Los tubos de luz (también conocidos como tubos de luz o tragaluces tubulares ) son estructuras físicas que se utilizan para transmitir o distribuir luz natural o artificial con fines de iluminación , y son ejemplos de guías de ondas ópticas .
En su aplicación a la iluminación natural , a menudo también se les llama dispositivos tubulares de iluminación natural, tubos solares, visores solares o tubos de luz natural. Los tubos de luz se pueden dividir en dos categorías amplias: estructuras huecas que contienen la luz con superficies reflectantes y sólidos transparentes que contienen la luz por reflexión interna total . Los principios que gobiernan el flujo de luz a través de estos dispositivos son los de la óptica sin imágenes . [1]
Tipos
Tubos de luz IR
La fabricación de tubos de luz infrarroja, guías de ondas huecas y homogeneizadores diseñados a medida no es trivial. Esto se debe a que estos son tubos revestidos con una capa reflectante infrarroja de oro altamente pulida , que se puede aplicar lo suficientemente gruesa como para permitir que estos tubos se utilicen en atmósferas altamente corrosivas. El negro de carbón se puede aplicar a ciertas partes de los conductos de luz para absorber la luz IR (ver fotónica ). Esto se hace para limitar la luz IR a solo ciertas áreas de la tubería.
Si bien la mayoría de los tubos ligeros se fabrican con una sección transversal redonda, los tubos ligeros no se limitan a esta geometría. Las secciones transversales cuadradas y hexagonales se utilizan en aplicaciones especiales. Los tubos hexagonales tienden a producir el tipo de luz IR más homogeneizada. No es necesario que las tuberías estén rectas. Las curvas en la tubería tienen poco efecto sobre la eficiencia.
Tubo de luz con material reflectante
Los primeros sistemas reflectores comerciales fueron patentados y comercializados en la década de 1850 por Paul Emile Chappuis en Londres, utilizando varias formas de diseños de espejos en ángulo . Los reflectores de Chappuis Ltd estuvieron en producción continua hasta que la fábrica fue destruida en 1943. [2] El concepto fue redescubierto y patentado en 1986 por Solatube International de Australia. [3] Este sistema se ha comercializado para un uso residencial y comercial generalizado. Hay otros productos de iluminación natural en el mercado con varios nombres genéricos, como "SunScope", "tubo solar", "tubo de luz", "tubo de luz" y "tragaluz tubular".
Un tubo revestido con material altamente reflectante conduce los rayos de luz a través de un edificio, comenzando desde un punto de entrada ubicado en su techo o en una de sus paredes exteriores. Un tubo de luz no está diseñado para la formación de imágenes (a diferencia de un periscopio , por ejemplo), por lo que las distorsiones de la imagen no plantean ningún problema y se fomentan de muchas formas debido a la reducción de la luz "direccional".
El punto de entrada generalmente comprende una cúpula ( cúpula ), que tiene la función de recolectar y reflejar la mayor cantidad de luz solar posible en el tubo. Muchas unidades también tienen "colectores" direccionales, "reflectores" o incluso dispositivos de lentes de Fresnel que ayudan a recolectar luz direccional adicional por el tubo.
En 1994, Windows and Daylighting Group en Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) desarrolló una serie de prototipos de tubos de luz horizontales para aumentar la iluminancia de la luz del día a distancias de 4.6-9.1 m, para mejorar la uniformidad de la distribución de la luz del día y el gradiente de luminancia en la habitación debajo. condiciones variables de sol y cielo durante todo el año. Los tubos de luz fueron diseñados para transportar pasivamente la luz del día a través de áreas de acristalamiento de entrada relativamente pequeñas al reflejar la luz solar a profundidades mayores que las ventanas o tragaluces de luz lateral convencionales. [4] [5]
Se desarrolló una configuración en la que se coloca un panel acrílico cortado con láser para redirigir la luz solar hacia un tubo con espejo orientado horizontal o verticalmente, combinado con un sistema de difusión de luz con una disposición triangular de paneles cortados con láser que esparcen la luz en la habitación. la Universidad de Tecnología de Queensland en Brisbane. [6] En 2003, Veronica García Hansen, Ken Yeang e Ian Edmonds fueron galardonados con el Premio a la Innovación de la Revisión Económica del Lejano Oriente en bronce por este desarrollo. [7] [8]
La eficiencia de transmisión de luz es mayor si el tubo es corto y recto. En tubos más largos, angulados o flexibles, se pierde parte de la intensidad de la luz. Para minimizar las pérdidas, es fundamental una alta reflectividad del revestimiento del tubo; Los fabricantes afirman tener reflejos de sus materiales, en el rango visible, de hasta casi el 99,5 por ciento. [9] [10]
En el punto final (el punto de uso), un difusor esparce la luz por la habitación.
Los primeros tubos de luz horizontal pasiva a gran escala se construyeron en el Laboratorio de luz diurna de la Universidad A&M de Texas, donde se evaluó minuciosamente el rendimiento de la luz diurna anual en una habitación giratoria de 360 grados de 6 m de ancho por 10 m de profundidad. La tubería está recubierta con una película reflectante especular del 99,3% y el elemento de distribución en el extremo de la tubería de luz consiste en una película radial difusora de 4,6 m de largo con una transmitancia visible del 87%. El tubo de luz presenta niveles de iluminación consistentes que oscilan entre 300 y 2500 lux durante todo el año a distancias de entre 7,6 ma 10 m. [11]
Para optimizar aún más el uso de la luz solar, se puede instalar un helióstato que rastrea el movimiento del sol, dirigiendo así la luz solar hacia el tubo de luz en todo momento del día en la medida en que las limitaciones del entorno lo permitan, posiblemente con espejos adicionales u otros elementos reflectantes que influyen en la trayectoria de la luz. El helióstato se puede configurar para capturar la luz de la luna por la noche.
Fibra óptica
Las fibras ópticas también se pueden utilizar para la iluminación natural. Un sistema de iluminación solar basado en fibras ópticas plásticas estaba en desarrollo en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge en 2004. [12] [13] El sistema se instaló en el Museo Americano de Ciencia y Energía, Tennessee, EE.UU., en 2005, [14] y lanzado al mercado el mismo año por la empresa Sunlight Direct. [15] [16] Sin embargo, este sistema se retiró del mercado en 2009.
En vista del diámetro generalmente pequeño de las fibras, y la configuración eficiente de la iluminación natural requiere un colector parabólico para rastrear el sol y concentrar su luz. Las fibras ópticas destinadas al transporte ligero deben propagar tanta luz como sea posible dentro del núcleo; por el contrario, las fibras ópticas destinadas a la distribución de la luz están diseñadas para permitir que parte de la luz se filtre a través de su revestimiento. [17]
Las fibras ópticas también se utilizan en el sistema Bjork vendido por Parans Solar Lighting AB. [18] [19] Las fibras ópticas de este sistema están hechas de PMMA ( polimetilmetacrilato ) y revestidas con Megolon, una resina termoplástica libre de halógenos. Sin embargo, un sistema como este es bastante caro. [20]
El sistema Parans [21] consta de tres partes. Un colector, cables de fibra óptica y luminarias que difunden la luz en el interior. Uno o más colectores se colocan en o cerca del edificio en un lugar donde tendrán buen acceso a la luz solar directa. El colector consta de lentes montadas en perfiles de aluminio con un vidrio de cobertura como protección. Estas lentes concentran la luz solar en los cables de fibra óptica.
Los colectores son modulares, lo que significa que vienen con 4, 6, 8, 12 o 20 cables según la necesidad. Cada cable puede tener una longitud individual. Los cables de fibra óptica transportan la luz natural 100 metros (30 pisos) dentro y a través de la propiedad mientras retienen un alto nivel de calidad e intensidad lumínica. Ejemplos de implementaciones son el aeropuerto de Kastrup , la Universidad de Arizona y la Universidad de Estocolmo .
En Japón se había estudiado anteriormente un sistema similar, pero que utiliza fibras ópticas de vidrio. [22]
Corning Inc. fabrica Fibrance Light-Diffusing Fiber. Fibrance funciona al hacer brillar un láser a través de un cable de fibra óptica que difunde la luz. El cable emite un resplandor iluminado. [23]
Las fibras ópticas se utilizan en fibroscopios para aplicaciones de imágenes.
Guías de luz huecas transparentes
Una guía de luz prismática fue desarrollada en 1981 por Lorne Whitehead, profesor de física en la Universidad de Columbia Británica [24] [25] y se ha utilizado en iluminación solar tanto para el transporte como para la distribución de la luz. [26] [27] Una gran tubería solar basada en el mismo principio se instaló en un patio estrecho de un edificio de 14 pisos de un bufete de abogados de Washington, DC en 2001, [28] [29] [30] [31 ] [32] y se ha hecho una propuesta similar para Londres. [33] Se ha instalado otro sistema en Berlín. [34]
La empresa 3M desarrolló un sistema basado en película óptica de iluminación [35] y desarrollado el tubo de luz 3M, [36] , que es una guía de luz diseñado para distribuir la luz de manera uniforme sobre su longitud, con una película fina que incorpora prismas microscópicos, [25] que se ha comercializado en relación con fuentes de luz artificial, por ejemplo, lámparas de azufre .
A diferencia de una fibra óptica que tiene un núcleo macizo, una guía de luz de prisma conduce la luz a través del aire y, por lo tanto, se denomina guía de luz hueca.
El proyecto ARTHELIO, [37] [38] parcialmente financiado por la Comisión Europea, fue una investigación en los años 1998 a 2000 sobre un sistema de mezcla adaptativa de luz solar y artificial, y que incluye una lámpara de azufre , un helióstato y luz hueca. guías para transporte y distribución ligeros.
Disney ha experimentado en el uso de la impresión 3D para imprimir guías de luz internas para juguetes iluminados. [39]
Sistema basado en fluorescencia
En un sistema desarrollado por Fluorosolar y la Universidad de Tecnología de Sydney , dos capas de polímero fluorescente en un panel plano capturan la luz solar de onda corta, particularmente la luz ultravioleta , generando luz roja y verde, respectivamente, que es guiada hacia el interior de un edificio. Allí, la luz roja y verde se mezcla con luz azul artificial para producir luz blanca, sin infrarrojos ni ultravioleta. Este sistema, que recoge la luz sin necesidad de piezas móviles como un helióstato o un colector parabólico, está destinado a trasladar la luz a cualquier lugar dentro de un edificio. [40] [41] [42] Al capturar ultravioleta, el sistema puede ser especialmente eficaz en días brillantes pero nublados; esto debido a que la capa de nubes disminuye menos los rayos ultravioleta que los componentes visibles de la luz solar.
Propiedades y aplicaciones
Sistemas de iluminación híbridos y solares
Los tubos de luz solar, en comparación con los tragaluces convencionales y otras ventanas, ofrecen mejores propiedades de aislamiento térmico y más flexibilidad para su uso en habitaciones interiores, pero menos contacto visual con el entorno exterior.
En el contexto del trastorno afectivo estacional , puede valer la pena considerar que una instalación adicional de tubos de luz aumenta la cantidad de exposición diaria a la luz natural. De este modo, posiblemente podría contribuir al bienestar de los residentes o empleados y evitar los efectos de sobreiluminación .
En comparación con las luces artificiales , los tubos luminosos tienen la ventaja de proporcionar luz natural y ahorrar energía. La luz transmitida varía durante el día; si esto no se desea, los tubos de luz se pueden combinar con luz artificial en una configuración híbrida . [26] [43] [44] [45]
Se comercializan algunas fuentes de luz artificial que tienen un espectro similar al de la luz solar, al menos en el rango del espectro visible humano , [46] [47] [48] , así como un parpadeo bajo. [48] Se puede hacer que su espectro varíe dinámicamente para imitar los cambios de la luz natural durante el día. Los fabricantes y proveedores de tales fuentes de luz afirman que sus productos pueden proporcionar los mismos o similares efectos sobre la salud que la luz natural. [48] [49] [50] Cuando se consideran alternativas a las tuberías de luz solar, estos productos pueden tener costos de instalación más bajos pero consumen energía durante su uso; por lo tanto, pueden ser más derrochadores en términos de recursos y costos energéticos generales.
En una nota más práctica, los tubos de luz no requieren instalaciones eléctricas o aislamiento y, por lo tanto, son especialmente útiles para áreas húmedas interiores como baños y piscinas. Desde un punto de vista más artístico, los desarrollos recientes, especialmente los relacionados con los tubos de luz transparentes, abren nuevas e interesantes posibilidades para el diseño de iluminación arquitectónica . [ cita requerida ]
Aplicaciones de seguridad
Debido al tamaño relativamente pequeño y la alta emisión de luz de los tubos solares, tienen una aplicación ideal en situaciones orientadas a la seguridad, como prisiones , celdas de policía y otros lugares donde se requiere acceso restringido. Al ser de diámetro estrecho y no verse afectado en gran medida por las rejillas de seguridad internas, esto proporciona luz natural a las áreas sin proporcionar conexiones eléctricas o acceso de escape, y sin permitir que los objetos pasen a un área segura.
En dispositivos electrónicos
Los tubos de luz de plástico moldeados se utilizan comúnmente en la industria electrónica para dirigir la iluminación de los LED en una placa de circuito a los símbolos o botones indicadores. Estos tubos de luz suelen adoptar una forma muy compleja que utiliza curvas suaves como en una fibra óptica o tiene pliegues prismáticos afilados que se reflejan en las esquinas en ángulo. A menudo, los tubos de luz múltiples se moldean a partir de una sola pieza de plástico, lo que permite un fácil montaje del dispositivo, ya que los tubos de luz largos y delgados forman parte de un único componente rígido que encaja en su lugar.
Los indicadores de tubo de luz hacen que la electrónica sea más barata de fabricar, ya que la forma antigua consistía en montar una lámpara diminuta en un enchufe pequeño directamente detrás del punto a iluminar. Esto a menudo requiere mucha mano de obra para la instalación y el cableado. Los tubos de luz permiten que todas las luces se monten en una sola placa de circuito plana, pero la iluminación se puede dirigir hacia arriba y lejos de la placa varias pulgadas, donde sea necesario.
Ver también
- Iluminación anidólica
- Iluminación natural
- Iluminación natural activa
- Iluminación natural pasiva
- Prisma de cubierta
- Edificio verde
- Encendiendo
- Proyecto Litro de Luz
- Sobre iluminación
- Casa pasiva
- Diseño de edificios solares pasivos
- Tragaluces remotos
- Vidrio de prisma
- Tragaluz sin cámara
- Energía solar , esp. las secciones sobre iluminación solar y diseño solar en arquitectura
- Edificio de energía cero
Referencias
- ^ Chaves, Julio (2015). Introducción a la óptica sin imágenes, segunda edición . Prensa CRC . ISBN 978-1482206739. Archivado desde el original el 18 de febrero de 2016.
- ^ Biblioteca de imágenes de ciencia y sociedad Archivado el 6 de junio de 2011 en elanuncio de Wayback Machine para reflectores de patente de Chappuis, c 1851-1870.
- ^ Solatube International, historia Archivado el 29 de septiembre de 2009 en la Wayback Machine.
- ^ LBNL: El diseño y evaluación de tres sistemas avanzados de iluminación natural: estantes de luz, tubos de luz y tragaluces
- ^ LBNL: sistemas avanzados de iluminación natural óptica: estantes de luz y tubos de luz
- ^ Ken Yeang: tubos de luz: un dispositivo de diseño innovador para llevar luz natural e iluminación a edificios con un plano de planta profundo Archivado el 5 de marzo de 2009 en Wayback Machine , nominación para los premios a la innovación asiática de la revista Far East Economic Review 2003
- ^ Iluminando su lugar de trabajo: estudiantes de Queensland conducen la luz a su cubículo de oficina Archivado 2009-01-05 en Wayback Machine , 9 de mayo de 2005
- ^ Kenneth Yeang Archivado el 25 de septiembre de 2008en la Wayback Machine , Cumbre de ciudades del mundo 2008, 23 al 25 de junio de 2008, Singapur
- ^ "MIRO LIGHTPIPE" . Archivado desde el original el 14 de noviembre de 2006 . Consultado el 1 de agosto de 2006 .CS1 maint: bot: estado de URL original desconocido ( enlace )
- ↑ (en francés) Tube de Lumière Archivado el 25 de febrero de 2007 en la Wayback Machine.
- ^ LO Beltran: Evaluación del rendimiento de iluminación de un sistema de iluminación solar de núcleo innovador
- ^ Artículo sobre iluminación solar híbrida "Deja que brille el sol", Revista Discover, vol. 25, No. 07, julio de 2004 Archivado 2006-08-09 en la Wayback Machine
- ^ ORNL - Programa de tecnologías solares. Archivado el 1 de julio de 2013 en la Wayback Machine.
- ^ HSL aparece en la sección Novedades de Popular Science Archivado el 17 de diciembre de 2005en la Wayback Machine, junio de 2005, página 28
- ^ Laboratorio Nacional de Oak Ridge - Nueva empresa de Oak Ridge que pone iluminación solar híbrida en el mapa Archivado el 28 de septiembre de 2006 en la Wayback Machine.
- ^ La luz del sol Direct-arquitectónico Diseño de Información Archivado 2006-08-19 en la Wayback Machine
- ^ Uso de fibras ópticas difusivas para la iluminación de plantas. Archivado el 7 de septiembre de 2006 en la Wayback Machine.
- ^ Parans Bjork Archivado el 8 de julio de 2011 en la Wayback Machine.
- ^ Revisión del sistema Parans Bjork por Inhabitat Archivado el 26 de noviembre de 2010 en la Wayback Machine.
- ^ Sistema típico a partir de $ 10,000 Archivado 2011-07-08 en Wayback Machine
- ^ "Guía de luces de Parans" (PDF) .
- ^ Iluminación solar híbrida: traer un poco de sol a nuestras vidas , NBC News, marzo de 2005
- ^ Sitio web oficial de Corning Fibrance
- ^ Apague las luces, aquí viene el sol. Archivado el 30 de marzo de 2012en el Wayback Machine Toronto Globe and Mail, el 28 de enero de 2012.
- ^ a b Uso de películas prismáticas para controlar la distribución de la luz. Archivado el 7 de septiembre de 2006 en la Wayback Machine.
- ^ a b Iluminación del dosel solar: iluminación solar en UBC Archivado el 11 de septiembre de 2007 en la Wayback Machine.
- ^ marco de investigación Archivado el 3 de noviembre de 2005 en la Wayback Machine.
- ^ Tubo de luz solar en Washington, DC Archivado el 20 de febrero de 2006 en la Wayback Machine.
- ^ IDOnline.com - La revista de diseño internacional - Diseño gráfico, Diseño de producto, Arquitectura Archivado el 05 de septiembre de 2006 en la Wayback Machine.
- ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado (PDF) desde el original el 28 de septiembre de 2006 . Consultado el 3 de agosto de 2006 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Copia archivada" (PDF) (en alemán). Archivado (PDF) desde el original el 28 de septiembre de 2006 . Consultado el 3 de agosto de 2006 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Tubo de luz solar en Washington, DC", DETALLE 4/2004, Edificio con luz. Archivado el 12 de marzo de 2007 en la Wayback Machine.
- ^ Apple London - Special Ceiling Archivado el 22 de junio de 2006 en la Wayback Machine.
- ^ (en alemán) "Tageslicht aus der Tube", Faktor Licht, Nr. 4, 2003 Archivado 2006-11-05 en Wayback Machine (con una descripción de la tubería de luz en Potsdamer Platz, Berlín)
- ^ Heliobus con película de iluminación óptica de 3M (OLF) Archivado 2006-09-06 en Wayback Machine
- ^ 3M Light Management Solutions (EE. UU.) Archivado el 19 de noviembre de 2003 en la Wayback Machine.
- ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado (PDF) desde el original el 13 de julio de 2007 . Consultado el 5 de agosto de 2006 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ Mingozzi, Angelo; Bottiglioni, Sergio. "Un sistema innovador para la captación y transporte de la luz del día para largas distancias y mezcla con luz artificial procedente de guías de luz huecas" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 30 de septiembre de 2007.
- ^ "Disney desarrolla iluminación impresa en 3D para juguetes" . BBC News Online . 3 de octubre de 2012. Archivado desde el original el 4 de octubre de 2012.
- ^ Fluorosolar Archivado el 12 de enero de 2007 en la Wayback Machine.
- ^ FluoroSolar - Bringing the Sunshine Inside Archivado 2007-05-06 en Wayback Machine , Treehugger, 5 de febrero de 2006 (recuperado el 13 de enero de 2007)
- ^ Video archivado 2007-02-02 en Wayback Machine en un sistema basado en fluorescencia
- ^ Night Lite Archivado el 5 de agosto de 2006 en la Wayback Machine.
- ^ [1] Archivado el 18 de agosto de 2006 en la Wayback Machine.
- ^ Sunlight Direct: información de diseño de iluminación. Archivado el 21 de julio de 2006 en la Wayback Machine.
- ^ True-Lite Archivado el 8 de enero de 2002 en archive.today
- ^ "¿Qué es SoLux?" . Solux.net. Archivado desde el original el 6 de julio de 2008 . Consultado el 29 de septiembre de 2010 .
- ^ a b c "Copia archivada" (en alemán). Archivado desde el original el 31 de mayo de 2011 . Consultado el 2 de agosto de 2006 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Copia archivada" (en alemán). Archivado desde el original el 25 de junio de 2006 . Consultado el 2 de agosto de 2006 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Copia archivada" (en alemán). Archivado desde el original el 15 de junio de 2006 . Consultado el 2 de agosto de 2006 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
enlaces externos
Descripción general
- Fibra difusora de luz Corning Fibrance
- Los tubos de luz en "Potsdamer Platz" son fabricados por Heliobus AG Suiza [2]
- Iluminación inteligente para un estudio de casa inteligente (presentación de PowerPoint)
- Iluminación solar e iluminación de edificios mediante tubos de luz , Florida Solar Energy Center (en la Universidad de Florida Central)
- Iluminación natural con sistemas de guía de luz tubular (tesis)
- (en alemán) una descripción general de la guía ligera - PDF , HTML
- "Un estudio del rendimiento de los tubos de luz en condiciones nubladas y soleadas en el Reino Unido"
- Archivo Wayback de; "La luz del sol en un tubo", World Science, 2005
- Una serie de páginas de información de referencia técnica del Reino Unido, que se refieren a la información de instalación y montaje.
- "Uso de películas prismáticas para controlar la distribución de la luz", KG Kneipp, Taller internacional de iluminación en entornos controlados, TWTibbitts (editor), 1994, NASA-CP-95-3309 (con una descripción general de las tuberías de luz)
- (en alemán) Alexander Rosemann: Hohllichtleiter für Tageslichtnutzung. Pflaum Verlag, München 2002. ISBN 3-7905-0862-4
- Jenkins, David; Muneer, Tariq; Kubie, Jorge (2005), "Una herramienta de diseño para predecir el rendimiento de los conductos de luz", Energía y edificios , 37 (5): 485, doi : 10.1016 / j.enbuild.2004.09.014
- Monodraught SunPipe, con sede en el Reino Unido (y www.sunpipe.info), con amplia información técnica y de referencia
- < Http://www.glidevale.com/downloads/Sunscoop%20Tubular%20Rooflights.pdf > con sede en el Reino Unido y www.glidevail.com con amplia información técnica y de referencia
- Usar agua como tubo de luz
Otros enfoques para la captura y transmisión de la luz solar
- el enfoque japonés de "raspador de profundidad" : un espejo giratorio planeado para arrojar la luz del sol a lo profundo de un patio.
- Fachada de patio con heliostatos en Karl-Scharnagl-Ring Street en Munich, Alemania - PDF , HTML
- Heliostatos en la ciudad de Nueva York, EE. UU.
- Descripción, entre otros temas, del panel de iluminación natural de productos ópticos solares de 3M
- Listado de publicaciones de patentes dentro de la clase CPC F21S11 / 00 ("Dispositivos o sistemas de iluminación que utilizan luz natural"), algunas de las cuales se relacionan con tubos de luz, por ejemplo:
- Patente de EE. UU. 4761716
- Patente estadounidense 6502950
- Patente de EE. UU. 6840645