¿Cuáles son los tipos de patrones de distribución de luz del alumbrado público IESNA y sus aplicaciones?

La distribución luminosa de las luminarias LED se refiere a la distribución, dirección e intensidad de la luz emitida por ellas. Esta influye significativamente en la eficiencia lumínica, la eficiencia energética y el confort visual. Una distribución luminosa adecuada puede proporcionar una iluminancia y uniformidad adecuadas, ahorrar energía, reducir el deslumbramiento, mejorar la seguridad, disminuir la contaminación lumínica y crear un ambiente de iluminación confortable. Las empresas de iluminación LED deben diseñar distribuciones luminosas adecuadas para garantizar las ventajas de sus luminarias, mientras que los ingenieros y diseñadores de iluminación deben seleccionar patrones de distribución luminosos adecuados según las necesidades específicas para lograr efectos de iluminación óptimos con las luminarias LED.

Cuando una fuente de luz emite luz, su dirección de propagación puede no coincidir con la esperada. En estos casos, es necesario diseñar estructuras específicas (como lentes y reflectores) para modificar la dirección de propagación de la luz. Esto implica ajustar la distribución espacial de la luz para lograr el efecto deseado. Este método para controlar la dirección de propagación de la luz se denomina curva fotométrica de la luminaria o distribución de la luz.

La curva de distribución de la intensidad luminosa, comúnmente conocida como curva fotométrica o curva de distribución de la luz (CDL), ilustra la distribución espacial de la intensidad luminosa de la luminaria. Esta curva se obtiene directamente midiendo la luminaria con un fotómetro. Los formatos comunes para las curvas de distribución de la intensidad luminosa son IES (Norteamérica) y LDT (Europa). Como compradores, también podemos obtener estos archivos contactando a los fabricantes de las luminarias. Existen dos métodos para representar las curvas fotométricas: para los proyectores, generalmente se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares, mientras que para la iluminación interior y vial se adoptan coordenadas polares.

Curva de distribución de la luz (coordenadas polares)

En un plano de medición que pasa por el centro de la fuente de luz, se miden los valores de intensidad luminosa de la luminaria en diferentes ángulos. A partir de una dirección determinada, la intensidad luminosa en cada ángulo se marca y representa mediante vectores. La conexión de los extremos de estos vectores forma la curva de distribución de luz polar/curva fotométrica de la luminaria, como se muestra en el lado izquierdo de la siguiente imagen.

Curva de distribución de luz (coordenadas lineales)

Esta curva de distribución se utiliza habitualmente en dispositivos como focos y proyectores LED. Dado que los haces de estas luminarias se concentran en un ángulo sólido muy pequeño, resulta difícil representar su distribución espacial de intensidad luminosa mediante coordenadas polares. Por ello, algunos fabricantes utilizan curvas de distribución luminosa de coordenadas lineales o curvas fotométricas para representar su distribución luminosa. El eje vertical representa la intensidad luminosa (I), mientras que el eje horizontal representa el ángulo del haz, como se muestra a la derecha de la siguiente imagen.

Clasificación de tipos de distribución de iluminación de la IESNA

Desde su fundación en 1906, la Sociedad de Ingeniería de Iluminación de Norteamérica (IESNA) cuenta con más de un siglo de historia. La clasificación de distribuciones de iluminación introducida por la IESNA se sigue utilizando ampliamente en la actualidad. El sistema de clasificación de la distribución de luminarias está claramente definido en la norma ANSI/IESNA RP-8-1983. Los tipos de luminarias definidos por la IESNA son categorías estandarizadas que se utilizan para describir los patrones de distribución de la luz de las luminarias. Estos tipos de distribución de iluminación ayudan a los profesionales y diseñadores de iluminación a comprender cómo las luminarias producen luz y cómo se propaga en un área determinada. La IES define varios tipos de distribución estándar, cada uno representado por un código de dos letras. Los tipos de distribución de luminarias IES más comunes incluyen el Tipo I, el Tipo II, el Tipo III, el Tipo IV y el Tipo V, seguidos de números romanos (IV), donde S, M y L representan Corto, Medio y Largo, respectivamente. La clasificación específica se determina mediante los puntos 50% y de máxima intensidad del archivo IES, que se detallarán en las secciones posteriores.

Actualmente, existen numerosos formatos estandarizados para archivos fotométricos, entre los que destacan EULUMDAT, CIE102 e IESNA LM-63. IESNA LM-63 se utiliza en Norteamérica, EULUMDAT en Europa y CIE102 en Nueva Zelanda. El estándar actual, de 2002, ha sido aprobado y reconocido por el Instituto Nacional Americano de Estándares (ANSI). IESNA LM-63-2002 se ha convertido en el formato de archivo fotométrico específico para Norteamérica, con la extensión "*.ies".

Los tipos de distribución de iluminación IESNA definen la distribución de luz de las luminarias con mayor precisión según la forma del área iluminada. Para la distribución lateral de luz, este patrón describe cómo se dispersa la luz desde la luminaria y se caracteriza por el punto donde la intensidad alcanza 50%. Este patrón de distribución implica la capacidad de la luminaria para proyectar luz tanto hacia adelante como hacia atrás. En términos simples, si desea iluminar un solo carril, el Tipo I puede ser adecuado; si desea iluminar dos carriles, el Tipo II puede ser más apropiado. Sin embargo, esto no es una regla estricta y está influenciado por factores como la altura de montaje, el ángulo de inclinación, la longitud del brazo y la distancia de la luminaria al borde de la carretera. IESNA ha definido cinco patrones principales de distribución de luz: Tipo I, Tipo II, Tipo III, Tipo IV y Tipo V. Estas clasificaciones se utilizan comúnmente para determinar espectros adecuados para carreteras de diferentes anchos.

En las normas publicadas por IESNA, la carretera se divide longitudinalmente en cinco regiones, como se muestra en la imagen superior. La distribución de luz lateral se clasifica según el área donde se ubica el punto de máxima intensidad 50%. Para las curvas de distribución de luz de las luminarias mencionadas, si el punto de intensidad 50% se encuentra dentro del área de Tipo III, su tipo de distribución de luz correspondiente se clasifica como Tipo III. Del diagrama, se puede inferir que esta distribución es adecuada para carreteras de tres carriles. Diferentes distribuciones de luz lateral son adecuadas para diversos escenarios de aplicación, como se detalla a continuación:

• Tipo I: 1-1 MH. Cuando la trayectoria de intensidad luminosa del 50% se encuentra entre 1 MH en el lado de la luminaria y el lado de la calle, se denomina distribución luminosa estrecha simétrica o asimétrica Tipo I. Es adecuado para aceras, senderos y carreteras de un solo carril.
• Tipo II: 1-1,75 MH. Cuando la trayectoria de intensidad luminosa del 50% se encuentra entre 1 MH y 1,75 MH en el lado de la calle, se denomina distribución luminosa asimétrica estrecha Tipo II. Es adecuada para carreteras de uno o dos carriles, vías principales y autopistas.
• Tipo III: 1,75-2,75 MH. Cuando la trayectoria de intensidad luminosa del 50% se encuentra entre 1,75 MH y 2,75 MH en el lado de la calle, se denomina distribución luminosa asimétrica ancha Tipo III. Ideal para carreteras principales, autopistas y estacionamientos.
• Tipo IV: 2,75-3,75 MH. Cuando la trayectoria de intensidad luminosa del 50% se encuentra entre 2,75 MH y 3,75 MH en el lado de la calle, se denomina distribución de luz frontal asimétrica ancha Tipo IV. Ideal para estacionamientos, plazas e iluminación de áreas de pared.
• Tipo V: Patrón circular simétrico, con distribución circular simétrica alrededor de la luminaria, que proporciona una distribución uniforme de la luz tanto en la parte delantera como trasera. Ideal para iluminación de aparcamientos y áreas comunes.

Distribución de luz vertical y longitudinal

La distribución vertical de la luz se refiere a la distribución vertical de la luz de una luminaria, basada en la posición de máxima intensidad luminosa (medida en candelas) en la cuadrícula paralela al TRL. La carretera a lo largo del TRL se divide en diferentes regiones según su distancia al TRL (expresada como múltiplos de la altura de instalación). La distribución longitudinal de la luz implica la capacidad de la luminaria para proyectar luz hacia los lados izquierdo y derecho, definida por el punto de máxima intensidad de la luminaria. Según la definición de IESNA, la categoría "S" se aplica a espaciamientos entre postes menores a 2,25 veces la altura de montaje, "M" se aplica a espaciamientos entre postes entre 2,25 y 3,75 veces, y "L" se aplica a espaciamientos entre postes entre 3,75 y 6,0 veces. Sin embargo, esta no es una regla estricta y está influenciada por factores como la disposición de la luminaria y las condiciones de la carretera. Generalmente, las luminarias clasificadas como "S" son adecuadas para espaciamientos entre postes menores, mientras que las luminarias clasificadas como "L" son adecuadas para espaciamientos mayores.

En las normas publicadas por IESNA, la vía se divide transversalmente en tres regiones, como se muestra en la imagen superior. La distribución luminosa longitudinal se clasifica según el área donde se ubica el punto de máxima intensidad 100%. Para las curvas de distribución luminosa de las luminarias mostradas, si el punto de máxima intensidad luminosa de la farola se encuentra en el área "media", su tipo de distribución luminosa correspondiente se clasifica como "Tipo II Medio". Del diagrama, se puede inferir que este patrón de distribución luminosa tiene una separación entre postes de aproximadamente 3,0 a 3,5 veces la altura de los postes. Diferentes distribuciones luminosas longitudinales son adecuadas para diferentes escenarios de separación entre postes, como se detalla a continuación:

• VS, 0-1,0 MH: Cuando la trayectoria de intensidad de luz 100% se encuentra entre 0 a 1,0 MH en las líneas transversales de la carretera, se denomina distribución de luz longitudinal VS (muy corta).
• S, 1.0-2.25 MH: Cuando la trayectoria de intensidad de luz 100% se ubica entre 1.0 a 2.25 MH en las líneas transversales de la carretera, se denomina distribución de luz longitudinal S (Corta).
• M, 2,25-3,75 MH: Cuando la trayectoria de intensidad de luz 100% se ubica entre 2,25 a 3,75 MH en las líneas transversales de la carretera, se denomina distribución de luz longitudinal M (Media).
• l, 3,75-6,0 MH: Cuando la trayectoria de intensidad de luz 100% se ubica entre 3,75 a 6,0 MH en las líneas transversales de la carretera, se denomina distribución de luz longitudinal L (Larga).
• VL, >6,0 MH: Cuando la trayectoria de intensidad de luz 100% se ubica más allá de 6,0 MH en las líneas transversales de la carretera, se denomina distribución de luz longitudinal VL (Muy Larga).

Características de aplicación de la distribución longitudinal de la luz

Utilizamos DIALux evo para analizar las aplicaciones de las farolas Tipo II S y Tipo II M.

Las condiciones de la carretera son las siguientes: ancho de 7 metros, tres carriles, alero de 0,8 metros, altura de postes de 8 metros, espaciado de luminarias de 36 metros, de acuerdo con el nivel de iluminación EN13201 M4.

Tras importar los datos fotométricos de los Tipos II S y II M a DIALux evo para su análisis, los resultados son muy claros. En el caso de los datos fotométricos del Tipo II S, se observó que su distribución longitudinal de la luz es relativamente corta y no distribuye la luz eficazmente hacia los laterales de las luminarias. Por lo tanto, es necesario reducir la separación entre ambas luminarias a 33 metros para garantizar una iluminación adecuada en la zona intermedia. Este ajuste es necesario para lograr la uniformidad requerida. Por el contrario, la distribución del Tipo II M ofrece un mejor rendimiento en este aspecto, con una separación de 36 metros entre las luminarias, y todos los parámetros de simulación cumplen con los estándares M4. La separación de 36 metros es 4,5 veces la altura de montaje, superando ligeramente las 3,75 veces recomendadas por IESNA. Por lo tanto, se recomienda utilizar los resultados de la simulación de iluminación como base para la selección final de las luminarias.

Lo anterior presenta principalmente el concepto de distribución de luz IESNA, abarcando las distribuciones Tipo I, Tipo II y Tipo III, así como los conceptos de distribución de luz corta, media y larga, y describe brevemente sus aplicaciones prácticas. Comprender estos conceptos permite determinar rápidamente el tipo fotométrico adecuado para un proyecto. Por ejemplo, la distribución Tipo II es adecuada para carreteras de uno o dos carriles, mientras que la distribución corta es adecuada para escenarios donde la separación entre postes es tres veces la altura de montaje. La distribución media es adecuada para separaciones entre postes de cuatro a cinco veces la altura de montaje. Por supuesto, estos valores no son absolutos, y la validación debe realizarse con DIALux u otro software de simulación de iluminación vial.