Contaminación lumínica : una visión desde el foco contaminante : el alumbrado artificial

ENGINYERIES INDUSTRIALS Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial UPCGRAU UPCGRAU Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial Manuel García Gil, editor | San Martín | Solano | Francia Manuel García Gil, editor Ramón San Martín Páramo Héctor Solano Lamphar Pau Francia Payàs www.upc.edu/idp Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial El equipo Estudis Luminotècnics viene desarrollando desde 1990 su actividad en la UPC, dentro del Departamento de Proyectos de Ingeniería. Ramon San Martín Páramo, fundador del equipo, ha sido profesor universitario en activo durante cuarenta años. En la actualidad, está jubilado pero sigue colaborando en la docencia de tercer ciclo y en las actividades del equipo. Manuel Garcia Gil es Ingeniero Industrial y profesor del Departamento de Proyectos de Ingeniería. Actualmente, es el responsable del equipo Estudis Luminotècnis. Héctor Solano Lamphar es Ingeniero y profesor. En la actualidad, desarrolla su actividad en México, pero está en contacto constante con la UPC. Pau Francia Payàs ejerce como Ingeniero en su actividad profesional y es colaborador habitual del equipo. La contaminación lumínica es un fenómeno que se estudia desde principios del siglo XX pero que ha cobrado relevancia en las últimas décadas. Su origen es la iluminación artificial, que ha modificado las condiciones naturales nocturnas tal como las conocíamos. En los primeros apartados de este libro, se exponen la problemática, las causas y los efectos de la contaminación lumínica y, a continuación, se describe técnicamente el foco contaminante: el alumbrado artificial. Se hace especial hincapié en los factores en los que la tecnología del alumbrado puede minimizar los efectos sin repercutir en las actividades humanas. El uso de reglamentación y normativa se utiliza como ejemplo de control administrativo y se muestran diferentes referencias al respecto. Se describen dos herramientas de cuantificación de la contaminación lumínica: el método RAMA-L para la evaluación de la problemática en proyectos luminotécnicos y un modelo matemático para determinar el incremento del brillo artificial del cielo en función del alumbrado y de sus variables de entorno. Son de especial interés los apéndices, destinados a ampliar conceptos, que llevan asociada una extensa recopilación bibliográfica, que enlaza la problemática técnica con un fenómeno de alcance social y mundial de cuyas repercusiones no estamos debidamente informados. ENGINYERIES INDUSTRIALS ENGINYERIES INDUSTRIALS UPCGRAU Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial Manuel García Gil, editor Ramón San Martín Páramo Héctor Solano Lamphar Pau Francia Payàs Primera edición: abril de 2012 Diseño y dibujo de la cubierta: Jordi Soldevila Diseño maqueta interior: Jordi Soldevila Imagen de la cubierta: Manuel García Gil © Los autores, 2012 © Iniciativa Digital Politècnica, 2012 Oficina de Publicacions Acadèmiques Digitals de la UPC Jordi Girona Salgado 31, Edifici Torre Girona, Planta 1, 08034 Barcelona Tel.: 934 015 885 Fax: 934 054 101 www.upc.edu/idp E-mail: [email protected] DL: B-17949-2012 ISBN: 978-84-7653-956-9 Cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública o transformación de esta obra sólo puede realizarse con la autorización de sus titulares, salvo excepción prevista en la ley. 5 Índice Prefacio 1. La contaminación lumínica 1.1. El fenómeno ............................................................................................ 11 1.2. Las causas de la CL .................................................................................15 1.3. Efectos de la CL .....................................................................................17 2. Análisis del foco contaminante. El alumbrado artificial 2.1. El alumbrado artificial. Generalidades ......................................................23 2.2. Condiciones lumínicas .............................................................................26 2.3. Sistemas lumínicos de alumbrado artificial .............................................30 2.4. Dimensionado y cálculo de iluminación ...................................................49 2.5. Gestión del servicio lumínico en el tiempo ..............................................52 2.6. Medidas para disminuir la CL ..................................................................54 3. Situación a escala mundial. 3.1. Situación geográfica y evolución .............................................................59 3.2. Normativa aplicable .................................................................................65 4. Cuantificación de la contaminación lumínica 4.1. Influencia de las fuentes de luz ............................................................... 75 4.2. Influencia de las luminarias .....................................................................79 4.3. Método RAMA-L: cuantificación de la emisión contaminante en una instalación............................................................................................... 80 4.4. Modelización matemática de la CL según la influencia de los factores externos ....................................................................................97 Apéndices Proceso de investigación en los efectos de la CL ........................................ 107 Desarrollo e investigación de la modelización matemática de la CL ............127 Bibliografía 7 Prefacio Circulando de noche por una carretera interurbana, es frecuente observar en el horizonte un “halo de luz”, un resplandor luminoso que, si coincide con la dirección en que circulamos, va ocupando una porción cada vez mayor del cielo nocturno hasta descubrir, finalmente, las luces de una población. Acaso cuando ese resplandor era sólo una pequeña mancha en el horizonte podíamos ver estrellas en el cielo nocturno. Pero, a medida que nos acercamos, el resplandor va “borrando” las más débiles, va disminuyendo el número de astros visibles hasta desaparecer casi totalmente. Por la noche, desvelados, hambrientos, intranquilos, aburridos..., deambulamos por nuestra casa. No es necesario encender las luces, pues la claridad que llega a través de las ventanas es suficiente para que podamos reconocer nuestro camino y los posibles obstáculos... Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 8 Estas tres situaciones son habituales hoy en día: luces de otro lugar invaden nuestro entorno. El fenómeno que origina esta invasión es la denominada contaminación lumínica, el tema de este libro. La sociedad actual ilumina durante la noche –artificialmente, al carecer de la luz del Sol– los espacios de la actividad humana. Pero, por un conjunto de factores que describiremos más adelante, es muy difícil mantener la luz estrictamente en el espacio al que está destinada: por reflexión, difracción, ineptitud, error..., “desborda hacia el exterior”, en principio hacia las zonas próximas aunque, a menudo, a una distancia de cientos de kilómetros. Las situaciones anecdóticas que hemos utilizado para describir la incidencia de la contaminación lumínica son situaciones individuales. Pero hemos de tener en cuenta que esos individuos son “todos y cada uno” de nosotros, y que las situaciones en las que se produce esta incidencia se originan cada vez con más frecuencia, proximidad e intensidad. Cuando, a continuación, despleguemos temas que puedan parecer meramente “técnicos”, no olvidemos que la contaminación lumínica es hoy un fenómeno de alcance social y mundial, de cuyas repercusiones no estamos quizás debidamente informados. El contenido se divide en diferentes temáticas, a menudo entrelazadas por la necesidad del hilo de narración: – Conocimiento de la temática: Apartados 1, del 2.1 al 2.5 y el 3.1. Son aquellos en los que se expone qué es este tipo de contaminación, sobre que afecta, de dónde procede y cuál es su situación actual. – Herramientas técnicas de aplicación: Apartados 2.6 al 3.2 y del 4.1 al 4.3. Donde se proporcionaran cifras y magnitudes para poder evaluar, comparar y minimizar la problemática; principalmente desde el punto de vista del alumbrado artificial y su diseño. Prefacio 9 – Modelización matemática: Apartado 4.4. En él se formula un modelo para poder medir la influencia de una instalación lumínica en el incremento del resplandor luminoso del cielo natural nocturno. – Ampliación de conceptos y múltiple bibliografía asociada: En los apéndices Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 16 La contaminación puede provenir de la suma de los siguientes factores: – Emisión directa desde las fuentes de luz. Es la emisión de luz hacia el entorno oscuro. Puede ser hacia el cielo o hacia un hábitat de seres vivos. Es la causa más importante de contaminación, debido a la intensidad de la fuente contaminante: – Reflexión en las superficies iluminadas. Otra causa de la CL es la reflexión sobre las superficies iluminadas. Calles, monumentos… La reflexión es inevitable si queremos conservar el alumbrado, pero minimizarse si se están utilizando niveles lumínicos superiores a los necesarios. – Refracción de la luz en las partículas del aire. Es la causa que tiene una afectación más leve y su caracterización está en estudio actualmente. Se trata de una variación del factor anterior, pero la luz, en lugar de reflejarse en una superficie sólida, se refleja en los átomos y en las partículas de la atmósfera. La energía lumínica del alumbrado artificial es la causa de la contaminación. Mientras esté funcionando durante la noche, la CL será inevitable y, por tanto, no se podrá eliminar. Pero sí se pueden minimizar considerablemente sus repercusiones, eliminando el primer factor y minimizando los dos últimos. Ejemplos de iluminación directa hacia el cielo y hacia un hábitat natural oscuro (lechuza). Fuentes: <http://www.flicker.com> y <http://www.elmundo. com> La Serena. Chile. Aspecto de la ciudad antes y después de la reforma total del alumbrado público. En la segunda imagen, se puede observar la CL sólo con la influencia de la reflexión sobre el pavimento de las calles. Fuente: OPCC Norte de Chile La contaminación lumínica 17 1.3. Efectos de la CL En los inicios del estudio de la CL, era relativamente frecuente encontrarse con la pregunta: ¿Efectos perjudiciales? ¿Cómo va a perjudicar la luz? Partía del supuesto cultural de que “la luz siempre es buena”, que olvidaba que la presencia de luz impide la oscuridad y que, si bien en muchas situaciones la luz es conveniente, en muchas otras lo es la oscuridad. Por otra parte, aunque no es cierto que “la luz sea siempre buena”, sí lo es que “la luz siempre es cara”, por lo que su uso innecesario comporta un cierto grado de derroche. Generalmente, la descripción de los efectos derivados de la carencia de oscuridad se asocia al ámbito donde tiene lugar: – Sobre el cielo nocturno – Sobre el hábitat humano – Sobre los espacios naturales Y los derivados de los costes de la luz, como el efecto socioeconómico de la CL. Por otra parte, a medida que la magnitud del fenómeno se incrementa, comienzan a detectarse otros efectos no visuales de la CL. Es importante señalar que, salvo en el campo de la astronomía, precursor en los años setenta de los primeros estudios, las demás investigaciones han comenzado en años muy recientes. Se trata, por tanto, de investigaciones en fase de plena ebullición, en las que los nuevos enfoques y planteamientos están a la orden del día. Por ello, se ha considerado interesante Incluir en este libro, aparte de la descripción básica de este capítulo, un apéndice específicamente destinado a los mencionados procesos de investigación, en el que se puedan apreciar mejor los matices y los campos en estudio. El efecto de la CL en el cielo nocturno Vemos los astros por contraste: su brillo destaca, durante la noche, sobre la oscuridad celeste. Durante el día, cuando la luz del Sol aclara el cielo, no podemos verlos pese a que siguen estando ahí. Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 18 La dispersión de la luz nocturna en la atmósfera induce, como es lógico, un aumento de la claridad del fondo celeste que supera el brillo de las estrellas de me- nor magnitud e impide su visión, según puede apreciarse en varias de las imágenes precedentes, incluidas en este capítulo. A medida que la claridad del fondo de cielo aumenta, el número de estrellas visibles va disminuyendo e incluso, en algunas zonas intensamente iluminadas, llega a desaparecer por completo. Los observatorios astronómicos comenzaron a advertir esta interferencia de la luz artificial, pues si bien al principio representaba sólo una merma en la calidad de sus observaciones, al irse incrementando se convirtió en una amenaza para la viabilidad de los observatorios situados en zonas de una cierta densidad de población. La magnitud utilizada en astronomía para cuantificar la CL es, precisamente, la luminancia del fondo celeste, que mide dicho incremento de claridad. En 1970, Walker comenzó a desarrollar modelos matemáticos para el estudio de posibles localizaciones, pero la problemática de CL ha obligado, en definitiva, a implantar los observatorios de primera categoría en zonas muy alejadas de los núcleos de población, lo cual ha encarecido su construcción y funcionamiento. Los observatorios próximos a zonas de iluminación intensa, ya sea por su implantación inicial o por la necesidad de estar próximos a universidades u otros centros, así como los que se dedican a la astronomía amateur, ven muy limitadas sus posibilidades de observación. La CL constituye, pues, una limitación que dificulta y encarece el desarrollo de la ciencia astronómica, lo cual repercute en facetas del conocimiento y la innovación muy importantes para nuestra sociedad. Además de la importancia de la aportación científica de la astronomía, al considerar este aspecto de la CL no debe olvidarse la importancia cultural de la visión del cielo estrellado en la historia de la humanidad. Para el hombre, ha sido la ventana al infinito, morada de dioses, guía de navegantes y caravanas, fuente de poesía y belleza.... La iniciativa StarLight, patrocinada por la UNESCO < http://www. starlight2007.net >, incide en esta perspectiva de valoración y conservación de un patrimonio cultural común a toda la humanidad. La contaminación lumínica 19 Efectos de la CL en el hábitat humano Ya hemos mencionado que, en la actualidad, es habitual la incidencia de la iluminación exterior en el interior de los domicilios. Ello representa, como mínimo, una intrusión en la privacidad del ser humano. Esta intrusión puede sernos indiferente en muchos casos, incluso ventajosa al facilitarnos el desplazamiento nocturno, pero también es cierto que, en muchos otros casos, nos impide la posibilidad de desplegar el ambiente de intimidad que podemos desear para ciertas situaciones de mayor recogimiento personal (escuchar música, descansar, meditar...). Si, además, esta luz intrusa incide en un espacio destinado básicamente al descanso, como por ejemplo un dormitorio, que requiere condiciones de aislamien- to y oscuridad, interferirá en él dificultando el sueño o alterando los ritmos naturales de las personas. Los estudios actuales en cronobiología demuestran cómo, progresivamente, estas alteraciones del ritmo natural de la luz inciden sobre la salud humana. La luz intrusa no sólo nos afecta en espacios interiores: también en jardines, terrazas, paseos al aire libre... Nuestro paisaje nocturno está amenazado. Cierto tipo de imágenes son cada vez menos frecuentes. La experiencia de la noche en zonas afectadas por la CL pierde el potencial encanto de la penumbra y la oscuridad. En definitiva: se empobrece. Efectos de la CL en los espacios naturales A partir del período Cámbrico, hace 500 millones de años, la luz y su ritmo de alternancia con la oscuridad han permanecido prácticamente constantes en el planeta Tierra. Estas condiciones son las que han gobernado la evolución de la vida y, por tanto, la adaptación metabólica de los organismos. Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 20 La CL en espacios naturales genera un cambio en estas condiciones asimiladas ancestralmente ante el cual el organismo ha de responder mediante una conducta que compense los efectos de dicha alteración. En principio, esta conducta puede implicar atracción o rechazo. En cualquiera de los dos casos, impulsa un desplazamiento de la población y, por tanto, afecta las condiciones de: – alimentación, no sólo de la propia especie, sino también de las relacionadas directamente en la cadena trófica. – reproducción; por ejemplo, en el caso de las tortugas marinas, una pequeña luz hace que las crías se pierdan camino del mar y no lleguen a poder desarrollarse como adultas. – relación depredador-presa, como en el caso de los búhos, que detectan a sus presas gracias a la radiación infrarroja de sus cuerpos y, ocultos en la oscuridad, las cazan sin ser vistos. Estos cambios en las condiciones afectan el equilibrio ecológico, más acusadamente en las especies de ciclo nocturno activo, que son la mayoría dentro del reino animal. Así empezaron a detectarse, a medida que crecía la intrusión de la CL en los espacios naturales, problemas de reducción e, incluso, de extinción de especies. En un primer momento, los problemas se detectaron en poblaciones de insectos; más tarde, en aves migratorias que padecían problemas de orientación, y estas afectaciones se fueron incrementando –en paralelo con el incremento de la CL– a los anfibios, los mamíferos, las especies marinas y, también, los vegetales. En el apéndice, se proporciona una descripción más completa y detallada del fenómeno, de la cual puede deducirse la magnitud actual del problema. Baste decir que la preocupación de la biología por estos temas ha motivado el desarrollo de dos nuevas ramas de estudio específicas: la escotobiología, que estudia la relación entre la vida y la oscuridad, y la cronobiología, que ya hemos citado más arriba. Efectos socioeconómicos de la CL Pueden clasificarse en: a) Energético Ya hemos visto, al final del apartado 1.1, que toda la luz contaminante implica, en su producción, un consumo suplementario de energía que supone un incremen- to del orden del 20% de la que sería necesaria para evitar la CL. Como todos los fenómenos de consumo energético, éste ocasiona: – Un incremento de los costes energéticos de producción y distribución. – El consumo y la disponibilidad de los recursos naturales necesarios. – Contaminación y residuos derivados del proceso productivo. La contaminación lumínica 21 b) Cultural La pérdida de la “experiencia de la noche” y, particularmente, de la “visión del cielo estrellado, priva a la humanidad de unos referentes básicos, que han sido de gran importancia en la gestación y la evolución de nuestra cultura, desde los signos del Zodiaco hasta los cuadros nocturnos de Van Gogh, pasando por la orientación de la navegación nocturna. Como reflejo de esta problemática, puede citarse la imagen del cielo nocturno transformada por los niños de una gran población en un manto claro y amarillen- to. Un sector que comienza a acusar esta problemática es el turismo, sobre todo el turismo de la naturaleza: varios operadores turísticos internacionales están implicados en la iniciativa StarLight, y cada vez son más las ofertas turísticas que valoran los emplazamientos en función de la calidad de su cielo nocturno. Efectos no visuales de la CL La función visual es tan importante para los seres humanos que tendemos a considerar la luz únicamente en sus aspectos ópticos y olvidamos que es, además, un importante activador de reacciones químicas. Por ejemplo, los vegetales, cuyo metabolismo se basa en la función clorofílica, activada por la luz, se ven afectados por la inhabitual iluminación nocturna, que los debilita y adelgaza. Otro fenómeno del mismo tipo se produce en ciertos gases atmosféricos, que en algunos lugares varían la composición de los elementos contaminantes. Durante la noche, los radicales NOx contaminantes de la atmósfera se deshacen en ausencia de luz. Al no existir esta ausencia total de luz, se estima que, en las ciudades, la CL produce un efecto sinérgico en la contaminación atmosférica que puede aumentar su composición entre el 5 y el 7%. Este aspecto es totalmente nuevo y actualmente es objeto de estudio. 23 Análisis del foco contaminante. El alumbrado artificial En este apartado se analizan las generalidades, las características y las tipologías más importantes del alumbrado artificial. Su objetivo no es ser un manual de iluminación o alumbrado, sino determinar los factores que inciden más en la CL y proporcionar las bases para plantear alternativas que permitan minimizar sus repercusiones.1 2.1. El alumbrado artificial. Generalidades La humanidad, desde sus inicios hasta bien entrado el período de la Ilustración, ha dependido básicamente de los recursos naturales. Por ello, su actividad se desarrollaba, generalmente, en espacios exteriores y durante las horas diurnas, en que se podía contar con el auxilio de la luz natural. Las actividades interiores o nocturnas eran residuales y, en consecuencia, las necesidades de utilización del alumbrado artificial eran muy escasas. Al generalizarse la utilización de la fuerza del vapor y otros tipos de mecanismos, este panorama experimentó un cambio muy radical. Los trabajos pasaron a realizarse, cada vez más, en locales interiores, y las jornadas laborales se prolongaron hasta las horas nocturnas, para reducir el período de amortización de las inversiones de capital. Esta nueva situación comportó la necesidad de utilizar alumbrado artificial para suplir la carencia de luz solar. Así, en el siglo xix se asistió a un rápido desarrollo de nuevos tipos de iluminación: petróleo, acetileno, gas del alumbrado, arco voltaico…, que culminó en 1879 con las primeras aplicaciones prácticas de la lámpara eléctrica de incandescencia o “bombilla”. El desarrollo de la iluminación artificial no fue, por razones tanto técnicas y económicas como culturales, tan fácil como hoy pudiera parecer. De hecho, durante la primera mitad del siglo xx, en muchos lugares la iluminación no existía o era Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 24 de muy baja intensidad. No sería hasta la década de 1940 que la iluminación artificial alcanzó unas características y una calidad comparables –aunque todavía inferiores– a las habituales hoy en día. Así, el alumbrado artificial es un símbolo de desarrollo en ciertas regiones; incluso algunos estudios toman como referencia2 la cantidad de luz vista desde el espacio en de determinadas zonas. Por tanto, se trata de un recurso del cual se nutre el ser humano para desarrollar su actividad cuando no existe la luz del Sol. Función La función del alumbrado es producir una energía lumínica que proporcione la suficiente información para que el ser humano pueda realizar una actividad determinada, en garantías de rendimiento, calidad, seguridad y satisfacción. Lámpara incandescente de Thomas A.Edison Fábrica de los primeros años del siglo xx (Fuente: <http://www. kalipedia.com>) Análisis del foco contaminante: el alumbrado artificial 25 La calidad y la cantidad de las garantías son regidas por la reglamentación y la normativa vigente. El alumbrado exterior nocturno tiene la función principal de ampliar a la noche las actividades que se realiza durante el día, gracias al alumbrado artificial. Entre otras: – Conducción de vehículos – Tránsito de peatones – Realización de una actividad laboral – Actividades de ocio y de reunión – Estética y representación – … Implicaciones en su uso Cuando utilizamos luz artificial en un “espacio compartido”, es frecuente que podamos producir molestias a las personas que nos acompañan: leer en la cama sin molestar a la pareja, entrar en casa cuando los demás ya duermen… Raramente, la luz se concentra en un espacio delimitado: tiende a difundirse en el espacio, ya sea porque su haz es disperso o porque, al reflejarse en las superficies que ilumina, cambia de dirección e invade zonas en las que no es necesaria o no es deseada. Si este fenómeno se da en zonas interiores, con mayor motivo se producirá en espacios exteriores, que son, por definición, zonas de uso plural, generalmente de “uso público”. Mientras la aplicación del alumbrado artificial exterior era limitada y los niveles de iluminación que se utilizaban eran discretos, esta problemática era muy reducida o casi inapreciable. A medida que su uso se ha ido extendiendo y prolongando, los niveles de iluminación también han ido aumentando. A la iluminación de los espacios se suman las decoraciones, los rótulos, la publicidad, la iluminación festiva… La luz ha desbordado sus propios límites y Diagrama de funciones generales del alumbrado Fuente: Estudis Luminotècnics de la UPC Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 32 Tipología de lámparas En el presente apartado, se resumen las características más importantes de las principales familias de lámparas del mercado. No se exponen datos comerciales concretos, valores exactos ni vinculados a su funcionalidad y repercusiones, aunque sí es una guía de las tendencias y los valores más representativos de cada una de ellas. Así pues, estos valores (eficacia, emisión espectral…) deben considerarse orientativos, y no valores taxativos. Las familias de lámparas descritas son: – Vapor de sodio: de alta y baja presión – Halogenuros metálicos: quemador cerámico o de cuarzo – Vapor de mercurio – Fluorescencia – Inducción – LED Para cada una de ellas, se indica si existen tecnologías o utilizaciones específicas que puedan incidir en la problemática de la CL, especialmente las relacionadas con el espectro de emisión. No se exponen las lámparas incandescentes o halógenas, puesto que su uso es marginal o inexistente en alumbrado exterior. Vapor de sodio Las lámparas de vapor de sodio son lámparas de descarga que se utilizan, principalmente, para la iluminación exterior. La tonalidad de su luz es amarillenta y sus características más importantes son: – Baja reproducción cromática – Alta eficacia energética – Baja afectación medioambiental por su baja componente de radiación, inferior a 440 nm Se conocen dos grandes familias, según la presión del gas en el interior del tubo de descarga: vapor de sodio a alta presión y vapor de sodio a baja presión. Su uso es indicado, en general, en las zonas de exterior. Solamente no es recomendada –especialmente la de sodio de baja presión– en aquellos lugares donde el rendimiento cromático sea un requisito de diseño predominante por la actividad que se realice. Por ejemplo en calles, autopistas, avenidas, polígonos industriales… Análisis del foco contaminante: el alumbrado artificial 33 VAPOR DE SODIO A ALTA PRESIÓN Datos energéticos Intervalo de potencias nominales 50-1.000 W Eficacia típica 100 lm/W Características de color Tono Amarillo dorado (más agradable que VSBP) IRC 25 Temperatura de color (K) 2.300 K Espectro de emisiones Discontinuo Ciclo de operación Regulación Sí. Tiempo de encendido No inmediato. Entre 4 y 6 minutos. Tiempo de reencendido No inmediato. Entre 5 y 15 minutos. VAPOR DE SODIO A BAJA PRESIÓN Datos energéticos Intervalo de potencias nominales 18-180 W Eficacia típica 180 lm/W Características de color Tono Amarillo anaranjado IRC 0 Temperatura de color (K) 2.000 K Espectro de emisiones Discontinuo Ciclo de operación Regulación Sí. Tiempo de encendido No inmediato. Entre 7 y 12 minutos. Tiempo de reencendido No inmediato. Entre 3 y 7 minutos. Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 34 Lámparas de halogenuros metálicos. Lámparas de vapor de sodio. Análisis del foco contaminante: el alumbrado artificial 35 Halogenuros metálicos Las lámparas de halogenuros metálicos son lámparas de descarga a alta intensidad. La tonalidad de la luz es blanca brillante y de alta calidad. Sus características más importantes son: – Alta reproducción cromática – Buena eficacia lumínica A pesar de ello, las que presentan las mejores características tienen emisión por debajo de los 440 nm, y su precio y vida útil suelen encarecer el coste de mantenimiento de las instalaciones. Se conocen dos grandes familias, según la construcción del quemador: de cuarzo o cerámicos. En el alumbrado vial, que exige vidas útiles importantes, la tendencia creciente es el uso de la tecnología cerámica. Su uso es indicado en aquellos lugares donde se quiere tener una iluminación de alta reproducción cromática para actividades de ocio y comerciales muy específicas, siempre y cuando estén en zonas urbanas alejadas de zonas de alta sensibilidad a la CL. Se utilizan con frecuencia en iluminaciones deportivas, fachadas, zonas de alta representación o comerciales… Actualmente, se están desarrollando modelos de potencias muy reducidas. HALOGENUROS METÁLICOS Datos energéticos Intervalo de potencias nominales 20-2.000 W Eficacia típica 90 lm/W Características de color Tono Blanco IRC 60-90 Temperatura de color (K) 2.800 K-5.000 K Espectro de emisiones Discontinuo. Ejemplo de quemador cerámico frío Ciclo de operación Regulación Según el fabricante, la lámpara y el equipo auxiliar. Tiempo de encendido No inmediato. Entre 3 y 5 minutos. Tiempo de reencendido No inmediato. Entre 4 y 15 minutos. Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 36 Vapor de mercurio Ha sido la lámpara utilizada de forma generalizada en el alumbrado público para conseguir luz blanca durante mucho tiempo. En la actualidad, está en extinción y, según sus características, es prohibida en diferentes países por su reducida eficacia. La tonalidad de la luz es blanca azulada. Sus características más importantes son: – Reproducción cromática correcta – Eficacia lumínica reducida – Elevada emisión por debajo de los 440 nm No se aconseja utilizarla y se recomienda sustituirla en las instalaciones existentes. VAPOR DE MERCURIO Datos energéticos Intervalo de potencias nominales 50-2.000 W Eficacia típica 50 lm/W Características de color Tono Blanco IRC 40 Temperatura de color (K) 4.000 K Espectro de emisiones Discontinuo. Ciclo de operación Regulación Sí. Tiempo de encendido No inmediato. Entre 4 y 5 minutos. Tiempo de reencendido No inmediato. Entre 5 y 10 minutos. Análisis del foco contaminante: el alumbrado artificial 37 Fluorescencia Es una lámpara a baja presión que emite radiación visible a través de la sustancia fosforescente que posee el recubrimiento exterior del tubo de descarga. Es de baja potencia, con gran tamaño del emisor. Se presenta en múltiples familias: compactas (simples, dobles, triples), tubulares (T12, T8, T5, T2), circulares..., con características específicas dependiendo del uso a que se quiera destinar. Sus características más importantes son: – Elevada reproducción del color – Alta eficacia luminosa – En los tonos más fríos, tiene una emisión considerable por debajo de los 440 nm. Se aconseja utilizarla en lugares donde sea necesario una elevada reproducción del color y bajos niveles de iluminación (que se pueden conseguir con una buena uniformidad en sus formatos de baja potencia). Puede usarse en algunos parques con luminarias de poca salida lumínica, en porches…. FLUORESCENCIA Datos energéticos Intervalo de potencias nominales 11 W-80 W Eficacia típica 80 lm/W Características de color Tono Blanco IRC 80 Temperatura de color (K) 2.700-5.000 K Espectro de emisiones Discontinuo. Ejemplo a temperatura fría: Ciclo de operación Regulación Sí, con el equipo auxiliar adecuado. Tiempo de encendido Casi inmediato. Tiempo de reencendido Casi inmediato. Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 38 Inducción Es una lámpara que funciona por el principio de la luminiscencia inducida a través de un campo electromagnético. Existen diferentes familias, en función del fabricante y del diseño de luminarias, que ha de ser específico para la lámpara. Sus características más importantes son: – Vida útil muy elevada (60.000 horas) – Alta reproducción del color – Eficacia luminosa moderada, que roza los límites recomendables – En los tonos más fríos, presenta una considerable emisión por debajo de los 440 nm. Se aconseja utilizarla en lugares donde se requiera una alta reproducción del color y bajos niveles de iluminación (que se pueden conseguir con una buena uniformidad en sus formatos de baja potencia). INDUCCIÓN Datos energéticos Intervalo de potencias nominales 50 W-165 W Eficacia típica 60-70 lm/W Características de color Tono Blanco IRC 80 Temperatura de color (K) 3.000-5.000 K Espectro de emisiones Discontinuo. Ejemplo a temperatura fría: Ciclo de operación Regulación - Tiempo de encendido Casi inmediato. Tiempo de reencendido Casi inmediato. Análisis del foco contaminante: el alumbrado artificial 39 LED Es una lámpara cuyo principio de funcionamiento es la fotoluminiscencia. Emite radiación luminosa a través de la generación de energía en la unión de dos semiconductores p-n. Se utiliza desde hace tiempo en la señalización, mientras que su aplicación en la iluminación es relativamente nueva y está en desarrollo constante. Actualmente, se considera que comienza a llegar a la etapa de madurez, aunque todavía no la ha alcanzado. Existen múltiples familias: de 3 mm, de 5 mm, de alta potencia, matriz de LED, OLED… Con características específicas dependiendo del uso que se quiera realizar. Sus características más importantes son: – Alto rendimiento del color para luz blanca – Eficacia luminosa elevada (dependiendo de la tecnología específica utilizada) – En los tonos más fríos, presenta una considerable emisión por debajo de los 440 nm. Se aconseja utilizarla en lugares donde se requiera un alto rendimiento del color y bajos niveles de iluminación (que pueden conseguirse con una buena uniformidad en sus formatos de baja potencia). LED Datos energéticos Intervalo de potencias nominales Variable Eficacia típica 10-90 lm/W Características de color Tono Multicolor IRC Hasta 90 Temperatura de color (K) 2.700-5.000 K o color Espectro de emisiones Discontinuo. Ejemplo a temperatura fría: Ciclo de operación Regulación Sí, con el equipo adecuado. Tiempo de encendido Inmediato. Tiempo de reencendido Inmediato. Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 40 Luminarias La luminaria es el elemento que aloja la fuente de luz y distribuye –mediante espejos, prismas, difusores…– la iluminación en distintas direcciones del espacio. Entre sus características más importantes destacan las siguientes. – Distribución lumínica. La forma en que una luminaria distribuye en el espacio su emisión de luz es fundamental en la problemática de la CL. Esta distribución adopta formas diferentes, en muchos casos. La fotometría es la representación de cómo las luminarias extraen el flujo lumínico, tanto en intensidad como en dirección. En la figura siguiente, se observa una representación polar de tres luminarias. En esta están dibujadas unas curvas en rojo que representan la intensidad con que se emite la luz en esa dirección. En las dos primeras, se pueden ver las diferencias entre dos luminarias simétricas. La primera de ellas es más concentrada e intensa que la segunda, que es más extensiva (abierta). La tercera fotometría muestra una salida lumínica asimétrica de la luminaria. Los conceptos de distribución lumínica más importantes a considerar, son los siguientes: – Rendimiento (h). Fracción de luz que sale de la luminaria con respecto a la que sale de la lámpara. Así pues, descontando las inevitables pérdidas por absorción, reflexión, etc.: Muestras de diferentes fotometrías [ ] [ ] =Flujo emitido por la lámpara lm Eficacia Potencia eléctrica consumida por la lámpara W (1) = Flujo lumínico emitido Rendimiento Flujo lámpara =Flujo lumínico en zona útil Factor Utilización Flujo lámpara =Flujo sobre la horizontal FHS Flujo lámpara =Flujo sobre la horizontal FHSi Flujo luminaria Φ media útil ES Φ⋅ Φ ⋅ ⋅⋅ =⋅ LUMINARIA LAMPARA media unidades Fm Fu unidades ESLa ( ) () λ − λ =α× × ×λ γ ∫∫ 32 Aat 2 CO 1 Ac IO CU Cos Aat EFS×C1C2 Prob d dAat Cos ( ) γ= γ 3 2 ,cos ii IC EH Capitulo 4 = ×∅ ∑ 1 n FHSsaliente FHSi lámp =+⋅0,66 emision vapor mercurio emision vapor sodio alta presion GRE EFS EFS - = × × αΩ1Flha AC EFS Cos d (1) Ω= 2 1 1ds dpa (2) = ∗1ds dh dv (3) = α 2 11 dS Fllea Ac×EFS×Cos C pa (4) Análisis del foco contaminante: el alumbrado artificial 41 – Factor de utilización (Fu). La luz emitida por la luminaria no sólo ilumina la zona necesaria, sino que también alcanza sus alrededores. El factor de utilización expresa el porcentaje que es aprovechado en la iluminación que consideramos útil. El factor de utilización depende de la distribución lumínica de la luminaria,pero también de la amplitud de la zona que se pretende iluminar. No tiene, pues, un valor único, y se expresa mediante gráficos o tablas. [ ] [ ] =Flujo emitido por la lámpara lm Eficacia Potencia eléctrica consumida por la lámpara W (1) =Flujo lumínico emitido Rendimiento Flujo lámpara =Flujo lumínico en zona útil Factor Utilización Flujo lámpara =Flujo sobre la horizontal FHS Flujo lámpara =Flujo sobre la horizontal FHSi Flujo luminaria Φ media útil ES Φ⋅ Φ ⋅ ⋅⋅ =⋅ LUMINARIA LAMPARA media unidades Fm Fu unidades ESLa ( ) () λ − λ =α× × ×λ γ ∫∫ 32 Aat 2 CO 1 Ac IO CU Cos Aat EFS×C1C2 Prob d dAat Cos ( ) γ= γ 3 2 ,cos ii IC EH Capitulo 4 = ×∅ ∑ 1 n FHSsaliente FHSi lámp =+⋅0,66 emision vapor mercurio emision vapor sodio alta presion GRE EFS EFS - = × × αΩ1Flha AC EFS Cos d (1) Ω= 2 1 1ds dpa (2) = ∗1ds dh dv (3) = α 2 11 dS Fllea Ac×EFS×Cos C pa (4) Diagrama de flujo lumínico que se utiliza para calcular el factor de utilización de la acera (Fu2) o de las calzadas (Fu1) Esquema de distribución del factor de utilización hacia la calzada o acera Fuente: <http://www.indal.es> Fu 1Fu 2 Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 48 Las recomendaciones básicas para reducir la CL originada por un proyector son las siguientes: – Evitar enfoques en que la dirección del haz de mayor intensidad supere los 70º con respecto a la vertical. – Evitar el uso de proyectores de “haz amplio”. – Utilizar rejas o viseras paralumen que impidan la emisión del Flujo Hemisférico Superior. Es muy recomendable utilizar proyectores asimétricos. En casos muy delicados, pueden utilizarse también proyectores dotados de lentes de enfoque –similares a los utilizados en teatro y espectáculos–, los cuales permiten recortar con precisión los ángulos de distribución lumínica. – Otros tipos de luminarias. Pueden ser muy variados: Izquierda: Proyector asimétrico derecha Fuente: <http://www.iac.es> Análisis del foco contaminante: el alumbrado artificial 49 2.4. Dimensionado y cálculo de iluminación Como se ha comentado al inicio del capítulo B, este libro no pretende ser un manual de iluminación, por lo que en el desarrollo de este apartado no se describirá en detalle la metodología para su dimensionado y cálculo. Se enumerarán algunas pautas de guía y se proporcionarán referencias a enlaces exteriores para ampliar los conocimientos, si es preciso. Para el dimensionado y el cálculo de instalaciones lumínicas, se suelen utilizar dos métodos tradicionales: el método de flujo y el método del punto a punto. Método del flujo Es un método de predimensionado que permite, mediante un fácil cálculo aritmético, determinar el nivel de iluminación medio de la superficie a calcular. El método tiene algunas limitaciones: – Sólo calcula un valor medio de la superficie (ni puntuales, ni uniformidades…). – Sólo se puede utilizar en superficies muy simples (rectangulares). Se realiza mediante el uso de la fórmula del nivel de iluminación: donde: Em: Nivel de iluminación medio en servicio de la instalación (es decir, considerando la depreciación en el tiempo). FLÁMPARA: Flujo lumínico de la lámpara. Se conoce de los catálogos de los fabricantes. Fm: Factor de mantenimiento de la instalación. Determina la depreciación de ésta. Fu: Factor de utilización de la luminaria. Se puede conocer de los catálogos de los fabricantes (ya sea en tablas o gráficos). L: Longitud de la superficie a iluminar. a: Anchura de la superficie a iluminar. media LUMINARIA LÁMPARA media útil ES Fm Fu unidades unidades ESLa Φ = Φ ⋅ ⋅⋅ Φ⋅ = = ⋅ Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 50 Conociendo el nivel de iluminación necesario y el flujo lumínico de las lámparas que se quieren utilizar, podría también calcularse el número de luminarias necesario. Para ver el método completo y ejemplos de uso, consúltese: <http://edison.upc.edu/curs/llum/exterior/calculos.html#mfacutil> Método del punto a punto Se realiza un cálculo más exacto mediante el cálculo de los niveles de iluminación en varios puntos representativos. Para ello, se usan las fórmulas básicas de la luminotecnia. donde: Ei: Nivel de iluminación en un punto i. i(C,g): Intensidad luminosa de una luminaria en dirección hacia el punto cuya iluminación se estudia. H2: En esta fórmula es la altura de la luminaria. Este método proporciona unos niveles de iluminación en varios puntos, por lo que permite tener valores de uniformidad y valores extremos lumínicos. Pero es un método largo y laborioso. Y cuantos más puntos de análisis, mayor exactitud en el cálculo, pero también más tiempo de procesamiento. Para ver el método completo y ejemplos de su uso, consúltese: <http://edison.upc.edu/curs/llum/exterior/calculos.html#9ptos> Sin embargo, actualmente se usan, de forma generalizada, los programas informáticos de cálculo. Programas informáticos Se pueden considerar diferentes categorías de software, pero para la iluminación genérica y generalizada existen programas no asociados a un fabricante, que se pueden utilizar con los archivos de fotometrías de diferentes marcas. Algunos de ellos son DIALux <http://www.dial.de>, RELux <http://www.relux. biz/> o LITESTAR <http://www.oxytech.it>. Sus funcionalidades y potencial son similares, y los tres se pueden descargar de forma gratuita, con una importante base de datos de fabricantes. Su uso es muy similar en todos ellos y pueden aplicarse a proyectos luminotécnicos de interior, exterior, fachadas, viales… ( ) ii IC E H 3 2 ,cos γ = ⋅γ Análisis del foco contaminante: el alumbrado artificial 51 Como metodología general, los pasos a seguir son: 1. Modelizar un espacio a iluminar (calle, plaza, fachada…). 2. Hacer un predimensionado mediante métodos manuales (de cálculo, gráficos, por experiencia…). 3. Seleccionar la luminaria y las fuentes de luz (mediante un archivo fotométrico). 4. Preparar los datos de implantación de luminarias (número, posición, orientación…). 5. Realizar el cálculo. 6. Analizar los datos y verificar el cumplimiento de las condiciones lumínicas previamente determinadas. En caso de que no se cumplan, volver a los pasos 2 o 3. Muestra de diferentes pantallas de visualización del software RELux Fuente: elaboración propia Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 52 2.5. Gestión del servicio lumínico en el tiempo En el proyecto básico luminotécnico, se tiene en cuenta el diseño de las instalaciones en las situaciones más desfavorables, con el objetivo de garantizar siempre el servicio lumínico. Por ejemplo, en el caso de interiores, el diseño prevé artefactos y potencias para el caso de ausencia total de la luz solar. En el caso de exteriores se prevé la situación de máxima actividad prevista para la zona a iluminar. Sin embargo, no siempre se necesitan las mismas condiciones lumínicas a lo largo del ciclo de funcionamiento. Por ejemplo, una vía de circulación de acceso a una gran ciudad requiere un nivel elevado de iluminación durante las primeras horas de la noche. Pero es posible que la densidad de circulación baje drásticamente de madrugada, por lo que se requieran niveles considerablemente más bajos a los iniciales. La gestión de los niveles de iluminación necesarios en las instalaciones de alumbrado es importante para garantizar el nivel y el funcionamiento adecuado a las necesidades de cada momento. Con ello se consigue minimizar la afectación de la CL y el consumo energético al nivel imprescindible a la actividad que se quiera realizar. Encendido y apagado El uso del alumbrado se justifica en las necesidades visuales de una actividad determinada. Por ello, deben preverse elementos de encendido y apagado –manual o automático– capaces de sincronizar el funcionamiento de la iluminación con los períodos reales de desarrollo de la actividad. Los diferentes tipos son: – Interruptor. Señal exterior que depende del comportamiento humano. No es recomendado ni permitido por la normativa para instalaciones nuevas. – Reloj. Accionamiento a una hora determinada del día. No es recomendado ni permitido por la normativa para instalaciones nuevas, por su falta de adecuación a las variaciones de salida y puesta del Sol con las estaciones del año. – Reloj astronómico. Accionamiento a la hora a la que se pone y sale el Sol. Es programable y debe especificarse la ubicación geográfica de la instalación y la fecha del año, a fin de ajustar el parámetro de funcionamiento. Es el método más recomendado para el uso generalizado. – Célula fotoeléctrica. Se activa o desactiva en función de la aportación de luz natural. Este último sistema es conceptualmente el más fiable, pero requiere un mantenimiento más frecuente para garantizar las condiciones de funcionamiento (para evitar el ensuciamiento y el envejecimiento de materiales, la obstaculización por parte del arbolado…). El sistema suele permitir el encendido y el apagado de instalaciones, pero no su regulación dependiendo del horario de utilización. Análisis del foco contaminante: el alumbrado artificial 53 – Telegestión. Sistema óptimo, pues combina diferentes tecnologías y proporciona una operativa más adecuada a las necesidades. La optimización del funcionamiento genera un ahorro energético considerable. Regulación: Adaptación de niveles lumínicos al uso Es muy frecuente que el tipo o la intensidad de utilización varíen en distintos períodos nocturnos. Por ejemplo: los niveles de iluminación necesarios en un campo deportivo son muy inferiores durante los entrenamientos que en una competición que sea retransmitida por televisión. Del mismo modo, las necesidades de iluminación de una zona urbana suelen reducirse cuando disminuye significativamente su densidad de uso. La instalación de alumbrado debe diseñarse, pues, de forma que sea “regulable”, es decir: capaz de adaptarse a las necesidades lumínicas de cada uno de sus distintos períodos de uso. Algunas de las tecnologías disponibles son: – Apagada alternativa: Apagado de fuentes de luz no consecutivas (por ejemplo una si , una no), para reducir la energía consumida por la instalación. Este sistema no está permitido si reduce la uniformidad de la instalación. – Regulador en cabecera. Limita la tensión de alimentación o frecuencia y/o forma de onda de alimentación de las luminarias, así como la salida del flujo luminoso. – Regulación mediante los equipos auxiliares e hilo conductor: – La regulación la realiza el equipo auxiliar, pero necesita un hilo o varios hilos, que transportan la información del momento en que se debe hacer la regulación. – Sistemas auxiliares autorregulables. Reactancias electrónicas o mixtas, que son autoprogramables y se regulan en función de un algoritmo matemático del tiempo de encendido y apagado. Mantenimiento de las instalaciones Las instalaciones de alumbrado exterior están sometidas a unas duras condiciones de funcionamiento, tanto por la acción de los agentes atmosféricos como por las condiciones de servicio y, también, por la posible incidencia de agentes exteriores (accidentes, vandalismo…). Sus condiciones iniciales tenderán, pues, a depreciarse y a variar, por lo que es necesario prever una política de mantenimiento –reparaciones, revisiones, limpieza, ajustes…– que palie sus consecuencias. Desde el punto de vista de la protección del medio nocturno, es especialmente importante vigilar que se con- Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 54 serven las prestaciones y características iniciales, así como el posicionamiento, enfoque y ajuste de los elementos de la instalación. 2.6. Medidas para disminuir la CL ¿Cómo se podrían minimizar estas repercusiones o implicaciones? No se trata de reglas complejas o complicadas. El proyectista de la iluminación únicamente debe adquirir la costumbre de plantearse cuatro sencillas preguntas y darles respuesta en su concepción del alumbrado. Estas preguntas son las siguientes: – ¿Dónde se necesita la luz? – ¿Cuánta luz se necesita? – ¿Qué luz se necesita? – ¿Cuándo se necesita? A continuación, analizamos cada una de ellas. ¿Dónde se necesita la luz? La luz debe incidir únicamente en las zonas que ha de recorrer el observador y en los objetos que es necesario que sea capaz de ver. Por ejemplo, en una calle, la luz ha de incidir en la calzada, en las aceras y en los peatones u otros vehículos que puedan interferir en su camino. Iluminar la parte alta de las fachadas o emitir luz hacia el cielo no ayuda en absoluto a la visibilidad necesaria y es un derroche que, además, puede producir molestias a los vecinos de la calle o perjudicar las condiciones naturales de la noche. La regla es sencilla y nos conduce a elegir luminarias que limiten su emisión a las zonas citadas y a enfocarlas convenientemente. No siempre es posible cumplir la regla a rajatabla. La distribución de la luz no puede “recortarse con unas tijeras”, sino que presenta una tendencia natural a dispersarse por reflejos, difracción o dispersión. Análisis del foco contaminante: el alumbrado artificial 55 Por otra parte, en ocasiones, las exigencias de visibilidad comportan la necesidad de extender la iluminación más allá del área de uso. Por ejemplo: la iluminación de un campo de fútbol que se limitase estrictamente a sus límites dejaría en la oscuridad las porterías; lo mismo podría decirse de los peatones en las aceras y la iluminación de la fachada de las plantas bajas… Pero estas limitaciones no deben justificar la despreocupación del proyectista. No siempre es posible limitar totalmente la dispersión de luz fuera de la zona a iluminar, pero es fácil y conveniente reducir esta dispersión al mínimo. Para ello, hay que adecuar las necesidades lumínicas a unos FHSi mínimos (cercanos al 1%) y a factores de utilización máximos (superiores al 0,4). Otra consideración necesaria en lo que respecta a la zona iluminada es su sensibilidad a los perjuicios que pueda ocasionarle la intrusión lumínica. Una zona residencial, por ejemplo, es especialmente sensible a la intrusión lumínica en las ventanas de los edificios. En el caso de las áreas de interés natural, deben extremarse las precauciones para evitar que la CL pueda afectar la biodiversidad. ¿Cuánta luz se necesita? Como ya se ha explicado en el apartado anterior, la visibilidad no depende de la cantidad de luz. Existen unos límites mínimos por debajo de los cuales resultaría imposible o muy comprometida una visibilidad adecuada; existen también unos factores de confort que, en ocasiones, pueden aconsejar superar estos límites mínimos…Todo ello ha servido de base a los estudios que han conducido a la especificación de reglamentos, recomendaciones, etc., sobre los niveles de iluminación necesarios para las distintas actividades. Superar estos niveles recomendados supone: – Incrementar proporcionalmente el consumo de energía de la instalación. – Incrementar proporcionalmente la contaminación por luz reflejada o dispersa. Y ello sin que las condiciones de visibilidad o confort mejoren sensiblemente. La influencia del nivel sobre la efectividad de la iluminación sigue siempre una curva de rendimiento decreciente. Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 56 Es decir, mientras a niveles bajos –por debajo de los mínimos– un ligero incremento de nivel representa un aumento importante de efectividad, a niveles superiores, incrementos muy importantes se reflejan en variaciones muy reducidas –generalmente insignificantes– de su efectividad. El proyectista debe, por tanto, ajustarse a los niveles previstos para el tipo de zonas o actividades objeto de estudio. En todo caso, como se menciona en el apartado 2.2, no deben excederse nunca los niveles previstos en más de un 20%. ¿Qué luz se necesita? La calidad de la luz es una condición lumínica que indica cómo ha de ser la iluminación. El diseñador de la luz ha de especificar las calidades de la luz. En el caso de la CL, ha de considerar la posibilidad de tener unas instalaciones con una gran uniformidad y bajo deslumbramiento, para poder obtener una visibilidad superior. Con respecto al color de la luz, se ha de trabajar con fuentes de luz que tengan un espectro de emisión con baja emisión en las bandas cortas de longitud de onda. Las emisiones por debajo de los 500 nm tienen mayor incidencia sobre los seres vivos y la dispersión atmosférica. La energía lumínica se dispersa en la atmósfera mediante la reflexión, la difracción o la absorción de la luz en las partículas que la luz se encuentra. En una atmósfera limpia, la dispersión es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la longitud de onda (dispersión de Rayleigh). Esto es, se dispersa con mucha más facilidad la luz en la componente azul y violeta que no las amarillas o rojizas. Esa es la razón por la que el cielo es azul durante el día: se dispersa la componente azul de la luz proveniente del Sol. Por tanto, la luz amarilla es menos contaminante que la blanca, que tiene mayor componente en el azul. En atmósferas no limpias (contaminadas, nubes, nieblas…), la dispersión depende también de otros factores: se rige por la denominada dispersión de Mie. ¿Cuándo se necesita? El alumbrado sólo debe funcionar mientras se realiza la actividad que lo justifica. Prolongar su funcionamiento cuando esta actividad ya ha cesado representa un gasto y un consumo energético innecesarios. Por tanto, debe preverse el apagado de la iluminación mediante dispositivos manuales –interruptores– o automáticos –relojes, células fotoeléctricas, detectores de presencia…–, coordinados con los horarios de servicio de la actividad. En el caso de los alumbrados exteriores, el funcionamiento del alumbrado es innecesario mientras se dispone de luz natural suficiente. Los dispositivos de en- Análisis del foco contaminante: el alumbrado artificial 57 cendido y apagado han de tomar en consideración esta circunstancia y ajustarse al horario solar, teniendo en cuenta que éste varía a lo largo del año. En muchas ocasiones, la actividad iluminada no cesa totalmente, pero a partir de una hora determinada su densidad de utilización disminuye marcadamente; puede tratarse, por ejemplo, del tráfico en una calle a horas de la madrugada, o de un terreno deportivo utilizado para entrenamiento y no para competición. Generalmente, la necesidad de iluminación está relacionada con la intensidad de uso, por lo que en períodos de menor actividad podrá reducirse el nivel de iluminación y, por tanto, las repercusiones medioambientales del alumbrado. Respondiendo a estas preguntas, se puede analizar de forma conceptual el alumbrado y su función. Sin embargo, es necesario profundizar en la parte técnica y cuantificar la reducción de la emisión dañina. El foco contaminante se analizará en los subapartados siguientes. 1 Para ampliar conceptos en el campo de la luminotecnia se recomiendan, entre otros, los siguientes enlaces: <http://sites.upc.edu/grlum/manual> y <http://www.indal.es/portal2/cm/indalux/pages/doctecnicaesp?locale=es_ES>. 2 Estudio de la Universidad de Yale (10 de junio de 2011): <http://www.nsf.gov/discoveries/disc_ summ.jsp?cntn_id=119737&WT.mc_id=USNSF_1>. 3 En realidad, el flujo que ilumina la parte baja de las fachadas es útil también, pues ilumina a las personas u otros objetos que estén en la acera: obsérvese el peatón situado a la derecha del esquema. Así pues, deberíamos considerar flujo útil el comprendido en el ángulo U1. Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 64 En los últimos 15 años, se ha registrado un aumento sustancial de la CL en Andalucía: Si observamos los mapas de satélite y otros mapas de CL europeos o mundiales, parece que España tenga poca CL, pero no es más que un efecto de la baja densidad de población. Un estudio realizado por Alejandro Sánchez y Jaime Zamorano, del Departamento de Astrofísica de la Universidad Complutense de Madrid, pretende corregir este efecto para representar la CL real. Este estudio da validez a la corrección por potencia media e indica que España es el país más contaminante de Unión Europea y que es poco indicado para la observación astronómica, puesto que tiene la mayor tasa de superficie saturada en las imágenes nocturnas por superficie construida y la mayor potencia por luminaria. Evolución de la CL en Andalucía de 1992 a 2007 (Fuente: <http://www. juntadeandalucia.es/ medioambiente/>)  Situación a escala mundial 65 3.2. Normativa aplicable A continuación, se enumeran algunas de las normativas, reglamentaciones y leyes que hacen referencia a la CL. Lejos de realizar un análisis exhaustivo, se pretende ofrecer una visión general de las diferentes tendencias y grados de protección. Normativa nacional (España) Normativa de las comunidades autónomas en España Real Decreto 1890/2008 Protección de la Calidad Astronómica de los Observatorios del Instituto de Astrofísica de Canarias, Real Decreto 243/1992 Protección del Medio Nocturno de las Islas Baleares, Ley 3/2005 Ley de protección del medio nocturno: Ley 6/2001 Ordenación del Alumbrado para la Protección del Medio Nocturno de Navarra, Decreto Foral 199/2007 Reglamento de Contaminación Lumínica de Cantabria, Decreto 48/2010 Reglamento de Contaminación Lumínica de Andalucía, Decreto 357/2010 Prevención de la Contaminación Lumínica de Castilla y León, Ley 15/2010 Aplicada En desarrollo Potencia media por luminaria (Fuente: Alejandro Sánchez y Jaime Zamorano, Contaminación lumínica en España) Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 66 Normativa internacional Italia Lombardía República Checa Ley de Protección de la Atmósfera, junio de 2002 Eslovenia Agosto de 2007 Estados Unidos Arizona, Arkansas, California, Colorado, Connecticut, Hawai, Maine, Michigan, Minnesota, Montana, Nuevo Méjico Aparte de las normativas mencionadas, también hacen referencia a la CL: – Recomendaciones para la iluminación de rótulos y anuncios luminosos. Publicación CIE 1992: “Guía para iluminación de áreas urbanas” – Recomendaciones para la iluminación de fachadas y monumentos. Publicación CIE 1994: “Guía para alumbrado con proyectores” – “Guía para la limitación de los efectos molestos de la luz procedente de las instalaciones de iluminación en exteriores” Publicación CIE-150: 2003. Y a escala internacional: – En el Reino Unido: artículo 102 (“Statutory nuisance: lighting”) de la Clean Neighbourhoods and Environment Act 2005, consultable en la página web de la Oficina de Información del Sector Público. – En Escocia: Controlling Light Pollution and Reducing Lightning Energy Consumption. Cabe mencionar que los reglamentos y las leyes son, a menudo, obligaciones de mínimos, y no guías que se recomiende seguir. Con frecuencia, se puede ser más proteccionista que lo que la ley obliga, por lo que es importante conocer el efecto y la magnitud de la contaminación para poder reducirla al mínimo en cada proyecto o instalación. La mayoría de la normativa desarrollada tiene como origen la protección del cielo nocturno en la observación astronómica, y a menudo deja la protección de los ecosistemas naturales en un segundo plano. La estrategia de actuación y la estructura principal de cualquier normativa o reglamentación sobre la CL sigue los parámetros y el desarrollo que se presentan a continuación: Zonificación Las diferentes zonas se clasifican en función de su sensibilidad respecto a la CL. Esta zonificación permitirá determinar límites posteriores para minimizar el efecto del fenómeno sin afectar a la actividad que en ella se realice. Situación a escala mundial 67 El grado de mayor protección será para las zonas E1 y el de menor protección, para las zonas E4: Zonificación Descripción E1 Son las zonas más restrictivas, de máxima protección frente a la CL. Corresponden a las áreas coincidentes con los espacios de interés natural, las áreas de protección especial, zonas de protección de aves, observatorios astronómicos… E2 Corresponden al suelo no urbanizable fuera de un espacio de interés natural, a las áreas de protección especial. Son las zonas periurbanas o los extrarradios de las ciudades. E3 Son las áreas que el planeamiento urbanístico cualifica como suelo urbano o urbanizable. Son zonas residenciales donde la calzada, las vías de tráfico rodado y las aceras están iluminadas. E4 Son áreas en suelo urbano de uso intensivo en actividades por la noche: vías comerciales, industriales o de servicios y también viales urbanos principales. Incluyen centros urbanos, zonas residenciales, sectores comerciales y de ocio con elevada actividad durante la franja horaria nocturna. La iluminación del suelo urbano próximo a las zonas de máxima protección (E1) o a las zonas acuáticas marinas y continentales ha de ser especialmente respetuosa para evitar efectos perturbadores en el medio. El órgano de gobierno correspondiente publicará, difundirá y comunicará la zonificación de su territorio según la protección de la CL. En el caso del reglamento catalán, los ayuntamientos pueden proponer modificaciones razonadas a la zonificación en sus términos municipales. Ejemplo de zonificación: Catalunya (Fuente:<http://sima. gencat.cat/Visors/PCL/ Inici.html>) Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 68 Lámparas Una vez realizada la zonificación, uno de los aspectos que debe tener en cuenta toda normativa es el espectro de emisión de las lámparas y su influencia en la CL. La iluminación de un emplazamiento ha de diseñarse, en lo que respeta a aparatos e instalaciones, de manera que prevengan la CL, y favorezcan el ahorro y el aprovechamiento de la energía. Las lámparas que deben utilizarse son las de mayor eficiencia energética y de mínima emisión de flujo luminoso en radiaciones de longitud de onda inferiores a 440 nm, las cuales han de ser compatibles con las exigencias funcionales y paisajísticas de cada lugar. Podemos ver, por ejemplo: Real Decreto 1890/2008 En la zona E1, se utilizarán lámparas de vapor de sodio. Cuando no resulte posible utilizar dichas lámparas, se procederá a filtrar la radiación de longitudes de onda inferiores a 440 nm. Decreto 82/2005, Cataluña (actualmente anulado) Decreto 357/2010, Andalucía En zonas E1 y E2 adyacentes a E1, no se permitirán lámparas de emisión espectral superior al 15% por debajo de 440 nm. Luminarias La luminosidad del cielo producida por las instalaciones de alumbrado exterior depende del FHSi. Han de limitarse las emisiones luminosas hacia el cielo en las instalaciones de alumbrado exterior, con la excepción de las de alumbrado festivo y navideño. Real Decreto 1890/2008 Zona de protección Horario de tarde Horario de noche E1 VSBP/VSAP VSBP/VSAP E2 Preferentemente VSBP/VSAP VSBP/VSAP E3 Preferentemente VSBP/VSAP Preferentemente VSBP/VSAP E4 Preferentemente VSBP/VSAP Preferentemente VSBP/VSAP VSBP: Lámparas de vapor de sodio a baja presión. VSAP: Lámparas de vapor de sodio a alta presión. Situación a escala mundial 69 Clasificación de zonas Flujo Hemisférico superior instalado FHSINST E1 ≤ 1% E2 ≤ 5% E3 ≤ 15% E4 ≤ 25% Decreto 82/2005, Cataluña (actualmente anulado) Decreto 48/2010, Cantabria Decreto 357/2010, Andalucía En los proyectos, el FHSi será inferior o igual al 1%. Cuando esto no sea factible, deberá quedar justificado en los proyectos y, en ningún caso, se podrán superar los valores establecidos por la tabla. También existen limitaciones y recomendaciones en lo referente a la implantación de sistemas de proyectores. Z: Zona de proteción V. Horario de tarde N: Horario de noche Z V N E1 1 1 E2 5 1 E3 15 15 E4 25 25 Zona de protección Flujo de Hemisférico Superior Instalado E1 1% E2 2% E3 3% E4 ≤ 5% Valores límite del FHSINST según zonificación E1 ≤ 1% E2 ≤ 5% E3 ≤ 15% E4 ≤ 15% Para alumbrado viario en general ≤ 5% Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 70 Niveles lumínicos A partir de este punto, las normativas establecen unos criterios más o menos restrictivos para limitar los niveles de iluminación media en las diferentes vías, el deslumbramiento máximo… Y, para iluminaciones no funcionales, dependiendo de la zona de protección: iluminación intrusa máxima en superficies verticales, luminancias máximas de fachadas… Por ejemplo, en el caso de las iluminaciones no funcionales: Real Decreto 1890/2008 Parámetros luminotécnicos Valores máximos Observatorios astronómicos y parques naturales E1 Zonas periurbanas y áreas rurales E2 Zonas urbanas residenciales E3 Centros urbanos y áreas comerciales E4 Iluminancia vertical (Ev) 2 lux 5 lux 10 lux 25 lux Intensidad luminosa emitida por las luminarias (I) 2.500 cd 7.500 cd 10.000 cd 25.000 cd Luminancia media de las fachadas (Lm) 5 cd/m25 cd/m210 cd/m225 cd/m2 Luminancia máxima de las fachadas (Lmáx) 10 cd/m210 cd/m260 cd/m2150 cd/m2 Luminancia máxima de señales y anuncios luminosos (Lmáx) 50 cd/m2400 cd/m2800 cd/m21.000 cd/m2 Incremento de umbral de contraste (TI) Clase de Alumbrado Sin iluminación ME5 ME3/ME4 ME1/ME2 TI=15% para adaptación a L=0,1 cd/m2 TI=15% para adaptación a L=1 cd/m2 TI=15% para adaptación a L=2 cd/m2 TI=15% para adaptación a L=5 cd/m2 Decreto 48/2010, Cantabria Valores máximos Parámetros luminotécnicos E1 E2 E3 E4 Iluminancia vertical (Ev) 2 lux 2 lux 5 lux 10 lux Intensidad luminosa emitida por las luminarias (I) 2.500 cd 7.500 cd 10.000 cd 25.000 cd Situación a escala mundial 71 Luminancia media de las fachadas (Lm)2 cd/m24 cd/m26 cd/m212 cd/m2 Luminancia máxima de las fachadas (Lmáx)10 cd/m210 cd/m260 cd/m2150 cd/m2 Luminancia máxima de señales y anuncios luminosos (Lmáx)40 cd/m2300 cd/m2600 cd/m21.000 cd/m2 Incremento de umbral de contraste (TI) TI=10% para adaptación a L=0,1 cd/m2 TI=10% para adaptación a L=1 cd/m2 TI=15% para adaptación a L=2 cd/m2 TI=15% para adaptación a L=5 cd/m2 Decreto 82/2005, Cataluña (actualmente anulado) La iluminación producida por un proyector debe cumplir los siguientes requisitos: a) El haz luminoso de un proyector debe limitarse a la superficie a iluminar. La intensidad luminosa fuera de la superficie a iluminar debe ser inferior a 10 candelas por cada kilolumen emitido por la lámpara. Deben respetarse los valores de iluminación intrusa establecidos en la tabla y las intensidades lumínicas de la tabla. La iluminación que recibe una fachada de un edificio por encima de 4,5 metros, producida por el alumbrado de la calle, será, como máximo, los valores de iluminación que aparecen en la tabla según la zona de protección donde esté ubicado el alumbrado. La intensidad lumínica de cualquier luz que emita flujo lumínico en dirección a áreas protegidas (E1) o pueda provocar deslumbramiento a personas no ha de superar los valores de la tabla. Z: Zona de proteción V. Horario de tarde N: Horario de noche Z V N E2 50 0,5 E3 100 1 E4 100 2,5 Z: Zona de proteción V. Horario de tarde N: Horario de noche Z V N E1 2 1 E2 5 2 E3 10 5 E4 25 10 Tabla . Intensidad luminosa máxima emitida en dirección a áreas protegidas (E1), expresada en kilocandelas (Kcd). Z: Zona de protección; V: Horario del atardecer; N: Horario de noche Tabla . Iluminación intrusa máxima en superficies verticales, expresada en lux Z: Zona de protección; V: Horario del atardecer; N: Horario de noche Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 72 Régimen de funcionamiento Con mayor o menor permisividad, debe limitarse el horario de funcionamiento de las instalaciones. Real Decreto 1890/2008 1. Los sistemas de accionamiento garantizarán que las instalaciones de alumbrado exterior se enciendan y apaguen con precisión, cuando la luminosidad ambiente lo requiera. 2. Para obtener ahorro energético en casos tales como instalaciones de alumbrado ornamental, anuncios luminosos, espacios deportivos y áreas de trabajo exteriores, se establecerán los correspondientes ciclos de funcionamiento (encendido y apagado) de dichas instalaciones, para lo que se dispondrá de relojes astronómicos o sistemas equivalentes, capaces de ser programados por ciclos diarios, semanales, mensuales o anuales. 3. Las instalaciones de alumbrado exterior, con la excepción de túneles y pasos inferiores, estarán en funcionamiento como máximo durante el período comprendido entre la puesta del Sol y su salida o cuando la luminosidad ambiente lo requiera. 4. Cuando se especifique, los alumbrados exteriores tendrán dos niveles de iluminación de forma que, en aquellos casos del período nocturno en los que disminuya la actividad o características de utilización, se pase del régimen de nivel normal de iluminación a otro con nivel de iluminación reducido, manteniendo la uniformidad. 5. Se podrá variar el régimen de funcionamiento de los alumbrados ornamentales, estableciéndose condiciones especiales, en épocas tales como festividades y temporada alta de afluencia turística. 6. Se podrá ajustar un régimen especial de alumbrado para los acontecimientos nocturnos singulares, festivos, feriales, deportivos o culturales, que compatibilicen el ahorro energético con las necesidades derivadas de los acontecimientos mencionados. Decreto 82/2005, Cataluña Se considerará horario de regulación: – Horario de tarde: desde la puesta del Sol a las 22.00 h (UTC). – Horario nocturno: desde las 22.00 h (UTC) hasta la salida del Sol. Se deberá proceder a la desconexión a la hora de la regulación, excepto en casos especiales, competiciones deportivas, etc. Los alumbrados ornamentales y navideños tendrán un funcionamiento máximo hasta la 1.00 de la madrugada. Los últimos, un máximo de 168 horas al año, durante un calendario determinado. Situación a escala mundial 73 Decreto 357/2010, Andalucía 1. Con carácter general, se establece como horario nocturno el comprendido en la franja horaria siguiente: a) Desde las 0.00 h hasta las 6.00 h, en el período de la hora de invierno. b) Desde la 1.00 h hasta las 6.00 h, en el período de la hora de verano. 2. Los ayuntamientos podrán establecer de forma justificada, en sus ordenanzas municipales, ampliaciones al horario nocturno. 3. Todas las instalaciones de alumbrado exterior, tanto las nuevas como las existentes, deben estar dotadas con sistemas automáticos de regulación o encendido y apagado que les sean necesarios para el cumplimiento de lo establecido en este Reglamento, así como en el Real Decreto 1890/2008, de 14 de noviembre. 4. En zonas clasificadas como E1 y E2, el alumbrado exterior que no sea necesario por motivos de seguridad se mantendrá apagado durante el horario nocturno. 5. Las instalaciones de alumbrado exterior que estén situadas en zonas clasificadas como E3 y E4 deben reducir, en la medida de lo posible, el flujo luminoso durante el horario nocturno con respecto a los límites que les sean aplicables, manteniendo la uniformidad de la iluminación. Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 80 Flamp: Flujo lumínico de cada lámpara dentro de una luminaria. Esta magnitud es puramente teórica, puesto que presenta varias carencias: – No tiene en cuenta el reflejo de la luz en las superficies que está iluminando (por ejemplo, el suelo). – No tiene en cuenta los obstáculos que el flujo lumínico puede encontrarse a la salida de la luminaria (como las fachadas de los edificios). Estas carencias son resueltas por el método RAMA-L, que se explica en el siguiente apartado. Desde el punto de vista del vector de análisis energético, cabe mencionar que con una buena selección de luminarias y lámparas se puede lograr una reducción sensible de la potencia instalada, manteniendo un mismo nivel de iluminación. En efecto: si mejoramos el porcentaje útil de la emisión de la lámpara, con un flujo de lámpara inferior podremos alcanzar el mismo nivel de Iluminación. Veamos un ejemplo en la tabla siguiente: Lámpara Flujo de lámpara en (lm) Tipo de luminaria Factor de utilización Flujo útil (en lm) Vapor de sodio 70 W 7.000 0,4 2.800 Vapor de mercurio 250 W 12.500 0,2 2.500 4.3. Método RAMA-L: cuantificación de la emisión contaminante en una instalación Se conoce la CL como un fenómeno de la actividad nocturna humana que altera el medio natural. Técnicamente, otra definición aceptada es: – Emisión de flujo luminoso de fuentes artificiales nocturnas en intensidades, direcciones o rangos espectrales innecesarios para la realización de las actividades previstas en la zona en que se han instalado las luminarias. Fuente: Ley 6/2001 del Parlament de Catalunya De esta definición, podemos extraer las siguientes componentes: – Intensidad de la fuente luminosa. La intensidad con la que la luz ilumina las zonas a las cuales ha de dar servicio. Un exceso de intensidad lumínica incrementa la CL por reflexión. Cuantificación de la contaminación lumínica 81 Iluminación con niveles lumínicos excesivos (izq.) – Dirección de la emisión de luz. La emisión de luz ha de ser dirigida hacia la zona a la cual se pretende dar servicio y durante la prestación del mismo. En caso de estar mal dirigida, ésta ocasiona CL (ya sea hacia el cielo o hacia los ecosistemas naturales o humanos). – Rango espectral. La emisión de energía lumínica en longitudes de ondas cortas, en la gama de los azules y los violetas, ocasiona una mayor dispersión de la luz en la atmósfera y tiene una afectación más importante en las observaciones astronómicas e intrusión en la vida natural de los ecosistemas. Es especialmente importante la precisión: “en intensidades, direcciones o rangos espectrales innecesarios para la realización de las actividades previstas en la zona en que se han instalado las luminarias”. Es decir, a nivel de control reglamentario o de normativa, se considera CL sólo aquella aportación de iluminación artificial que excede las necesidades humanas para la actividad que se debe realizar, o las malas prácticas en el diseño de la instalación. Sin embargo, pese a tener una instalación correctamente dimensionada y proyectada según las necesidades humanas, el impacto ambiental puede ser importante. Un ejemplo podría ser la construcción de un estadio de fútbol, en que se requieren niveles de iluminación muy elevados (para la retransmisión televisiva) y lámparas de espectro de emisión en los azules (para tener una buena reproducción cromática). Pese a estar correctamente diseñado y proyectado, el reflejo de la luz en las superficies y el espectro de emisión generan CL y, por tanto, afectación en el entorno. El método RAMA-L (Ratio y Análisis Medio Ambiental –Lumínico) tiene como objetivo cuantificar la magnitud del foco contaminante en la repercusión del resplandor luminoso y proporcionar herramientas para introducir los cambios necesarios que permitan reducir los efectos perniciosos. La emisión lumínica en una dirección no adecuada produce intrusión lumínica.. (der.) Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 82 ¿Cómo afecta la iluminación de este campo de fútbol a su entorno? En caso de sustituir los proyectores actuales por modelos asimétricos, ¿qué mejora en las condiciones lumínicas y qué reducción del impacto ambiental conseguiríamos? El modelo de análisis RAMA-L parte de la consideración del flujo emitido por el alumbrado, la geometría de la zona de implantación y las reflexiones de pavimentos y fachadas. El planteamiento es esquemático y fácil de modelizar. Pueden incluirse puntos de luz no públicos, rótulos, ventanas, escaparates… –considerados como emisores difusos– y el tratamiento informático utiliza programas informáticos estándares (como los comentados RELux, DIALux…), aunque preferentemente en módulos de cálculo de interior, para poder determinar las reflexiones. El resultado del cálculo nos indica la cantidad de flujo, valorado en lúmenes, que estamos emitiendo hacia nuestro entorno. Y de él se pueden extraer diferentes variables a analizar y minimizar. Las dos variables nuevas introducidas en el método son la Emisión de Flujo Superior (EFS) y el Grado Relativo de Emisión (GRE): Mapa de luminancias que muestra el incremento de brillo del cielo durante el encendido de un estadio de futbol correctamente proyectado. Fuente: elaboración propia Cuantificación de la contaminación lumínica 83 Emisión de flujo superior (EFS) Se define como la cantidad de flujo lumínico que escapa de una instalación de alumbrado hacia el cielo. Su unidad es el lumen y tiene en cuenta: – La luz emitida directamente por las luminarias hacia el cielo (fracción del FHSsaliente). – El flujo reflejado por el suelo u otros elementos donde incida la luz artificial. – La disposición y la geometría de la zona iluminada, que pueden condicionar la cantidad real de flujo que escapa hacia el cielo: De esta EFS total, y repitiendo el cálculo con un valor de coeficientes de reflexión = 0 (es decir, sin reflexión), podremos conocer la proporción debida a la emisión directa o reflejada. Estudiando la iluminación de las paredes, podremos valorar la intrusión de luz. “Encendiendo o apagando” puntos de luz, conoceremos la influencia individual de cada uno de ellos, la proporción de contaminación debida al alumbrado público y la generada por otros tipos de alumbrado, etc. Es decir, con una operativa fácil y rápida, podemos analizar el efecto lumínico generado en el entorno, en sus distintos componentes. Flujo lumínico que escapa de una ciudad Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 84 Grado relativo de emisión (GRE) Magnitud que relaciona el flujo lumínico con su distribución espectral. Es decir, la emisión energética en cada banda de longitud de onda. Se considera que las emisiones cercanas a los azules son potencialmente más perniciosas que las cercanas a las rojas. Se calcula a través de la EFS corregida mediante el FR de la lámpara utilizada (v. apartado 4.1). Por ejemplo: GRE= EFSEMISIÓN VAPOR MERCURIO + 0,66·EFSEMISIÓN VAPOR SODIO ALTA PRESION Es una magnitud adimensional y da un valor de cuán contaminante es una instalación o un conjunto de instalaciones de alumbrado con respecto a la dispersión atmosférica. De forma genérica se puede usar la fórmula: Metodología de análisis Fase 1: Estudio del caso objeto de análisis En el estudio de la zona a iluminar, es necesario comprobar: – La instalación, en componentes de alumbrado, posibles edificaciones u obstáculos para la luz. – El entorno, para ver la sensibilidad a la intrusión lumínica, ya sea por la proximidad de hábitats protegidos, ámbitos domésticos, observatorios astronómicos… – Los usuarios que han de utilizar esta instalación. Para cada situación concreta, se deben considerar los requisitos lumínicos y de protección. A modo de ejemplo extremo, veremos que no se tendrá en cuenta el mismo desarrollo en el proyecto para un alumbrado de un estadio de fútbol de primera división (donde los niveles lumínicos serán muy elevados para el desarrollo de la actividad y para la retransmisión televisiva), que para una calle de una urbanización (donde los niveles serán puramente de seguridad para la circulación de vehículos). La ubicación de una instalación en un parque natural puede limitar y restringir las soluciones lumínicas para conseguir una mayor protección del medio ambiente, por ejemplo forzando el uso de unas luminarias con FHSi reducido. Es imprescindible analizar cada uno de los factores para definir los requisitos de la actividad artificial necesaria a desarrollar por el hombre, que nos determinará qué tipo de alumbrado debe utilizarse en cada caso. El estudio del entorno ha de tomar en consideración los siguientes factores: N GRE FRi x EFSi 1 = ∑ Cuantificación de la contaminación lumínica 85 – La longitud de la calle [m]: la distancia en metros del caso a estudiar. – La anchura de la calle [m]: la amplitud de la vía, incluyendo aceras, viales... – La altura de los edificios en la calle [m]: la altitud media de los edificios que delimitan la vía (casas, oficinas, fábricas…). – La separación de los edificios con respecto a la vía pública [m], en el caso de los jardines o instalaciones similares. – Los tipos de fachada: para determinar el factor de reflexión de cada fachada e informatizar el sistema. Tipo de fachada Factor de reflexión No existe 0 Obra vista 0,2 Gris, estucado 0,3 Estucado suave 0,5 Pintura blanca 0,6 Blanco mármol. 0,7 – El número de luminarias: la cantidad de puntos de luz a instalar en cada caso. – La tipología de luminaria: el modelo de luminaria. Para informatizar el modelo en la fase siguiente, será necesario tener la fotometría de la misma. – Las características de implantación de los puntos de luz: la disposición, la separación en metros, la altura, la orientación… – Los tipos de lámpara y potencia, como por ejemplo: Lámpara Vapor de mercurio Vapor de sodio a baja presión Vapor de sodio a alta presión Fluorescente Halogenuros Inducción LED Fase 2: Informatización del sistema Se informatizarán los datos recogidos, a fin de estudiar el comportamiento de la instalación y sus condicionantes. Este proceso es el normal para cualquier proyecto de alumbrado, añadiendo algunos componentes que condicionan la emisión de luz a superficies no útiles, como fachadas, alumbrado privado…, sin tener que realizar ningún tipo de operación extra para su desarrollo: Esta fase se puede realizar mediante cualquier programa de cálculo lumínico (preferentemente, de alumbrado interior, para calcular las reflexiones más fácil- Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 86 mente). En el presente estudio, se ha utilizado el genérico RELux <http://www. relux.biz>. Las fotometrías se pueden importar en cualquier formato estandarizado: LDT, IES..., para facilitar el desarrollo de esta fase. Fase 3: Cálculo y extracción de resultados A través del programa de cálculo y la iteración de diferentes posibilidades de funcionamiento horario y espacial, podemos obtener resultados finales de análisis. Estos pueden ser valorados según las magnitudes que hemos visto anteriormente: – Emisión de flujo superior (EFS). Informáticamente, será el flujo lumínico que escape al “techo” de la calle o no, dependiendo de la consideración exacta del entorno. – Grado relativo de emisión (GRE) Luz intrusa FI FHS FHI Flujo útil Luz intrusa EFS directa EFS reflejada EFS totalGRE FI público donde: FI público: flujo instalado en alumbrado público FI privado: flujo instalado en alumbrado privado FHS: Flujo Hemisférico Superior privado Cuantificación de la contaminación lumínica 87 FHI: Flujo Hemisférico Inferior (complementario al anterior) EFS: Emisión Flujo Superior GRE: Grado Relativo de Emisión Fase 4: Valoración de los resultados globales Si consideramos diferentes ratios y lecturas luminotécnicas de resultados, podremos analizar no sólo el GRE y la EFS, sino también otras relaciones EFS/FTI: fracción de la energía luminosa que se pierde hacia el cielo, de la total emitida por las lámparas. Fútil/FTI: fracción de la energía luminosa que es realmente útil, de la total emitida por las lámparas. Fintruso/FTI: fracción de la energía luminosa que puede representar una molestia o una amenaza directa al medio, de la total emitida por las lámparas. … donde: FTI [lm]: flujo total instalado en las lámparas. Fútil [lm]: flujo útil que llega a la superficie que se necesita iluminar. Fintruso [lm]: flujo susceptible de entrar en una zona protegida o donde no estaba proyectada ninguna necesidad de iluminación. Fase 5: Revisión de los resultados y posibilidades de mejora Fase en la que se vuelve a estudiar el sistema objeto de análisis (usuario-insta- lación-entorno), para obtener una solución que presente un impacto ambiental inferior. Por ejemplo: – Posibilidades de cambiar lámparas/luminarias – Posibilidades de reorientar sistemas por proyección – Optimización del sistema de control y reducción – ... al tiempo que se siguen satisfaciendo las necesidades de los usuarios en el entorno de análisis a través de la verificación de las condiciones lumínicas requeridas. Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 88 Ejemplo: Reducción de la emisión contaminante en una industria Si consideramos un ejemplo práctico, podemos analizar el caso de una estación depuradora de aguas, concretamente su actual emisión contaminante y las posibilidades de minimizarla, dada su proximidad a zonas de alta protección. Fase 1: Estudio del caso objeto de análisis El sistema a analizar sería: Instalación. Industria depuradora de aguas, con un alumbrado en las zonas de tránsito de vehículos, de aparcamiento, de carga y descarga, decantadores, filtros, alumbrado ornamental, rótulos... Tiene diferentes edificios, arbolado, etc. El funcionamiento de los sistemas de alumbrado no presenta control ni reducción horarios, concebidos el fin de minimizar su impacto con respecto a la CL, ya sea en viales, rótulos, proyectores decorativos... En la tabla resumen de los sistemas instalados, se indican en rojo los sistemas (lámparas y luminarias) que son potencialmente contaminantes e ilegales, ya sea por su FHSi (%) o por la naturaleza de sus fuentes de luz. FHSi (%) Tipo de lámpara Potencia (W) Unidades Potencia total (W) Alumbrado vial 1% VSAP 100 141 14.100 Parking 3% FLUO 52 20 1.040 Decorativos 60% HAL 150 16 2.400 Entrada de agua 30% VSAP 400 7 2.800 Almacenaje 15% VSAP 4500 1 4.500 Tratamiento de agua 15% HAL 6950 4 27.800 Otras zonas 30% VSAP 150 12 1.800 Rótulos 50% NEO 300 1 300 Entrada 50% VSAP 150 2 300 Cuantificación de la contaminación lumínica 89 – Entorno. La implantación se realiza en una zona de protección E2, situada a 1,4 km de una zona de máxima protección (E1). – Usuario. Las actividades que se realizan en las diferentes zonas son las siguientes (en horarios de tarde y de noche): – Zona de viales: Ronda de vigilancia. Se requieren 10 lux. – Zona de alumbrado de rótulos y decorativos: No hay actividad. – Zona de almacenaje: No hay actividad. – Zona de tratamiento de aguas: La actividad que se realiza en la instalación durante los horarios de tarde y noche es el de control de los sistemas automatizados de toda la zona. Para ello, se requiere una iluminación de 20 lux en las zonas de trabajo. – Otras zonas: No hay actividad. Conforme a la norma Iluminación de lugares de trabajo. Parte 2: Lugares de trabajo exteriores (UNE EN-12464-2), se verifica que no hay requerimientos de IRC para estas zonas. Por tanto, se pueden utilizar lámparas de vapor de sodio en cualquier horario. Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 96 Consideraciones a propósito de RAMA-L: Este método se basa en un análisis exhaustivo de los factores luminotécnicos, de actividad y entorno, y en un tratamiento informatizado de los datos de estudio. Con el análisis del Grado Relativo de Emisión (GRE) y de la Emisión de Flujo Superior (EFS), pueden obtenerse resultados, ratios y comparaciones que permitan conocer si una instalación está bien diseñada, y qué potencial de mejora tiene; su objetivo es minimizar, en lo posible, el impacto ambiental lumínico que genera, sin perjudicar la actividad humana que se desarrolla en la zona. Las aplicaciones analizadas hasta ahora van encaminadas a instalaciones simples o complejas: industrias, campos deportivos, alumbrado urbano... Pero pueden aplicarse igualmente en cualquier caso de estudio, puesto que la implantación de la metodología no significa un sobrecoste significativo frente al estudio genérico de un proyecto o estudio ambiental estandarizado. Las acciones orientadas a reducir el impacto ambiental de la CL suelen ir encaminadas a ofrecer una mayor calidad de servicio lumínico y una mayor adecuación a las necesidades del usuario, con lo cual también suelen ir acompañadas de una recuperación de la inversión que requieren, en un período corto o medio. Este método puede desarrollarse en otros ámbitos de igual manera, pero a diferente escala o con otras aplicaciones: – Ampliar la escala de análisis a macrozonas, como ciudades, municipios, polígonos industriales… – Ampliar los factores de impacto ambiental de análisis: intensidad luminosa saliente en dirección y valor. Ya se han realizado algunas experiencias a escala municipal (una población entera): EFS por metro linela de via pública. Aplicación a una ciudad entera. Cuantificación de la contaminación lumínica 97 4.4. Modelización matemática de la CL según la influencia de los factores externos En el apéndice sobre los efectos de la CL, se habla de la investigación que realizaron Elvey y Roach (1937) con el objetivo de determinar las condiciones del cielo nocturno utilizando un fotómetro fotoeléctrico. Se podría considerar que esta investigación es uno de los primeros modelos de análisis de la CL, debido a que tuvo que llevarse a cabo una metodología de análisis para la obtención de los datos y su tratamiento posterior. El presente modelo fue realizado como parte de una tesis doctoral presentada en la UPC por Héctor Antonio Solano Lamphar. En él se permite establecer una aproximación del grado de intensidad de luz, en cualquier punto de espacios afectados por la contaminación lumínica proveniente de los focos contaminantes cercanos . Los resultados se valorarán en luminancia de la bóveda celeste en Cd/ m2 o Mag/arcseg2 - clase de medida utilizada ampliamente por los astrónomos-. La propuesta fue desarrollada tomando en cuenta las metodologías similares ya existentes y los factores que influyen directamente en el aumento o disminución de la contaminación lumínica. Fue validada mediante recorridos de medición en diferentes espacios naturales y el contraste de los datos obtenidos. Así pues el modelo funciona como herramienta de apoyo a investigaciones en la biodiversidad, y localización de puntos para observaciones astronómicos -ama- teur y profesional-, Estos podrán valorar el incremento de brillo del cielo nocturno en función de las instalaciones de alumbrado analizadas (foco contaminante). Su explicación se realizará por partes –analizando cada una– y con la ayuda del esquema que se presenta a continuación. Esquema del modelo completo Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 98 Se desarrolla la fórmula completa para una atmósfera sin condiciones adversas de clima, teniendo en cuenta tanto los factores que se irán exponiendo en el transcurso del mismo, como los principios de fotometría. Si representamos la ciudad como un foco contaminante, asumimos que está compuesta por un sistema de iluminación artificial nocturna. Este sistema se puede contabilizar y, por tanto, obtener el flujo total instalado correspondiente al foco contaminante. Esta contabilización se puede llevar a cabo, de manera muy eficiente, por medio del método RAMA-L, que se ha explicado detalladamente en capítulos anteriores. Se realiza un modelado para determinar la afectación de las instalaciones de alumbrado artificial. La mayoría de los modelos analizados anteriormente sólo determinan una aproximación del flujo por cada habitante. En el presente modelo, se toma el foco contaminante de manera puntual, escogiendo un punto central del cual parten dos ejes (x, y) y la circunferencia de radio r –que dependerá de las dimensiones de la ciudad. El hecho de tomar en consideración la ciudad como un área circular uniforme sobre un plano horizontal permite obtener mejores resultados para los observadores que se encuentran dentro de la ciudad. Primero se contabiliza el flujo lumínico perteneciente a la ciudad, como lo hace el modelo RAMAL-L. Para el presente modelo, es necesario tomar uno de los indicadores utilizados en el modelo RAMA-L y caracterizarlo para obtener los datos necesarios en la fórmula. Tenemos un flujo lumínico dirigido que corresponde a la EFS partiendo de la ciudad hacia el primer ángulo sólido, que podemos denominar también flujo luminoso y que mide la energía global emitida por el foco contaminante. Por tanto, este flujo se representa: (1) = × × αΩ1Flha AC EFS Cos d (1) (2) Ω= 2 1 1ds dpa (2) (3) donde: Flha = flujo lumínico hacia el ángulo sólido primario Ac = área de la ciudad (tomando la fuente puntual, Ac siempre será igual a 1) EFS = emisión de flujo superior a = ángulo que se forma entre el cénit y la línea del flujo dirigido dW1= diferencial del ángulo sólido primario. El ángulo sólido que representa el = ∗1ds dh dv (3) Cuantificación de la contaminación lumínica 99 flujo lumínico que parte de la ciudad se denomina ángulo sólido primario. Éste ángulo tiene relación con el número de fotones que impactan en la atmósfera y la distancia entre dicha superficie y la ciudad, es decir, el flujo luminoso recibido por la atmósfera (Wolfram Research, 2010). dS1= superficie elemental del primer ángulo sólido dh * dv = lados de la superficie elemental de ángulo sólido, representados en la figura pa = distancia entre el foco y el volumen donde impactan los fotones. La ley de la inversa del cuadrado o ley cuadrática inversa refiere a algunos fenómenos físicos cuya intensidad disminuye con el cuadrado de la distancia al centro donde se originan. Como consecuencia de la propagación de la luz en línea recta, esta ley también se utiliza en la iluminación. Denominamos pa la distancia y, debido a la ley cuadrática inversa, esta pa se encuentra elevada a un cuadrado negativo. Continuando con el modelo, tenemos el flujo luminoso para el primer ángulo sólido, ahora debemos determinar el comportamiento de la intensidad a través del volumen de ángulo sólido, tomando en cuenta la distancia y la extinción de la luz en ese paso. Por tanto: (4) donde: Fllea = flujo lumínico hacia la atmósfera C1 = primer coeficiente de transmisión Izquierda: Explicación gráfica del FHS y el FHI (Solano, San Martín, García 2009) Derecha: Explicación gráfica del flujo dirigido (Solano, San Martín, García 2009) = α 2 1 1 dS Fllea Ac×EFS×Cos C pa (4) Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 100 Hasta este punto, se tiene el flujo luminoso por el primer ángulo sólido en relación con la distancia; por tanto, se deben determinar los fotones que pasarán de este ángulo sólido al segundo ángulo sólido en dirección al observador. La probabilidad de que ello suceda en una atmósfera compuesta por moléculas y aerosoles se verá a continuación. Tomando en cuenta los factores anteriores: (5) α× Ω 2 12 dS Flho = Ac × EFS × Cos C1C2 Prob × Aro d pa (5) donde: Flho = flujo lumínico hacia observador C2 = segundo coeficiente de transmisión Prob = probabilidad de dispersión Aro = área del observador dW2 = diferencial de ángulo sólido secundario El primer ángulo sólido es proporcional al segundo; la superficie elemental del primer ángulo sólido es proporcional a la diferencial de distancia del segundo (Kocifaj, 2007), por lo que la fórmula anterior pasa a ser: (6) − α× × Ω 2 2Flho = Ac × EFS × Cos pa C1C2 dao × Prob × Aro d (6) Representación gráfica del primer ángulo sólido (Solano, San Martín, García 2009) Cuantificación de la contaminación lumínica 101 donde: dao = diferencial de distancia entre el observador y el volumen donde impactan los fotones Ahora, basándonos en la geometría del modelo propuesto, tenemos: (7) =γ dh dao Cos (7) (8) −α = 2 2 2 Cos pa Aat (8) (9) −− =α× × γ× × Ω 32 1 2Flho Ac × EFS × Cos Aat C1C2 dAat × cos Prob Aro d (9) donde: Aat = altura de atmósfera dAat = diferencial de altura de atmósfera. De esta manera, podremos integrar en una altura de atmósfera definida, basándonos en Kocifaj (2007). Tomando en consideración otro principio de fotometría, tenemos que la intensidad luminosa recibida por el observador será proporcional al área del observador y al ángulo sólido secundario (ángulo de observación). Por tanto: (10) − α× × Ω = × γΩ 32 2 2 EFS×Cos Aat C1C2 dAat×Prob×Aro d Ac IObs Cos Aro d (10) donde: IObs = intensidad al observador Eliminando términos similares y agregando la integración por altura de atmósfera, tenemos: (11) ( ) − =α× × × γ∫ 32 Aat O Ac IO EFS×Cos Aat C1C2 Prob dAat Cos (11) Y, agregando la corrección por obstáculo orográfico y la corrección por curvatura de la Tierra: (12) ( ) − =α× × × γ∫ 32 2 Aat CO Ac IO CU EFS×Cos Aat C1C Prob dAat Cos (12) Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 102 donde: CO = corrección por orografía CU = corrección por curvatura de la Tierra En el presente modelo, es posible delimitar la longitud de onda que está relacionada con la CL del caso de estudio, integrando definidamente de acuerdo con la parte del espectro que se conozca de la luz proveniente del foco contaminante (Kocifaj, 2007). Por tanto: (13) ( ) () λ − λ =α× × ×λ γ∫∫ 32 Aat 2 CO 1 Ac IO CU Cos Aat EFS×C1C2 Prob d dAat Cos (13) donde: l1 = menor longitud de onda l2 = mayor longitud de onda La fórmula 40 corresponde al modelo propuesto para una atmósfera diáfana, sin tener en cuenta las condiciones adversas de climatología. Para convertirla a luminancia, hemos de conocer la superficie aparente perteneciente al volumen de atmósfera. Esta superficie, en metros cuadrados, nos dará la aproximación de la luminancia que afecta al observador. La superficie aparente dependerá de la distancia y del ángulo de observación. Así, también podremos convertir los valores de luminancia en mag/arcsec2, con una conversión recomendada por Zotti (2007). (14) ( ) ( ) = 2 2 /12,603log10 /Mag Arcseg Cd m (14) Para un desarrollo en detalle del método, véase el apéndice correspondiente. Ejemplo: Utilización del modelo en el caso de la depuradora de aguas residuales Se realiza el desarrollo de un ejemplo con el objetivo de analizar el comportamiento del modelo en situaciones reales controladas. Imaginemos que se requiere conocer la influencia hacía un observador situado a 800 metros de distancia de la depuradora demostrada anteriormente. Tomando en cuenta atmósfera diáfana, con un ángulo cenital de observación de 1 grado y acimutal de 0 grados, con un ángulo de visión de 0,3 grados, sin obstáculos orográficos Observando el desarrollo completo: (15) ( ) () λ − λ =α× × × × λ γ∫∫ 32 Aat 2 CO 1 Ac IO CU Cos Aat EFS C1C2 Prob d dAat Cos (15) Cuantificación de la contaminación lumínica 103 Primero es necesario definir cada uno de los aspectos que forman parte del modelo y que caracterizan la situación de la depuradora de aguas residuales. Se ha utilizado el software informático Wolfram para los cálculos. CU = corrección por curvatura de la Tierra Recordando la fórmula de curvatura de la tierra: Por lo tanto CU = 0,9999999686 Ac = Área del foco contaminante (en este caso al tratar con un observador fuera del foco, tomaremos el foco puntual) Por lo tanto Ac =1 Co = Corrección por orografía (en este caso no se encuentran obstáculos orográficos). Por lo tanto Co = 0 a = ángulo cenital del foco contaminante (18) ( ) −   α= + γ + × − γ× η     1 2 2 1 2 cos po po ArcCos Tan Tan Aat Aat (18) a = 4,0898 grados Aat = Altura efectiva de atmósfera Aat = 9,996 Se tomarán las longitudes de onda estándar para la luz visible (entre 380 nm y 780 nm) EFS = 946916 (dato del ejemplo RAMA-L extraído en el proceso anterior a obtener el GRE) CT = Coeficiente de transmisión C1 = exp-X1(Ka+Km)PA C2 = exp-X2(Ka+Km)AO C1 = 0,88835 − = / hA CU Exp (16) ( ) − =×× 4 1,57 10h PO Km (17) Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 104 C2 = 0,886 Prob = Probabilidad de dispersión (19) ( ) () λ − λ =α× × λ γ∫∫ 2 32 1 Aat CO Ac IO CU Cos Aat EFS×C1C2×Prob d dAat Cos (20) Prob = 0,014035 En este punto se tienen todos los coeficientes requeridos Utilizando la fórmula: (20) ( ) () λ − λ =α× × λ γ ∫∫ 2 32 1 Aat CO Ac IO CU Cos Aat EFS×C1C2×Prob d dAat Cos (20) Computando los datos en la fórmula principal con el software Wolfram, tenemos que: IO= 0,01145 Tomando en cuenta la superficie aparente y el ángulo de visión tenemos: CL = 0,0008312 cd/m2 Y utilizando la formula de conversión (21) ( ) ( ) = 2 2 /12,603log10 /Mag Arcseg Cd m CL =20,3036 mag/arcsec² El resultado final equivale al brillo del cielo, proveniente de la depuradora de aguas residuales, hacia un observador situado a 800 metros que se encuentra observando en dirección hacia el foco con un ángulo de elevación de 89 grados. Cabe mencionar que los astrónomos consideran oscuridad total a 21,6 mag/ arcsec2. α× Ω 2 12 dS Flho = Ac × EFS × Cos C1C2 Prob × Aro d pa (5) − α× × Ω 2 2Flho = Ac × EFS × Cos pa C1C2 dao × Prob × Aro d (6) =γ dh dao Cos (7) −α = 2 2 2 Cos pa Aat (8) −− =α× × γ× × Ω 32 12Flho Ac × EFS × Cos Aat C1C2 dAat × cos Prob Aro d (9) − α× × Ω = × γΩ 32 2 2 EFS×Cos Aat C1C2 dAat×Prob×Aro d Ac IObs Cos Aro d (10) ( ) − =α× × × γ ∫ 32 Aat O Ac IO EFS×Cos Aat C1C2 Prob dAat Cos (11) ( ) − =α× × × γ∫ 32 2 Aat CO Ac IO CU EFS×Cos Aat C1C Prob dAat Cos (12) ( ) () λ − λ =α× × ×λ γ∫∫ 32 Aat 2 CO 1 Ac IO CU Cos Aat EFS×C1C2 Prob d dAat Cos (13) ( ) ( ) = 2 2 /12,603log10 /Mag Arcseg Cd m (14) ( ) () λ − λ =α× × × × λ γ∫∫ 32 Aat 2 CO 1 Ac IO CU Cos Aat EFS C1C2 Prob d dAat Cos (15) − =/hA CU Exp (16) ( ) − =×× 4 1,57 10h PO Km (17) ( ) −   α= + γ + × − γ× η     1 2 2 1 2 cos po po ArcCos Tan Tan Aat Aat (18) ( ) =π 1 1, 2 4 Prob FF D (19) 112 Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial Aquel mismo año, Baruch (1998) publicó un artículo con el fin de aconsejar sobre cómo preservar las ventanas astronómicas. En su análisis, asociaba el crecimiento de los estándares de vida y de la población con la CL. Comentaba que el cielo nocturno es patrimonio de la humanidad y que los telescopios robóticos, que están disponibles en distintas páginas de Internet, pueden ayudar a que más personas se interesen por las observaciones astronómicas y comprendan la importancia de preservar el patrimonio del cielo nocturno. Percy (1998) también estudió las ventanas astronómicas con el objetivo de educar a la sociedad en la comprensión del efecto de la CL. Por su parte, Green (1998) realizó una interesante disertación para la revista Sky & Telescope sobre por qué la CL afecta a los astrónomos. Hoy en día, su artículo aún se sigue publicando en revistas de interés general, debido a que es una explicación sencilla y clara del efecto de la iluminación artificial nocturna en las observaciones astronómicas. Una investigación parecida fue realizada por Kovalevsky (1998), que determinó, de una manera más técnica, los efectos del medio ambiente en las observaciones astronómicas, incluyendo la masa de aire, el componente atmosférico y, por supuesto, la CL. Garstang (2001, 2006) continuó realizando investigaciones sobre la CL y su medición. Los últimos artículos que publicó se centraban en la determinación del aumento del brillo nocturno causado por las nubes. Tomó el modelo que había desarrollado en 1986 y lo modificó para determinar la CL en el cenit, con el observador en el centro de la ciudad. Para analizar la contribución de las nubes a la CL, se basó en el modelo de Wiscombe, asumiendo que la nube representa una capa horizontal uniforme. Por desgracia, algunos de sus estudios quedaron inconclusos, puesto que Garstang falleció en noviembre de 2009. A raíz de que la CL afectaba cada vez a más personas, se desarrolló un instrumento económico y fácil de usar, que permitía encontrar los mejores lugares de observación. El Sky Quality Meter (SQM) de Unihedron es un fotómetro manual que permite a los observadores cuantificar el brillo del cielo. Con un diseño compacto y portátil, este equipo permite cuantificar fácilmente la calidad del cielo nocturno (Unihedron, 2007). El SQM y sus instrucciones de uso (Unihedron, 2007). 113 Apéndices Efectos de la CL en los seres humanos Se podría pensar que los efectos de la CL en el ser humano tienen que ver con la visión y la percepción visual, debido a que el problema tiene su origen en la iluminación artificial. A pesar de que muchos efectos guardan relación, también está estudiado que la iluminación artificial puede ser percibida con los ojos cerrados y, dependiendo de dicha percepción, variará la cantidad de melatonina – hormona producida en la glándula pineal y que regula los ciclos circadianos– que el cuerpo genere. Por tanto, la CL afecta la cronobiología de los seres humanos y puede ocasionar desórdenes en el sueño y en las regulaciones biológicas, como el metabolismo energético necesario para las funciones que producen energía en el cuerpo. Este es sólo un ejemplo, puesto que los ritmos circadianos afectados inciden en el correcto balance hormonal y producen una alteración en la producción de melatonina, lo que podría causar afectaciones más graves a largo plazo –como diferentes tipos de cáncer. A corto plazo, la CL en los seres humanos produce efectos que acaso no percibimos porque podríamos creer que están siendo ocasionados por otros problemas. Así, se producen alteraciones en la psicofisiología humana, lo que hace que, directa e indirectamente, se experimenten cambios de comportamiento que desembocan en depresión, diferentes casos de insomnio y ansiedad, e incluso alteraciones en la visión. En los párrafos siguientes, se analizan científicamente los efectos mencionados. Entre los principales, destaca que la CL muchas veces genera un problema llamado luz intrusa. La luz intrusa es aquella que se introduce en el hogar, principalmente por las ventanas, procedente de la iluminación artificial, por lo general pública. Ese brillo molesto es el responsable de tener que bajar la persiana y muchas veces no deja dormir adecuadamente. En 1995, se realizó una investigación acerca de las molestias que la CL ocasionaba en las personas holandesas –propiamente, el estudio abordaba varias molestias y, entre ellas, la iluminación artificial. Para ello, se tomaron 4.000 personas representativas de la población de Holanda. Se realizaron cuestionarios a dichas personas, relacionados con el ruido, las vibraciones y las instalaciones de iluminación artificial que afectaban el buen desarrollo de sus actividades diarias. Sólo un 4% de la población señaló molestias con la iluminación artificial en aquel momento (Anon, 1995). Posteriormente, al año siguiente, se analizaron los efectos que estaban causando los invernaderos en los habitantes de una pequeña población situada cerca de los invernaderos. No fueron considerados los efectos fisiológicos, pero sí se efectuaron encuestas al respecto a sus habitantes, que, por medio de datos estadísticos, se relacionaron con la exposición a la CL y el nivel de CL proveniente de los invernaderos. Van Bergem-Jansen y Vos (1996) llevaron a cabo un importante estudio para analizar en qué medida una cancha de tenis molestaba a los habitantes de los alrededores. Aunque no se sabe a ciencia cierta, al parecer los seres humanos también tienen el riesgo de contraer diferentes tipos de enfermedad por la exposición a la CL, como señalaron Davis, Mirick y Stevens (2001). Dichos investigadores realizaron un trabajo para demostrar que la exposición a la luz por la noche se puede asociar al riesgo de desarrollar cáncer de pecho. Lograron demostrar, después de estudiar a varias personas, que la exposición a la luz por la noche puede aumentar el riesgo del cáncer de pecho al suprimir la producción nocturna normal de me- 114 Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial latonina en la glándula pineal, que, por otra parte, podría aumentar el estrógeno en los ovarios. Aquel mismo año, Schernhammer et al. (2001) realizaron una investigación para demostrar que el trabajo de noche reduce la producción de melatonina. Para ello, tomaron como voluntarias a enfermeras que trabajaban en horario nocturno. Se centraron en el cáncer de pecho y demostraron que las mujeres que trabajaban en turnos de noche y que rotaban por lo menos tres noches por mes tenían un riesgo moderado al cáncer de pecho, después de largos períodos de trabajo en turnos de noche. Además de la luz intrusa y sus efectos en el desarrollo del cáncer o la supresión de la melatonina, la CL también puede ser responsable del desarrollo de la miopía. Así fue expuesto en una investigación desarrollada en la Universidad de Pensilvania, en la que se evaluaron 500 niños un porcentaje de los cuales dormía en completa oscuridad, mientras que otro lo hacían con la lámpara prendida y, finalmente, un tercer grupo, con todas las luces de la habitación encendidas. Se observó que más del 50% de los niños que dormían con las luces encendidas padecían miopía (Anon, 1999). Pukkala et al. (2006) analizaron cómo afectaba la reducción de melatonina en la formación de cáncer en los humanos. De hecho, algunos de los resultados obtenidos establecen que la melatonina actúa como antioxidante y se observó que las personas ciegas presentan mayor cantidad de melatonina y, por tanto, menos riesgo de padecer cáncer. Analizaron a varias personas durante unos años y concluyeron que el riesgo de cáncer de mama disminuía considerablemente en las mujeres analizadas, aunque no se obtuvo el mismo resultado con el cáncer de próstata en los varones estudiados. Ejemplo de luz intrusa y su solución (RASC, 2009). 115 Apéndices En 2009, se realizaron dos importantes contribuciones en la localidad de Murcia acerca de la CL y sus efectos en los seres humanos. Madrid (2009) y Rol de Lama y Madrid (2009) investigaron sobre la cronodisrupción –pérdida del orden temporal interno experimentada por personas expuestas a la luz nocturna brillante, que puede acarrear consecuencias que van desde trastornos del sueño hasta cáncer en diferentes partes del cuerpo. Completaron su trabajo contabilizando diferentes tipos de cáncer en algunos países y relacionándolos con el índice de CL en los mismos. Efectos de la CL en la biodiversidad En los apartados anteriores, se ha podido observar que el problema de la CL fue descubierto cuando, debido a un exceso de luz artificial enviada hacia la bóveda celeste, era difícil realizar las observaciones astronómicas habituales. Por tanto, fueron los astrónomos los primeros investigadores en percatarse de este grave problema. Posteriormente, numerosos científicos unieron esfuerzos para determinar el efecto de la CL en la variación de las condiciones nocturnas en los espacios naturales. Ha habido investigaciones relevantes sobre CL y su relación en la variación de las condiciones nocturnas de los espacios naturales, realizadas principalmente por biólogos; sin embargo, estos estudios aparecen años después de las investigaciones llevadas a cabos por los astrónomos. Al respecto, no se puede dejar de mencionar, de nuevo, la Asociación Internacional para el Cielo Oscuro, creada en 1988 por astrónomos que se veían afectados en sus obser- Los ritmos biológicos a diferentes horas del día (Madrid, 2009). Correlación entre el cáncer de próstata y la luz nocturna (Madrid, 2009). 116 Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial Comparación de la sensibilidad en el espectro visible de los humanos y de los insectos (Dolsa y Albarrán, 1998). vaciones nocturnas. Últimamente, también han surgido nuevas inquietudes en la organización; por ejemplo, la incidencia de la CL en los animales nocturnos. La actividad principal de la Asociación Internacional para el Cielo Oscuro es promover el uso correcto de la iluminación artificial, es decir, poco o nada de luz hacia arriba en áreas públicas, y, en general, motivar a las comunidades para que adopten regulaciones con relación a la iluminación. Los efectos de la CL sobre la biodiversidad son variados, pues inciden en las plantas y en los animales de costumbres nocturnas y afectan, en gran medida, a la cadena alimenticia y otros tipos de relaciones ecológicas. Dichos efectos incluyen problemas en la depredación, la declinación de los polinizadores nocturnos, la imposibilidad de orientación que afecta la comunicación y la migración, efectos en la cronoecología, eso es, en los ritmos ecológicos –incluyendo plantas y animales–, e incluso se comenta que detiene la correcta evolución de algunas especies y la diversidad de las mismas. La CL también afecta la cadena trófica y la aptitud de muchas plantas y animales. Y ello también incide, de manera directa o indirecta, en los seres humanos, como se verá en los párrafos siguientes. En 1998, se publicó en España un artículo titulado “La problemática de la CL en la conservación de la biodiversidad”, de Dolsa y Albarrán (1998), que han sido los científicos entomólogos que más han estudiado el efecto de la iluminación artificial nocturna en la biodiversidad y, principalmente, en los insectos –su rama de especialidad. En el artículo mencionado, se explica cómo la iluminación artificial está afectando muchos animales terrestres en Cataluña; se mencionan algunos insectos, lepidópteros y aves, y se indica la parte del espectro electromagnético que más les afecta. En Francia, la preocupación por este fenómeno quedó manifestada en el deseo de estudiar la afectación de la CL en la flora y en la fauna nocturna. Raevel y Lamiot (1998) realizaron un compendio de la afectación de la iluminación artificial nocturna en diferentes especies de su país. Se centraron en describir los efectos sobre anfibios, anguilas, peces y pájaros. Bruderer, Dieter y Steuri (1999) demostraron que las aves se ven muy afectadas por la CL al toparse con la barrera visual que la iluminación artificial origina. En su investigación, analizaron el comportamiento de las aves migratorias expuestas a un radar en banda x y a un haz luminoso brillante. Comprobaron que, al toparse con el resplandor de la barrera de luz, las aves sufrían variaciones en su trayectoria y en la velocidad de desplazamiento. También se ha demostrado que la CL no sólo afecta la biodiversidad terrestre, sino que también perturba, de manera negativa, muchas especies marinas. Se han llevado a cabo estudios interesantes en especies marinas que realizan diariamente migraciones verticales –un tipo de migración que realizan algunos Humanos Insectos 300mm400mm500mm600mm700mm800mm 117 Apéndices organismos que habitan en zonas fóticas del océano. Gal et al. (1999) desarrollaron un estudio de la cantidad de luminosidad ambiental que debería tener el crustáceo Mysis relicta para llevar a cabo la migración diaria. Con un exceso de iluminación, se causaría un desequilibrio en el proceso de migración (Gal et al., 1999). Esto también ha sido comprobado en otras especies, mediante una investigación realizada por Moore et al. (2000). Con este trabajo, se demostró que la CL urbana altera la migración vertical diaria de los Daphnia –crustáceos de pequeño tamaño, conocidos como “pulgas de agua”. Se demostró que la CL no sólo sirve como la señal próxima que acciona la subida del zooplancton, sino que también reduce la amplitud de migración si los niveles son suficientemente altos por la noche. Por ejemplo, la luz de una luna llena reduce la amplitud de los Daphnia, por lo que es de suponer que luces más intensas provocan desequilibrios en los desarrollos naturales de la especie mencionada. Se demostraron las hipótesis de que la CL asociada a áreas urbanas reduce la amplitud y la magnitud de migración del zooplancton (Moore et al., 2000). Posteriormente, se divulgaron nuevos conocimientos de igual o mayor importancia. Es el caso, por ejemplo, los congresos donde se exponen temas relativos a la afectación de la CL en la biodiversidad. El primer simposio, con el lema “Ecology of the Night”, se llevó a cabo del 22 al 24 de septiembre de 2003 en el Leslie M. Frost Natural Resources Centre de Dorset, Ontario. En él, se trató de la importancia de preservar el medio nocturno natural tomando las medidas necesarias, como la buena gestión del alumbrado artificial. También se abordaron temas relacionados con el interés que ha despertado, en biólogos de todo el mundo, la afectación de la CL a la biodiversidad, ya que los investigadores están observando el grave desequilibrio que genera. En dicho congreso, también se empleó, por primera vez, la palabra escotobiología para designar “el estudio de la oscuridad como soporte de vida”. Aquel mismo año, se hizo pública otra investigación sobre la biodiversidad y la CL. Bird, Branch y Millar (2003) estudiaron los efectos de la iluminación costera en el comportamiento alimentario de los ratones de playa. Se observó que los ratones tenían una gran dificultad para conseguir forraje en condiciones lumínicas adversas. El estudio se centró en el efecto que podían causar las lámparas de vapor de sodio a baja presión ya que, por lo general, se usa este tipo de lámparas para impedir la afectación de la CL en tortugas e insectos. Los resultados demostraron que la luz artificial afecta el comportamiento de las especies terrestres en áreas costeras y que la polución por luz merece una mayor consideración en la planificación de la conservación. Cada vez se realizaron más investigaciones centradas en especies específicas. En 2004, Longcore y Rich publicaron un artículo titulado “Ecological Light Pollution”, en el que describían, de manera general, el problema que supone no controlar la iluminación artificial nocturna. Posteriormente, este texto sería la introducción de un libro que publicarían los mismos autores en 2006. Imagen de la campaña para dar a conocer la palabra escotobiología (Muskoka Heritage Foundation, 2008). 118 Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial Es sobradamente conocido que es frecuente el comportamiento nocturno en las ranas. Baker y Richardson (2006) publicaron un artículo sobre estos anfibios, en el que presentaban una investigación que habían realizado con el objetivo de comprobar el efecto de la luz artificial en el comportamiento masculino de las ranas verdes. Los resultados demostraron claramente que el comportamiento de la rana verde masculina se ve afectado por la presencia de la luz artificial. Debido a ello, existe un alto potencial de afectar la reproducción de la especie, y consecuentemente reducir su población. Rich y Longcore (2006), que, por cierto, son dos de los investigadores que más se han preocupado por el efecto de la CL en la biodiversidad, publican en 2006 una recopilación de investigaciones acerca de las consecuencias ecológicas de la iluminación artificial nocturna, especialmente de los efectos de la luz artificial nocturna en los mamíferos terrestres. Los artículos divulgados en dicho libro han sido de suma importancia para los biólogos y los investigadores interesados en el problema. Así, Beier (2006) explica que existen numerosos mamíferos de costumbres nocturnas que se ven seriamente afectados por el exceso de luz, y trata temas de anatomía, sociología y comportamiento ante este tipo de situaciones. Por su parte, Rydell (2006) demuestra que los murciélagos tienen que modificar sus hábitos para poder encontrar los insectos que les sirven de alimento. Explica cómo los murciélagos se aprovechan de la atracción que sienten los insectos por la iluminación artificial, que les lleva a dirigirse hacia las luminarias y allí conseguir su alimento. De esta manera se expone el desequilibrio que la CL está generando en las poblaciones de insectos y murciélagos, así como el cambio de hábitos que han de realizar para adaptarse a tales circunstancias. Como ya se ha expuesto, también las aves se ven afectadas por el problema. Gauthreaux Jr. y Belser (2006) lo corroboran con una investigación sobre los efectos de la luz artificial en la migración de aves. Hablan de los mecanismos que hacen que las aves sean atraídas por la luz artificial, los tipos de fuentes que más las afectan y cómo influyen los hongos luminosos de las fuentes contaminantes en la desorientación que sufren en las migraciones. Montevecchi (2006) también se centra en las aves e investiga las influencias de la iluminación artificial en los pájaros marinos. Su trabajo trata de las fuentes de luz artificial en el medio marino, como los faros, etc. Asimismo, da recomendaciones acerca de cómo se pueden reducir los efectos de la luz artificial en las aves marinas. Otra investigación sobre las aves la realizaron De Molenaar, Sanders y Jonkers (2006), que estudiaron la iluminación de las carreteras y su influencia en las aves, concretamente el efecto de la luz artificial en la fisiología y el comportamiento espacial, y su grave influencia en los biorritmos de las aves. El efecto de la CL en los murciélagos (Rydell, 2006). 119 Apéndices Los animales marinos, que, como ya se ha mencionado, también se ven afectados por la iluminación artificial nocturna, han sido estudiados por Salmon (2006), que da recomendaciones para proteger las tortugas marinas de la luz artificial nocturna en las playas de Florida. Perry y Fisher (2006) trabajaron conjuntamente para explicar los efectos potenciales que observaron al estudiar la relación entre las luces de noche y los reptiles. Por su parte, Buchanan (2006) observó los efectos potenciales de la iluminación artificial nocturna en anfibios como ranas y sapos y, en concreto, algunos problemas que sufren por la iluminación mal gestionada. Wise y Buchanan (2006) –Buchanan ya había llevado a cabo investigaciones sobre la influencia de la CL en los anfibios– publican un artículo sobre la influencia de la iluminación artificial en el comportamiento nocturno y la fisiología de las salamandras. Explican que la iluminación artificial ha causado un grave desequilibrio en el proceder y en los hábitos de estos anfibios. Asimismo, Nightingale, Longcore y Simenstad (2006) establecen la relación existente entre la iluminación artificial nocturna y los peces. Hablan acerca de la fisiología de estos organismos marinos, de los mecanismos que hacen que respondan ante la iluminación y de cómo ésta representa una grave influencia en su medio ambiente natural. Por su parte, Eisenbeis (2006) investiga la relación entre la iluminación artificial nocturna y los insectos. Se centra específicamente en una población rural alemana donde una gran diversidad de insectos están siendo atraídos por las luminarias de la calle. Siguiendo con los insectos, Lloyd (2006) se centra en investigar la influencia de la luz artificial en las luciérnagas. Manifiesta que la iluminación puede ser un grave problema y causar desorientación y desequilibrio en su medio ambiente natural. Un aspecto que no se había tratado antes es el efecto de la CL en las plantas, aunque el reino vegetal también se relaciona con la luz, puesto que es fotosensible. En este sentido, Briggs (2006) realiza un interesante trabajo en el que describe la fisiología de las plantas y su respuesta a la iluminación artificial. Habla acerca de los fotorreceptores que reaccionan ante la iluminación y cómo el hecho de contar con una iluminación artificial nocturna excesiva genera un desequilibrio en sus características naturales. Éstas son, en resumen, las investigaciones publicadas en el libro. Consideramos importante mencionarlas, puesto que se trata de un compendio sumamente importante de la investigación del efecto de la CL en la biodiversidad. Plataforma petrolera marina en Canadá (Fuente: C. Burke, Rich y Longocre, 2006) 120 Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial Al mismo tiempo, se han seguido divulgando trabajos relacionados con el tema en otras partes del mundo. Podemos mencionar, al respecto, a Raine et al. (2007), que han publicado un artículo que investigaba los efectos de la CL en algunas especies de aves de la isla de Malta. En dicho artículo, no sólo exponen las causas y los problemas que origina el exceso de luz artificial nocturna, sino que proponen una serie de soluciones que podrían contribuir a disminuir o evitar el problema. Las principales soluciones consisten en una adecuada gestión de la iluminación artificial de la isla, principalmente en los hoteles. También en 2007, Laboy realizó una disertación para explicar el problema de la contaminaron lumínica en Puerto Rico, en la que hacía especial hincapié en sus efectos para la biodiversidad afectada. Y actualmente también se realizan esfuerzos para relacionar los efectos de la iluminación artificial nocturna en los espacios naturales, como por ejemplo las investigaciones que exponen los problemas que sufren las aves en sus migraciones. En este sentido, en mayo de 2008, Larkin y Szafoni publicaron un artículo titulado “Evidencia de dispersión de aves que emigran juntas por la noche”, centrado en los grupos de aves migratorias llamadas parvadas que, a pesar de estar dispersas por más de 100 metros, siguen manteniendo la unidad del conjunto. Larkin y Szafoni (2008) observaron, sin embargo, que en ocasiones algunos elementos provocan una dispersión que divide la parvada en varias. Entre esos elementos se encuentran las estructuras luminosas, las ciudades y la iluminación de las carreteras. Efecto de los faros en la migración nocturna de las aves (Montevecchi, 2006). Efemerópteros muertos por el efecto de una luz de seguridad (Rich y Longcore, 2006). 121 Apéndices El efecto socioeconómico Para que haya iluminación artificial, es necesaria la existencia de energía, que en la mayoría de los casos es energía eléctrica. Esta energía ha de producirse por diferentes medios, que también tienen sus efectos y sus costes. A lo largo de los capítulos anteriores, hemos visto que la CL es causada por la iluminación artificial que se dirige hacia lugares donde no se necesita. Por tanto, resulta obvio que, si se incluyen mejoras en esta iluminación y se elimina la que va mal dirigida, reduciremos costes. Sin embargo, algunos autores apuntan otros efectos socioeconómicos de la CL. Los aspectos socioeconómicos están relacionados con la población de las ciudades y la economía de las mismas. En relación con la CL, podemos mencionar aspectos de seguridad –tanto pública como vial–, los gastos energéticos que ya se han expuesto, los ambientes donde incide la CL –y que incluyen tanto los de descanso como los de trabajo–, el diseño de la iluminación y algunos otros efectos, que serán tratados en el apartado siguiente. Como se recordará, la investigación de la CL surgió cuando los astrónomos empezaron a ver afectadas sus observaciones. Posteriormente, se fueron descubriendo nuevos efectos. Incluso se crearon organizaciones, no sólo de astrónomos, para estudiar y divulgar el problema. La primera de ellas fue promovida por Crawford y Hunter (1988), que constituyeron una asociación internacional muy importante contra la CL, la International Dark-Sky Association (IDA) o Asociación Internacional para el Cielo Oscuro, todavía existente, integrada por personas que desean reducir la CL. Los miembros de dicha organización “reclaman” el cielo oscuro de noche, de modo que se puedan ver las estrellas, así como reducir los efectos de la iluminación artificial en el medio ambiente y el mal uso de la energía, con todos los gastos que conlleva. En los años posteriores, la IDA siguió organizando congresos, siempre orientados a una mayor comprensión del fenómeno y a la búsqueda de la disminución del efecto del problema, en todos sus aspectos. Cinzano (1993) realizó una interesante recopilación de las publicaciones de la asociación entre 1988 y 1993. Además, uno de los fundadores de la IDA, Hunter (1991), realizó una investigación bastante interesante sobre el coste económico de la CL y los datos que obtuvo eran alarmantes. Hunter (1991) aseguraba que, para generar la electricidad desperdiciada por la iluminación que se va por encima de la horizontal, se necesitaban 30 millones de barriles de petróleo, lo que cuesta a los Estados Unidos mil millones de dólares al año. La IDA adquirió importancia y en la actualidad es tan reconocida que muchos fabricantes de luminarias se enorgullecen de tener el certificado de “luminaria respetuosa con el cielo oscuro”, emitido por la asociación. Como ya observamos en párrafos anteriores, también los humanos sufrimos efectos al estar expuestos a la CL. En este sentido, Tanner (1991) investiga sobre un problema socioeconómico al que no se había concedido la importancia que tenía: la luz intrusa. Se trata de la luz molesta que entra por la ventana de noche y que nos obliga a bajar las persianas para poder dormir adecuadamente. La luz intrusa afecta a los humanos en muchos sentidos, a corto plazo –perturbaciones del sueño y estrés, entre otros– y a largo plazo –en diferentes enfermedades que ya han sido comentadas. Tanner recomienda una mejor distribución y control de la iluminación, principalmente de la de tipo público. 128 Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial Las investigaciones de Walker, por lo general, se centran en la ubicación de los observatorios futuros, espacios con iluminación natural nocturna, y en establecer reglas para localizar apropiadamente los cielos no contaminados. El objetivo era desarrollar una fórmula empírica con la cual fuera posible hallar los lugares más adecuados para las observaciones astronómicas (Walker, 1970). Básicamente, Walker se basa en identificar las ciudades por su número de habitantes (partiendo de censos recientes) y asignar un promedio de flujo lumínico por persona, basado en la experiencia del autor, por lo que se puede argumentar que el modelo es empírico. Para determinar el efecto de la distancia en la afectación de los focos contaminantes –es decir, de las ciudades–, se basa en la fórmula de la ley de la inversa de los cuadrados de la distancia. Aunque es importante señalar que el exponente de la distancia que utiliza Walker (1970) es el 2,5, y no el 2 de la ley de la inversa de los cuadrados de la distancia. Se podría asumir que la absorción de la luz por la atmósfera desempeña un papel en este caso (Narisada y Schreuder, 2004). El presente modelo es relativamente fácil de utilizar, constituye una buena aproximación y tiene sólidas bases empíricas (Shirkey, 2006). Sin embargo, es bien sabido que no todas las ciudades poseen el mismo flujo emitido hacia el cielo –como supone el modelo de Walker–; por tanto, esta es una de sus principales deficiencias. Es decir, es sólo aproximado afirmar que en todos los casos existe una relación acertada entre la población y la CL, pues existen casos en los que esta regla no funciona. Por ejemplo, un centro turístico puede tener mucha CL y poca población (sobre todo en temporada baja). Y otra desventaja es que no tiene en cuenta la dispersión y la extinción de las partículas en suspensión. 2. Modelo de Treanor Posteriormente, Treanor (1973) se basó en la fórmula de Walker y la mejoró introduciendo factores que correspondían a la dispersión que experimenta la luz por las moléculas en suspensión (Shirkey, 2006). Todo modelo lumínico ha de considerar la dispersión por aerosoles a través de una atmósfera homogénea (Treanor, 1973). El modelo de Treanor (1973) se utilizó posteriormente para calcular la CL en regiones de Italia (Treanor, 1974). Este modelo presenta características positivas, entre las cuales cabe mencionar que tiene en cuenta una aproximación para la extinción atmosférica, es relativamente fácil de utilizar, mejora en algunos aspectos la fórmula de Walker y considera las ciudades como una fuente puntual de luz (Shirkey, 2006). Sin embargo, se observa que sigue proponiendo un flujo lumínico por población, no toma en consideración otras partículas en suspensión y sólo se basa en algunas ciudades italianas para establecer las constantes que propone. 3. Modelo de Berry Años más tarde, Berry (1976) tomó la fórmula de Treanor (1973) y le agregó cambios para determinar la contaminación producida por el brillo del cenit de la luz proveniente de pequeñas ciudades, que aplicó a diferentes regiones de Canadá. Obtuvo, a partir de los datos visuales y fotoeléctricos, el brillo del cielo (relacionado con el número de pobladores de las ciudades) y una función de la distancia para el promedio de condiciones atmosféricas. Estas funciones fueron utilizadas en un modelo matemático simple para calcular los niveles de CL en Ontario. 129 Apéndices De nuevo, entre las ventajas en este modelo destacan que tiene en cuenta la extinción atmosférica de la luz y que considera las ciudades como una fuente puntual de luz (Shirkey, 2006). Sin embargo, sigue recurriendo a un promedio de flujo lumínico por población sin formular otras partículas en suspensión y sólo se basa en Ontario para proponer constantes. En realidad, se trata simplemente de una nueva utilización del modelo de Treanor (1974). 4. Modelo de Pike Aquel mismo año, en junio, Pike (1976) desarrolló un segundo modelo de propagación y dispersión de la luz en la atmósfera. Éste modelo se utilizó para calcular las contribuciones de la CL de las distintas ciudades de Ontario Meridional y sus alrededores. Se trataba del mismo modelo que había propuesto Berry (1976), aunque Pike computó los resultados. Para el tratamiento experimental de los datos, utilizó un programa básico computacional. El programa realizaba gráficos de acuerdo con los datos que obtenía y así se realizaban los mapas lumínicos. El objetivo principal de este modelo fue llevar a cabo una proyección a futuro del crecimiento de la CL en Ontario. Entre sus ventajas, además de las mencionadas en el modelo de Berry, cabe mencionar la utilización de un programa informático para el tratamiento de los datos y el hecho de que en este modelo también se tiene en cuenta la extinción atmosférica. Y, como desventajas, encontramos de nuevo que el flujo lumínico se obtiene a partir de la población y que se basa sólo en las ciudades de Ontario para el cálculo del flujo lumínico como constante. 5. Modelo de Garstang Garstang (1984) presentó un modelo para la medición de la CL, que representaba el brillo del cielo de noche, basándose en la luminancia del cielo nocturno. Garstang se apoyó en el modelo de Walker (1970) para comprobar sus resultados. El modelo de Garstang también fue realizado con el fin de localizar observatorios astronómicos. La comprobación y la mejora del modelo se dieron a conocer más tarde (Garstang, 1986). Este modelo contaba con algunas características que lo hacían más atractivo que sus antecesores, aunque mantenía la estandarización del flujo lumínico por habitante, basado en estimaciones empíricas. El modelo de Garstang (1984) ha sido considerado un modelo de segunda generación, puesto que supera a sus antecesores al realizar una modelización completa del efecto de la atmósfera en la Cl. Garstang generaliza la ciudad como un disco uniforme parecido a una fuente puntual, utiliza una escala de atmósferas tomando en consideración los aerosoles y las moléculas, agrega un parámetro que representa el número de aerosoles, permite un modelado angular de la distribución de luz y tiene en cuenta una distribución lambertiana para los reflejos y el flujo lumínico que parte de los focos contaminantes. Este modelo, pues, toma en cuenta los aerosoles y otras partículas en suspensión. Como desventajas, podemos mencionar que sigue relacionando el flujo lumínico con la población y que no incluye los efectos de las nubes (Shirkey, 2006). 130 Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial 6. Modelo de Albers y Duriscoe Según las revisiones teóricas, pasaron varios años hasta que surgió una nueva propuesta para la caracterización de la CL. Albers y Duriscoe (2001) manifestaron que el clima y los aerosoles suspendidos en el ambiente también tienen una cierta relación con el modelado de la CL. Estos investigadores se basaron en el modelo de Walker (1970) para realizar su modelo, que también tenía en cuenta el número de personas por ciudad con relación al flujo lumínico. La diferencia es que ellos se basaron en la curvatura de la Tierra y incluyeron este factor dentro de la fórmula. Con esta ecuación, realizaron mapas lumínicos por todo el país (Estados Unidos). Encontramos, pues, como característica positiva de este modelo el hecho de incluir la curvatura de la Tierra, que afecta grandes distancias. Como desventajas, vemos que, al igual que el modelo de Walker (1970), estandariza las ciudades y da un trato empírico a la atmósfera. 7. Modelado con observaciones de estrellas Los astrónomos se percataron de la CL cuando dejaron de ver las estrellas. Por tanto, cabe pensar que, cuanto mayor es la CL, menos estrellas pueden observarse. Y así se evidenció cuando, en 2003, estudiantes de ciencias de la preparatoria Tucson High, la secundaria Vail y el programa de educación de NOAO realizaron un proyecto para poder modelar la CL utilizando el conteo de estrellas. La investigación se centró en aquellas constelaciones que podían observarse más fácilmente, con la ayuda de plantillas diseñadas al efecto, y al analizarlas en diferentes circunstancias y noches se encontró una relación entre la CL y la visibilidad de las constelaciones (Walker et al., 2003). Años antes, en Tokio, Isobe y Kosai (1998) habían realizado un trabajo más profesional, basado en observaciones fotográficas, que les permitieron desarrollar un método empírico que funcionaba con una fórmula simple. El método de observación de las estrellas nos da una buena aproximación del problema de la CL y es de fácil uso. Sin embargo, el conteo de estrellas es bastante empírico y caben distintas interpretaciones según las personas; además, en el caso de realizar observaciones, es necesario conocer las magnitudes de referencia. 8. Modelo de Aubé Otro factor, que aún no se había tomado en consideración y que es de gran importancia, es la orografía o las características topográficas del terreno. Aubé (2005) desarrolló un modelo denominado ILLUMINA, que tiene en cuenta no sólo los factores que funcionan del modelo de Garstang (1986), sino que también utiliza variables como variaciones en la topografía y la reflectancia que presenta la luz. La primera generación de modelos tiene algunas características que hace que los datos no sean totalmente fiables. Por ejemplo, la mayoría de ellos 131 Apéndices representan una ciudad como un círculo perfecto de constante luminosidad y reflectancia. Es decir, no consideran la orografía del terreno (Aubé, 2006). Sin embargo, el modelo desarrollado finalmente exige tener que realizar mediciones in situ, tanto de la CL como de los aerosoles en suspensión en el momento de la medición (Shirkey, 2006). El modelo de Aubé (2005) es una aproximación bastante buena y quizá el modelo más exacto que existe actualmente, al contabilizar los aerosoles y la CL en tiempo y espacio. Sin embargo, entre sus desventajas destacan que no sólo utiliza una fórmula o modelo matemático y que también se necesita un espectrofotómetro de precio elevado para hacer comparaciones con los datos obtenidos y determinar la cantidad exacta de aerosoles. Así, también se necesitan conocimientos especializados para utilizar los instrumentos requeridos y las computaciones pueden requerir días en un ordenador normal, en palabras del propio Aubé (2005). 9. Modelo de Kocifaj Kocifaj (2007) toma en consideración otro factor de notable importancia: el clima en el momento de la medición. Kocifaj publica un artículo donde presenta un nuevo modelo para la medición de la CL, que acababa de idear. Éste modelo se centra en las fuentes de luz terrestres y su relación con las nubes o las condiciones del cielo cubierto. El modelo es utilizable no sólo con nubes, sino que también es posible estimar la CL con la atmósfera despejada. Kocifaj (2007) también realiza una aproximación para identificar las moléculas y los aerosoles en suspensión en el ambiente estudiado, así como la extinción y la dispersión que experimenta la luz desde la ciudad hasta el observador. Asimismo, realiza tratamientos geométricos para integrar definidamente en altura, teniendo en cuenta las coordenadas polares para la ciudad. Como principal ventaja, encontramos que el modelo de Kocifaj (2007) tiene en cuenta las condiciones de nubosidad, y que involucra también los aerosoles y las moléculas en el ambiente, por lo que es de los modelos matemáticos más completos. Pero también hay que señalar que no toma en consideración otras condiciones climatológicas adversas y que es un modelo teórico, que no ha sido probado en la práctica, sino sólo con simulaciones. 10. Conclusiones Las investigaciones anteriores corresponden a los modelos que existen actualmente para la caracterización de la CL. Éstos han sido probados, acogidos y aprobados por los desarrolladores en diversas investigaciones. Entre ellos, destaca el modelo de Walker (1970), que a pesar de que es el más antiguo –o debido a ello– ha sido el más utilizado. Además, es muy fácil de usar y ofrece una aproximación media al problema. Esquema del modelo completo (Solano, San Martí, García, 2010) 132 Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial Presentación del modelo El presente modelo fue realizado como parte de una tesis doctoral presentada en el Equipo de Estudios Luminotécnicos de la UPC. La explicación se llevará a cabo en dos partes y con la ayuda del esquema que se presenta a continuación. Se desarrolla la fórmula completa para una atmósfera sin condiciones adversas de clima, teniendo en cuenta tanto los factores que se irán exponiendo como los principios de la fotometría. Si representamos la ciudad como un foco contaminante, asumimos que está compuesta de un sistema de iluminación artificial nocturna. Este sistema se puede contabilizar y, por tanto, obtener el flujo total instalado correspondiente al foco contaminante. Esta contabilización se puede llevar a cabo, de manera muy eficiente, por medio del método RAMA-L, que se ha explicado detalladamente en capítulos anteriores. Se realiza un modelado para determinar la afectación de las instalaciones de alumbrado artificial. La mayoría de los modelos analizados hasta el momento sólo indican una aproximación del flujo por cada habitante. En el presente modelo, el foco contaminante se toma de manera puntual. Cabe recordar que es posible representarlo siguiendo el ejemplo de Garstang (1986), escogiendo un punto central del cual parten dos ejes (x, y) y la circunferencia con un radio r, que dependerá de las dimensiones de la ciudad. El hecho de tomar en consideración la ciudad como un área circular uniforme sobre un plano horizontal permitirá obtener mejores resultados a los observadores que se encuentren dentro de la ciudad (Shirkey, 2006). Por tanto, como el presente modelo se orienta a determinar el efecto de la CL fuera del foco, continuaremos tomando el foco como un punto. Primero, se contabiliza el flujo lumínico perteneciente a la ciudad, como lo hace el modelo RAMAL-L. Para el presente modelo, es necesario tomar uno de los indicadores utilizados en el modelo RAMAL-L y caracterizarlo para obtener los datos necesarios en la fórmula. Tenemos un flujo lumínico dirigido que corresponde a la EFS que parte de la ciudad hacia el primer ángulo sólido, que podemos denominar también flujo luminoso, y que mide la energía global emitida por el foco contaminante. Por tanto, este flujo se representa: 133 Apéndices (1) = × × αΩ1Flha AC EFS Cos d (1) (2) Ω= 2 1 1ds d pa (2) (3) = ∗1ds dh dv (3) donde: Flha = flujo lumínico hacia ángulo sólido primario Ac = área de la ciudad –si se toma la fuente puntual, el Ac siempre será igual a 1 EFS = emisión de flujo superior a = ángulo que se forma entre el cenit y la línea del flujo dirigido dW1 = diferencial de ángulo sólido primario. El ángulo sólido que representa el flujo lumínico que parte de la ciudad se denomina ángulo sólido primario. Éste ángulo guarda relación con el volumen en el que los fotones impactan en la atmósfera y la distancia existente entre dicha superficie y la ciudad. Es decir, el flujo luminoso recibido por la atmósfera (Wolfram Research, 2010). dS1 = superficie elemental de primer ángulo sólido dh * dv = lados de la superficie elemental de ángulo sólido, representados en la figura pa = distancia entre el foco y el volumen donde impactan los fotones. La ley de la inversa del cuadrado o ley cuadrática inversa se refiere a algunos fenómenos físicos cuya intensidad disminuye con el cuadrado de la distancia al centro donde se originan. Como consecuencia de la propagación de la luz en línea recta, esta ley también es utilizada en la iluminación. Denominamos pa la distancia y, debido a la ley cuadrática inversa, esta pa se encuentra elevada a un cuadrado negativo. 134 Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial Cómo determinar las distancias y los ángulos Existe una distancia entre la ciudad o foco contaminante y el volumen en donde se impactan los fotones, provenientes del foco, desde donde inician un nuevo camino hacia el observador o punto de interés –desde el ángulo sólido primario hasta el ángulo sólido secundario. Esta distancia guarda relación con la distancia que existe entre la ciudad y el observador. Básicamente, es la hipotenusa perteneciente al triángulo que involucra la ciudad –si se realizan las observaciones hacia el cenit a 90 grados–, el observador y el punto de impacto de los fotones en la atmósfera, pero esto sólo funcionaría con sólidos. Y cabe recordar que la atmósfera no es un sólido, sino un medio por el que pasa la luz. Por tanto, lo que tenemos que determinar en este modelo es la AAT (véase la figura), debido a que se tendrá que integrar definidamente desde la superficie hasta ella. En caso de que se realicen observaciones en diferentes ángulos, es necesario realizar operaciones geométricas diferentes. A continuación, se muestra gráficamente y, más adelante, se indica cómo obtener los ángulos y las distancias de trabajo. El factor que interesa conocer es el ángulo a, que es el que guarda relación entre el flujo lumínico emitido y su direccionalidad –dependiendo de la distancia entre la ciudad y el observador, y de los ángulos del observador a y g , que ya se conoce. Por tanto, basándonos en las características del modelo y en la geometría analítica, tenemos: (4) ( ) −   α= + γ + × − γ η     1 2 2 1 2 cos po po ArcCos Tan Tan Aat Aat (4) donde: g = ángulo cenital del observador PO = distancia entre el punto contaminante y el observador Aat = altura efectiva de atmósfera h= ángulo acimutal del observador Analizando Aat, la altura de la atmósfera, que es el término que se desconoce de la fórmula anterior, tenemos que ésta depende no sólo de los ángulos, sino que también guarda relación con la altura que tengan tanto la ciudad como el observador. Como consecuencia de los análisis anteriores, tenemos: (5) ( ) = − − ∗σ 9,996Aat ABS CLEA PO Sen (5) (6)  σ= −  −  90 tan PO Arc AOSNM ACSNM (6) (7) = ∗ξCLEA Aatc Cos (7) 135 Apéndices (8) ( ) ( ) = + −∗ ∗ ∗ η 22 2Aatc PO Aato PO Aato Cos (8) (9) (10) =∗γOLEA AO Sen (10) (11) − = γ 9,996 AOSNM AO Cos (11) donde: s = ángulo que se forma entre la diferencia de alturas de la ciudad y el observador a nivel del mar Clea = distancia de atmósfera entre la ciudad y la altura efectiva de atmósfera Olea = distancia de atmósfera entre el observador y la altura efectiva de atmósfera a = ángulo cenital del flujo dirigido x = ángulo acimutal del flujo dirigido AO = distancia del segundo ángulo sólido Aatc = distancia entre la ciudad y la línea cenital de la altura efectiva de atmósfera Aato = distancia entre el observador y la línea cenital de la altura efectiva de atmósfera g = ángulo cenital del observador PO = distancia entre el punto contaminante y el observador Aat = altura efectiva de atmósfera h = ángulo acimutal del observador Aosnm = altura del observador sobre el nivel del mar Acsnm = altura de la ciudad sobre el nivel del mar Continuando con el modelo, tenemos el flujo luminoso para por el primer ángulo sólido; ahora debemos determinar el comportamiento de la intensidad a través del volumen de ángulo sólido, teniendo en cuenta la distancia y la extinción de la luz en ese paso. Por tanto: =η OLEA Aato Cos (9) 136 Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial (12) =× ×α 2 dS1 Fllea Ac EFS Cos C1 pa (12) donde: Fllea = flujo lumínico hacia la atmósfera C1 = primer coeficiente de transmisión Cómo calcular el coeficiente de transmisión La atmósfera que atraviesa el flujo lumínico en su camino desde la ciudad está compuesta principalmente de moléculas de aire y aerosoles. Y, a una mayor altura de la capa efectiva de la atmósfera, se encuentra también el ozono. Habrá extinción por moléculas y aerosoles desde la salida del flujo lumínico de la ciudad y hasta la llegada al observador, y habrá extinción por ozono a alturas superiores a los 10 km. Cabe aclarar que el ozono se encuentra a una altura superior a los 10 km, por lo que, si se toma en consideración una altura de atmósferas superior a los 10 km, lo cual es inusual, se recomienda incluir una corrección por ozono. El coeficiente de transmisión de la atmósfera, teniendo en cuenta la ley de Beer- Lambert-Bouguer, se obtiene mediante la fórmula que se indica a continuación, según Houghton (2002). (13) − =exp XK CT (13) donde: Kl = extinción atmosférica (dependiendo de la partícula) X = masa de aire (para la ciudad y para el observador) Como todas las caracterizaciones de la presente propuesta son representadas en ángulos inferiores a los 85 grados, podemos utilizar la aproximación desarrollada por Kasteng y Young (1989). Representación gráfica del primer ángulo sólido (Solano, San Martín, García, 2009). 137 Apéndices (14) ( ) − = +− 1,6364 1 0,50572 96,07995 X CosAng Ang (14) 1. Extinción atmosférica Para obtener el coeficiente de extinción de la luz por cualquier medio, es necesario tomar en consideración los factores de este medio que extinguen la luz. En el caso de la atmósfera, en las observaciones atmosféricas, como se ha explicado anteriormente, se tienen tres componentes principales: la dispersión de Rayleigh, la dispersión por aerosoles y la extinción molecular, principalmente por ozono. Un coeficiente de extinción anhelado por las personas que estudian el cosmos es el 0,15 (Schaefer, 1987). En un buen centro de observación, como el Cerro Tololo de Chile, se pueden encontrar estos valores. El promedio del coeficiente de extinción atmosférica en el este de los Estados Unidos es del 0,30 (Green, 1992). La extinción total es el resultado de la suma de los siguientes factores: (15) λ= + +K Er Ea Eoz (15) donde: Kl = extinción atmosférica Er = dispersión de Rayleigh Ea = dispersión por aerosoles Eoz = extinción por ozono La obtención del coeficiente de extinción para cada factor se explica con detalle a continuación. 1.1. Moléculas de Rayleigh Como ya se ha mencionado, en astronomía se tienen en cuenta tres factores para calcular la extinción total de los objetos que se observan. Uno de ellos es la fórmula de dispersión de Rayleigh. Esta fórmula determina cuál es la dispersión que experimenta la luz al atravesar las partículas de aire. La fórmula es la siguiente: (16) −    = × ×−    λ    4 32 1 9,4977 10 exp 7.996 Aobs Aray c (16) (17) ( ) ( )    ×    =++    −λ −λ    2 22 1,076 10 0,93161 0,23465 146 1/ 41 1/ c (17) donde: 144 Contaminación lumínica. Una visión desde el foco contaminante: el alumbrado artificial Aat = altura efectiva de la atmósfera En este caso, la observación deberá dirigirse en dirección acimutal al obstáculo. Si se tienen ángulos acimutales en regiones diferentes, la fórmula propuesta no deberá utilizarse. Cómo determinar la corrección por curvatura de la Tierra En 2001, Albers y Duriscoe (2001) agregaron una corrección a la ley de Walter, consistente en tener en cuenta la curvatura de la Tierra ante grandes distancias. La curvatura de la Tierra ejerce una influencia en la CL resultante, por lo que deberá tenerse en cuenta para agregar un coeficiente en la fórmula de Walker (Albers, Duriscoe, 2001). A pesar de que esta corrección se utiliza para grandes distancias, no se comete ningún error si se utiliza en la presente propuesta, pues es altamente recomendable hacerlo; ciertamente, es insignificante en pequeñas distancias, pero no crea ninguna especie de ruido al modelo, y en las grandes distancias es utilizada para no incurrir en errores. (38) − = / hA CU Exp 38 (39) ( ) − =×× 4 1,57 10h PO Km 39 donde: CU = curvatura de la Tierra h = relación de curvatura (dependiendo de la distancia) PO = distancia entre la ciudad y el observador A = constante de 4.000 metros Formula final En el presente modelo, es posible delimitar la longitud de onda que está relacionada con la CL del caso de estudio, integrando definidamente de acuerdo con la parte del espectro que se conozca de la luz proveniente del foco contaminante (Kocifaj, 2007). Por tanto: (40) ( ) () λ − λ =α× × × × λ γ ∫∫ 2 1 Aat 32 O Ac IO CU Cos Aat EFS C1C2 Prob d dAat Cos 40 donde: l1 = menor longitud de onda l2 = mayor longitud de onda La fórmula 40 corresponde al modelo propuesto para el caso de atmósfera diáfana, sin tener en cuenta condiciones de climatología adversa. Para convertir a 145 Apéndices luminancia, hemos de conocer la superficie aparente perteneciente al volumen de atmósfera. Esta superficie, en metros cuadrados, nos dará la aproximación de la luminancia que afecta al observador. La superficie aparente dependerá de la distancia y del ángulo de observación. Así, también podemos convertir los valores de luminancia en mag/arcsec,2 con una conversión recomendada por Zotti (2007). (41) ( ) ( ) = 2 /12,603log10 / 2 Mag Arcseg Cd m 41 147 Bibliografía Situación a escala mundial [1] Cel Fosc, Associació contra la Contaminació Lumínica, <http://www.celfosc. org/>.1 [2] CINZANO, P. (1993): References on Light Pollution and Related Fields. Padua: Departamento de Astronomía, Universidad de Padua. [3] CINZANO, P.; FALCHI, F.; ELVIDGE, C. D. (2001): The First World Atlas of the Artificial Night Sky Brightness. Padua: Departamento de Astronomía, Universidad de Padua. [4] International Dark-Sky Association, <http://www.darksky.org/>. [5] SOLANO LAMPHAR, H. A. (2010): “Medición de la contaminación lumínica en espacios naturales. Propuesta de un modelo predictivo”. 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