Guía de diseño de iluminación de estadios: normas IES, altura de los postes y planificación fotométrica para cada campo

Todos los proyectos de iluminación deportiva empiezan con la misma pregunta: ¿cuánta luz necesita el terreno de juego? El estándar de referencia depende del deporte, la competición y de si se retransmite el partido. Esta guía repasa las decisiones técnicas que conforman un sistema de iluminación deportiva eficaz: objetivos básicos de iluminancia IES, ubicación de los postes y simulación fotométrica. Así, los responsables de las instalaciones, los ingenieros y los equipos de compras pueden especificar un sistema que funcione desde el momento del encendido hasta, literalmente, el final de los tiempos. ¿Quiere ver algunas luminarias diseñadas según estas especificaciones? Consulte la gama de iluminación deportiva de GQ Lamp.

Normas IES de iluminancia por deporte y clase de juego

La norma Illuminating Engineering Society RP-6-20 establece los niveles mínimos de iluminancia horizontal mantenida para instalaciones deportivas al aire libre en 4 clases de juego. Cada deporte requiere niveles de iluminancia distintos. Los valores indican la intensidad luminosa en el campo una vez aplicado el factor de depreciación del flujo luminoso de la lámpara y la suciedad de la lente de la luminaria, y corresponden a las 4 clases siguientes: la clase I se refiere a competiciones profesionales o televisadas, en las que la iluminación para las cámaras es esencial y debe ser perfecta. La clase IV abarca el deporte recreativo de barrio, donde la visibilidad y los recursos son limitados. Considere la diferencia: la iluminancia requerida para un campo de fútbol de clase I oscila entre 5 y 8 veces la de un campo recreativo de clase IV. Objetivo de uniformidad según la clase: la Clase I requiere Emin/Eavg 0.70 y 0.60 para Emin/Emax. La Clase II tiene como objetivo 0.60 para Emin/Eavg. Las Clases III y IV deben aspirar al menos a 0.50; sin embargo, 0.60 es lo deseable para evitar zonas oscuras que supongan un peligro para los jugadores en pistas de tenis, canchas de baloncesto y otros deportes de ritmo rápido. En la iluminación de campos de béisbol y sóftbol, la parte más difícil será dividir el campo en dos zonas de iluminación: el cuadro interior y el exterior. El cuadro interior, donde la pelota se mueve más rápido y el tiempo de reacción es menor, requiere más foot-candles mantenidos que el exterior. El diamante más pequeño del sóftbol también obliga a mantener los postes en un ángulo de orientación más estrecho, para evitar que la luz se disperse por detrás de la pantalla protectora y llegue a las gradas. Las mediciones de campo en más de 40 proyectos de instalaciones deportivas muestran que los cálculos reales in situ suelen quedarse un 8-12 % por debajo del rendimiento previsto al cabo de uno o dos años desde la instalación inicial, debido a la depreciación por suciedad y a la caída de tensión. Es una eventualidad contemplada en IES RP-6 mediante el factor de pérdida de luz, con un valor de 0.72-.085 (o 72-85 %). Instalar luminarias con un flujo luminoso inicial un 10-15 % superior permite que el sistema de iluminación siga cumpliendo los mínimos de IES entre tres y cinco años después de su puesta en servicio, incluso sin cambiar las lámparas. Esto es especialmente importante en las Clases I y II, donde las cámaras de retransmisión captan una falta de uniformidad que el ojo humano no percibe. La elección de la luminaria para iluminación deportiva de estadios empieza por definir el paquete de lúmenes de la luminaria y la distribución del haz en función de la clase de juego que acogerá la instalación. La lección principal: céntrese siempre en el valor de iluminancia mantenida, no en el flujo luminoso inicial. Use un LLF de 0,72-0,85 según el entorno y compruebe las lecturas del luxómetro in situ durante la puesta en servicio.

Altura y ubicación de los postes y patrones de distribución en el campo

La altura de los postes no se elige a ojo: depende directamente de la geometría del campo. Si son demasiado bajos, las luminarias deslumbran directamente a los jugadores y dejan las esquinas con poca luz; si son demasiado altos, los postes envían lúmenes a la atmósfera y disparan el presupuesto. La relación entre la altura de los postes y la anchura del campo es la base de todas las decisiones de diseño que vienen después. 3 configuraciones básicas cubren la mayoría de las aplicaciones en campos deportivos al aire libre: Configuración de 4 postes: la más habitual en instalaciones recreativas y de institutos, tanto para partidos como para entrenamientos. Los cuatro postes de las esquinas se sitúan entre 5-10 m (20-40 ft) hacia el interior desde la línea lateral, para eliminar los puntos de deslumbramiento en los bordes del terreno de juego. La altura habitual para esta disposición es de 15-22 m (50-70 ft). La geometría rectangular de la mayoría de los campos deportivos la hace ideal para fútbol americano, fútbol, rugby, polo o superficies multiusos. Las disposiciones de 4 postes iluminan por debajo de lo necesario las esquinas y en exceso el centro del campo. Se puede ahorrar en consumo total de lúmenes limitando las luminarias a las zonas de juego esenciales. Disposición de 6 postes: se instalan dos postes adicionales a lo largo de la línea lateral en campos más grandes o con requisitos de clase de juego más exigentes. Estos postes adicionales mejoran la uniformidad del nivel de iluminancia (lux/ft2) en el centro del campo. Las configuraciones de 4 postes suelen ser insuficientes para alcanzar el coeficiente de uniformidad de Clase II en un estudio. La altura habitual de los postes para estos campos más grandes es de 20-25 m (65-80 ft). Disposición de 8 postes: ocho luminarias en total (cuatro en las esquinas y cuatro a lo largo de los laterales), con una altura de los postes de 25-30 m (80-100 ft). Las cadenas de televisión y los estadios televisados exigen un coeficiente de uniformidad de 0.70, que proporciona la iluminación con 8 postes, y permiten estrategias de regulación de los postes para entrenamientos de baja potencia. La normativa de clase de juego de la Clase I también exige 8 postes. Los diamantes de béisbol más grandes se ajustan a los rectángulos del diamante de béisbol tradicional, con cuatro postes situados entre 2-4 m (8-12 ft) más allá de las líneas de primera y tercera base, dos postes en el exterior y, para un campo deportivo de Clase I o II, otros dos postes en el perímetro exterior del campo. Los postes situados detrás del bateador para seguir las bolas elevadas requieren una altura de 15-30 m (50-100 ft). Una colocación más simétrica de los postes ofrece aproximadamente un 40 % más de uniformidad que las disposiciones asimétricas, según las comparaciones fotométricas publicadas en el sector de la iluminación deportiva. Cualquier desviación de la simetría especular —por ejemplo, colocar una segunda luminaria 2 m detrás de su equivalente simétrica— puede crear un punto de exceso de iluminación en un lateral del campo. El uso de numerosos proyectores LED con soportes de montaje orientables minimiza el desequilibrio lumínico del campo tras la instalación. Los puntos de exceso de iluminación pueden reducirse a 5 en cuestión de minutos de funcionamiento del campo. Conclusión clave: partiendo de H 0,5 veces la anchura del campo, elija una disposición de 4, 6 u 8 postes según la clase de juego e incorpore simetría especular en la distribución de los postes.

Planificación fotométrica: de la simulación a la verificación en el campo

La planificación fotométrica permite prever cómo se verá realmente el campo durante el partido a partir de las especificaciones de iluminación. Sin simulación, la ubicación de los postes y la elección de las luminarias se basan en reglas generales, con un 15-25 % de probabilidades de no alcanzar los objetivos de uniformidad. El software fotométrico actual elimina esa incertidumbre al utilizar los archivos IES reales de cada luminaria en un modelo que incorpora la geometría del campo, la posición de los postes y el ángulo de orientación, antes de verter una sola cimentación. El proceso consta de cinco pasos:

1. Inspección y geometría del campo: defina desde el principio las dimensiones del campo, las posiciones de las bases de los postes y las estructuras circundantes (gradas, cabina de prensa, marcador, etc.) y registre las infraestructuras cercanas para calcular la trayectoria solar si se va a utilizar la iluminación durante el día.
2. Modelado en Virtus 32 o DIALux: modele el campo con AGi32 o DIALux y coloque las luminarias a la altura de poste indicada en sus especificaciones y orientadas hacia el punto previsto. Se puede demostrar que Virtus 32 ofrece lecturas de iluminancia con una desviación inferior al 2 % y de luminancia inferior al 3 % respecto a los valores publicados, según archivos IES probados en laboratorio.
3. Análisis de uniformidad: ejecute la cuadrícula de cálculo a intervalos de 1,5 m por todo el diamante de béisbol, el campo o la pista de hielo. Anote los valores de Excel para cada punto, incluidos Emin, Eavg y Emax, y calcule el coeficiente de uniformidad, equivalente a Emin dividido entre Eavg. Si el objetivo está entre 0,6-0.8 y el resultado es inferior, vuelva a orientar las luminarias y repita el cálculo hasta alcanzar el objetivo.
4. Evaluación del deslumbramiento: utilice los valores E-max en una cuadrícula de 1.5 metros con las posiciones de observación dentro del rango recomendado (50 para tenis recreativo, 40 para béisbol profesional). Consulte los objetivos de luminancia de CIE RP-6 para comprobar si se supera alguno. En ese caso, añada pantallas antideslumbrantes o reoriente las luminarias.
5. Ponga en servicio el proyecto en el campo: con un luxómetro calibrado (Clase A), compare los valores de iluminancia horizontal en cada punto de la cuadrícula con el informe fotométrico. Una desviación de 10 % o menos confirma que la disposición de las luminarias es válida; una desviación mayor indica un error de orientación o una incompatibilidad entre la luminaria y la lámpara.

Un error habitual es recurrir a atajos propietarios: saltarse el paso 4. Eso puede salir muy caro si, en cada partido, un tenista que saca mira directamente a una luminaria básica de 40 luces situada a poca altura; actualizar la instalación con pantallas lacci de 250 vatios, adquiridas mediante licitación municipal, y un paquete adicional de reorientación de las luminarias cuesta aún más. La cuestión es esta: la simulación fotométrica es imprescindible para iluminar correctamente una instalación. Para hacerlo bien, ejecute una simulación completa del patrón, calcule la uniformidad a 1,5 m y confirme los resultados después con mediciones sobre el terreno autorizadas por ICCD.

Control del deslumbramiento, luz dispersa y cumplimiento de los requisitos de protección del cielo nocturno

  Los dos parámetros que más oposición suscitan a los proyectos de iluminación deportiva por parte de los vecinos, las juntas de urbanismo y las agencias ecoterroristas son el deslumbramiento y la luz dispersa. La emisión de luz descontrolada por encima de la horizontal contribuye a la contaminación lumínica; la luz que se escapa más allá del límite de la propiedad provoca quejas por intrusión lumínica. Ambos problemas se pueden controlar eligiendo y orientando correctamente las luminarias, pero solo si se abordan durante la fase de diseño y no después de la instalación. El sistema de clasificación BUG (Backlight, Uplight, Glare) ofrece un método uniforme para interpretar la distribución de la luz de una luminaria en tres zonas. Cada zona se clasifica de 0 (sin emisión de luz en esa dirección) a 5 (emisión máxima en esa dirección). En un campo deportivo, el objetivo ideal es:

• Luz intrusa trasera (B): B2 como máximo; evita que la luz escape por detrás de la luminaria hacia las viviendas y propiedades comerciales colindantes
• Luz hacia arriba (U): máximo U0; impide la emisión de luz por encima del plano horizontal. Es esencial en cualquier zona de cielo oscuro.
• Deslumbramiento (G): G2-G3: evita que la luz procedente de ángulos altos deslumbre a jugadores y espectadores. Las ordenanzas municipales de protección del cielo nocturno establecen que la iluminación deportiva debe apagarse en los 60 minutos posteriores al último partido. Consulte la normativa local.

DarkSky International, antes International Dark-Sky Association, publica criterios específicos para recintos deportivos al aire libre. Los requisitos básicos son cero emisión hacia arriba, una intensidad luminosa máxima de 1.000 cd en ángulos de 80 o más respecto al cenit y un límite horario de apagado no superior a 1 hora después del final del partido. Muchos municipios han incorporado estos estándares a sus ordenanzas, por lo que la instalación de iluminación debe cumplirlos antes de poder ejecutarse. Una lista de comprobación de cinco puntos cubre los aspectos esenciales:

• ✔ Consiga luminarias LED deportivas con corte total y clasificación B2-U0-G2 o superior
• ✔ Indique al fabricante que proporcione los datos fotométricos en formato aIES y asegúrese de que la luminaria no emita luz en las zonas 90-180.
• ✔ Oriente todas las luminarias por debajo de 70 para mantener el haz central sobre la superficie de juego
• ✔ Programe las instalaciones con un reloj astronómico o instale temporizadores digitales para todas las luminarias, de modo que no puedan permanecer encendidas más de 60 minutos después del final del partido
• ✔ Obtener una medición de la luz intrusa en el límite de la propiedad: comprobar que los niveles de iluminancia en el lindero no superen 0.5 fc (5 lux)

La mayoría de las luminarias LED deportivas de alta potencia pueden incorporar lamas internas integradas, pantallas antideslumbramiento exteriores o ambas cosas. Añada un 3-5 % al coste medio de las luminarias y reducirá la luz hacia atrás entre un 600-70 %; esta inversión merece la pena para evitar retrasos en los permisos por quejas de los vecinos y prevenir que el último proyecto que dirigí se retrasara un año después de que ICC aprobara el plano de emplazamiento. En resumen: especifique luminarias con U0, examine todas las clasificaciones BUG y mida la iluminancia en el límite de la propiedad durante la inspección final.

LED frente a halogenuros metálicos para campos deportivos: rendimiento y coste total

Tres medidas cuantificables que justifican el cambio de la iluminación deportiva de halogenuros metálicos a LED son el consumo energético, el intervalo de mantenimiento y la calidad de la luz. La iluminación de halogenuros metálicos ha sido la norma en las instalaciones deportivas al aire libre durante muchos años, pero la diferencia de rendimiento con los LED actuales es tan significativa que resulta muy difícil justificar económicamente la construcción de nuevos sistemas de halogenuros metálicos. El U.S. Department of Energy señala que: «La tecnología LED ya supera los 130 lúmenes por vatio, aproximadamente el doble de la eficacia de un sistema de halogenuros metálicos con el mismo flujo luminoso. Esto supone una diferencia en el ahorro anual de energía de unos $4,700-$6,500/año en un campo con 8 postes, es decir, un ahorro de $4.700-$6.500 al año. La inversión adicional en luminarias LED de alto flujo luminoso para estadios se amortiza en 2-4 años; a partir de entonces, el ahorro permite cubrir fácilmente los costes de explotación de las instalaciones durante los más de 15 años de vida útil restantes de las luminarias. Los costes de mantenimiento lo dejan aún más claro. Las lámparas de halogenuros metálicos bajan al 65 % de su flujo luminoso inicial a las 6000 horas y se sustituyen todas a la vez una vez al año, con una cesta elevadora y un electricista. Cada sustitución cuesta $2.000-$4,000 en una instalación habitual de 8 postes. Una vez encendidos, los chips LED mantienen más del 70 % del flujo luminoso inicial (el umbral L70) durante 80-100.000 horas, lo que retrasa la primera intervención de mantenimiento más de 20 años con un uso normal del campo de 1.000-1.500 horas/año. El tiempo de encendido es un factor que conviene tener en cuenta al equilibrar la flexibilidad de horarios y la inversión inicial. Las lámparas de halogenuros metálicos tardan aproximadamente 15-20 minutos en alcanzar el flujo máximo y no pueden volver a encenderse durante 10-15 minutos tras una interrupción del suministro eléctrico. Las luminarias LED alcanzan el 100 % de su flujo luminoso en un segundo desde que reciben corriente, una ventaja importante en recintos con eventos consecutivos o retrasos por el mal tiempo. Para las instalaciones que se plantean actualizar la iluminación deportiva con proyectores, el argumento económico es convincente; las ventajas de rendimiento también: un control más preciso del haz, un CRI mejorado y el reencendido instantáneo se traducen en mejor visibilidad y seguridad para jugadores, equipos de televisión y espectadores. En resumen: la iluminación deportiva LED eficaz recupera el coste energético en 2-4 años, tiene una vida útil entre 5-15 veces superior a la de las lámparas MH y ofrece una calidad de luz mejor que la MH en todas las clases de juego.

Cómo elegir las luminarias deportivas adecuadas

La elección de los sistemas LED adecuados es donde confluyen las decisiones finales de diseño. El objetivo de iluminancia en fc, la altura de los postes, el índice de uniformidad y las limitaciones del emplazamiento existente restringen las opciones a un conjunto concreto de características de las luminarias. En algunos casos, si una luminaria no es adecuada, todo el diseño fotométrico habrá sido en vano; en otros, el flujo luminoso es el adecuado para el tamaño del campo, el ángulo de apertura corresponde a la altura de los postes y la calidad de fabricación es suficiente para el entorno exterior en el que estará durante los próximos 20+ años. Hay ocho especificaciones que distinguen una luminaria que cumple los requisitos de otra que falla antes de tiempo:

• ✔ Flujo luminoso: Ajuste el flujo luminoso total de la luminaria (no el flujo bruto del LED) al plan fotométrico. Un campo de fútbol de clase II suele necesitar entre 50.000–90.000 lm por luminaria, según el número de postes.
• ✔ Ángulo de apertura: 15°–25° para un haz concentrado y estrecho (gran alcance desde postes altos) y 40°–60° para una iluminación amplia (alcance corto, uso recreativo). Los módulos ópticos intercambiables aportan flexibilidad a los campos multideporte.
• ✔ Grado de protección IP: Mínimo IP65 para deportes al aire libre. Se recomienda IP66 en zonas costeras o con mucha humedad. Un grado inferior a IP65 permite la entrada de humedad, que corroe el cableado interno.
• ✔ Grado IK: Mínimo IK08 para resistir actos vandálicos y el impacto de balones. IK10 para instalaciones de béisbol o críquet, donde las bolas de falta pueden golpear las luminarias a más de 100 mph.
• ✔ Índice de reproducción cromática: CRI ≥ 80 para competiciones y retransmisiones. CRI ≥ 65 es aceptable para uso recreativo. Un CRI más alto ayuda a los jugadores a seguir la pelota con mayor precisión sobre la superficie del campo.
• ✔ Rendimiento de la fuente de alimentación LED: ≥90 % para mantener alta la eficacia del sistema y baja la generación de calor. Especifique fuentes de alimentación con protección contra sobretensiones transitorias independiente y un tiempo medio entre fallos de ≥50.000 hr.
• ✔ Protección contra sobretensiones transitorias: 10 kV / 10 kA como mínimo. Los campos deportivos están expuestos y cuentan con postes metálicos altos: las sobretensiones inducidas por rayos son la principal causa de fallo prematuro de las fuentes de alimentación LED.
• ✔ Garantía: 5–10 años para el módulo LED y la fuente de alimentación LED. Una garantía de 5 años es lo habitual; una de 7–10 años indica la confianza del fabricante en el diseño térmico y eléctrico.

Además de estos 8 puntos, solicite los informes de ensayo LM-79 y LM-80 de la luminaria. Estos informes verifican el flujo luminoso de la luminaria, en lúmenes, los footcandles, la eficacia, la CCT y el CRI en una esfera integradora (LM-79), así como el mantenimiento del flujo luminoso del chip LED, que se utiliza para proyectar la duración L70 (LM-80). Sin estos informes, si quiere elegir la mejor iluminación deportiva, no acepte nunca afirmaciones sin documentación. Las mejores luminarias para estadios se suministran siempre con estos informes, que están disponibles previa solicitud. La temperatura de color para la iluminación deportiva se sitúa entre 5.000-5.700 K. Esta CCT de luz blanca diurna ofrece el mejor contraste sobre el césped natural verde y la tierra marrón de los campos de béisbol. Por debajo de 4.500 K, el terreno de juego adquiere un tono cálido que afecta al seguimiento de los objetos. Por encima de 6.000 K, adquiere un tono azulado que fatiga la vista durante los partidos nocturnos largos. Compare las luminarias según el flujo luminoso total del sistema, no según el de los chips LED, ya que la eficiencia óptica y la reducción del rendimiento térmico de las luminarias LED afectan al flujo que llega al terreno de juego. Tenga en cuenta las pérdidas de la fuente de alimentación LED y muestre, junto con los factores de corrección posteriores a la instalación, el informe de ensayo para obtener valores precisos del flujo luminoso del sistema. Como regla general, especifique siempre las luminarias según el flujo luminoso total (no el flujo bruto de los chips), solicite los informes LM-79/LM-80 y no especifique nunca IP65 ni 10.000V hasta el borde exterior del poste, fuera de la combinación recomendada de altura y ángulo de inclinación.

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