Luz de ingeniería: diseño de sistemas de iluminación

El diseño de sistemas de iluminación es tanto arte como ciencia. La ingeniería de iluminación, o diseño, es un campo desafiante y muy gratificante que transforma la salida de una bombilla (o LED) simple en un patrón de iluminación que nos permite trabajar, conducir o jugar de forma segura. A medida que la ingeniería evoluciona hacia el diseño, el diseñador combina la física fundamental con la estética arquitectónica y la fisiología humana para desarrollar soluciones de iluminación para satisfacer todas nuestras necesidades siempre cambiantes.

Una combinación de consideraciones ambientales, objetivos de ahorro de energía y avances tecnológicos están ayudando a generar cambios significativos en el campo del diseño de iluminación. Los sistemas de iluminación cubren una amplia gama de aplicaciones, con una gama igualmente amplia de especificaciones y requisitos de diseño. Puede ser una lámpara de trabajo pequeña que necesita proporcionar un parche de luz razonablemente uniforme a un área de trabajo de escritorio o podría ser el faro de un automóvil que necesita iluminar adecuadamente el camino por delante del conductor sin cegar al conductor que se acerca por el lado opuesto. dirección. La buena iluminación se puede describir con un conjunto simple de requisitos básicos, como la cantidad de luz necesaria, la uniformidad y la apariencia del color, o se puede definir mediante regulaciones como los códigos de iluminación FVMSS o ECE. Herramientas CAD 3D como SOLIDWORKS, cuando se combinan con recursos como el complemento APEXTM Illumination Design desarrollado por Organización de investigación de Breault, ayude al diseñador de iluminación de hoy a resolver estos problemas tan desafiantes e igualmente gratificantes.

Una lámpara de señal de advertencia diseñada en el complemento APEXTM de SOLIDWORKS

El diseño de iluminación es una combinación de arte y ciencia, que abarca la ingeniería, el diseño, las leyes de la física y la fisiología y psicología humanas. Una buena iluminación no solo necesita realizar la tarea de iluminación de manera adecuada, sino que también debe encajar completamente en el entorno de diseño y ser “estéticamente agradable”, ya sea que se use o no. (Esto se conoce comúnmente como apariencia iluminada y apagada).

Una lámpara, o luminaria, consta de la fuente de luz, la fuente de alimentación, el sistema óptico y la carcasa. Históricamente, las bombillas incandescentes eran la fuente de luz típica. Hoy en día, muchos diseños nuevos utilizan LED u otras fuentes de energía más eficientes. Uno de los factores más importantes en el diseño de un sistema de iluminación es un modelo preciso de la fuente de luz. Estos modelos, como los que se encuentran en la biblioteca fuente APEX, deben incluir tanto las propiedades físicas del dispositivo como la salida radiométrica. El sistema óptico incluye componentes como lentes y espejos, además de tubos de luz, difusores y deflectores. El sistema óptico toma la salida de energía de la fuente y la reforma para crear la distribución de luz deseada en una ubicación de destino.

Para maximizar la eficiencia energética de la luminaria, se debe considerar la eficiencia y eficacia del diseño. La eficiencia es el porcentaje de luz producida por la luminaria que en realidad forma parte de la distribución de luz deseada. La eficacia relaciona la salida de luz visible de la luminaria con la cantidad de energía requerida para producir esa luz, en lúmenes por vatio.

El principio rector en el diseño de la luminaria es el concepto de etendue. Este es el producto del área de la fuente y su extensión angular. En un sistema ideal, esta cantidad se conserva, por lo que también se puede decir que describe la eficiencia de recolección de energía del sistema de iluminación. Como diseñadores, seleccionamos y damos forma a los componentes ópticos dentro del dispositivo, cambiando las propiedades del haz de luz para cumplir con los objetivos del diseño. Por ejemplo, con un LED, podemos tener una fuente que es muy pequeña (~ 1 mm ^ 2), que envía luz a todos los ángulos hacia adelante (de -90 a +90 grados). Etendue nos dice que la reducción de la dispersión angular de la luz da como resultado un parche de mayor tamaño de salida de luz de la óptica, los cuales son deseables si el objetivo es producir una lámpara de trabajo utilizable. Los componentes ópticos remodelan la energía mediante reflexión, refracción y difusión.

Los componentes reflectantes a menudo tienen formas basadas en cónicas, aunque las formas libres basadas en curvas Bezier (estilo splines), así como las superficies personalizadas y facetadas, pueden proporcionar mejoras significativas en el rendimiento. Los reflectores se utilizan con mucha frecuencia en luminarias porque son muy eficientes en la transferencia de luz. Los componentes de refracción de forma libre también encuentran un amplio uso, como las tapas de lentes disponibles para muchos LED. Además, se pueden usar tubos de luz para transportar la luz desde la fuente al objetivo, y los difusores se pueden usar para difundir energía hacia o desde puntos fríos o calientes.

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