Che cos'è l'illuminamento

A differenza dell'intensità luminosa e del flusso luminoso , che sono grandezze caratteristiche di una sorgente , l'illuminamento è una grandezza che riguarda una superficie.

Si definisce illuminamento E in un punto di una superficie il flusso dΦ ricevuto da un punto infinitamente piccolo di superficie illuminata , diviso per l'area dS dell'elemento stesso :

E = dΦ/dS

Il Lux: l'unità di misura dell'illuminamento

Ovviamente qualora il flusso fosse costante su una superficie più ampia l'espressione può essere estesa come E = Φ/S ; ne segue che l'unità di misura dell'illuminamento è data dal rapporto tra l'unità di misura del flusso e l'unità di misura della superficie :

Lux [Lx] = Lumen/mq

I lux richiesti nei luoghi di lavoro

L'illuminamento è una grandezza fotometrica molto importante nella progettazione illuminotecnica : le norme stabiliscono infatti dei livelli di illuminamento medio mantenuto da tenere in determinati luoghi in base al compito visivo ivi previsto. A partire da questi valori si progetta la tipologia , la potenza e la disposizione dei corpi illuminanti.

Una norma molto importante a riguardo è la UNI EN 12464-2 che si occupa di Illuminazione nei posti di lavoro , sia posti di lavoro in interno ( parte 1 ) che posti di lavori in esterno ( parte 2 ) .

Vengono definiti , in base alle tipologie di locali e alle attività ivi svolte , dei valori illuminamento medio Em richiesto e delle fasce di illuminamento :

- illuminamento grossolano , tra 50 e 300 Lux
- illuminamento medio , tra 150 e 500 Lux
- illuminamento fine , tra 300 e 750 Lux
- illuminamento finissimo , tra 750 e 2000 Lux

Altri parametri definiti dalle norme per l'illuminazione dei luoghi di lavoro ( specialmente dalla UNI EN 12464-1:2011 ) sono l'indice unificato di abbagliamento ( Unified Glare Rating , UGRL ) , l'indice di resa cromatica ( Ra ) e l'uniformità di illuminamento ( Uo ).

I lux richiesti nell'illuminazione di emergenza

I lux sono infine un parametro importante anche nell'illuminazione di emergenza , necessaria a prevedere la sicurezza e l'evacuazione delle persone negli edifici e nelle manifestazioni. La norma UNI EN 1838 prevede un illuminamento medio Em sul pavimento di almeno 1 Lux per le vie di fuga e di 15 Lux per i luoghi di lavoro pericolosi , dove anche in caso di assenza di tensione si deve essere in grado di mettere in sicurezza macchine e processi produttivi.

L'illuminazione di emergenza viene di solito fornita con lampade autonome , UPS/Soccorritori e , in alcune manifestazioni , con gruppi elettrogeni o torri faro che restano sempre accesi per l'intera durata dell'evento costituendo una fonte di energia alternativa a quella principale.

I lux richiesti nell'illuminazione di emergenza

Lo strumento di misura dell'illuminamento è il Luxmetro. E' costituito da un elemento fotosensibile in silicio che funge da trasduttore di illuminamento, trasformando l'illuminamento che incide sull'elemento in una corrente, a sua volta rilevata da un microamperometro che restituisce la misura. La misura può essere fornita in forma analogica o, nella stragrande maggioranza dei casi, in forma digitale attraverso un LCD.

Tra i vantaggi del luxmetro digitale, c'è anche la possibilità di memorizzare i valori delle misure in un datalogger e scaricarli successivamente, rilevando valori di picco, valori minimi e altri parametri molto importanti per il progettista illuminotecnico.

La distanza tra elemento fotosensibile e display con datalogger varia da modello a modello, ma spesso si utilizzano cavi che permettano di effettuare misure anche in luoghi di difficile accesso o che richiedono l'assenza di personale per non "inquinare" la misura. Un altro aspetto importante del luxmetro è che la sensibilità spettrale dello strumento sia quanto più possibile vicina a quella dell'occhio umano, descritta dalla curva di sensibilità relativa v(λ), compresa tra la lunghezza d'onda minima di 380nm e lunghezza d'onda massima 780nm. Per fare questo si utilizzano una serie di filtri che attenuino le varie componenti della luce proprio riproducendo la curva v(λ).

Per impedire gli errori di misura dell'illuminamento dati dall'orientamento dell'elemento fotosensibile, che determina una variazione dell'angolo di incidenza della luce, nel luxmetro viene integrato un diffusore ( detto anche correttore di coseno ), che fa in modo di correggere, attraverso una calotta di diffusione, l'angolo di incidenza sull'elemento fotosensibile in modo che sia il più perpendicolare possibile.

Modelli Esempi di Luxmetri disponibili nel mercato

Di seguito riportiamo alcuni esempi di modelli di luxmetri presenti sul mercato, che vi abbiamo scelto tra i migliori per recensioni degli utenti e di diverse fasce di prezzo, dai luxmetri per uso hobbistico a luxmetri per uso professionale:

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L'intensità luminosa è una grandezza illuminotecnica propria di una sorgente luminosa e si definisce come il rapporto tra il flusso luminoso dΦ emesso da una sorgente in un determinato angolo solido dΩ e l'angolo solido stesso :

I = dΦ/dΩ

Se l'intensità è costante in tutte le direzioni , essendo 4π l'angolo solido complessivo , si ha :

I = Φ/4π

Questa condizione è di solito molto rara , perché quasi tutte le sorgenti luminose hanno caratteristiche direzionali , pertanto un'utile rappresentazione della sorgente è il solido fotometrico , che è il luogo geometrico delle estremità dei vettori intensità luminosa riportati in tutte le direzioni a partire dal punto dove si trova la sorgente.

Il solido fotometrico ha uno sviluppo tridimensionale lungo tutte le direzioni dell'angolo solido 4π ed è molto utile nei software di progettazione illuminotecnica , mentre è di più difficile lettura in una prima analisi delle caratteristiche della sorgente luminosa : pertanto , soprattutto nei cataloghi dei corpi illuminanti , vengono riportate rappresentazioni bidimensionali dette curve fotometriche , che altro non sono che diagrammi polari ottenuti da una determinata sezione del solido fotometrico.

La curva fotometrica riporta , per ciascun angolo del diagramma polare , l'intensità luminosa in candele. La lettura è facilitata da cerchi concentrici graduati con i valori in candele e , individuato l'angolo desiderato , dall'intersezione tra il raggio e la curva , si ottiene il valore in candele.

La candela è , appunto , l'unità di misura dell'intensità luminosa ed è l'unica grandezza fotometrica definita con un metodo fisico , tutte le altre grandezze illuminotecniche sono , come abbiamo visto a proposito del flusso luminoso , grandezze derivate :

1 candela viene definita come l'intensità luminosa emessa da una superficie di 1/600.000 mq di corpo nero ( radiatore integrale ) in una direzione ad essa perpendicolare alla temperatura di fusione del platino.

Il flusso luminoso è una grandezza fotometrica , caratteristica di una sorgente luminosa ( nella progettazione illuminotecnica un corpo illuminante ) , e si misura in Lumen.

La definizione del Flusso Luminoso è piuttosto difficile da capire per chi non ha buone basi matematiche , perché viene definita come un integrale : 

Φ = 683 Lm/W * ∫W(λ)*V(λ)*dλ .

Vediamo di capirlo meglio :

- W(λ) è la funzione che descrive l'andamento con la lunghezza d'onda λ della potenza della sorgente luminosa , espressa in Watt su metro

- V(λ) è la curva spettrale della visibilità relativa ; in pratica si tratta di una curva che , per ogni lunghezza d'onda λ , associa un coefficiente che tenga conto delle caratteristiche medie , statisticamente definite , dell'occhio umano ( si parla a tale proposito di occhio medio internazionale ). Tale curva assume un suo massimo, pari ad 1 , in corrispondenza della lunghezza d'onda λ = 555 nm ( corrispondente a un colore giallo-verdastro ) e tende a zero sotto i 380 nm ( colore violetto ) e sopra i 780 nm ( colore rosso ) . E' noto infatti che lo spettro della luce visibile è compreso proprio tra 380 nm e 780 nm. 

L'integrale in questione , quindi , pur essendo esteso da 0 a ∞ , assume in realtà valori non nulli solo tra 380 nm e 780 nm e può quindi anche scriversi come integrale da 380nm a 780nm .

Un modo per capire meglio la formula è considerare il caso di una luce monocromatica , ovvero caratterizzata da un'unica lunghezza d'onda : la funzione W(λ) sarà quindi nulla per tutti i valori di λ ad eccezione della lunghezza d'onda del colore considerato. In particolare , considerando proprio la lunghezza d'onda λ = 555 nm in cui il coefficiente V(555nm)=1 , se la sorgente irradia un flusso di 1W , essa produrrà un flusso luminoso di 683 Lumen.

Venendo quindi alla definizione di Lumen , nel sistema metrico internazionale di misura SI , il Lumen (Lm) è definito come il flusso luminoso emesso nell'angolo solido unitario da una sorgente puntiforme avente l'intensità luminosa di 1 candela. Scopriamo quindi che il Lumen è una grandezza derivata dalla candela , come lo sono tutte le altre grandezze fotometriche. La candela è l'unica grandezza fotometrica definita con un metodo fisico.

L'occhio umano è l'organo deputato a tradurre i raggi luminosi in impulsi nervosi per il cervello. L'immagine di un qualsiasi oggetto viene proiettata sulla retina , dove termina il nervo ottico attraverso il quale gli impulsi vengono inviati al cervello.

Nella terminazione del nervo ottico e sulla retina sono presenti i coni e bastoncelli :

- i bastoncelli sono sensibili alle basse luminanze e percepiscono l'immagine solo in bianco e nero , cioè non distinguono i colori . Si parla in questo caso di visione scotopica .

- i coni sono sensibili solo oltre una certa luminanza minima e distinguono invece colori . Si parla in questo caso di visione fotopica.

L'uomo riesce a vedere solo entro determinate soglie di luminanza . La luminanza è una grandezza illuminotecnica che si misura nel sistema metrico internazionale in Candele per metro quadro ( Cd/mq ) . Un'altra unità di misura della luminanza , non riconosciuta dal SI , è il Lambert :

1 Lambert = 0,3183 cd/cm^2

La soglia minima di luminanza visibile è detta soglia dei bastoncelli e si trova all'incirca a 10 nanoLambert  , al di sotto di tale soglia l'occhio umano non è in grado di percepire. Sopra una certa soglia , posta intorno ai 5.000 Lambert ( 5 kLambert ) l'occhio resta abbagliato e si ha la soglia del dolore , perché l'occhio è soggetto ad abbagliamento .

La soglia dei coni sotto la quale l'occhio non è in grado di percepire i colori , è posta a circa a 1 microLambert . Per avere un'idea di immagini visualizzate al di sotto della soglia dei coni , la neve in una notte coperta si colloca a circa 10^-5 milliLambert e la neve in una notte stellata a circa 10^-4 milliLambert .

Tra 10^-2 MilliLambert e 10 Lambert si ha il crepuscolo , in cui i colori non vengono percepiti in modo netto , mentre a 10 Lambert si ha la soglia del giorno e la percezione dei colori diventa buona : la zona confortevole di lettura , molto importante nella progettazione illuminotecnica per assicurare il comfort visivo , si ha tra 10 e 100 Lambert. 

I regolatori PID sono tra i primi algoritmi di controllo introdotti nell'automazione di processo eppure , nonostante i grandi progressi tecnologico , continuano ad avere un grande successo commerciale ed una grande diffusione.

Quali sono i motivi di questo successo e di questa longevità ? Vediamone alcuni :

1) Sono semplici da utilizzare e da configurare , perché nella forma base è necessario configurare solo tre parametri

2) L'algoritmo si può implementare con componenti meccanici , idraulici , pneumatici ed ovviamente elettronici , sia analogici a tempo continuo che digitali a tempo discreto. 

3) Nonostante la semplicità , sono comunque efficace nel controllo di molti processi industriali che non chiedono elevate prestazioni ( termoregolazione , chimica , industria alimentare , ecc )

4) Non necessitano della conoscenza del modello del processo da controllare , che è invece importante nella sintesi di algoritmi di controllo più complessi

5) Analogamente al punto 4 , le migliori prestazioni dei sistemi di controllo più complessi sono spesso vanificate dall'impiego di sensori e trasduttori non sufficientemente precisi , rumore , non linearità ed usura degli attuatori

6) L'elevata diffusione ha portato a :

6A) abbassamento dei prezzi , con relativo innalzamento del rapporto qualità/prezzo

6B) possibilità di trovarli già integrati a bordo di altri componenti di automazione quali Inverter , PLC , termoregolatori , già pronti per essere montati su guida DIN e quadri 

6C) larga conoscenza dell'algoritmo e delle tecniche di taratura , che ne permette la configurazione anche da parte di tecnici con medie conoscenze di informatica ed elettronica

7) possibilità , nonostante la semplicità , di realizzare anche sistemi di controllo più complessi integrando i blocchi PID in configurazioni più complesse : PID a parametri variabili , controllo adattativo , controllo predittivo , controllo in cascata , ecc

Si è detto parlando di cavi di categoria 5E , 6 , 6A e 7 che , perché una tratta di rete possa essere classificata come di categoria 5E , 6 , 6A o 7 secondo gli standard TIA/EIA , è necessario che ogni componente della tratta sia conforme agli standard ( il cavo , la presa utente e la presa sul pannello di permutazione del quadro rack ) e , soprattutto , che la posa sia fatta a regola d'arte.

Vi possono essere infatti errori di posa o di collegamento che vanificano l'impiego per cui i componenti sono pensati : si pensi ad esempio alla posa di tratte troppo lunghe ( superiori a 100 metri ) o all'errato collegamento dei conduttori nella presa RJ45 o nel pannello di permutazione , ecc

Per questo , una volta terminata la posa della tratta di cavo ed effettuati i collegamenti alle due estremità , si dovrà procedere al test con uno strumento certificatore di rete LAN  adatto alla categoria considerata. Tale strumento effettua tutta una serie di verifiche , superate le quali la tratta viene dichiarata idonea e certificata in un apposito report. Vediamo quali sono alcuni di questi test :

Mappatura ( Wire Map ) : il primo , seppur banale , controllo che effettua lo strumento certificatore è che le 8 coppie siano correttamente collegate nei punti di terminazione della tratta considerata.

Lunghezza : è la misura della lunghezza del cavo , che deve essere entro i limiti stabiliti dall'EIA TIA . 

Propagation Delay : è il tempo che il segnale di test inviato dal certificatore impiega per attraversare la tratta e si misura in nanosecondi.

Delay Skew : è la differenza di ritardo fra diverse coppie dello stesso cavo. E' un parametro importante perché diversi standard di comunicazione utilizzano più di una coppia.

Impedance : secondo la norma EN50288 l'impedenza dei cavi sia di categoria 5E , che 6 deve essere 100 Ohm a 100 MHz , entro determinate tolleranze. Se le connessioni non vengono effettuate correttamente si creano 

Attenuation : l'attenuazione , che si misura in dB , è un termine quasi scontato nelle telecomunicazioni ed è la perdita di potenza del segnale trasmesso , misurata come il logaritmo della potenza di uscita rispetto alla potenza in ingresso.

Limit (dB) 

Crosstalk XT : i parametri che terminano con XT stanno per "Crosstalk" , cioè per inteferenze reciproche fra le coppie di conduttori che compongono lo stesso cavo. Il termine tecnico in italiano per tradurre Cross-talk è diafonia , ma traducendo i singoli termini della parola composta "Cross-Talk" e pensando ad esempio alla telefonia analogica nel cui ambito si è sviluppata la terminologia, il senso è ancora più chiaro : cross + talk cioè "parlare attraverso" , riferito al fenomeno dell'interferenza tra due conversazioni telefoniche che si svolgessero su due doppini differenti ma adiaccenti.

NEXT ( si misura dB) : NEXT sta per Near End Cross Talk ed è l'interferenza misurata su un doppino generata dalla trasmissione su un doppino adiacente , misurata dallo stesso lato del trasmettitore. La traduzione corrette di NEXT è paradiafonia , ma anche in questo caso il termine inglese è molto più intuitivo , dato che "Near End" richiama appunto al lato in cui è effettuata la misura dell'interferenza.

FEXT ( si misura in dB ) : FEXT è l'acronimo di Far End Cross Talk e anche in questo caso il termine inglese lascia già intuire il senso del parametro . E' l'interferenza misurata tra due coppie di conduttori , misurata dal lato opposto rispetto al trasmettitore. Il termine italiano per il Far End CrossTalk è telediafonia , che è meno intuitivo rispetto al corrispettivo inglese.

PSNEXT ( si misura in dB ) : PSNEXT sta per Power Sum NEXT , cioè la diafonia lato trasmettitore indotta su una coppia di cavi dovuta alla somma di tutti gli altri cavi presenti , nel caso dei cavi UTP e FTP , di tutti gli altri 3 doppini che fanno parte del cavo.

ELFEXT ( si misura in dB ) : ELFEX sta per Equal Level FEXT ed è una misura del Far End Cross Talk , al netto degli effetti dell'attenuazione.

PSELFEXT ( si misura in dB ) : Power Sum Equal Level FEXT ed analogamente al Power Sum FEXT ed è il Cross Talk indotto su una coppia per effetto di tutti gli altri doppini presenti nel cavo , anche in questo caso depurandolo degli effetti dell'attenuazione , come per l'ELFEXT

ACR ( si misura in dB )

PSACR ( si misura in dB ) 

RL ( si misura in dB ) è il Return Loss

Perché il cablaggio strutturato delle linee dati di un edificio sia certificato è necessario che :

- i componenti del cablaggio strutturato , non solo cavi ma anche pannelli di permutazione , prese utente , ecc rispettino determinati parametri stabiliti dalle norme internazionali , principalmente le norme dalle ANSI/TIA/EIA . In particolare la categoria 6 è definita dall' ANSI/TIA/EIA 568B 2.1

- l'installazione sia fatta a regola d'arte e certificata mediante appositi strumenti di test detti certificatori di rete , come ad esempio i Fluke Network della linea DSP o DTX  .

Questa procedura è necessaria perché è sufficiente che uno solo dei componenti della tratta considerata sia di categoria inferiore a quella richiesta , oppure sia cablata in modo non idoneo , perché la tratta sia declassata di una categoria. Non è sufficiente ad esempio utilizzare un cavo di categoria 6 se la presa terminale o il pannello di permutazione sono di categoria 5E , perché l'intera tratta possa essere di categoria 6.

Vediamo dunque quali sono le prestazioni assicurate da queste categorie :

- la Categoria 3 è uno standard ritenuto ormai obsoleto per le moderne reti nel settore residenziale e terziario , che veniva utilizzato per reti dati fino a 10 Mbps.

- anche la Categoria 5  , con banda di trasmissione fino a 100MHz e utilizzata per reti dati fino a 100 Mbps , è ormai abbastanza obsoleta ed è presto stata sostituita dalla categoria 5e ( enhanced ) , che con una larghezza di banda sempre di 100 MHz può permettere però le trasmissioni fino a 1000 Mbps 

- anche la categoria 6 assicura velocità di trasmissione fino a 1000 Mbps , ma la larghezza di banda è di 250 MHz

- la categoria 7 è infine lo standard che permette di trasmettere con una banda fino a 600 MHz , ma per ottenere questo necessita l'utilizzo di cavi con coppie schermate singolarmente, cioè FTP.

I cavi di rete in rame , si dividono infatti in UTP , FTP e STP :

- UTP significa Unshielded Twist Pair ed il cavo è costituito da fili intrecciati a coppie ( solitamente 8 fili , cioè 4 coppie ) , senza alcuna schermatura.

- FTP significa Foiled Twist Pair e le coppie sono intrecciate come nel cavo UTP , ma con l'aggiunta di una schermatura esterna che avvolge tutte le coppie di fili , in modo da ridurre sensibilmente le interferenze di disturbi provenienti da altri cavi posati negli stessi condotti di quello in questione.

- STP significa Shielded Twist Pair e , oltre alla schermatura esterna come nel cavo FTP , ogni singola coppia intrecciata è a sua volta schermata. Vengono così ridotte sensibilmente sia le interferenze provenienti dall'esterno del cavo sia quelle fra le coppie dello stesso cavo

Bibliografia e libri per approfondire :

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Parafrasando quanto scritto nella normativa di settore ( CEI 306-10 ) il Cablaggio strutturato è "la struttura tramite la quale , in formato analogico e digitale , vengono distribuite le informazioni all'interno di un edificio o di un'azienda" .

Un sistema di cablaggio strutturato ha il compito di distribuire in modo razionale i servizi di rete all'interno di un edificio sfruttando una topologia a stella.

Si parla di cablaggio a stella gerarchica se si parte da un centro stella generale da cui si diramano i centro stella dei singoli edifici componenti il complesso aziendale o residenziale. I nodi della topologia a stella gerarchica sono :

- CD è il Campus Distributor , cioè distributore di insediamento , dove si concentrano le apparecchiature di distribuzione di tutto l'impianto

- BD è il Building Distributor , cioè distributore di edificio , dove si concentrano le apparecchiature di distribuzione del singolo edificio

- FD è il Floor Distributor , cioè il distributore di piano

- CP è il punto di interconessione

- TO è la presa utente

Per quanto riguarda le prestazioni di collegamento , il cablaggio strutturato ha subito una notevole evoluzione tecnologica , tanto che le classi di prestazione definite dalla vecchia norma CEI 50173-1 sono ritenute ormai obsolete :

- classe A : fino a 100 kHz

- classe B : fino a a 1 MHZ

- classe C : fino a 16 MHz

Sono invece contemplate dalla CEI 306-10 :

- classe D : fino a 100 MHz

- classe E : fino a 250 MHz

- classe F : fino a 600 MHz

Perché il cablaggio strutturato possa rientrare all'interno di queste classi , si dovranno utilizzare cavi di opportune categorie ( categoria 5 , categoria 5E , categoria 6 , categoria 7 ) , che dovranno essere opportunamente posati in modo da superare la certificazione con appositi strumenti.

I soggetti interessati al sistema di un cablaggio strutturato di un edificio , nel corso della suo ciclo di vita , sono :

- il committente per la definizione delle esigenze di Information Technology

- il progettista edile per la previsione delle opere necessarie nella progettazione di spazi e volumi

- il progettista del sistema di cablaggio 

- l'installatore del sistema di cablaggio

- il direttore dei lavori

- il collaudatore 

- il manutentore

- il gestore della rete

COLLETTORE PRINCIPALE DI TERRA

Il collettore principale di terra è detto anche nodo principale di terra è quell'elemento conduttore ( morsettiera , sbarra conduttrice , ecc ) a cui afferiscono tutti gli altri conduttori costitutenti l'impianto di terra , ovvero :
- il conduttore di terra
- il conduttore di protezione
- i conduttori equipotenziali
- il centro-stella del trasformatore nei sistemi TN

CONDUTTORE DI TERRA

Il Conduttore di terra (CT) è il conduttore deputato al collegamento del nodo principale di terra ai dispersori . La parte del conduttore che non è provvista di rivestimento ed è a stretto contatto col terreno ( ad esempio la corda di rame nuda interrata ) è da considerarsi parte integrante del dispersore stesso.

CONDUTTORE DI PROTEZIONE

Il conduttore di protezione (PE) è il conduttore che connette il nodo principale di terra alle masse . Nei sistemi TN-C il ruolo del conduttore equipotenziale può essere svolto dallo stesso conduttore di neutro , che viene detto conduttore PEN.

CONDUTTORE EQUIPOTENZIALE

Il conduttore equipotenziale ( principale ) è il conduttore che connette le masse estranee al collettore principale di terra. Se le masse estranee non vengono connesse direttamente al nodo principale di terra , ma tramite il conduttore PE , il conduttore che collega la massa estranea al PE viene detto conduttore equipotenziale supplementare.

CONTATTI DIRETTI

Viene definito contatto diretto il contatto di persone con parti attive , definite a loro volta come conduttori o parti conduttrici in tensione nel servizio ordinario ( ovvero in assenza di guasti ) . Fra queste parti attive rientra il conduttore di neutro ma non il conduttore di protezione.

CONTATTI INDIRETTI

Il contatto indiretto viene definito come il contatto di persone con una massa in tensione per un guasto. Si ricorda che una massa è una parte conduttrice che soddisfa le seguenti proprietà :
1) può essere toccata
2) non è in tensione in condizioni ordinarie
3) può andare in tensione in condizioni di guasto.