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Explicación del artículo de mediciones de lámparas

Publicado por Marcel van der Steen en Explicación Añade comentarios

Lo que se encuentra en un artículo (reciente) de mediciones de lámparas está explicado brevemente y en términos generales en este artículo. Cada parámetro medido viene acompañado con una explicación. Para evitar repetir cosas ya explicadas, hay muchos enlaces a otras páginas de la red que contienen la explicación adecuada. También he añadido nuestras experiencias nuestras ¡con más de 1000 lámparas medidas!

Lo primero en un artículo de medidas es el “teaser”; una pequeña explicación de donde procede la lámpara, sus características y una foto.

Después sigue la tabla de resumen de los datos medidos de la lámpara. Aquí tienes los parámetros en inglés, traducidos en español y al lado su explicación.

parámetro en inglés parámetro en español explicación breve
Color Temperature [K] Temperatura de color [K] Mira la sigiente página de wiki que explica la temperatura de color en español.
Luminous Intensity Iv [Cd] Intensidad luminosa [Cd] También la intensidad luminosa está bien explicada en esta pagina de wiki en español.
Illuminance modulation index Índice de modulación de iluminancia Esto se refiere la variación de la intensidad de iluminación. La red de tensión en Europa varia 50 veces por segundo. Con los circuitos integrados en las lámparas la luminancia puede variar 100 veces por segundo. Si esta variación es demasiado grande, esto puede molestar a la gente, dependiendo de la sensibilidad de la personas. Un artículo (en inglés) que explica más sobre el tema de variación de la iluminancia, y contiene medidas practicas de lámparas incandescentes, lámparas de bajo consumo y lámparas de nueva tecnología (LED) está disponible en la páginas de OliNo.
Beam angle [deg] Ángulo del haz de luz o Ángulo de radiación [grados] He encontrado por la red una imagen que explica lo que quiero decir con ángulo del haz de luz (en esta imagen está denominado como ángulo de radiación. Fuente: lucesycolores): es el ángulo que indica el área en cuyos bordes hay la mitad de la intensidad máxima medida directamente debajo de la lámpara.

Power P [W] Potencia [W] El consumo de energía eléctrica por segundo de (en este caso) la lámpara. Se mide en Watt. La energía se puede calcular integrando (sumando) la potencia en el tiempo. Por ejemplo: una bombilla de 60 W consume en una hora 60 W x 1 h = 60 Wh o 0.06 kWh (1 kWh de energía equivale a 3.6 MJ). Esta energíaes la que se paga.

También existe la potencia reactiva, que no viene pagada por las personas privadas sino solo por las empresas grandes, y esta potencia reactiva no se consume pero puede ser necesaria para el buen funcionamiente de algunos dispositivos electrónicos. La potencia reactiva es energía transportada y retornada entre la fuente y el consumidor (100 veces por segundo). El problema con la potencia reactiva es el transporte de energía, por ello necesitamos cables más gruesos porque las corrientes son más grandes, pero por la potencia reactiva no se paga. Existen posibilidades para corregir el efecto de la potencia reactiva, por ejemplo añadiendo componentes electrónicos adicionales en el dispositivo electrónico mismo (pero eso hace subir el precio del dispositivo).
Se puede leer más sobre potencia eléctrica en este página del Wiki. Y se puede leer más sobre los costes de la potencia reactiva en una página informativa de quintoarmonico.

Power factor PF [-] Factor de potencia f.d.p. o FP[-] Es la relación entre la potencia activa (explicado encima) y la potencia aparente. La potencia aparente consiste de la potencia activa y la potencia reactiva. Por motivos ya explicados arriba es importante no tener mucha potencia reactiva. Entonces lo mejor sería un FP cerca de 1.0 porque eso significa que no hay potencia reactiva.
Las lámparas incandescentes y las lámparas halógenas tienen un FP de cerca de 1.0. Las lámparas LED y las lámparas de bajo consumen, que disponen de un dispositivo electrónico para poder funcionar con la tensión de 230 V CA, tienen un FP que depende de como esta diseñado el circuito del dispositivo. Los dispositivos con un FP cerca de 1.0 cuestan más que los que tienen un FP de 0.5. Los consumidores privados no pagan para la potencia reactiva y entonces para ellos resultan más baratas las lámparas sin circuitos adaptados de corrección de FP.
Hay una diferencia entre el coseno PHI y FP y eso está explicado en una página de quintoarmonico. El coseno PHI solamente indica la diferencia de fase entre tensión y corriente. Es solamente igual al FP cuando se trata de señales como ondas sinusoidales perfectas. Pero cuando se utilizan dispositivos electrónicos, muchas veces la corriente no es un señal perfectamente sinusoidal como la tensión. Esta diferencia de forma de señal también genera potencia reactiva cuando la fase entre tensión y corriente es igual. Entonces en esta situación el coseno PHI indica 1.0 pero hay potencia reactiva así que en el caso de señales de forma diferentes el coseno PHI no indica la diferencia entra potencia activa y potencia aparente. Sin embargo la FP pero incluye también el efecto de la diferencia de forma de los señales y calcula correctamente su diferencia.
Total Harmonic Distortion THD [%] Distorsión Armónica Total [%] Mira la sigiente página de la wiki que explica la THD en español. Se trata de la distorsión armónica en electricidad. THD compara la potencia de los armónicos del señal con la potencia de la frecuencia fundamental. Con nuestras lámparas que reciben la tensión de la red eléctrica; el señal de la tensión es sinusoidal. Pero la corriente que resulta cuando se conecta y enciende la lámpara puede tener una forma muy lejana de una sinusiodal perfecta. Pero cada señal se puede construir usando señales sinusoidales con frecuencias múltiples (llamados armónicos) de la frecuencia fundamental (la de la tensión, en Europa, de 50 Hz). Un señal con una forma con muchos picos y muchos cambios abruptos (muy lejos de una sinusoide perfecta), contiene muchos armónicos, y entonces al valor del THD es muy alto.
Los problemas producidos por estos armónicos son parecidos a los de tener un valor bajo del FP, y además los señales potentes de alta frecuencia producen interferencias con por ejemplo, las radios.
Luminous Flux [lm] Flujo Luminoso [lm] Mira la siguiente página de la wiki que explica el flujo luminoso. Una lámpara emite energía electromagnética cuando está encendida. Esta energía contiene por la mayor parte energía en el campo de luz (longitud de onda entre 380 – 780 nm), pero también puede emitir energía infrarroja (como lo hacen las lámparas halógenas). La energía que emite se expresa en Watts, pero toda esa energía no la podemos ver con nuestros ojos (ni la infrarroja ni la ultravioleta). Se usa la sensibilidad del ojo humano para las frecuencias de rayos electromagnéticos (una función que tiene un valor entre 0 y 1 para cada frecuencia de rayos, llamado función de sensibilidad luminosa fotópica, lee también más abajo para un imagen de la función) y eso se multiplica con las frecuencias de la energía de la lámpara. Así resulta la energía total de la luz de la lámpara que sí que es visible por los ojos humanos y se llama flujo luminoso. Aquí tienes un espectro de la energía de una lámpara. Eso indica la energía en W por cada longitud de onda.

Nota: he utilizado la función de sensibilidad luminosa fotópica, que indica la sensibilidad de los ojos durante el día, cuando nuestros conos funcionan. Pero con poca luz ambiental (en la noche), son los bastones los que funcionan (más que los conos). Se puede calcular también un flujo luminoso a base de la sensibilidad de los bastones. Una ventaja puede venir del hecho que los bastones tienen una sensibilidad máxima que es de 2.7 veces mayor que la de los conos. Entonces en situaciones de baja luz, por ejemplo en calles iluminadas de noche, es posible que el evaluar la energía de la lámpara contra la sensibilidad de los bastones (la visión escotópica) resulte en más flujo luminoso percibido. La imagen abajo indica las sensibilidades de ambos sensores. Los bastones en linea negra, con una sensibilidad máxima de 2.7 veces mayor que la de los conos (en rojo). También se ve que los bastones son más sensibles para la luz verde-azul y los conos más para la luz de verde-amarilla.


Esa ventaja de la visión escotópica todavía es un tema discutido a menudo (si se puede calcular así y en cuales condiciones de luz ambiente).

Luminous Efficacy [lm/W] Rendimiento Luminoso [lm/W] El rendimiento luminoso resulta cuando se divide el flujo luminoso por la potencia activa. Este parámetro indica la cantidad de luz por cada Watt de potencia.
Las lámparas incandescentes tienen un bajo rendimiento con valores entre 4 – 10 lm/W, las lámparas halógenas van entre 6 – 20 lm/W, las lámparas de bajo consumen desde 30 en delante y las lámparas LED desde 30 y mucho más, dependiendo de la temperatura del color.
Para muchos este es el parámetro más importante pero tienes que tener en cuenta que para una aplicación necesitas también: una cantidad de luz mínima, un cierto tipo de casquillo o rosca, un ángulo del haz de luz, una temperatura de color, un indice de reproducción cromática. Para las lámparas LED, existen generalmente las siguientes dependencias:
Cuanta más luz, menos rendimiento; cuanta más alta la temperatura de color, más alto el rendimiento; cuando más elevado el indice de reproducción cromática más bajo el rendimiento.
EU label classification [A-G] Etiquetado energético de las lámparas de uso doméstico La directiva 98/11/CE de la comisión es un documento que define algunos dados en el campo energético que deben ser disponible en el embalaje de la lámpara, para informar a la gente compradora. Especialmente le definición de los campos energéticos denominados por letra A hasta G son interesantes y dan inmediatamente una impresión de su rendimiento luminoso. Por eso OliNo mide y da el resultado de la clasificación del campo energético aunque no se requieren esos dados por todos tipos de lámparas (mira también la explicación en la directiva misma).
CRI_Ra Índice de Reproducción Chromática (IRC) Una buena explicación sobre el IRC se encuentra en la página de lucesycolores, de donde he copiado la parte más importante: El CRI es una unidad que mide la capacidad de una fuente de luz para reproducir los colores de los objetos de manera real en comparación con una fuente ideal de luz, o fuente natural como la luz del sol. Añado: se compara con una lámpara incandescente cuando la temperatura de color es más baja de 5000 K, y con la luz natural del sol cuando la temperatura de color es mayor de 5000 K.
En OliNo tenemos una página un inglés con más información sobre las consecuencias prácticas del IRC.
Coordinates chromaticity diagram Coordenadas del diagrama de cromaticidad Hay una teoría de color que dice que un observador puede igualar cada estímulo de color (= estímulo cromático) mediante una mezcla de tres colores primarios (llamados X, Y y Z). Entonces con una mezcla de una cierta cantidad de cada color primario se puede igualar cualquier color, mira también el siguiente gráfico que indica para cada longitud de onda la cantidad necesaria de los colores primarios X, Y y Z.

CIE es el grupo (Comisión Internacional de la Luz) que hizo los experimentos que resultaron en la definición del observador estándar.
Aqui tienes una imagen del dispositivo con el cual se hicieron los experimentos (fuente de la imagen).

Esos colores primarios aquí están representados por tres colores azul, verde y rojo. En realidad no son colores reales pero son colores primarios imaginarios; no existen en realidad, solo en papel. Hubo varias razones para el uso de colores primarios imaginarios (en lugar de reales).
Finalmente llegamos a las coordenadas de chromaticidad como interpretación intuitiva de la especificación de los colores en términos de X, Y y Z. Con una transformación se puede llegar a dos coordenadas “x” y “y” que indican un color en el diagrama de chromaticidad, correspondiente al estándar CIE 1931.

Más explicación sobre el calculo de los X, Y y Z hasta “x” y “z” se encuentra en la página gusgsm.com.

Fitting Tipo de rosca o casquillo o conexión Cada lámpara necesita una conexión con la corriente, mediante una rosca, casquillo o conexión, o simplemente con cables.
Ejemplo de rosca tipo Edison E14 y E27.

Ejemplo de casquillo bipin tipos GU10, GU5.3, GU4, G13.

Photosynthetic Available Radiadion: PAR-value [umol/s/m^2] Valor PAR (radiación fotosintética disponible) [umol/s/m^2] Una lámpara emite energía electromagnética. Eso incluye la parte llamada “luz”, que solo es una parte porque una lámpara (puede) emitir también rayos infrarrojos y rayos ultravioletas, que son rayos electromagnéticos pero no del rango de luz. Esa energía emitida por segundo se expresa en Watts. Y eso se puede convertir en potencia de luz para los ojos humanos, usando la sensibilidad de los ojos. La multiplicación del espectro de la luz con la sensibilidad resulta en un valor en lumen. Todo eso ya está explicado más arriba.
Y así se puede también definir una sensibilidad general de las plantas. Existe una normativa (DIN5031) donde se encuentra un espectro de acción de la fotosíntesis; la sensibilidad de la planta en general (mira el diagrama abajo, es la línea roja). Entonces multiplicando la potencia de la lámpara por ese espectro se obtiene un valor de potencia en unidad de PAR: micro-mol de fotones por segundo.

En la imagen superior se ve el espectro de la energía emitida de una lámpara (línea negra) y el espectro de acción de la fotosíntesis (línea roja). Esos dos multiplicados resulta en el espectro PAR (línea verde) cuya área debajo de la línea indica el valor PAR.

También existen más indices de PAR derivados, por ejemplo: la eficiencia de los fotones de PAR expresada en micro-mol de fotones por segundo por Watt, y, en este caso el valor PAR de micro-mol por segundo por metro-cuadrado indica una densidad de flujo a través de una superficie.

PAR photon-efficacy [umol/s/W] Eficiencia o rendimiento de fotón de PAR [umol/s/W] El rendimiento de la lámpara en convertir los Watts consumidos en numéro de fotones por segundo útiles para las plantas.
S/P ratio relación Escotópica / Fotópica La energía emitida de la lámpara se puede convertir en valor lumen usando la sensibilidad fotópica, pero también se puede convertir en un valor “lumen-de-noche” usando la sensibilidad escotópica. Todo eso se encuentra en la siguiente imagen.

La línea en azul representa el espectro de la energía de una lámpara LED. Se ve un pico de energía en en rango de los colores azul. Otro pico grande se encuentra en el rango de los colores amarillo-naranja.
La línea de puntos negros representa el espectro de sensibilidad escoptópica. Este se multiplica eso con el espectro de la energía de la lámpara para obtener el resultado en “lumen-de-noche” (la superficie debajo de la línea negra en negrita).
En línea de puntas rojo el espectro de sensibilidad fotópica. Se multiplica eso con el espectro de la energía de la lámpara para obtener el resultado en lumen (el superfície abajo de la línea en negrita rojo).
La relación S/P es la relación entre los resultados de lumen-de-noche y lumen. Indica la ganancia máxima que se puede alcanzar usando esta lámpara con su espectro de energía comparando una situación de luz en condición fotópica con una situación de luz en condición escotópica.
Nota: una condición escotópica cuasi nunca se obtiene, por que estaríamos con muy poca luz. Pero una situación entre las dos es posible, se llama mesópica.

External dimensions Dimensiones externas Los valores son en mm, y se utilizan la longitud, la anchura, la profundidad o altura, y el diámetro.
Luminous area Superficie luminosa La superficie que emite la luz. Puede ser una superficie de dos dimensiones, pero también de tres dimensiones. Eso depende de la construcción de la lámpara.

Esa área se encuentra en un archivo Eulumdat (mira más abajo) que se utiliza en un programa de diseño de luz como Dialux. Cuando Dialux conoce las dimensiones luminosas puede también calcular correctamente la distribución de luz de cerca de la lámpara.

General remarks Observaciones generales Se presentan observaciones como:

- la temperatura ambiente durante las mediciones de iluminancia

- la temperatura (máxima) de la lámpara

- el efecto del calentar de la lámpara en los valores de illuminancia y potencia consumida

- la dependencia de la illuminancia y potencia cuando se varia el valor de la tensión de la lámpara.
Cuando está marcado que la lámpara es regulable, también se encuentra aquí una pequeña explicación del resultado de las medidas de regulación.

Measurement report (PDF) Informe de medición (PDF) Un documento PDF que es el informe de medición; la tabla de resumen explicada aquí, seguido por las secciones con más explicación sobre los valores en la tabla de resumen.
Eulumdat file Archivo Eulumdat Un archivo de texto que se puede leer con cualquier editor de texto (como Bloc de notas / Notepad). Haciendo doble clic sobre un archivo Eulumdat (que acaba en .ldt) no se inicia automáticamente el Notepad, pero tienes que iniciar Notepad y abrir el archivo manualmente. Y entonces verás solamente dados sin explicación de su significado.
Una opción mejor es de bajar el programa qlumedit que es gratis y carga los dados en una tabla que contiene una palabra explicando el significado antes de cada resultado del archivo.
Los dados del archivo Eulumdat contienen información sobre el nombre del productor o importador, el nombre de la lámpara, sus dimensiones, la temperatura de luz y la IRC, el flujo luminoso y la potencia real, la distribución de la cantidad luz en varias direcciones alrededor de la lámpara etc. Con este archivo y sus dados se pueden hacer cálculos de luz usando un programa Dialux (también se descarga gratis).

Después de la tabla de resumen siguen los capítulos con más información detallada y con gráficos sobre los resultados medidos.

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