Introducción

En el campo del diseño de iluminación, la iluminación va mucho más allá de simplemente alcanzar niveles específicos de iluminancia; garantizar el confort visual es igualmente fundamental. El diseño de iluminación deportiva abarca múltiples parámetros, como la iluminancia horizontal, la iluminancia vertical, la uniformidad, el deslumbramiento y el gradiente de uniformidad. Entre estos, la iluminancia horizontal es la métrica fundamental que se utiliza con frecuencia, mientras que la iluminancia vertical se emplea principalmente en recintos que requieren transmisiones en vivo o cobertura televisiva de alta definición. En cuanto a la uniformidad, el deslumbramiento y el gradiente de uniformidad, estos influyen directamente en el confort visual. Si bien la uniformidad de iluminación (¿Qué es la uniformidad de la luz? y ¿Cómo mejorarla?) es un concepto familiar para muchos profesionales, el gradiente de uniformidad sigue siendo un parámetro relativamente especializado. Aunque se menciona en normas como EN12193 y RP-6-15, a menudo faltan explicaciones detalladas. Este artículo se centrará en explicar qué son la uniformidad de iluminación y el gradiente de uniformidad, junto con sus fórmulas de cálculo. Simultáneamente, utilizaremos el diseño de iluminación deportiva de ZGSM como ejemplo para analizar la derivación de estos dos resultados de cálculo. Pasemos ahora al texto principal para profundizar en estos parámetros clave, incluido principalmente el gradiente de uniformidad que define la iluminación deportiva de calidad.

¿Qué es la uniformidad de iluminación?

En la iluminación deportiva, la uniformidad de la iluminancia es la métrica principal para evaluar la consistencia de la distribución de la luz en toda la superficie de juego. Abarca múltiples indicadores de evaluación, como U1 y U2. Basándose en la uniformidad de la iluminancia vertical y horizontal, se puede subdividir en U1hor, U1vert, U2hor y U2vert. Tomando como ejemplo el U2hor más típico de la norma EN12193, representa la relación entre la iluminancia mínima y la iluminancia media dentro del área de juego. Esta métrica indica si la iluminancia es uniforme en todo el campo; idealmente, U2hor = 1. Un valor inferior suele indicar la presencia de zonas excesivamente brillantes u oscuras dentro del área de juego. Según la norma EN 12193, la mayoría de los campos requieren un U2hor > 0,7 para la Clase de Iluminación I, aunque los requisitos se reducen adecuadamente para las clases de iluminación inferiores. Lograr altos estándares de uniformidad depende en gran medida de un diseño óptico preciso y cálculos de simulación. Las simulaciones de iluminación permiten optimizar la disposición de las luminarias, incluyendo la selección de la altura del mástil, los ángulos de haz y la optimización de la potencia y la distribución de la luz. Además, el uso de lentes asimétricas (distribución de la luz) permite una iluminación uniforme en todos los rincones del campo, a la vez que reduce el deslumbramiento. Naturalmente, esto depende en gran medida de un excelente diseño del producto (principalmente la distribución de la luz). Como fabricantes de LED, ofrecer una uniformidad que cumpla con los estándares de las principales competiciones internacionales (como la FIFA y la FIBA) requiere una combinación indispensable de calidad del producto, distribución de la luz (¿Qué es la distribución de la luz?) y simulación de la iluminación.

¿Qué es el gradiente de uniformidad?

El gradiente de uniformidad (UG) también se utiliza para medir la uniformidad en aplicaciones de iluminación deportiva. Sin embargo, a diferencia de la uniformidad de iluminación, el UG calcula la diferencia de iluminancia entre el punto medido/punto de cálculo y sus cuatro puntos adyacentes. Esta métrica cuantifica la tasa de disminución de los valores entre los puntos de medición. En deportes de alta velocidad, la velocidad real del objetivo visual (balón) debe ser perceptible para que los atletas puedan reaccionar adecuadamente. Si se producen variaciones repentinas en los niveles de iluminación en un campo deportivo, los objetivos que se mueven rápidamente al cambiar de nivel de luz pueden parecer acelerar o desacelerar, lo que afecta la capacidad de juicio deportivo. Específicamente, el gradiente de uniformidad mide la tasa de cambio de valores entre puntos de medición adyacentes (horizontal, vertical o diagonal). El valor del gradiente de uniformidad en el informe indica la proporción más alta o la mayor tasa de cambio. Muchos profesionales observan que la tasa de cambio (valor UG) varía con la distancia entre los puntos de medición. En consecuencia, la tabla a continuación, que muestra los límites de UG para diferentes velocidades deportivas, demuestra que a mayores distancias se permiten umbrales de valores UG más altos. La aplicación práctica de ZGSM también ha observado que distancias de cuadrícula mayores suelen producir valores de UG calculados más altos. El valor de UG se expresa como una razón numérica; en los informes de Dialux (¿Qué es Dialux y su aplicación en el alumbrado público y deportivo?), indica la razón más alta o la mayor tasa de cambio.

¿Cómo se calculan la uniformidad de la luz y el gradiente de uniformidad?

Cuadrícula de cálculo

Para medir o calcular la iluminancia o luminancia (más información sobre iluminancia vs. luminancia) en las superficies de referencia en cuestión, se requiere una cuadrícula de medición planificada científicamente y puntos de medición, también denominada cuadrícula o puntos de cálculo. La norma EN 12193 especifica cuadrículas de medición específicas para instalaciones deportivas (como pistas de atletismo). En consecuencia, define las superficies de referencia y el número de puntos de la cuadrícula en dos direcciones con respecto a estas superficies para diversas disciplinas deportivas. Esta norma establece los principios para dividir la cuadrícula de medición; por ejemplo, cuando la relación longitud-anchura (D:B) del campo no debe superar 2:1, se puede determinar la separación de puntos P mediante la fórmula P = 0,25logD, confirmando así la densidad de la cuadrícula. Tomando como ejemplo una cancha de tenis de 36 m × 18 m, el cálculo de P = 2,447 m da como resultado M ≥ D/P = 14,7, lo que confirma que M = 15. De igual manera, el cálculo de N como N ≥ 18/2,447 = 7,36, siendo el número impar más cercano 9, da como resultado 15 × 9 puntos de medición. Para diferentes dimensiones de cancha, la norma EN 12193 también recomienda puntos de medición correspondientes. Por ejemplo, un campo de fútbol de 105 × 68 metros daría como resultado 21 × 15 puntos mediante la fórmula anterior; sin embargo, la norma EN 12193 especifica 21 × 13 puntos de medición, lo que representa una ligera desviación del método de cálculo estándar.

Fórmula de cálculo para la uniformidad de iluminación

La uniformidad de la iluminancia se mide con dos métricas: U1 (mínima/máxima) y U2 (mínima/promedio). Además, la iluminancia se clasifica en componentes horizontales y verticales, por lo tanto, U1 se subdivide en U1 hor y U1 vert, mientras que U2 se divide en U2 hor y U2 vert. Se proporcionan las siguientes cuatro fórmulas, junto con sus respectivos principios rectores. Ecuación 1: U1hor = Emin hor / Emax hor. U2hor tiene como objetivo eliminar simultáneamente las sombras excesivamente oscuras y los puntos demasiado brillantes, logrando la máxima suavidad de la luz. Solo cuando el tono no contiene áreas excesivamente brillantes ni excesivamente oscuras, Emin/Emax puede acercarse al valor ideal de 1. Ecuación 2: U2hor = Emin hor / Eave hor. U1hor prioriza la consistencia general del brillo para evitar zonas subexpuestas, con el objetivo de que Emin se acerque a Eave. Ecuación 3: U1vert = Emin vert / Emax ver, y ecuación 4: U2vert = Emin vert / Eave vert. Para campos que requieren transmisiones en vivo, la iluminancia vertical (¿Iluminancia vertical y su importancia en la iluminación deportiva?) debe cumplir con las especificaciones. El cumplimiento de U1vert y U2vert evita áreas subexpuestas o sobreexpuestas en las caras y uniformes de los jugadores.

Fórmula de cálculo del gradiente de uniformidad

Calculando la diferencia de iluminancia entre cada punto de la cuadrícula de medición y sus puntos adyacentes (normalmente en cuatro direcciones), se evalúa la uniformidad de la distribución de la luz. La fórmula es: Gradiente de uniformidad = Máx. (| Ep – Vecino |/Ep). Por lo tanto, primero debemos definir la cuadrícula de medición. El gradiente de uniformidad (UG) se calcula para cada punto Ep de la cuadrícula determinando la tasa de cambio de su valor en relación con los cuatro puntos adyacentes (arriba, abajo, izquierda y derecha). Mediante este cálculo, obtenemos el valor del gradiente de uniformidad para cada punto, verificando así si el valor general de UG de la pista cumple con los requisitos estándar. Por ejemplo, para una pista de tenis estándar, nuestra simulación de iluminación (servicio de simulación de iluminación ZGSM) genera valores de iluminancia para cada punto calculado, como se muestra en el diagrama. Para calcular el valor de UG del punto marcado en rojo, derivamos: UG izquierda = 9,2 %, UG derecha = 22,8 %, UG arriba = 1,2 %, UG abajo = 2,4 %. Por lo tanto, UGmax = 22,8%. Dialux también proporciona resultados correspondientes, que indican UG = 22%, en consonancia con el resultado calculado (la ligera discrepancia surge del redondeo).

¿Cómo mejorar el UG (gradiente de uniformidad) en la iluminación deportiva?

¿Existe una conexión entre la uniformidad de iluminación y el gradiente de uniformidad? ¿Una mayor uniformidad de iluminación implica necesariamente un mayor gradiente de uniformidad? De hecho, mediante la fórmula y el proceso de cálculo, entendemos que uno se centra en el efecto general, mientras que el otro enfatiza áreas localizadas. En la mayoría de los casos, una mayor uniformidad de iluminación resulta en un valor de gradiente de uniformidad menor, pero la relación entre ambos no es lineal. Además, la opinión predominante sostiene que un menor número de proyectores de mayor potencia produce transiciones de luz menos naturales, similares a la iluminación de escenarios. En consecuencia, el uso de un mayor número de proyectores LED (proyectores LED ZGSM) puede mejorar el gradiente de uniformidad. A continuación, examinaremos dos escenarios para ilustrar este punto.

Mejor uniformidad para obtener mejor UG

A continuación, se muestra una simulación de la iluminación de una cancha de tenis. La imagen derecha muestra una distribución de luz simétrica, donde se observa una baja uniformidad de la iluminación. En Dialux, calculamos simultáneamente el valor del gradiente de uniformidad (UG). Los resultados muestran que muchos puntos superan el 20%, y algunos superan el 60%. Para lograr una mejor uniformidad de la iluminación, ZGSM recomienda que estas canchas adopten una distribución de luz asimétrica. Como se muestra en la imagen izquierda, la uniformidad de la iluminación alcanza el 0,7%, mientras que el valor de UG solo supera el 20% en una pequeña parte del área, con un valor máximo del 32%, significativamente inferior al de otro esquema de iluminación. En resumen, la distribución de luz asimétrica en estas canchas logra una uniformidad de iluminación ideal, a la vez que reduce significativamente el valor de UG, minimizando así los cambios bruscos en la intensidad de la luz. Además, la distribución asimétrica también reduce los valores de deslumbramiento, mejorando el confort visual de los usuarios de la cancha. Para obtener más información sobre la reducción del deslumbramiento en la iluminación deportiva, contacte con ZGSM.

Evite utilizar una pequeña cantidad de luces deportivas de alta potencia.

¿Por qué podemos lograr un valor de UG más bajo al no emplear un número pequeño de luces deportivas de alta potencia? La razón es simple: usar más luces nos permite lograr una uniformidad de iluminación superior. Con base en nuestro análisis mencionado anteriormente, podemos obtener mejores resultados de gradiente de uniformidad. Pero si la uniformidad se mantiene igual, ¿serán los resultados de UG también idénticos? La siguiente simulación de iluminación analiza dos escenarios. El primero emplea 24 luces de mástil alto Glomax de 1500 W (luces de mástil alto ZGSM Glomax), produciendo valores de uniformidad de U1 = 0,47 y U2 = 0,71. El segundo utiliza 48 luces de mástil alto Glomax de 750 W, logrando U1 = 0,46 y U2 = 0,71. Ambos muestran una uniformidad comparable, con niveles de iluminancia en torno a los 500 lux. Sin embargo, examinar la tabla de gradiente de uniformidad revela diferencias sustanciales: el primero logra UGmax = 50%, mientras que el segundo solo alcanza el 36%. Además, este último muestra sólo un puñado de puntos calculados que superan el 20%.

Diseño de iluminación deportiva LED ZGSM

Resumen

En el diseño de iluminación deportiva, la uniformidad de la luz y el gradiente de uniformidad son dos conceptos fundamentales, aunque frecuentemente confundidos. La uniformidad de iluminación mide la consistencia general de la distribución de la luz en todo el recinto, comúnmente evaluada utilizando la relación entre la iluminancia mínima y la media (U2). El gradiente de uniformidad, sin embargo, se centra en los detalles locales, calculando la tasa de cambio de la iluminancia entre puntos de medición adyacentes para reflejar la suavidad de las transiciones de luz. Ambos cálculos se basan en cuadrículas de medición especificadas por normas como EN 12193 (Más sobre EN12193). La evaluación de la uniformidad es relativamente a nivel macro, mientras que el análisis del gradiente de uniformidad es más granular, requiriendo un examen individual de los cambios de luminancia entre cada punto de la cuadrícula y sus puntos vecinos. En el texto principal, observamos que los campos deportivos con alta uniformidad de luz suelen exhibir gradientes de uniformidad más altos. Sin embargo, existen excepciones. Por ejemplo, los campos deportivos iluminados con menos luminarias de alto voltaje pueden exhibir un gradiente de uniformidad mayor a pesar de lograr una uniformidad de iluminancia equivalente que cumpla con los requisitos. En resumen, un diseño de iluminación deportiva de alta calidad requiere una consideración integral tanto de la uniformidad de la luz como de la uniformidad del gradiente. Solo mediante una cuidadosa selección de la distribución de la luz, cálculos de simulación y una elección y disposición acertadas de las luminarias podemos lograr el escenario de iluminación ideal: alta uniformidad de la luz con un gradiente de uniformidad bajo.

Preguntas Frecuentes

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