Procesos de optimización de diseño óptico aplicados a dispositivos de iluminación, balizamiento y concentración de luz

摘要

Esta memoria de tesis recoge el trabajo de diseño y optimización de distintos dispositivos ópticos de iluminación, balizamiento y concentradores de luz para aplicaciones en sistemas de iluminación natural, conversión de energía solar fotovoltaica y señalización. Durante este proceso se ha profundizado en el manejo de herramientas de diseño óptico, optimización multi-variable, implementación de rutinas de simulación y procesamiento de datos, así como en la metodología de adquisición experimental de medidas orientadas a montajes opto-mecánicos. A lo largo de esta memoria se sigue un método de trabajo basado una aproximación analítica al problema seguida de la implementación de un modelo teórico. Dicho modelo permite identificar los parámetros críticos del diseño y abordar de este modo el proceso de optimización. El software de cálculo matemático ¿Matlab¿ es la herramienta que gestiona todo el proceso de diseño y aporta las rutinas de optimización que coordinan el resto software empleado: ¿Autocad¿ y ¿Solidworks¿ para generar y modificar la geometría del dispositivo o sólido diseñado; y ¿Tracepro¿, para el trazado de rayos, análisis y validación del comportamiento óptico del dispositivo. Por último la fase de prototipado del sistema nos permite verificar el comportamiento real del sistema ideado.A lo largo de este trabajo se resumen y aplican diversos métodos de optimización óptica entre los que destaca el algoritmo de función de mérito dinámica (DMF). Este algoritmo se basa en una variación gradual de los valores de los pesos que conforman la función de mérito y demuestra su eficacia frente al método de optimización estático en el ámbito del diseño óptico.El presente trabajo recoge el diseño del sistema de iluminación natural para edificios no residenciales que basa su funcionamiento en el encauzamiento de la luz solar incidente en la fachada para distribuirla eficazmente por las estancias de su interior. Este proyecto culmina con la fabricación de un prototipo a tamaño real que actualmente está integrado en las instalaciones del grupo Lledó, empresa coordinadora del proyecto.Se ha diseñado y fabricado con éxito un sistema de balizas para aeropuertos basado en tecnología de fuentes LED que satisface los requisitos de iluminación de la OACI (Organización de Aviación Civil Internacional). Este proyecto emplea un sistema colimador LED, también de diseño propio, que permite dirigir el flujo de las fuentes de luz de forma adecuada y cuya geometría ha sido patentada por la UCM. A partir del modelo teórico se obtiene un prototipo real del sistema de balizas, fabricado por la empresa del sector de defensa INSTALAZA S.A, que proporciona unos resultados experimentales en consonancia con las simulaciones llevadas a cabo