exterior

67,5 67,5 67,5 67,5

0,7% 0,7% 0,8% 0,8%

0,79 0,79 0,80 0,80

-0,7% -0,7% 0,9% 1,1%

0,62 0,62 0,63 0,63

-1,2% -1,2% 1,1% 0,7%

67,0

0,0%

0,79

0,0%

0,62

0,0%

TABLA III Variación de Luminancia Respecto al Programa Empleado

TABLA I VARIACIÓN DE FLUJO LUMINOSO RESPECTO A FLUJO DE MATRIZ PROMEDIO

Promagras

Luminaria M1 M2 M3 M4 M5 M6 MP

Flujo (lm)

Variación

18425,8

-1,2%

Dialux vial Dialux evo

18087,2

-3,0%

Relux

19840,6 18323,7

6,4% -1,8%

Calculux

19409,8

4,1%

17817 18650,8

-4,5% 0,0%

Comparación entre programas Para no introducir diferencias adicionales por el uso de un programa de cálculo de los parámetros luminotécnicos, se compararon distintos programas. Los programas seleccionados fueron: a) Dialux exterior b) Dialux vial, c) Dialux Evo, d) Relux, e) Calculux, por ser de libre acceso, muy conocidos y ampliamente utilizados y aceptar fotometrías en formato IES de distintos fabricantes El programa DIALUX posee un módulo de iluminación exterior, el cual tiene la flexibilidad de poder cargar la misma fotometría para todas las luminarias de una instalación de iluminación vial o también a diferencia de otros programas, es posible colocar en cada luminaria una fotometría distinta. Con dicho programa es posible simular las condiciones más cercanas a la realidad si se tiene la información fotométrica de cada luminaria. Por lo cual, se utilizo el Dialux módulo exterior como referencia para estimar las variaciones en los resultados de los parámetros de calidad de iluminación respecto a otros programas. Para evaluar los programas se utilizo una instalación con las siguientes características: - Calzada de dos carriles de ancho: 6,88m y pavimento

381

Dalux exterior (Ref)

Nota:

C.

Desviación L

Uo

Desviación Uo