Introducción

En el sector de la iluminación, se escuchan a menudo conceptos como potencia, lumen y distribución de la luz, ya que están estrechamente relacionados con el efecto de iluminación de la lámpara. Como consumidor, uno de los problemas más habituales es la comparación entre lúmenes y potencia. Si tomamos como ejemplo las lámparas de bajo consumo, podemos ver potencias y lúmenes en el embalaje exterior de la bombilla. La primera es la potencia eléctrica que consume la bombilla, aunque tiene cierta relación con el brillo (flujo luminoso) de la lámpara, no es un factor determinante directo. El lumen es la unidad internacional de flujo luminoso, que refleja directamente la cantidad total de luz visible emitida por la bombilla, lo que puede entenderse como el brillo de la luz. En resumen, cuanto mayor sea el lumen, más luz emite la fuente de luz y puede iluminar un área mayor o una distancia mayor en las mismas condiciones. Por supuesto, el efecto de iluminación también está relacionado con muchos otros factores, incluidos los lúmenes útiles. Este artículo se centra principalmente en vatios, lúmenes, lúmenes útiles y la relación entre ellos (vatios vs lúmenes vs lúmenes útiles). Al mismo tiempo, también explicaremos a qué factor debemos prestar más atención en aplicaciones prácticas.

¿Qué es el vataje?

El vataje representa la cantidad de energía eléctrica que consume una lámpara. Cuanto mayor sea el vataje, más luz emite, proporcionando la misma eficiencia en la conversión de energía eléctrica en luz. Por ejemplo, es fácil estimar el brillo de una bombilla incandescente, que suele ser de 10 a 15 lm/W. Por tanto, una bombilla de 100 W es el doble de brillante que una de 50 W. Pero hoy en día, las lámparas incandescentes están básicamente obsoletas y hay tantos tipos diferentes de fuentes de luz disponibles en el mercado que es difícil utilizar el vataje para evaluar el brillo de una lámpara. En general, las fuentes de luz LED son más eficientes que las lámparas halógenas, las lámparas fluorescentes compactas y las lámparas incandescentes. Si necesita comparar lámparas de diferentes vatajes (como una lámpara incandescente de 200 W, una lámpara halógena de 50 W y una lámpara LED de 20 W), necesitamos saber su eficiencia específica para saber cuál es más brillante.

¿Qué son los lúmenes?

El lumen es una unidad física que describe el flujo luminoso, que representa el producto de la intensidad luminosa de una fuente de luz en una dirección determinada y el ángulo sólido contenido en esa dirección. En términos simples, el lumen es una unidad que mide la cantidad total de luz visible emitida por una fuente de luz. En el Sistema Internacional de Unidades (SI), un lumen es igual al flujo luminoso emitido por una fuente de luz de una candela (unidad de intensidad luminosa) dentro de una unidad de ángulo sólido (1 estereorradián). Por lo tanto, el lumen mide la cantidad de luz emitida por una lámpara, independientemente del tipo o potencia de la lámpara. Para ayudar a los consumidores a comparar mejor el brillo de los diferentes tipos de lámparas, los fabricantes de lámparas marcan el número de lumen (lms) en el embalaje. Por ejemplo, una lámpara incandescente de 100 W y una lámpara de ahorro de energía de 18 W tienen ambas un flujo luminoso de 1000 lúmenes, lo que puede mostrar de forma más intuitiva el efecto de iluminación de la lámpara después de la instalación. Por el contrario, comparar el vataje de la lámpara no puede decirle cuál lámpara es mejor, porque los resultados de iluminación reales de las dos son similares y esta última es más eficiente energéticamente, por lo que podemos entender que la lámpara de ahorro de energía de 18 W tiene más ventajas que la lámpara incandescente de 100 W.

¿Qué son los lúmenes útiles?

Los lúmenes útiles se refieren al flujo luminoso que la fuente de luz puede utilizar de manera efectiva en aplicaciones prácticas. Es diferente del flujo luminoso total (o lúmenes nominales), que indica la cantidad total de luz emitida por la fuente de luz en todas las direcciones. Los lúmenes efectivos tienen en cuenta factores como la distribución de la luz (ángulo del haz), la altura de instalación y el entorno de aplicación, para reflejar con mayor precisión el rendimiento de la fuente de luz en condiciones de iluminación reales. En el diseño de iluminación y las aplicaciones prácticas, los lúmenes efectivos son más valiosos como referencia que el flujo luminoso total. Por ejemplo, en la iluminación de carreteras, si la mayor parte de la luz de la lámpara se concentra en una dirección específica (distribución de luz lateral), puede iluminar mejor la carretera (pavimento) en lugar de los cinturones verdes o las casas. Podemos entender la luz que brilla en la carretera como lúmenes efectivos, y el flujo luminoso que se dispersa a otras áreas que no necesitan iluminación (cinturones verdes y casas) se enumera como lúmenes ineficaces. En general, lúmenes totales = lúmenes útiles + otros lúmenes, y los lúmenes útiles pueden reflejar mejor el efecto de iluminación de la lámpara en la aplicación.

Vatios vs lúmenes

Vatios vs lúmenes para lámparas incandescentes

Las lámparas incandescentes tienen una eficiencia luminosa relativamente baja, principalmente porque la mayor parte de la energía generada por las lámparas incandescentes se disipa en forma de energía térmica, y solo una pequeña parte se convierte en luz visible. El principio de las lámparas incandescentes es que cuando la corriente pasa a través del filamento dentro de la lámpara incandescente (generalmente hecho de un metal de alto punto de fusión como el tungsteno), la temperatura del filamento aumenta (generalmente a miles de grados Celsius), y el filamento comienza a emitir radiación térmica, que incluye luz visible. Después de consultar la información relevante, descubrimos que su eficiencia luminosa es de alrededor de 10-15lm/w.

Potencia de la bombilla incandescente	Eficiencia de la luminaria	Flujo luminoso
40W	10.5lm/w	420lm
60W	12.0lm/w	720lm
75W	12.0lm/w	900lm
100W	13.5lm/w	1350lm

Vatios frente a lúmenes para lámparas fluorescentes compactas

La eficiencia luminosa de las bombillas fluorescentes compactas (CFL) es mucho mayor que la de las lámparas incandescentes tradicionales. Esto se debe a que pueden reducir significativamente el consumo de energía mientras logran la misma iluminación. Cuando la cantidad de luz emitida por las CFL es la misma, utilizan solo alrededor de 1/4 de la energía eléctrica de las lámparas incandescentes tradicionales, por lo que su eficiencia luminosa puede alcanzar más de 50 lm/w.

Potencia de las lámparas fluorescentes	Eficiencia de la luminaria	Flujo luminoso
10W	52lm/w	250lm
15W	54lm/w	810lm
18W	55m/w	990lm
20W	58lm/w	1160lm

Vatios frente a lúmenes para lámparas de halogenuros metálicos

El nombre de la lámpara de haluro metálico proviene de los haluros de mercurio y sodio (como el yodo, el bromo, etc.). El interior de la lámpara de haluro metálico está lleno de una cierta presión de gas inerte (como el argón) y haluros metálicos (como el sodio, el mercurio, el cesio, etc.). Cuando se aplica una corriente de alto voltaje a ambos extremos de la bombilla, los electrones del gas se aceleran por la fuerza del campo eléctrico. Los electrones acelerados chocan con el haluro metálico y transfieren parte de la energía a los átomos o iones del haluro metálico, lo que hace que pase de un nivel de energía bajo a un nivel de energía alto. Los átomos o iones de haluro metálico excitados volverán al estado fundamental después de un período de tiempo, y en este proceso se liberará energía para formar la luz que vemos. Su eficiencia luminosa puede alcanzar los 80 lm/W o incluso más.

Potencia de la bombilla de halogenuros metálicos	Eficiencia de la luminaria	Flujo luminoso
100W	100lm/w	10000lm
200W	85lm/w	17000lm
250W	80m/w	20000lm
400W	90lm/w	36000lm

Vatios frente a lúmenes para LED

El LED está compuesto por un semiconductor tipo P y un semiconductor tipo N, que forman una unión PN. Cuando se aplica un voltaje directo a ambos extremos del LED, la corriente fluye a través de la unión PN y los electrones y los huecos se recombinan y liberan energía, que se emite en forma de fotones, logrando así la emisión de luz. En este proceso, el LED libera menos calor, por lo que su eficiencia luminosa también es la más alta. Las lámparas LED para exteriores convencionales actuales tienen una eficiencia luminosa de 140-170 lm/w.

¿Qué es más importante, la potencia, los lúmenes o los lúmenes útiles?

Principio general a tener en cuenta

Para los consumidores finales, ZGSM cree que el vataje natural es lo más importante. Esto se debe a que los consumidores comunes no saben mucho sobre iluminación. Cuando los tipos de productos son los mismos, es más razonable prestar más atención a la potencia (vataje) de las lámparas. Podemos juzgar preliminarmente su brillo a través del vataje de las lámparas.

Para las personas que tienen un poco de sentido común sobre la iluminación, ZGSM cree que es más razonable prestar atención a los lúmenes (flujo luminoso) de las lámparas. Porque puede reflejar más directamente la cantidad real de luz emitida por las lámparas. Cuando los tipos de productos son diferentes, el vataje solo puede reflejar el consumo de energía de las lámparas y no puede reflejar directamente el brillo. Por el contrario, a través del flujo luminoso, podemos saber si las lámparas pueden satisfacer las necesidades de iluminación. Por ejemplo, para iluminar un dormitorio de 3×3 m, 3000 lm suelen ser suficientes. Si se trata de un estudio, recomendamos 6000 lm porque está relacionado con los requisitos de iluminación.

Para los profesionales, los lúmenes útiles (distribución de la luz) son más importantes que los lúmenes. Además de prestar atención a los lúmenes, los diseñadores de iluminación o los expertos en iluminación también deben prestar atención a la distribución de la luz de las lámparas (es decir, cómo se distribuye la luz en el espacio). Si la lámpara tiene una distribución de luz razonable, puede utilizar más luz (lúmenes útiles) para iluminar el área de iluminación objetivo. Por el contrario, si la distribución de la luz no es razonable, incluso si el lúmen es alto, el efecto de iluminación será deficiente, porque parte de la luz no se utiliza de manera efectiva. No ilumina el área objetivo y también provocará deslumbramiento y contaminación lumínica.

Caso 1: Lúmenes vs vatios

En condiciones de igual potencia, los efectos de iluminación de los reflectores con diferentes resultados de luz varían enormemente. En este caso, hay dos canchas de tenis estándar con un tamaño total de 36×36 metros. A través de la simulación de iluminación, descubrimos que un reflector Zoom de 240 W (opción 1) con 150 lm/W puede cumplir con los requisitos de iluminación de la EN12193 Clase II. Si se utiliza una lámpara de 140 lm/W (opción 2), la iluminación es de 289 lux. En este momento, tenemos que aumentar la potencia para cumplir con los requisitos correspondientes. Cabe señalar que los chips Lumileds 5050 que utilizamos en la opción 1 tienen un costo inicial relativamente alto, pero sus costos de electricidad posteriores son bajos. Si se utiliza un reflector de 120 lm/w, el resultado muestra que la iluminación es de solo 258 lux. A través del cálculo, sabemos que la potencia de la lámpara debe alcanzar los 300 W para cumplir con los requisitos del proyecto. No sólo el coste inicial de esta solución es alto, sino también el coste de la electricidad posterior. En resumen, aunque la opción uno requiere una inversión inicial mayor, sus beneficios de ahorro de energía a largo plazo son significativos y es la mejor opción en general. La opción 2 tiene ventajas en el control de costes y se espera que alcance los 300 lux mediante la optimización. También es una alternativa que se puede considerar si es necesario controlar los costes iniciales. Por el contrario, la opción 3 se excluyó de la selección debido a los altos costes iniciales y de mantenimiento.

Caso 2: Lúmenes útiles vs Lúmenes totales

Después de comparar los resultados de iluminación de dos farolas diferentes (T2M53007 y T3M53009) con los mismos lúmenes totales pero diferente distribución de la luz, encontramos diferencias significativas. Para una carretera con un ancho de 7 metros, cuando la altura del poste de luz se establece en 8 metros, a través del diseño de simulación de iluminación Dialux EVO, T2M53007 muestra un mejor resultado de iluminación que T3M53009. Esto se debe principalmente a que T3M53009 adopta un diseño de distribución de luz lateral Tipo III, que tiende a proyectar más luz frente a la lámpara. Sin embargo, en un carril para vehículos de motor de solo 7 metros de ancho, este diseño conduce a un brillo relativamente insuficiente en la carretera. Para compensar esta deficiencia, si utilizamos farolas con lentes T3M53009, necesitamos aumentar la potencia de la lámpara a 50 W para garantizar que se cumplan todos los requisitos del nivel de iluminación M4a. Por supuesto, esto no significa que el Tipo IIIM (T3M53009) sea inferior al Tipo IIM (T2M53007) en todos los escenarios. De hecho, cuando la relación entre el ancho de la carretera y la altura del poste de luz es grande, el efecto de iluminación del T3M53009 puede ser incluso mejor. Por lo tanto, al seleccionar una lente para farolas (en relación con los lúmenes útiles), se deben considerar los escenarios de aplicación específicos y las necesidades de iluminación.

Solución de iluminación ZGSM

Resumen

Los vatios, los lúmenes y los lúmenes útiles son conceptos que se utilizan con frecuencia en la industria de la iluminación. ZGSM cree que es muy beneficioso tener una comprensión clara de cada concepto. Con el mismo vataje, cuanto mayor sea el lumen, mejor. Con el mismo lumen, cuanto menor sea el vataje, mejor. Al mismo tiempo, la distribución de la luz (lúmenes útiles) también afecta la calidad del diseño de la iluminación. Cuanto más razonable sea la distribución de la luz, mayor será la proporción de lúmenes efectivos y podrá iluminar el área objetivo con un vataje/lúmenes totales más bajos. Los fabricantes de LED han continuado sus esfuerzos en la eficacia luminosa y la distribución de la luz de las lámparas, con el objetivo de cumplir con los requisitos del proyecto con un vataje más bajo. ZGSM cree que solo las lámparas con una alta eficacia luminosa y una distribución de la luz razonable pueden destacarse en la competencia del proyecto. Si desea saber más sobre la eficiencia de la luz, cómo proporcionar eficiencia de la luz y mejorar la distribución de la luz, puede contactarnos para obtener información relevante.

Preguntas Frecuentes

Introducción del autor