tubo de luz

La fabricación de tubos de luz infrarroja, guías de onda huecas y homogeneizadores diseñados a medida no es tarea fácil. Esto se debe a que se trata de tubos revestidos con una capa reflectante de infrarrojos de oro de alto brillo , que puede aplicarse con el espesor suficiente para permitir su uso en atmósferas altamente corrosivas. Se puede aplicar negro de humo a ciertas partes de los tubos de luz para absorber la luz infrarroja (véase fotónica ). Esto se hace para limitar la luz infrarroja a determinadas zonas del tubo.

Si bien la mayoría de las guías de luz se fabrican con sección transversal redonda, no se limitan a esta geometría. Las secciones transversales cuadradas y hexagonales se utilizan en aplicaciones especiales. Las guías hexagonales tienden a producir la luz infrarroja más homogénea. No es necesario que las guías sean rectas; las curvas tienen poca influencia en la eficiencia.

Un tubo de luz instalado en la estación de tren subterránea de Potsdamer Platz , Berlín.

Capturar la luz solar sobre el suelo

Distribuir la luz solar bajo tierra

Los primeros sistemas de reflectores comerciales fueron patentados y comercializados en la década de 1850 por Paul Emile Chappuis en Londres, utilizando diversos diseños de espejos angulares. Los reflectores de Chappuis Ltd. se produjeron de forma continua hasta que la fábrica fue destruida en 1943. ^{[ 3 ]} El concepto fue redescubierto y patentado en 1986 por Solatube International de Australia. ^{[ 4 ]} Este sistema se ha comercializado para un uso residencial y comercial generalizado. Otros productos de iluminación natural se encuentran en el mercado bajo diversos nombres genéricos, como "SunScope", "tubo solar", "tubo de luz" y "claraboya tubular".

Un tubo revestido con material altamente reflectante conduce los rayos de luz a través de un edificio, partiendo de un punto de entrada ubicado en su techo o en una de sus paredes exteriores. Un tubo de luz no está diseñado para la formación de imágenes (a diferencia de un periscopio , por ejemplo); por lo tanto, las distorsiones de la imagen no representan un problema y, en muchos sentidos, se ven favorecidas debido a la reducción de la luz direccional.

La entrada suele constar de una cúpula , cuya función es captar y reflejar la mayor cantidad posible de luz solar hacia el interior del tubo. Muchas unidades también cuentan con colectores direccionales, reflectores o incluso lentes de Fresnel que ayudan a captar luz direccional adicional a lo largo del tubo.

En 1994, el Grupo de Ventanas e Iluminación Natural del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBNL) desarrolló una serie de prototipos de conductos de luz horizontales para aumentar la iluminancia de la luz natural a distancias de 4,6 a 9,1 m, con el fin de mejorar la uniformidad de la distribución de la luz natural y el gradiente de luminancia en toda la habitación bajo condiciones variables de sol y cielo a lo largo del año. Los conductos de luz se diseñaron para transportar pasivamente la luz natural a través de áreas de acristalamiento de entrada relativamente pequeñas, reflejando la luz solar a profundidades mayores que las de las ventanas laterales o claraboyas convencionales. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

En la Universidad Tecnológica de Queensland, en Brisbane, se desarrolló un sistema en el que un panel acrílico cortado con láser se dispone para redirigir la luz solar hacia un tubo espejado orientado horizontal o verticalmente, combinado con un sistema de difusión de luz con una disposición triangular de paneles cortados con láser que dispersan la luz en la habitación . ^{[ 7 ]} En 2003, Veronica Garcia Hansen, Ken Yeang e Ian Edmonds recibieron el Premio a la Innovación de la Revista Económica del Lejano Oriente en la categoría de bronce por este desarrollo. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

La eficiencia de transmisión de luz es máxima si el tubo es corto y recto. En tubos más largos, angulados o flexibles, se pierde parte de la intensidad de la luz. Para minimizar las pérdidas, es crucial una alta reflectividad del revestimiento del tubo; los fabricantes afirman que la reflectividad de sus materiales, en el rango visible, alcanza casi el 99,5 %. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

En el punto final (el punto de uso), un difusor distribuye la luz por toda la habitación.

Los primeros conductos de luz horizontales pasivos a escala real se construyeron en el Laboratorio de Iluminación Natural de la Universidad de Texas A&M , donde se evaluó exhaustivamente el rendimiento anual de la luz natural en una sala giratoria de 360° de 6 m de ancho por 10 m de profundidad. El conducto está recubierto con una película reflectante especular del 99,3 % y el elemento de distribución en el extremo del conducto consiste en una película radial difusora de 4,6 m de longitud con una transmitancia visible del 87 %. El conducto introduce consistentemente niveles de iluminancia que oscilan entre 300 y 2500  lux durante todo el año a distancias de entre 7,6 m y 10 m. ^{[ 12 ]}

Para optimizar aún más el uso de la luz solar, se puede instalar un helióstato que siga el movimiento del sol, dirigiendo así la luz solar hacia el tubo de luz a cualquier hora del día, dentro de los límites del entorno, posiblemente con espejos adicionales u otros elementos reflectantes que influyan en la trayectoria de la luz. El helióstato también puede configurarse para captar la luz de la luna por la noche.

Las fibras ópticas también pueden utilizarse para la iluminación natural. En 2004, el Laboratorio Nacional de Oak Ridge estaba desarrollando un sistema de iluminación solar basado en fibras ópticas de plástico . ^{[ 13 ] [ 14 ]} El sistema se instaló en el Museo Americano de Ciencia y Energía, Tennessee, EE. UU., en 2005, ^{[ 15 ]} y fue comercializado ese mismo año por la empresa Sunlight Direct. ^{[ 16 ] [ 17 ]} Sin embargo, este sistema fue retirado del mercado en 2009.

Debido al diámetro generalmente pequeño de las fibras, un sistema eficiente de iluminación natural requiere un colector parabólico para seguir al sol y concentrar su luz. Las fibras ópticas destinadas al transporte de luz necesitan propagar la mayor cantidad de luz posible dentro del núcleo; en cambio, las fibras ópticas destinadas a la distribución de luz están diseñadas para permitir que parte de la luz se filtre a través de su revestimiento. ^{[ 18 ]}

Las fibras ópticas también se utilizan en el sistema Bjork comercializado por Parans Solar Lighting AB. ^{[ 19 ] [ 20 ]} Las fibras ópticas de este sistema están fabricadas con PMMA ( polimetilmetacrilato ) y recubiertas con Megolon, una resina termoplástica libre de halógenos. Sin embargo, un sistema como este resulta bastante caro. ^{[ 21 ]}

El sistema Parans ^{[ 22 ]} consta de tres partes: un colector, cables de fibra óptica y luminarias que distribuyen la luz en el interior. Uno o más colectores se colocan sobre o cerca del edificio, en un lugar con buena exposición a la luz solar directa. El colector consta de lentes montadas en perfiles de aluminio con una cubierta de vidrio protectora. Estas lentes concentran la luz solar hacia los cables de fibra óptica.

Los colectores son modulares, lo que significa que vienen con 4, 6, 8, 12 o 20 cables según las necesidades. Cada cable puede tener una longitud individual. Los cables de fibra óptica transportan la luz natural a lo largo de 100 metros (equivalente a 30 pisos) dentro y a través del edificio, manteniendo una alta calidad e intensidad lumínica. Algunos ejemplos de implementaciones son el aeropuerto de Kastrup , la Universidad de Arizona y la Universidad de Estocolmo .

Un sistema similar, pero que utilizaba fibras ópticas de vidrio, había sido estudiado previamente en Japón. ^{[ 23 ]}

Corning Inc. fabrica la fibra difusora de luz Fibrance. Fibrance funciona haciendo pasar un láser a través de un cable de fibra óptica difusor de luz. El cable emite un brillo luminoso. ^{[ 24 ]}

Las fibras ópticas se utilizan en fibroscopios para aplicaciones de imagen.

Una guía de luz prismática fue desarrollada en 1981 por Lorne Whitehead, profesor de física en la Universidad de Columbia Británica , ^{[ 25 ] [ 26 ]} y se ha utilizado en iluminación solar tanto para el transporte como para la distribución de la luz. ^{[ 27 ] [ 28 ]} Un gran tubo solar basado en el mismo principio se instaló en el estrecho patio de un edificio de 14 pisos de un bufete de abogados en Washington, D.C. en 2001, ^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]} y se ha hecho una propuesta similar para Londres. ^{[ 34 ]} Otro sistema se ha instalado en Berlín. ^{[ 35 ]}

La empresa 3M desarrolló un sistema basado en una película de iluminación óptica ^{[ 36 ]} y desarrolló el conducto de luz 3M ^{[ 37 ]} , que es una guía de luz diseñada para distribuir la luz uniformemente a lo largo de su longitud, con una película delgada que incorpora prismas microscópicos ^{[ 26 ]} , que se ha comercializado en conexión con fuentes de luz artificiales, por ejemplo, lámparas de azufre .

A diferencia de una fibra óptica, que tiene un núcleo sólido, una guía de luz de prisma conduce la luz a través del aire y, por lo tanto, se la denomina guía de luz hueca.

El proyecto ARTHELIO, ^{[ 38 ] [ 39 ]} financiado parcialmente por la Comisión Europea , fue una investigación realizada entre 1998 y 2000 sobre un sistema para la mezcla adaptativa de luz solar y artificial, que incluye una lámpara de azufre , un helióstato y guías de luz huecas para el transporte y la distribución de la luz.

Disney ha experimentado con el uso de la impresión 3D para imprimir guías de luz internas para juguetes iluminados. ^{[ 40 ]}

En un sistema desarrollado por Fluorosolar y la Universidad Tecnológica de Sídney , dos capas de polímero fluorescente en un panel plano capturan la luz solar de onda corta, en particular la luz ultravioleta , generando luz roja y verde, respectivamente, que se dirige al interior de un edificio. Allí, la luz roja y verde se mezcla con luz azul artificial para producir luz blanca, sin infrarrojos ni ultravioleta. Este sistema, que recolecta luz sin necesidad de partes móviles como un helióstato o un colector parabólico, está diseñado para transferir luz a cualquier lugar dentro de un edificio. ^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]} Al capturar la luz ultravioleta, el sistema puede ser especialmente eficaz en días soleados pero nublados; esto se debe a que la luz ultravioleta se ve menos atenuada por la nubosidad que los componentes visibles de la luz solar. 

En comparación con las claraboyas convencionales y otras ventanas, los conductos de luz solar ofrecen mejores propiedades de aislamiento térmico y mayor flexibilidad para su uso en interiores, pero menor contacto visual con el entorno exterior.

En el contexto del trastorno afectivo estacional , podría ser conveniente considerar que la instalación de tubos fluorescentes adicionales aumenta la exposición diaria a la luz natural. De este modo, podría contribuir al bienestar de los residentes o empleados, evitando al mismo tiempo los efectos de la sobreexposición a la luz .

En comparación con las luces artificiales , los tubos fluorescentes tienen la ventaja de proporcionar luz natural y ahorrar energía. La luz transmitida varía a lo largo del día; si esto no se desea, los tubos fluorescentes se pueden combinar con luz artificial en una configuración híbrida . ^{[ 27 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]}

Se comercializan algunas fuentes de luz artificial que tienen un espectro similar al de la luz solar, al menos en el rango del espectro visible para el ser humano , ^{[ 47 ] [ 48 ] [ 49 ]} así como un parpadeo bajo. ^{[ 49 ]} Su espectro puede hacerse variar dinámicamente para imitar los cambios en la luz natural a lo largo del día. Los fabricantes y vendedores de dichas fuentes de luz afirman que sus productos pueden proporcionar los mismos o similares efectos para la salud que la luz natural. ^{[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]} Cuando se consideran como alternativas a las tuberías de luz solar, estos productos pueden tener menores costos de instalación, pero consumen energía durante su uso; por lo tanto, podrían ser más derrochadores en términos de recursos energéticos y costos generales.

En un plano más práctico, los tubos de luz no requieren instalaciones eléctricas ni aislamiento, por lo que resultan especialmente útiles para zonas húmedas interiores como baños y piscinas. Desde una perspectiva más artística, los avances recientes, sobre todo los relativos a los tubos de luz transparentes, abren nuevas e interesantes posibilidades para el diseño de iluminación arquitectónica .

Debido a su tamaño relativamente pequeño y su alta emisión de luz, los conductos solares son ideales para situaciones que requieren seguridad, como prisiones , celdas policiales y otros lugares con acceso restringido. Al tener un diámetro reducido y no verse afectados por las rejas de seguridad internas, proporcionan luz natural a áreas sin conexiones eléctricas ni vías de escape, y sin permitir el paso de objetos a zonas restringidas.

• Fibra difusora de luz Corning Fibrance
• Los tubos luminosos de la "Potsdamer Platz" son fabricados por Heliobus AG Suiza
• Iluminación inteligente para un estudio de casa inteligente (Presentación de PowerPoint)
• Iluminación solar y alumbrado de edificios mediante conductos de luz , Centro de Energía Solar de Florida (en la Universidad de Florida Central).
• Iluminación natural mediante sistemas de guías de luz tubulares (tesis)
• (en alemán) una descripción general de la guía de luz – PDF , HTML
• "Estudio del rendimiento de los conductos de luz en condiciones nubosas y soleadas en el Reino Unido"
• Archivo Wayback de: "Luz solar en un tubo", World Science, 2005
• Una serie de páginas de información de referencia técnica del Reino Unido, que hacen referencia a información sobre instalación y montaje.
• "Uso de películas prismáticas para controlar la distribución de la luz", KG Kneipp, Taller Internacional sobre Iluminación en Ambientes Controlados, TWTibbitts (editor), 1994, NASA-CP-95-3309 (con una descripción general sobre la canalización de la luz).
• (en alemán) Alexander Rosemann: Hohllichtleiter für Tageslichtnutzung. Pflaum Verlag, Múnich 2002. ISBN 3-7905-0862-4
• Jenkins, David; Muneer, Tariq; Kubie, Jorge (2005), "Una herramienta de diseño para predecir el rendimiento de los conductos de luz", Energy and Buildings , 37 (5): 485, Bibcode : 2005EneBu..37..485J , doi : 10.1016/j.enbuild.2004.09.014
• Monodraught SunPipe, con sede en el Reino Unido (y www.sunpipe.info), ofrece amplia información técnica y de referencia.
• Con sede en el Reino Unido < http://www.glidevale.com/downloads/Sunscoop%20Tubular%20Rooflights.pdf Archivado el 16/08/2009 en Wayback Machine > y www.glidevale.com con amplia información técnica y de referencia.
• Utilizar el agua como tubo de luz

• El enfoque japonés del "rascador de profundidad" Archivado el 11/04/2012 en Wayback Machine : un espejo giratorio diseñado para proyectar la luz del sol profundamente en un patio. 
• Fachada de patio con heliostatos en la calle Karl-Scharnagl-Ring de Múnich, Alemania – PDF , HTML
• Heliostatos en la ciudad de Nueva York, EE. UU.
• Descripción, entre otros temas, del panel de iluminación natural de 3M Solar Optical Products.
• Listado de publicaciones de patentes dentro de la clase F21S11/00 de la CPC ("Dispositivos o sistemas de iluminación que utilizan luz natural"), algunas de las cuales se refieren a tubos de luz, por ejemplo:
  • Patente estadounidense 4761716
  • Patente estadounidense 6502950
  • Patente estadounidense 6840645