Patrón de Haz – Patrón de Distribución de la Intensidad Luminosa

Un patrón de haz es el descriptor fundamental de cómo una fuente de luz distribuye su intensidad en el espacio. En fotometría e ingeniería de la iluminación, comprender los patrones de haz es esencial para diseñar sistemas de iluminación seguros, eficientes y conformes a las normas regulatorias. Esta entrada de glosario explica el concepto de patrón de haz, los tipos de distribuciones luminosas, la medición fotométrica y la aplicación práctica en campos como la arquitectura, la industria y la aviación.

¿Qué es un Patrón de Haz?

Un patrón de haz especifica la disposición espacial de la intensidad luminosa (medida en candela, cd) emitida por una luminaria o dispositivo de iluminación. Describe matemáticamente cuán intensamente brilla una fuente en cada dirección, no solo el punto o la forma visible de la luz sobre una superficie.

El patrón de haz se visualiza típicamente mediante diagramas fotométricos, más frecuentemente diagramas polares, donde la longitud de una línea en un ángulo dado desde el centro representa la intensidad en esa dirección. El resultado es una “huella digital” única para cada tipo de luminaria, revelando si su luz está enfocada de forma estrecha, ampliamente distribuida, es simétrica o asimétrica.

Las características clave incluyen:

• Ángulo de haz: Anchura angular donde la intensidad es al menos el 50% del valor máximo.
• Ángulo de campo: Anchura angular donde la intensidad cae al 10% del valor máximo.
• Simetría: Indica si la luz se distribuye de manera uniforme en todas las direcciones o se dirige hacia una dirección específica.

Importancia en el Diseño de Iluminación

El patrón de haz determina qué tan bien una luminaria cumple con los requisitos de confort visual, seguridad, eficiencia energética y conformidad con normativas como las de la Illuminating Engineering Society (IES), la Comisión Internacional de Iluminación (CIE) y la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI). En la práctica moderna, disponer de datos precisos de patrón de haz—habitualmente en formatos digitales estandarizados—es vital para la simulación, el diseño y la certificación de la iluminación.

Patrones de Distribución de la Luz: Tipos IESNA y NEMA

Los patrones de distribución de la luz ayudan a los profesionales a seleccionar la luminaria adecuada para cada aplicación, asegurando un rendimiento óptimo y el cumplimiento de la normativa.

Tipos de Distribución IESNA (I–V)

La Illuminating Engineering Society of North America (IESNA) clasifica las luminarias según la dispersión horizontal de la luz, en relación con la altura de montaje, para iluminación de calles y áreas. Cada tipo se adapta mejor a tareas específicas:

Nota Técnica:
Los patrones tipo III y IV minimizan áreas oscuras y maximizan la cobertura útil, mientras que el tipo V brinda iluminación uniforme en todas las direcciones, ideal para instalaciones centrales en espacios abiertos.

Contexto Aeronáutico

En aviación, existen tipos de distribución análogos para luces de pista, calles de rodaje y aproximación. Los patrones de haz están estrictamente controlados para garantizar la visibilidad a los pilotos sin causar deslumbramiento ni contaminación lumínica, siguiendo el Anexo 14 de la OACI y normas nacionales.

Tipos de Ángulo de Haz NEMA (1–7)

La National Electrical Manufacturers Association (NEMA) clasifica los patrones de haz según el ancho angular (en grados) donde la intensidad luminosa cae al 10% del valor máximo—útil para proyectores, reflectores y luminarias direccionales.

Guía de Selección:
Elija tipos NEMA para aplicaciones que requieran haces dirigidos o iluminación de realce (por ejemplo, deportes, elementos arquitectónicos), y tipos IESNA para cobertura general de áreas.

Intensidad Luminosa y Distribución Fotométrica

La intensidad luminosa (candela, cd) cuantifica la salida lumínica en una dirección particular. La distribución fotométrica es el mapeo completo de la intensidad respecto al ángulo, formando la base de los cálculos de iluminación.

Archivos de Datos Fotométricos

Los fabricantes proporcionan archivos fotométricos digitales—como IES (.ies) o EULUMDAT (.ldt)—que contienen valores de intensidad medidos en ángulos definidos. Estos archivos son esenciales para:

• Simular diseños de iluminación en software (por ejemplo, DIALux, AGi32)
• Verificar el cumplimiento normativo (por ejemplo, OACI para aviación, normativas locales)
• Calcular iluminancia, uniformidad, deslumbramiento y luz parásita

Ejemplo Aeronáutico:
El Anexo 14 de la OACI establece requisitos mínimos y máximos de intensidad para las luces aeroportuarias en sectores angulares específicos. Los datos fotométricos certificados aseguran la conformidad y la navegación segura.

Modelado Avanzado del Haz

Ópticas como reflectores, matrices de lentes y difusores pueden esculpir la distribución fotométrica, permitiendo patrones de haz personalizados para demandas arquitectónicas o técnicas.

Distribución de Luz Simétrica vs. Asimétrica

Distribución Simétrica

Un patrón de haz simétrico emite luz de manera uniforme en todas las direcciones alrededor de su eje.

• Las curvas fotométricas en los principales planos (por ejemplo, C0–C180 y C90–C270) son casi idénticas.
• Aplicaciones: Áreas abiertas, almacenes altos, plazas, cierta iluminación de plataformas.
• Ventajas: Iluminación uniforme, instalación sencilla, requiere mínimo direccionamiento.
• Desventajas: Posible desperdicio de luz fuera del área objetivo.

Distribución Asimétrica

Un patrón asimétrico dirige intencionalmente más luz hacia una dirección preferente.

• Las curvas fotométricas difieren entre los planos principales, con un “lóbulo” pronunciado.
• Aplicaciones: Vías (proyectando luz sobre la calzada), iluminación de muros, perímetros, luces de aproximación/pista en aviación.
• Ventajas: Mayor eficiencia, menor deslumbramiento y dispersión, cumplimiento de requisitos de cielo oscuro.
• Desventajas: Requiere diseño y direccionamiento cuidadosos.

Cómo Determinar la Simetría

• Compare las curvas fotométricas (C0–C180 vs. C90–C270): idénticas = simétrico; diferentes = asimétrico.
• Revise la aplicación: Las tareas direccionales requieren asimetría.

Regulación OACI:
Las luminarias aeronáuticas suelen requerir asimetría (por ejemplo, haz frontal para luces de aproximación), con formas de haz definidas con precisión en las normas.

Lectura de Curvas y Diagramas Fotométricos

Las curvas fotométricas muestran gráficamente cómo se distribuye la luz alrededor de una luminaria.

Planos C y Ejes de Referencia

• C0–C180: A lo largo del eje principal de la luminaria.
• C90–C270: Perpendicular al eje principal.
• La intensidad se mide en incrementos angulares regulares en cada plano.

Diagramas Polares

Un diagrama polar muestra radios de intensidad en cada ángulo desde el centro:

• Diagrama circular: Distribución simétrica y uniforme.
• Lóbulo alargado: Haz enfocado y estrecho.
• Abultamiento descentrado: Haz asimétrico y direccional.

Cálculo de Ángulos de Haz y de Campo

• Ángulo de haz: Anchura angular por encima del 50% de la intensidad máxima.
• Ángulo de campo: Anchura angular por encima del 10% de la máxima.

Ejemplo:

Si el pico es de 1200 cd, busque los ángulos donde la intensidad cae a 600 cd (50%); el ángulo entre estos puntos es el ángulo de haz.

Ejemplo Aeronáutico

Las luces de aproximación deben tener ángulos de haz verticales y horizontales estrictamente controlados, según el Anexo 14 de la OACI, para maximizar la visibilidad del piloto y minimizar el deslumbramiento a nivel del suelo.

Aplicaciones y Casos de Uso

Entornos Exteriores

• Tipo I/II: Caminos lineales, vías estrechas.
• Tipo III: Calles amplias, estacionamientos.
• Tipo IV: Perímetros de sitios, bordes de edificios.
• Tipo V: Plazas, intersecciones.
• Asimétrico: Vías, fachadas, campos deportivos, cumplimiento de cielo oscuro.

Aviación

• Luces de borde de pista/calle de rodaje: Patrones lineales o asimétricos para guiado.
• Luces de aproximación/umbral: Haces asimétricos y frontales para máxima visibilidad del piloto.
• Iluminación de plataforma: Simétrica o semi-simétrica para iluminación uniforme del suelo.

Entornos Interiores

• Simétrico: Oficinas, almacenes, aulas, naves industriales.
• Asimétrico: Iluminación de muros, exhibiciones, realce, galerías/museos.

Tabla Comparativa Resumida

Lista de Buenas Prácticas para Elegir un Patrón de Haz

1. Adapte la distribución a la aplicación: Elija el patrón de haz (tipo IESNA/NEMA, simetría) que se ajuste a la tarea y el entorno.
2. Revise archivos fotométricos: Inspeccione diagramas polares y datos digitales (IES/LDT) para verificar conformidad y adecuación.
3. Evalue altura de montaje y tamaño de área: Use diagramas de isolux para comprobar la cobertura a las alturas previstas.
4. Controle el deslumbramiento y la contaminación: Seleccione patrones asimétricos y/o apantallamientos para vías, perímetros y aviación, para limitar la dispersión y la contaminación lumínica.
5. Optimice el uso energético: Los haces dirigidos mejoran la eficiencia y reducen el desperdicio.
6. Simule antes de instalar: Use software de iluminación para comprobar iluminancia, uniformidad e índices de deslumbramiento.
7. Consulte normas: Asegure el cumplimiento con IES, CIE, OACI y normativas locales.
8. Verifique la simetría: Confirme que la distribución de la luminaria corresponde a la aplicación (use datos de fabricante o ensayos de laboratorio).

Recursos Adicionales

• Manual de Iluminación de la IES
• Anexo 14 de OACI, Vol. 1 – Diseño y Operaciones de Aeródromos
• Informes Técnicos CIE sobre Fotometría
• Hojas de datos y archivos de simulación fotométrica de fabricantes (IES/LDT)
• Software de simulación de iluminación DIALux, AGi32

En resumen:
El patrón de haz es la característica definitoria del rendimiento de una luminaria, crucial para entregar la luz adecuada, en el lugar correcto y con la intensidad precisa. Ya sea especificando iluminación aeroportuaria para la seguridad en aviación, diseñando iluminación vial o arquitectónica, u optimizando entornos industriales e interiores, comprender y aplicar los datos de patrón de haz garantiza el éxito en cada proyecto de iluminación.