1. introducción - upm

Título del trabajo/ Title of paper

Mapa de la iluminación y propuestas de mejora en las áreas de trabajo de la ETS de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio de la Universidad Politécnica de Madrid

Autor/es/ Author/s

María Zamarreño Suárez, María Saiz Coronado, Arturo Carceller Icardo, Daniel Alfonso Corcuera, Fernando Gallardo Moya, Santiago Pindado Carrión, Francisco Javier Bugallo Siegel, Carlos Lozano Arribas

Afiliación/es del autor/es/ Affiliation/s of the author/s

Universidad Politécnica de Madrid

Dirección principal/ Mail address

E.T.S.I. Aeronáutica y del Espacio Dpto. Sistemas Aeroespaciales, Transporte Aéreo y Aeropuertos Plaza del Cardenal Cisneros 3 28040 Madrid

Teléfono, fax, e-mail de la persona de contacto/ Phone, fax number and e-mail address of the contact person

+34 91 06 76087 / +34 91 06 75955 [email protected]

Tema: 1.- Científico y formación.

mailto:[email protected]

1. Introducción

1.1. La Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (ETSIAE)

La Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (ETSIAE) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) es el centro de esta universidad dedicado a la docencia en ingeniería y ciencias aeronáuticas y espaciales. Esta nueva escuela se crea, como unión de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos (ETSIA) y de la Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Aeronáutica (EUITA), a raíz de la implantación en la universidad de las nuevas titulaciones reguladas por el Real Decreto 1393/2007 y enmarcadas en el Espacio Europeo de Educación Superior. Este nuevo centro, que fue inicialmente denominado Escuela de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio (EIAE), fue constituido en el acuerdo de 3 de julio de 2008 del Consejo de Gobierno de la Comunidad Autónoma de Madrid.

Los comienzos de la ETSIAE han ido de la mano con la extinción de los dos centros a los que reemplaza, siendo su implantación paulatina. Así pues, la ETSIAE es una escuela que hereda en el momento de su constitución la tradición y la experiencia de dos escuelas ya asentadas, la ETSIA y la EUITA:

• La Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos (ETSIA) tiene sus orígenes en la Escuela Superior Aerotécnica, la cual fue creada en 1928 para formar técnicos cualificados en respuesta al auge de las primeras líneas aéreas españolas. Esta escuela, que inicialmente estaba situada junto al Aeródromo de Cuatro Vientos en Madrid, se transformó en la Academia Militar de Ingenieros Aeronáuticos, dependiente del entonces Ministerio del Aire, entre 1939 y 1948. Posteriormente, pasó a denominarse Escuela Especial de Ingenieros Aeronáuticos, dependiente del Ministerio de Educación Nacional, y con la capacidad de otorgar el título de Ingeniero Aeronáutico. En 1954, se traslada a su ubicación actual, en la Ciudad Universitaria de Madrid, pasando a denominarse Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos (ETSIA) en 1957 . En 1971 se integra, como ya se ha mencionado, en la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). La ETSIA ha sido el centro de la UPM responsable de las titulaciones de Ingeniero Aeronáutico, de los títulos oficiales de Máster relacionados con la Ingeniería Aeronáutica y Espacial previos al Real Decreto 1393/2007, y de los distintos programas de Doctorado en Ingeniería Aeroespacial . Entre 1954 y 2016, obtuvieron su título 7.611 ingenieros aeronáuticos, correspondientes a 6 Planes de Estudios diferentes, y se han formado un total de 318 doctores.

• La Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Aeronáutica (EUITA) tiene su origen en la Escuela de Ayudantes de Ingenieros Aeronáuticos, creada en 1939 dentro de la Academia Militar de Ingenieros Aeronáuticos del Ejército del Aire. En 1957 se transforma en Escuela de Peritos Aeronáuticos, pasando a depender del Ministerio de Educación y Ciencia . En 1972, pasó a denominarse Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Aeronáutica, integrándose también en la Universidad Politécnica de Madrid . La EUITA tiene su sede en el campus de Ciudad Universitaria desde 1966, y ha sido el centro de la UPM responsable de la impartición de las titulaciones de Ingeniero Técnico Aeronáutico. A lo largo de su historia, se han graduado un total de 7.096 ingenieros técnicos aeronáuticos en sus 5 especialidades. La ceremonia de clausura de este centro se celebró el 16 de julio de 2015.

Los últimos datos publicados, correspondientes al curso 2016-2017, indican un total de 3.468 alumnos en la escuela, haciendo de la ETSIAE una de las escuela más pobladas de la Universidad Politécnica de Madrid (tras la ETS Arquitectura y la ETSI Industriales).

La ETSIAE cuenta con una superficie de 36.500 m2 en instalaciones, siendo su plantilla de 246 profesores (PDI) y 141 personas pertenecientes al colectivo del personal de administración y servicios (PAS), de los cuales 56 son funcionarios y 85 laborales. Cabe destacar que de la plantilla de PDI de la ETSIAE, más del 70% son titulados en disciplinas relacionadas con la Ingeniería Aeroespacial, por lo que el profesorado de la ETSIAE está estrechamente vinculado con las asignaturas impartidas en los Planes de Estudios.

Figura 1. Actual Edificio A de la ETSIAE en construcción en el año 1955 como edificio de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos (ETSIA).

Tras las obras acometidas en los últimos años, la actual ETSIAE cuenta con cinco edificios, nombrados alfabéticamente como Edifcios A, B, C, D y E. En ellos, se imparte docencia del Grado en Ingeniería Aeronáutica (GIA) y el recientemente implementado Grado en Gestión y Operaciones del Transporte Aéreo (GYOTA), así como cuatro masteres oficiales: Master Universitario en Ingeniería Aeronáutica (MUÍA), Master Universitario en Sistemas de Transporte Aéreo (MUSTA), Master Universitario en Sistemas Espaciales (MUSE) y Master Universitario en Matemática Industrial (MUMI), además de otros masteres propios ofertados por la UPM.

La variedad de titulaciones, así como las plazas ofrecidas, obliga a la escuela a estructurar los períodos lectivos en turnos de mañana y tarde. Precisamente, por este motivo, resulta especialmente interesante el estudio de la iluminación en las aulas. Son muchos los alumnos que asisten a una parte importante de sus clases únicamente con iluminación artificial con la fatiga visual que esto lleva asociado.

El presente trabajo se centra en el estudio de la iluminación de las aulas de la planta baja del edificio A. Se ha considerado éste por ser el más antiguo de la escuela y dicha planta por ser la que presenta una mayor densidad de aulas.

Los datos comentados con anterioridad, dan buena cuenta de la posible obsolescencia de las instalaciones de la escuela y, en particular, de los sistemas de iluminación del Edificio A de la ETSIAE que es heredado de la antigua ETSIA, y que fue construido en los año 50 del siglo XX (véase la Figura 1). Además, se pone de relieve que los posibles problemas de iluminación en aulas y otros espacios docentes pueden afectar a un número elevado de personas.

1.2. la iluminación en centros docentes universitarios

Las aulas constituyen un centro neurálgico para todas las personas que asisten a clase durante el curso académico. La iluminación es un factor fundamental para la comodidad de los estudiantes, especialmente cuando la docencia se imparte en horario de tarde.

Estudiar la iluminación actual es el primer paso para encontrar formas de hacerla más eficiente. Además, resulta especialmente interesante que ese análisis provenga de grupos de investigación dentro de las propias universidades, al ser los primeros afectados por las condiciones, no siempre óptimas, de la iluminación en estos espacios.

Son muchos los artículos publicados a nivel internacional en los que grupos de investigación proponen mejoras en los espacios docentes, desde pequeños cambios en la instalación existente hasta sofisticadas formas para el ahorro de energía [1-9].

En esta línea, el presente trabajo tiene por objeto presentar los primeros resultados del estudio de los valores de iluminancia en los espacios docentes de la ETSIAE. Se pretende crear un mapa de iluminación que ayude a conocer la situación actual, y así acometer los cambios que se consideren necesarios para mejorar los niveles de iluminación. Los resultados incluidos en este trabajo representan el análisis realizado sobre tres aulas docentes representativas del edificio más antiguo de la ETSIAE, como se explicará en detalle en el siguiente apartado.

La normativa de referecia seguida es la UNE 12464-1: Norma Europea sobre la iluminación para interiores, la cual establece los requisitos de iluminación, según la actividad, para la satisfacción de tres necesidades básicas: el confort visual, las prestaciones visuales y la seguridad [10]. Dentro del apartado de edificios educativos, 500 Ix es el valor medio de referencia para las aulas para clases nocturnas y educación de adultos y también para las pizarras, como puede verse en la Figura 2. Se ha de mencionar que este valor de 500 Ix es mayor que los valores de iluminación recomendados para aulas (Iluminación general: 300 Ix; Pizarra (plano vertical: 300 Ix) en la "Guía Técnica de Eficiencia Energética en Iluminación. Centros Docentes" [11].

2. EDIFICIOS EDUCATIVOS

N-REF

2.1

:e

TIPO DE INTERIOR. TAREA ACTTV AULAS. AULAS DE TUTORÍA AULAS PARA CLASES NOCTURNAS Y EDUCACIÓN DE ADULTOS

1DAD

SAL4 DE LECTURA PIZARRA

MbSA Ut DEMOSTRACIONES

Emlux 300

500

500 500 500

UGRL

19

19

19 19 19

Ra 80

50

80 80 50

AULAS DE ARTE 500 19 90

Figura 2. Detalle de la tabla recogida en el apartado de Edificios Educativos de la Norma UNE 12464-1, donde aparecen señaladas en amarillo las filas con los valores de referencia para las aulas para clases nocturnas y las pizarras.

1.3. Objetivos del presente trabajo

Como se ha comentado anteriormente, este trabajo se centra en el estudio de las aulas de la planta baja del Edificio A de la ETSIAE. Después de haberse realizado medidas de la iluminancia de las 16 aulas de esta planta, se presentan aquí los resultados de tres aulas, distintas entre sí, representativas del resto. Las aulas elegidas han sido la A-005 (Aula 1), A-038 (Aula 2) y A-016 (Aula 3):

• Aula 1: Ubicada en el pasillo principal del edificio. En ella, se imparten clases de los primeros cursos del GIA.

• Aula 2: Localizada en una de las esquinas del edificio, donde se imparten clases de la especialidad de propulsión aeroespacial.

• Aula 3: Situada en uno de los extremos del edificio. En ella, se imparten clases de máster.

En la Figura 3, se representa la planta baja del Edicicio A de la ETSIAE, en la cual se encuentran las aulas que no han sufrido ninguna reforma en cuanto a su sistema de iluminación desde su inauguración. Las aulas estudiadas se han marcado en la anteriormente mencionada figura, y sus características se han incluido en la Tabla 1.

Adicionalmente, en la Figura 4, pueden verse imágenes de las clases, vistas desde la última fila y desde la tarima del profesor.

Se ha de aclarar que en esta etapa del trabajo no se ha prestado atención a fenómenos como el deslumbramiento o la reproducción del color, quedando el análisis de ello para posteriores etapas de este estudio.

1.4. Estructura del presente trabajo

En primer lugar, se tomaron valores de la iluminancia en las mesas de trabajo de los alumnos y en la pizarra de las tres aulas. Posteriormente, se realizó una simulación mediante el programa DIALux para reproducir, lo más exactamente posible, las condiciones de iluminación reales. Sobre esta simulación, se han estudiado posibles mejoras en los sistemas de iluminación de las aulas.

Este trabajo se organiza del siguiente modo. En la segunda sección, se describen los elementos de medida empleados y las caracetrísticas de la campaña de medidas

realizadas. En el tercer apartado, se incluyen los resultados. Finalmente, en la cuarta sección, se incluyen unas conclusiones.

Figura 3. Representación de la planta baja del edificio A de la ETSIAE. Se han señalado, en verde, las aulas estudiadas en el presente trabajo: Aula 1 (005.0), Aula 2 (038.0) y Aula 3 (016.0). Plano cortesía de la Dirección de la ETSIAE.

Tabla 1. Características principales de las aulas estudiadas en el presente trabajo.

Aula

Aulal

Aula 2

Aula 3

Dimensiones [m x m]

11.9x8.7

13.65x8.75

8x4.05

Superficie [m2]

105.53

113.89

32.40

Altura luminarias [m]

3.70

3.70

3.20

Capacidad [n° de alumnos]

99

115

26

Figura 4. Fotografías de los casos estudiados: Aula 1 (arriba); Aula 2 (medio); Aula 3 (abajo). Las fotografías de la izquierda son tomadas desde la última fila de cada aula, mientras que las de la derecha están tomadas desde la primera fila.

2. Campaña de medidas. Equipos y procedimiento de medida

Pese a que, en el presente trabajo, se comentarán los resultados de las tres aulas anteriormente descritas, se han tomado medidas de las 16 aulas de docencia de la planta baja del edificio. Las medidas se han realizado siempre por la noche, considerando la situación más desfavorable para los alumnos, cuando deben asistir a clase en el turno de tarde. Además, para disminuir los reflejos de las luminarias en las ventanas, siempre se han bajado las cortinas. Para la medición de las clases, se han empleado los siguientes equipos:

• Cinta métrica de 5 metros. • Medidor de distancias láser HILTI PD-30

o Dimensiones (largo x ancho x alto): 120 x 65 x 28 mm o Peso: 220 g (sin pilas) o Precisión: ±1,5 mm o Resolución: 1 mm

• Luxómetro CEM DT-1308 o Dimensiones del foto detector (largo x ancho x alto): 115 x 60 x 40 mm o Longitud del fotodetector: 150 cm aproximadamente. o Peso: 390 g. o Precisión: ± 5% rdg ± 0,5% f.s. o Resolución: 0.1 Ix en el rango empleado en este trabajo, 400,0 Ix.

El procedimiento seguido en cada clase ha sido el siguiente:

a) Dimensiones y posición de los objetos

El primer paso consiste en la medida de las dimensiones del aula, empleando el medidor de distancias láser y la cinta métrica para menores longitudes. Se han anotado valores referentes a:

• Generales de la clase: largo, ancho y alto, color de las paredes y del techo. • Zona de la pizarra: largo, ancho, posición en la que está situada la pizarra,

así como dimensiones y altura de la tarima y de la mesa del profesor. • Ventanas: Dimensiones, posición en la clase, color de las cortinas,

dimensiones del alféizar. • Mesas de los estudiantes: número, dimensiones y distribución. Separación

entre las columnas y las filas. • Luminarias: dimensiones, posición, altura a la que están colocadas,

fabricante y modelo. Anotación de incidencias (en caso de no funcionar adecuadamente, parpadeos, modelos fundidos, etc.)

• Otros elementos: posición y tamaño de las vigas, puertas y cualquier incidencia observada que pudiese resultar de interés para la justificación de los resultados de iluminancia obtenidos.

b) Valores de iluminancia en las mesas de trabajo de los estudiantes y la pizarra

En cada mesa individual, se han tomado tres mediciones equiespaciadas en cada uno de los extremos y una en el centro. Como las mesas de las aulas estudiadas están pensadas para más de una persona, se han tomado 15 valores para las mesas de tres estudiantes y 11 para las de dos, como puede verse en la Figura 5.

' © (f) (D ® ® ® :; - 7 - - 11 (15)

Figura 5. Posición de los puntos de medida en las mesas de las aulas pensadas para tres y dos estudiantes, respectivamente.

Empleando la cinta métrica, se han señalado en cada mesa los puntos indicados en la figura anterior. Posteriormente, se ha empleado el luxometro para la determinación del valor de iluminancia, en Ix. Siguiendo este procedimiento, se han medido 504 puntos en el Aula 1, 556 puntos en el Aula 2 y 142 puntos en el Aula 3. En el caso de las pizarras, se ha considerado como referencia para las medidas la línea central de la misma. En la Figura 6, pueden verse los puntos de medición en las pizarras más largas, de 7 x 1,5 m. Se han tomado seis medidas, equiespaciadas 1 metro. En la pizarra del Aula 3, de dimensiones 3,50 x 1,22 m, se ha seguido el mismo planteamiento, obteniéndose en este caso 3 medidas.

l m l m l m l m l m l m + •4- -> •*- -*• -4- + •4- + 4-

O O O O O O : ]

Figura 6. Posición de los puntos de medida en las pizarras de 7 x 1,5 [m]. En la pizarra del Aula 3, el planteamiento es análogo, obteniéndose tres mediciones al ser sus dimensiones de 3,50 x 1,22 [m].

3. Resultados

En este apartado, se presentan los resultados obtenidos, siguiendo la metodología descrita con anterioridad. En primer lugar, se incluyen las medidas realizadas en las aulas. Posteriormente, se explica la simulación que se ha ejecutado con el programa informático DIALux y, por último, se comentan las propuestas de mejora sobre la situación actual.

3.1. Iluminación medida en las aulas

Una vez anotados todos los valores de iluminancia, se presentan los valores medio, máximo y mínimo en cada una de las mesas. Se ha seguido una estructura matricial para identificar cada mesa. Cada una de ellas ha sido nombrada por una pareja de números (/',_/), siendo /' la fila a la que pertenece y ; la columna (véanse más adelante

las Figuras 7, 8 y 9). Para cada una de las aulas, se presenta un esquema que permita localizar con mayor facilidad cada una de las mesas.

a) Aula 1

La Figura 7 muestra el esquema de distribución de las mesas en el Aula 1. Como puede verse, la planta del aula es rectangular y cuenta con cuatro columnas de mesas, todas ellas con nueve filas. La columna de mesas más cercana a la puerta es para dos estudiantes, mientras que el resto son para tres. En la Tabla 2, aparecen los valores medio, máximo y mínimo medido en cada una de las mesas. A la vista de los valores incluidos en esta tabla, puede concluirse que el valor medio de iluminancia de la clase es de 133 Ix, siendo el máximo de 183 Ix y el mínimo de 19,5 Ix. De las seis mediciones tomadas en la pizarra, el valor medio es 224 Ix, el máximo 242 Ix y el mínimo 203 Ix.

(i , i)

(2,1)

(3,1)

(4,1)

(5,1)

(6,1)

(7,1)

(8,1)

(9,1)

(1,2)

(2,2)

(3,2)

(4,2)

(5,2)

(6,2)

(7,2)

(8,2)

(9,2)

(1,3)

(2,3)

(3,3)

(4,3)

(5,3)

(6,3)

(7,3)

(8,3

(9,3)

PIZARRA

COLUMNA 1 COLUMNA 2 COLUMNA 3 COLUMNA 4

1,4)

(2,4)

(3,4)

(4,4)

5,4)

(6,4)

(7,4)

(8,4)

(9,4)

Figura 7. Distribución en planta de las mesas en el Aula 1.

Tabla 2. Valor medio máximo y mínimo [Ix] medidos en el Aula 1.

Mesa

(1,1) (2,1)

(3,1)

(4,1) (5,1)

(6,1)

(7,1)

(8,1)

(9,1) (1,2) (2,2)

(3,2)

(4,2) (5,2)

(6,2)

(7,2)

(8,2)

(9,2)

(1,3) (2,3)

(3,3)

(4,3)

(5,3) (6,3)

(7,3)

(8,3)

(9,3)

(1,4) (2,4)

(3,4)

(4,4)

(5,4) (6,4)

(7,4)

(8,4)

(9,4)

Media [Ix]

112 108 117 127 116 108 106 115 111 149 152 159 168 153 148 141 154 145 146 151 161 167 150 148 140 152 142 117 116 124 133 119 110 110 119 106

Máximo [Ix]

141 140 154 161 150 137 135 146 140 159 162 177,5

183 170 160 153 168,5

166 152 159 173 174 158 155 147 158,5

161 140 145 152 160 144 136 140 143 141

Mínimo [Ix]

55 19,5

42 46 48 33 42 37 41 140 141 145 150 140 139 133 143 123 140 143 143 162 146 144 130 144 131 88,5 64 87,5

100 92,5 66 74 89 45,5

b) Aula 2

Este aula cuenta con 115 mesas distribuidas en 4 columnas. Las dos más cercanas a la pared de las ventanas cuentan con 10 filas. Por otro lado, las dos más cercanas a la puerta cuentan con 11 filas, pues la clase es más larga en esa zona. Todas las mesas son de tres personas, salvo la columna más cercana a la puerta, que es de 2. En la Figura 8, se puede consultar la vista en planta de las mesas de la clase. En la Tabla 3, se indican los valores medio, máximo y mínimo [Ix] medidos en cada una de las mesas. El valor medio de iluminancia de la clase es de 132 Ix, el máximo de 176 Ix y el

mínimo de 71 Ix. En lo relativo a la pizarra, el valor medio obtenido es 246 Ix, siendo el máximo 275 Ix y el mínimo 232 Ix.

PIZARRA

COLUMNA 1 COLUMNA 2 COLUMNA 3 COLUMNA 4

(1,1)

(2,1)

(3,1)

(4,1)

(5,1)

(6,1)

(7,1)

(8,1)

(9,1)

10,1

(1,2)

(2,2)

(3,2)

(4,2)

(5,2)

(6,2)

(7,2)

(8,2)

(9,2)

(10,2

(1,3)

(3,3)

(5,3)

(9,3)

10,3

1,4)

(2,3) (2,4)

(3,4)

(4,3) (44)

(5,4)

(6,3) (6,4)

(7,3) (7,4)

(8,3) (8,4)

(9,4)

(10,4)

11,3 (11,4)

Figura 8. Esquema en planta de la distribución de mesas del Aula 2.

Tabla 3. Valores medio, máximo y mínimo [Ix] medidos sobre el plano de trabajo de las mesas del aula 2.

Mesa

(1,1) (2,1)

(3,1)

(4,1)

(5,1)

(6,1) (7,1)

(8,1)

(9,1) (10,1)

(1,2) (2,2)

(3,2)

(4,2)

(5,2) (6,2)

(7,2)

(8,2)

(9,2) (10,2)

(1,3) (2,3)

(3,3)

(4,3)

(5,3) (6,3)

(7,3)

(8,3)

(9,3) (10,3)

(11,3)

(1,4) (2,4)

(3,4) (4,4)

(5,4)

(6,4)

(7,4)

(8,4) (9,4) (10,4)

(11,4)

Media [Ix]

122 125 128 139 127 109 104 118 131 120 152 151 153 166 149 132 125 136 155 145 152 150 151 163 149 131 127 137 155 144 110 123 123 123 135 125 108 107 117 132 118 92

Máximo [Ix]

146 147 155 165 155 128 121 140,5

152 146 164 159,5

166 176 166 161 131 150 167 162 161 156 160,5

170 162 138 130 144 160 157 123 148 141 149 161 153 128 123 141 155,5

147 115

Mínimo [Ix]

90 92 94 99 90 78 71 81 88 77,5

142 141 142 158 139 122 119 126 145 132 137 144 144,5

158 140 119 126 130 149,5 134 101 101 102 97 105 97 75,5

87 93 105 89 71

c) Aula 3

Este aula tiene unas dimensiones menores que las otras dos. Su planta es rectangular y las 10 mesas están distibuidas en dos columnas de cinco filas cada una. La última mesa de cada columna tiene dos sillas, mientras que el resto cuenta con 3. En la Figura 9, se puede consultar el esquema en planta del aula. En la Tabla 4 se recogen los valores medio, máximo y mínimo [Ix] obtenidos en cada una de las mesas. El valor de iluminancia medio de la clase es de 132 Ix. El máximo es de 197 Ix y el mínimo de 59 Ix. En la pizarra, se han tomado tres mediciones, siendo el valor medio 112 Ix, el máximo 120 Ix y el mínimo 105 Ix.

I 3 |

COLUMNA 1

(1,1)

(2,1)

(3,1)

(4,1)

(5 1)

PIZARRA

COLUMNA 2

(1,2)

(2,2)

(3,2)|

(4,2)

(5

J

2)

1

II Figura 9. Distribución en planta de las mesas del Aula 3.

Tabla 4. Valores medio, máximo y mínimo [Ix] medidos en cada una de las mesas del Aula 3.

Mesa (1,1) (2,1) (3,1) (4,1) (5,1) (1,2) (2,2) (3,2) (4,2) (5,2)

Media [Ix] 152 113 84 111 111 140 103 86 113 107

Máximo [Ix] 197 164

106,5 164 165 196

155,5 108 165

164,5

Mínimo [Ix] 95 62 59 70 61 74

63,5 68 64 59

d) Comparativa de resultados entre las clases

A modo de resumen de las medidas obtenidas en las aulas se muestra, en la Tabla 5, la comparativa entre los valores medio, máximo y mínimo [Ix] de las mesas. Análogamente, se puede consultar, en la Tabla 6, la misma comparativa para el caso de las pizarras.

Tabla 5. Comparativa de los valores de iluminancia [Ix] de las mesas de las tres aulas.

Mesas Aula

1 2 3

Media [Ix] 133 132 132

Máximo [Ix] 183 176 197

Mínimo [Ix] 19.5 71 59

A la vista de los resultados de la Tabla 5, puede concluirse que:

• Los valores medios se encuentran en los tres casos muy alejados de los 500 Ix recogidos en la norma europea y son prácticamente iguales entre sí. La iluminación en las aulas no cumple con ese criterio y es algo común a las aulas de este edificio.

• Los valores mínimos se dan, en todos los casos, en las esquinas de las mesas más cercanas a las paredes: bien porque las mesas están muy cerca de éstas o porque existe algún elemento (alféizar de la ventana, fila de enchufes) que sobresale de las paredes y que ensombrece alguna zona de las mesas.

Tabla 6. Comparativa de los valores de iluminancia [Ix] de las pizarras de las tres aulas.

Pizarra Aula

1 2 3

Media [Ix] 224 246 112

Máximo [Ix] 242 275 120

Mínimo [Ix] 203 232 105

En este caso, el máximo y el mínimo se encuentran más próximos a la media. Aunque el valor medio es más alto que en el caso de las mesas, también está bastante alejado del valor de referencia de 500 Ix de la norma europea.

3.2. Simulación de la iluminación en las condiciones actuales

El siguiente paso en este trabajo ha sido la simulación de la situación actual de las aulas empleando el programa informático DIALux. A continuación, se presentan los resultados obtenidos para cada una de las clases.

a) Aula 1

Una vez definida la geometría del local, reproducida la posición de los objetos (mesas y sillas, pizarra, ventanas, etc.) y colocadas las luminarias, se obtiene la vista de la clase simulada que puede vese en la Figura 10. La posición exacta de las luminarias, así como el número de unidades que se han utilizado de cada una de ellas, aparece recogido en la Figura 11. Las del techo, se encuentran a 3,70 m y las de la pizarra a 3,10 m de altura.

Las luminarias de PHILIPS y la de Disano-Fosnova son las mismas que las utilizadas en la realidad. Sin embargo, no se han podido incluir las lámparas Osram L 36 W 840 Lumilux, al no estar disponibles para su descarga en el catálogo del fabricante. En su lugar, se han empleando las luminarias de PHILIPS más similares, con el mismo color de luz y consumo de potencia. Esta sustitución también se ha tenido en cuenta en el Aula 2 y en el Aula 3.

Figura 10. Panorámica de la simulación del Aula 1 realizada con el programa informático DIALux.

Una vez colocadas las luminarias, el siguiente paso ha sido su atenuación, agrupándolas en diferentes grupos de control, para conseguir un valor medio de iluminancia en la clase lo más parecido posible al caso real. Para poder conocer los valores en cada una de las mesas, se han definido puntos de cálculo en el medio de todas ellas, cada 30 cm. Esto es, se han definidio 7 puntos de cálculo en las mesas de tres estudiantes (a 30, 60, 90, 120, 150 y 180 cm) y 5 puntos de cálculo en las de dos (a 30, 60, 90, 120 y 180 cm). También se han definido puntos de cálculo sobre la pizarra, coincidiendo con los 6 puntos de medida en la realidad. Una vista global de la posición de los puntos de cálculo en la simulación puede verse en la Figura 12.

Lo anteriormente dicho se traduce en 234 puntos de cálculo sobre las mesas y 6 en la pizarra. La media obtenida en las mesas ha sido de 138 Ix en la simulación, frente a

los 133 Ix en la realidad. Por otro lado, el valor medio de iluminancia en la pizarra ha sido de 222 Ix en la simulación frente a los 224 Ix medidos en la clase. La Figura 13, muestra un resumen de los valores medio, máximo y mínimo obtenidos. Los puntos de cálculo horizontal son los definidos sobre las mesas y los puntos de cálculo vertical, los de la pizarra.

Por último, para ilustrar de forma gráfica la variación de la iluminancia sobre las mesas de los estudiantes, puede verse en la Figura 14 una representación de isolíneas, cada 25 Ix, a una altura de 0.76 m, la del plano de trabajo de las mesas.

0 00 198 5 96 9 94 1190m

Escala 1 :86

Lista de piezas - Luminarias

N" Pieza Designación

1 1 Disano413Boreale-simple* pantallaplexiglassDisano413FL1X58CELLblanco 2 1 PHILIPS TMS0221XTL-D18WHFS 3 22 PHIUPSTMS0221xTL-D36WHFS

Figura 11. Posición y modelo de las luminarias utilizadas en la simulación del Aula 1 con el programa informático DIALux.

Figura 12. Vista del Aula 1, en la que puede verse la ubicación de los puntos de cálculo. Simulación realizada con el programa informático DIALux.

Tipos de punto de cálculo

Horizontal, plan Vertical plan

Cantidad

234 6

Med a[lx]

133 222

Mln [Ix]

61 205

Max [Ix] 1S0 237

E . / E min m

0 44

ÜS2

E . min

/ E

0.32 0.87

Figura 13. Resultados obtenidos con el software DIALux para los puntos de cálculo definidos en la simulación.

04 4 94 5.85 6.72 7.64 8.54 9.44 10.34 11

0.00

.90 m

Figura 14. Isolineas, con un gradiente de 25 Ix, a la altura del plano de trabajo de las mesas, 0,76 m del Aula 1. Resultados proporcionados por el programa informático DIALux.

b) Aula 2

El aula 2 es de mayor tamaño que la anterior. Además, la planta de ésta ya no es rectangular, apareciendo una ventana en la parte de atrás. El resultado final conseguido en la simulación puede verse en la Figura 15.


Las luminarias del techo, se encuentran a 3,70 m de altura y las de la pizarra algo más bajas, a 3,10 m de altura. La posición gráfica de las luminarias, así como los modelos empleados se pueden consultar en la Figura 16.

Nuevamente, se han definido puntos de cálculo sobre las mesas (a una altura de 0,76 m) y en el centro de la pizarra (a una altura de 2,20 m) para poder conocer los valores de iluminancia. Su distribución en el aula aparece en la Figura 17. En este caso, se ha tratado de ajustar el valor medio de iluminancia de la simulación con el real a partir de 272 puntos de cálculo sobre las mesas y los 6 de la pizarra.

Para las mesas, se ha conseguido en la simulación un valor medio de 134 Ix, frente a los 132 Ix reales. Por otro lado, con el programa informático se ha obtenido un valor medio en la superficie de la pizarra de 243 Ix, frente a los 246 Ix medidos en el aula. Un resumen de los resultados de los puntos de cálculo proporcionado por DIALux se recoge en la Figura 18.

Por ultimo, la Figura 19 muestra la variación espacial de la iluminancia en la clase a la altura de las mesas. Las isolíneas, cada 25 Ix, permiten apreciar que las mesas peor iluminadas son las que se encuentran al fondo. Al tratarse de un aula mayor que el Aula 1, pero estar dispuestas las luminarias de una forma similar en ambas clases.

0.00 1 88 619


N° Pieza Designación

1061

1

2

1 PHILIPS TMS022 1XTL-D18W HFS

23 PHILIPS TMS022 1XTL-D36W HFS

H

8 75m

7.20 6.83

558

4.34

3.09

1.70

0.90

000

13 65m

Escala 1 :98


i i


Tipos de punto de cálculo

Horizontal, plan Vertical, plan

Cantidad

272 6

Media [Ix]

134 243

Min [Ix]

65 232

Max [Ix]

209 25(3

E . /E min m

0.48 0.96

E . / E min max

0.31 0.91

Figura 18. Resultados obtenidos con el software DIALux para los puntos de cálculo definidos en la simulación.

H—•—< * 1—<—}—i—>—i—I i I|I i—\—«—h-'—t—i—I • I|I • I • ' I H 0.00 0.71 1.84 2.91 3.77 4.65 5.53 6.29 7.29 8.17 9.05 9.93 10.71 11.69 12.57 13.65 m


c) Aula 3

El Aula 3 tiene un tamaño considerablemente menor que las dos anteriores. Además, tiene la peculiaridad de que, a diferencia del resto de aulas de la planta del edificio, no hay luminarias instaladas en la pizarra.

El resultado final obtenido en la simulación aparece recogdo en la Figura 20.

En este caso, la iluminación real está constituida por dos parejas de lámparas Osram L 36 W 840 Lumilux. En la simulación, como se comentó anteriormente, han sido sustituidas por otras de PHILIPS de características similares. Las luminarias están colocadas en un falso techo, a un altura de 3,20 metros. Su posición en planta aparece en la Figura 21.

Para conocer el valor de iluminancia sobre los planos de trabajo, se han definido 66 puntos de cálculo sobre las mesas (a 0,72 m) y 3 sobre la pizarra (veáse la Figura 22). El valor medio obtenido en la simulación es de 134 Ix, muy próximo al real de 132 Ix. En la pizarra, se ha simulado un valor medio de 113 Ix, frente a los 112 Ix reales. El resumen de los valores obtenidos en los puntos de cálculo, puede consultarse en la Figura 23. Las representación de isolineas que muestra la variación de iluminancia en el aula, cada 25 Ix, aparece en la Figura 24.


a o o

I 5

EF • i

[3 li i D

m Tarara ra r

D D D D _P> L5 L5 LÍD

D C3

4.05 m

185

H 0.00

o no 193 6.20 8.00 m

Escala 1 : 58


N: Pieza Designación

4 PHILIPS TMS022 1xTL-D36WHFS



Tipos de punto de

Horizontal, plan Vertical, plan

cálculo Cantidad •:¡-:¡

3

Media [Ix]

134 113

Mir [Ix]

77 105

Max [Ix]

181 118

mir 'E m

0.57 0.93

min ' E

0.42 0.89

Figura 23. Resultados obtenidos con el software DIALux para los puntos de cálculo definidos en la simulación del Aula 3.

0.00 0.49 1.31 1.93 2.36 3.41 3.91 4.57 5.17 5.84 6.44 7 10 8.00 m


3.3. Propuestas de mejora

Con el fin de conseguir unos valores de iluminancia más altos, se ha modificado la simulación de las clases en DIALux, introduciéndose los siguientes cambios:

• Cambio 1: Manteniendo la situación actual, se pintan las paredes de blanco. Se ha propuesto este color para analizar la posible importancia de la reflexión de la luz en las paredes. No obstante, los autores son concientes que las recomendaciones para el confort visual en aulas rara vez incluyen este color sino "colores suaves como el verde pálido, azul celeste, gris perla o amarillo en paredes", reservándose el color blanco para el techo [11].

• Cambio 2: Se colocan nuevas luminarias del mismo modelo que las actuales. Esto se traduce en un valor de atenuación del 100% en todos los grupos de control simulados en DIALux.

• Mejora 3: Cambio de las luminarias actuales por otras de tecnología LED. Esta mejora se expicará, en más detalle, para cada una de las aulas.

a) Aula 1

Cambio 1: Al pintar las paredes de blanco, el valor medio de iluminancia en las mesas asciende a 153 Ix y en la pizarra a 235 Ix. Dichos valores continúan muy alejados de los 500 Ix que interesaría alcanzar.

Cambio 2: Al instalar luminarias nuevas, el valor medio sobre las mesas asciende a 313 Ix y en la pizarra a 431 Ix. Este último está bastante próximo a 500 Ix, pero sigue sin cumplir el requisito. Lo que si indican estos valores es que las luminarias que están en las clases se encuentran bastante deterioradas y que, sustituyéndolas por otras nuevas, se pueden conseguir aumentos de iluminancia significativos en el aula.

Cambio 3: En este caso, al instalar luminarias nuevas, se ha propuesto una situación para dar cumplimiento al criterio de 500 Ix tanto en las mesas como en la pizarra. Aunque son muchas las formas de lograrlo, se ha tratado de elegir la solución más conservadora posible con la instalación actual (tratando de evitar aumentar el número de luminarias, colocarlas en posiciones muy diferentes de las actuales, etc.), con el objetivo de tratar de simplificar lo máximo posible la instalación. Este principio se ha seguido también en las Aulas 2 y 3. Asimismo, con el fin de facilitar el mantenimiento de las aulas, se han elegido únicamente dos modelos de luminarias: uno para el techo y otro para la pizarra.

Como puede verse en la Figura 25, la posición en planta de las luminarias del techo se ha mantenido, con la salvedad de que éstas son más anchas y ocupan más espacio, al estar especialmente diseñadas para estar colgadas y evitar los reflejos. El cambio fundamental es que se han colocado a una menor altura, a 3,00 metros, consiguiéndose un valor medio de 572 Ix sobre las mesas. En el caso de la pizarra, se han utilizado luminarias fijadas a la pared. Para evitar tener 5 luminarias de mayor tamaño y una pequeña, como ocurre en la situación actual, y facilitar el mantenimiento, se han utilizado únicamente 5 del mismo tamaño (la longitud de las de este modelo es algo mayor que las actuales). Adicionalmente, para obtener un valor medio sobre la pizarra de 595 Ix, se han colocado a una altura de 3.05 metros, algo inferior a la actual.

Escala 1 : 86



1 5 PHILIPS BN124C L1200 1 xLED38S/830 2 18 PHILIPS SP400P POE W30L120 DIR I xLED36S/840

Figura 25. Representación, en planta, de la ubicación de las luminarias tras introducir el Cambio 3 en el Aula 1.

Con el fin de sintetizar todo lo comentado para el Aula 1, en la Tabla 7 se recogen los valores medio, máximo y mínimo alcanzados en todas las situaciones comentadas en apartados anteriores para las mesas. Dicha información para la pizarra, aparece recogida en la Tabla 8. Estos valores se han representado en la Figura 26 para una mejor percepción de los resultados logrados.

Tabla 7. Comparativa de los valores medio, máximo y mínimo [Ix] conseguidos con las distintas mejoras para las mesas del Aula 1.

MESAS Media [Ix]

Máximo [Ix] Mínimo [Ix]

Medido 133 183 20

Simulación 138 190 61

Paredes blancas 153 205 71

Nuevas Luminarias 313 417 137

LED 572 778 260

Tabla 8. Comparativa de los valores medio, máximo y mínimo [Ix] conseguidos con las distintas mejoras para la pizarra del Aula 1.

PIZARRA Media [Ix]


Medido 224 242 203




LED 595 621 581

lluminancia

[Ix]

luminancia [Ix]

1000

800

600

400

200

0

1000

800

D Media

• Máximo

D Mínimo ^

rTL rfk tL Medido Simulación Paredes Nuevas LED

blancas Luminarias

600

400

200 4

0

• Media

• Máximo

• Mínimo

rm. Medido Simulación Paredes Nuevas LED

blancas Luminarias

Figura 26. Valores de iluminación relativos al Aula 1, en la mesas (gráfica superior), y en la pizarra (gráfica inferior).

b) Aula 2

Cambio 1: Modificar el color de las paredes y pintarlas de blanco, hace aumentar el valor medio de iluminancia sobre las mesas a 147 Ix y sobre la pizarra a 254 Ix, ambos bastante alejados de los 500 Ix buscados.

Cambio 2: Sustituir las luminarias por unas nuevas aumenta el valor medio de iluminancia de las mesas hasta 276 Ix y hasta 413 Ix en la pizarra. Supone una mejora respecto a pintar las paredes, pero aún así resulta insuficiente.

Cambio 3: Como se comentó para la clase anterior, la idea a la hora de plantear la nueva instalación con luces LED ha sido alterar lo mínimo posible la configuración ya existente.

Por tanto, en el techo se han vuelto a colocar las luminarias en una posición en planta muy similar a la actual y se han bajado hasta una altura de 3,00 metros, consiguiéndose un valor medio sobre las mesas de 519 Ix, que cumple con lo recogido en la norma europea.

Las luminarias de la pizarra han vuelto a bajarse respecto a la posición actual, a 3.05 metros. Disponiendo cinco luminarias, en lugar de las seis actuales, se ha logrado alcanzar un valor de iluminancia medio de 545 Ix. La posición de las nuevas luminarias en el techo y en la pizarra puede consultarse en la Figura 27.

Escala 1 :98


N5 Pieza Designación

1 5 PHILIPS BN124C L1200 1 xLED38S/830

2 18 PHILIPS SP400PPOEW30L120DIR I xLED36S/840


En la Tabla 9, puede consultarse un resumen de los valores medio, máximo y mínimo obtenidos en todas las situaciones en las mesas del Aula 2. Adicionalmente, la Tabla 10 muestra ese mismo resumen para los puntos de la pizarra. Estos valores se han representado en la Figura 28.

Tabla 9. Comparativa de los valores medio, máximo y mínimo [Ix] conseguidos con las distintas mejoras para las mesas del Aula 2.

MESAS Media [Ix]


Medido 132 176 65




LED 519 740 201

Tabla 10. Comparativa de los valores medio, máximo y mínimo [Ix] conseguidos con las distintas mejoras para la pizarra del Aula 2.

PIZARRA Media [Ix]


Medido 246 275 232




LED 545 565 528

lummancia

[Ix]

lummancia [Ix]

1000

800

600

400

200

0

1000

800

600

400

200

• Media

• Máximo

• Mínimo

rfli rfli Medido Simulación Paredes Nuevas LED

blancas Luminarias

D Media

• Máximo

• Mínimo

II ^ ~ -

Medido Simulación Paredes Nuevas

blancas Luminarias LED


c) Aula 3

Cambio 1: Modificando el color de las paredes, el valor medio de iluminancia en las mesas alcanza los 150 Ix. En la pizarra, la media asciende a 126 Ix.

Cambio 2: Por un lado, se colocan nuevas luminarias del mismo modelo en el techo. Además, en este caso, se colocan tres luminarias adicionales del mismo modelo sobre la pizarra, al ser ésta la única aula de toda la planta que no las tiene instaladas. Se ha empleado el mismo modelo que en el techo y se han colocado a una altura de 2,70 metros. Teniendo en cuenta ambas modificaciones, el valor medio alcanzado en las mesas es de 216 Ix y de 354 Ix en la pizarra. Esto se traduce en una mejora significativa respecto a la situación actual, pero sin sobrepasar el valor buscado de 500 Ix.

Cambio 3: A la hora de cambiar a LED, se han utilizado los mismos modelos de luminarias que en las dos aulas anteriores. En la pizarra, se han empleado tres luminarias colocadas a la misma altura que las actuales, 2,70 m. Con ello, se consigue un valor medio de 604 Ix.

En el caso del techo, para poder conseguir un valor medio superior a 500 Ix ha sido necesario instalar dos luminarias adicionales respecto a la situación actual, en el medio de las que ya se encuentran colocadas. Por lo tanto, la iluminación del techo está constituida por seis luminarias suspendidas a una altura de 2,80 metros que permite que, sobre las mesas, se alcance un valor medio de 638 Ix, una mejora muy importante respecto a la situación que se da actualmente. La posición en planta de las nuevas luminarias se detalla en la Figura 29.

i — —

0 00

_a La La La 13 1 93 4 06 6 20

4.05 m

3.13

2 05

1.75

0.77

0.00

8.00 m

Escala 1 : 58



1 3 PHILIPS BN124CL1200 1xLED38S/830 2 6 PHILIPS SP400P POE W30L120 DIR I XLED36S/840


Un resumen comparativo de los valores medio, máximo y mínimo alcanzados en el Aula 3 en las diferentes situaciones aparece en la Tabla 11 para las mesas y en la Tabla 12 para la pizarra. Estos valores se han representado en la Figura 30.

Tabla 11. Comparativa de los valores medio, máximo y mínimo [Ix] conseguidos con las dstintas mejoras para las mesas del Aula 3.

MESAS Media [Ix]


Medido 132 197 59




LED 638 1015 188

Tabla 12. Comparativa de los valores medio, máximo y mínimo [Ix] conseguidos con las dstintas mejoras para la pizarra del Aula 3.

PIZARRA Media [Ix]


Medido 112 120 105




LED 604 633 580

luminancia

[Ix]

luminancia

[Ix]

1200

1000

800

600

400

200

0

1000

800

600

400

200

0

G Media

D Máximo

G Mínimo

rTU . rTT-1. rTTi ñTl l~i. Medido Simulación Paredes Nuevas

blancas Luminarias LED

- -

G Media

• Máximo

G Mínimo

i ÍTTI i

Medido Simulación Paredes Nuevas

blancas Luminarias

LED


4. Conclusiones

El objetivo de este trabajo, enmarcado en uno más amplio que aún se está desarrollando, era analizar los valores de iluminancia de tres aulas patrón de la planta baja del edificio A de la ETSIAE.

Los valores medidos en las aulas se encuentran muy alejados de los 500 Ix que recoge la norma europea, siendo peores los valores de iluminancia alcanzados sobre las mesas de trabajo de los estudiantes.

Mediante el programa informático DIALux, se ha realizado una simulación tratando de reproducir, con la mayor precisión posible, el valor medio de iluminancia en las mesas y la pizarra, al ser éste el valor de referencia en la norma europea. Una vez conseguido esto, se han propuesto como cambios: pintar las paredes de blanco, instalar nuevas luminarias del mismo modelo y un nuevo diseño de la instalación, con luminarias LED, tratando de alterar lo mínimo posible la configuración actual, para facilitar la instalación.

Mientras que con los dos primeros cambios no se alcanzan los 500 Ix de valor medio, la solución con luminarias LED propuesta sí lo consigue.

Este trabajo se continuará extendiendo el estudio a las demás aulas del edificio A, incluidas las de examen. Además, se incluirán en los análisis los factores de deslumbramiento y reproducción de color, además de estudiar sistemas de regulación luminosa que puedan mejorar el confort de todas las personas que hacen de la ETSIAE su lugar de trabajo y estudio.

Referencias

[1] Hui S C M and Cheng K K Y 2008 Analysis of Effective Lighting Systems for University Classrooms Proceedings of the Henan-Hong Kong Joint Symposium 2008, 30 Jun-1 July2008, Zhengzhou, China pp 53-64

[2] Domingues Dos Santos P I, Agreira C I F and Perdigao M S 2013 An educational approach to a cost-efficiency analysis between lighting solutions using DIALux Proceedings of the 48th Universities Power Engineering Conference (UPEC)

[3] Liang Y, Zhang R, Wang W and Xiao C 2013 Design of Energy Saving Lighting System in University Classroom Based on Wireless Sensor Network Commun. Netw. 05 55-60

[4] Wang S 2015 The view of classroom light design optimization simulation International Conference on Information Sciences, Machinen/, Materials and Energy (ICISMME 2015). 11- 13April2015. Chongqing, China pp 1768-72

[5] Dessi V and Fianchini M 2015 Lights and shadows in university classrooms International Conference Arquitectonics Network: Architecture, Education and Society, Barcelona, 3-5 June 2015: Final papers. GIRAS. Universitat Politécnica de Catalunya, 2015. pp 1-10

[6] Kamaruddin M A, Arief Y Z and Ahmad M H 2016 Energy Analysis of Efficient Lighting System Design for Lecturing Room Using DIAlux Evo 3 Appl. Mech. Mater. 818 174-8

[7] Wang R, He X-Y, Liu S, Liu L-C, Liu B, Wang Z-S, Yang Y and YU L 2017 Investigation and analysis on the illumination of the university classroom 5th

International Conference on Machinen/, Materials and Computing Technology (ICMMCT2017) vol 126 pp 430-8

[8] Sadhvani D, Muthukumaraswamy S A and Musleh M Al 2018 On the investigation and experimental analysis of energy-efficient lighting for a university building 2018 International Conference on Smart Grid and Clean Energy Technologies, ICSGCE 2018 (IEEE) pp 168-73

[9] Sielachowska M, Tyniecki D and Zajkowski M 2018 Measurements of the Luminance Distribution in the Classroom Using the SkyWatcher Type System Ith Lighting Conference of the Visegrad Countries, LUMEN V4 2018 -Proceedings IEEE pp 1-5

[10] Comité Europeo de Normalización 2003 UNE-EN 12464.1: Iluminación. Iluminación de los lugares de trabajo. Parte 1: Lugares de trabajo en interiores

[11] Ezquerro G, Gandolfo M, Ramos A and Urraca J I 2001 Guía Técnica de Eficiencia Energética en Iluminación. Centros Docentes (Madrid, España: Instituto para la Diversifiocación y Ahorro de la Energía. Ministerio de Ciencia y Tecnología)

1. introducción - upm

Documents