introducción a la fotometría y generalidades

28

INSTITUTO TECNOLOGICO DE AGUASCALIENTESDEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA PROYECTOS DE ALUMBRADO

M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADESUNIDAD 1. GENERALIDADES

1.1.- CONCEPTOS DE LUZ Y VISION

LUZ

La luz es la parte de la energía radiante electromagnética evaluada

visualmente, es decir, la energía que al interactuar o incidir en alguna

superficie se refleja o se transmite hacia el sistema visual y produce la

respuesta de los fotoreceptores, dotando al ser humano de la visión. Una

compresión integral de la luz implica la consideración de la respuesta

del ser humano tanto psicológica como fisiológica, ya que la iluminación

tiene propósitos más amplios que el de proporcionar que los objetos

sean visibles. Por ejemplo: en una ofician el nivel de iluminación

corresponde al valor recomendado, pero la fuente luminosa presenta un

parpadeo molesto, o la presencia de una ventana en el campo visual del

usuario, esto constituye un foco de distracción debido al

deslumbramiento.

En pocas palabras se puede resumir que la luz es una energía

electromagnética radiante que puede ser percibida por el sentido de la

vista. Se trata del rango de radiación del espectro electromagnético. La

luz tiene velocidad finita y se propaga en línea recta. El ojo responde a

las longitudes de onda de energía electromagnética en el rango entre la

radiación ultra violeta y la infrarroja. La longitud de onda (distancia entre

sucesivas crestas) de luz

La luz es energía electromagnética visible

Varía entre los 380 nm (nanómetros) a los 780 nm. (1 nanómetro es la

mil millonésima parte de un metro.)

28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADESLa longitud de onda donde el ojo tiene su mejor respuesta es en la

porción amarillo verdoso del espectro, es decir, en los 555 nm. Luego

decrece tanto hacia las longitudes más cortas como hacia las más

largas.

Figura 1. Tamaño de Ondas Electromagnéticas a la que es visible los

colores.

FACORES Y PARAMETROS QUE INTERVIENE EN EL CONCEPTO DE

LUZ

VELOCIDAD FINITA

La velocidad de la luz al propagarse a través de la materia es menor que

a través del vacío y depende de las propiedades dieléctricas del medio y

de la energía de la luz. La relación entre la velocidad de la luz en el vacío

y en un medio se denomina índice de refracción del medio. Para calcula

la velocidad de la luz se define con la siguiente formula.

28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADES

[Anexo A = AA - 1]

Y para calcula la energía de la onda se necesita la siguiente fórmula:

[AA - 2]

En la figura 1 se muestra la línea recta amarilla que tarda en recorrer el

espacio entre la tierra y la luna, que es alrededor de 1.26 segundos.

Figura 1.1.- Recorrido entre la Tierra y la Luna de la luz.

REFRACCION

La refracción es el cambio brusco de dirección que sufre la luz al

cambiar de medio. Este fenómeno se debe al hecho de que la luz se

propaga a diferentes velocidades según el medio por el que viaja. El

cambio de dirección es mayor cuanto mayor es el cambio de velocidad,

ya que la luz recorre mayor distancia en su desplazamiento por el medio

en que va más rápido. “La ley de Snell” [Anexo B = AB - 1] relaciona el

cambio de ángulo con el cambio de velocidad por medio de los índices

de refracción de los medios.

Como la refracción depende de la energía de la luz, cuando se hace

pasar luz blanca o policromática (se refiere a que es una imagen que

está compuesta por varios colores), a través de un medio no paralelo,

como un prisma, se produce la separación de la luz en sus diferentes

componentes (colores) según su energía, en un fenómeno denominado

dispersión refractiva. Si el medio es paralelo, la luz se vuelve a

recomponer al salir de él. Ejemplos muy comunes de la refracción es la

28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADESruptura aparente que se ve en un lápiz al introducirlo en agua o el

arcoíris.

Figura 1.1.1.- Ejemplo de la refracción. La pajita parece partida, por la

refracción de la luz al paso desde el líquido al aire.

Figura 1.1.2.- En esta ilustración se muestra la descomposición de la luz

al atravesar un prisma.

PROPAGACION Y DIFRACCION

Una de las propiedades de la luz más evidentes a simple vista es que se

propaga en línea recta. Lo podemos ver, por ejemplo, en la propagación

de un rayo de luz a través de ambientes polvorientos o de atmósferas

28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADESsaturadas. La óptica geométrica parte de esta premisa para predecir la

posición de la luz, en un determinado momento, a lo largo de su

transmisión.

De la propagación de la luz y su encuentro con objetos surgen las

sombras. Si interponemos un cuerpo opaco en el camino de la luz y a

continuación una pantalla, obtendremos sobre ella la sombra del cuerpo.

Si el origen de la luz o foco se encuentra lejos del cuerpo, de tal forma

que, relativamente, sea más pequeño que el cuerpo, se producirá una

sombra definida. Si se acerca el foco al cuerpo surgirá una sombra en la

que se distinguen una región más clara denominada penumbra y otra

más oscura denominada umbral.

Sin embargo, la luz no siempre se propaga en línea recta. Cuando la luz

atraviesa un obstáculo puntiagudo o una abertura estrecha, el rayo se

curva ligeramente. Este fenómeno, denominado difracción, es el

responsable de que al mirar a través de un agujero muy pequeño todo

se vea distorsionado o de que los telescopios y microscopios tengan un

número de aumentos máximo.

Figura 1.1.3.- Sombra de una canica.

REFLEXION Y DISPERSION

Al incidir la luz en un cuerpo, la materia de la que está constituido

retiene unos instantes su energía y a continuación la remite en todas las

direcciones. Este fenómeno es denominado reflexión. Sin embargo, en

28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADESsuperficies ópticamente lisas, debido a interferencias destructivas, la

mayor parte de la radiación se pierde, excepto la que se propaga con el

mismo ángulo que incidió. Ejemplos simples de este efecto son los

espejos, los metales pulidos o el agua de un río (que tiene el fondo

oscuro).

Figura 1.1.4.- Pez Reflejado.

POLARIZACION

El fenómeno de la polarización se observa en unos cristales

determinados que individualmente son transparentes. Sin embargo, si

se colocan dos en serie, paralelos entre sí y con uno girado un

determinado ángulo con respecto al otro, la luz no puede atravesarlos.

Si se va rotando uno de los cristales, la luz empieza a atravesarlos

alcanzándose la máxima intensidad cuando se ha rotado el cristal 90°

sexagesimal respecto al ángulo de total oscuridad. También se puede

obtener luz polarizada a través de la reflexión de la luz. La luz reflejada

está parcial o totalmente polarizada dependiendo del ángulo de

incidencia. El ángulo que provoca una polarización total se llama ángulo

de Brewster [AB - 2].

28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADESFigura 1.1.5.- Polarización.

VISION

La visión se relaciona en gran manera con el fenómeno de la percepción

del color, forma, y distancia de los objetos tridimensionales. Las ondas

electromagnéticas luminosas que inciden sobre la retina del ojo deben

estar comprendidas en un cierto ancho de banda (luz visible) para

producir impresión visual. El color depende, en parte, de la longitud de

onda de la energía luminosa incidente y también del estado del propio

ojo,

La luminosidad aparente de un objeto depende de la intensidad de

energía luminosa que pasa de este al ojo, y de las pequeñas diferencias

de intensidad luminosa perceptibles, las cuales siempre guardan una

relación prácticamente constante con la intensidad total del objeto

iluminado.

El conocimiento somero de algunas características fisiológicas del ojo

humano, así como de los aspectos básicos relacionados con la

percepción visual, son indispensables para comprender mejor el proceso

de generación y procesado de la señal de vídeo, tanto en el dominio

analógico como en el digital. Aspectos tales como la resolución,

determinada por el número de elementos en una imagen, el brillo,

contraste, percepción del color y de los detalles finos de una imagen,

están basados en las características psicofisiológicas de la visión.

EL OJO HUMANO

El ojo humano se comporta, en buena medida, de forma similar a una

cámara fotográfica, en la que la luz de una escena se proyecta sobre

una película fotosensible mediante una lente en la forma que se ilustra

en la siguiente figura.

28



Figura 1.1.6.- Cámara oscura.

Para conseguir el enfoque de la imagen proyectada sobre la película, en

la cámara fotográfica se desplaza la lente en la forma indicada en la

figura variando la distancia entre ésta y la imagen proyectada. Las

cámaras sencillas son de foco fijo, de modo que las imágenes tomadas a

partir de una cierta distancia de la escena quedan enfocadas sin

necesidad de ajustar la posición de la lente.

El ojo, sin embargo, difiere de una cámara fotográfica en varios

aspectos. Uno es el método de ajuste del foco que en el ojo se realiza

variando la convexidad o radio de curvatura de la lente mediante

músculos específicos. Otras diferencias son la forma de corrección las

aberraciones esféricas y cromáticas y, finalmente, el ajuste de la

sensibilidad.

ABERRACION ESFERICA

En las lentes, los rayos luminosos que pasan por las zonas periféricas, es

decir, alejadas del eje de la lente, convergen en puntos focales más

cercanos a la lente que los rayos que pasan más cerca de su eje. Esto da

lugar a que algunas porciones de la imagen no queden bien enfocadas y

se produzcan manchas o borrones de forma circular.

28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADESEn lentes de buena calidad, la aberración esférica se minimiza mediante

el empleo de lentes compuestas por una sucesión de superficies

esféricas dispuestas de forma tal, que los errores causados por la

aberración esférica tiendan a cancelarse. También es posible eliminar la

aberración esférica mediante lentes con superficies no esféricas, si bien

éstas resultan muy caras y difíciles de construir y pulir.

Figura 1.1.7.- Aberración esférica.

En el ojo humano, la naturaleza ha provisto dos mecanismos para

minimizar las aberraciones esféricas (además de la acción de la pupila,

que confina la luz al centro de la lente cuando los niveles de iluminación

son altos). Estos mecanismos son, por una parte, la curvatura de la

córnea, que de hecho forma parte del sistema de la lente del ojo. Esta

curvatura es menor cerca de los bordes que en el centro, con lo que los

ángulos de refracción son diferentes en diferentes zonas de la córnea y,

por otra parte, el cristalino es más denso en la zona central que en la

periférica y, por consecuencia la refracción es mayor en aquélla.

ESTRUCTURA DEL OJO HUMANO

El globo ocular tiene forma esférica, ligeramente aplanada en su parte

anterior, con un diámetro de alrededor de 24 mm.

28



Figura 1.1.8.- Estructura del ojo humano.

En la siguiente figura se muestra el “espectro visible” por el ojo humano.

Figura 1.1.9.- Espectro visible al ojo humano (Luz).

CAMPO VISUAL

Es el área que el ojo abarca normalmente. Se extiende cerca de 180º en

el plano horizontal y unos 130º en el vertical. No obstante, los detalles

28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADESmás finos solo se pueden ver dentro de un pequeño ángulo de tan solo

2º

Figura 1.1.9.- Campo visual.

1.2.- COLORIMETRIA

El color es un factor muy importante en el efecto emocional de cualquier

espacio. Sin luz no hay color. Hay dos formas de reconocimiento del

color: el color de la luz, que involucra la composición espectral de la luz

que incide sobre el objeto y el color del objeto, que comprende las

características reflectivas del objeto. Básicamente, nosotros vemos

“color” porque el objeto refleja selectivamente una cierta porción de la

luz que recibe.

Pero qué factores intervienen en nuestro campo visual. Son muy

sencillos de saber, los factores que intervienen son los siguientes:

brillo, matiz o tono, saturación, tamaño, forma, localización,

fluctuación, textura y contraste.

28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADESDe todos ellos, la claridad o brillo, el matiz o tono y la saturación son los

atributos de la llamada percepción simple o sensación visual

denominándose atributos psicofisiológicos del color.

Figura 1.2.- Reflexión hacia el ojo humano.

Luz de los colores rojo, verde y azul puede combinarse para generar

cualquier color. Por ello, estos tres colores se denominan colores

“primarios”. Por ejemplo: los televisores a color funcionan con este

simple sistema, una impresora que imprime a color imprime con tres

colores que son complementarios a los colores primarios. El color del

objeto depende de los pigmentos, la tintura o pintura, los que funcionan

como reflectores selectivos, reflejando la luz de “ese” color. Los colores

complementarios son turquesa, magenta y amarillo.

Combinando los colores de la luz primaria, se puede generar luces de

cualquier color. De la misma manera, combinando los colores

secundarios, se puede lograr que la superficie. Por ejemplo: el papel de

la impresora refleje cualquier color. El ojo percibirá ese color siempre y

cuando esté iluminado con una luz blanca cuyo espectro contenga a ese

color (o alguna fuente que incluya los colores impresos a reflejar).

EL COLOR DEL OBJETO Y EL COLOR DE LA FUENTE

Por ejemplo: si una hoja verde sobre una manzana roja fuera iluminada

solo con la luz roja, la manzana se vería roja, pero la hoja aparecería sin

28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADEScolor o “negra”. Por el contrario, si la manzana fuera iluminada solo con

luz verde, aparecería “negra” pero la hoja se percibiría como verde. Esto

se debe a que uno de los colores primarios no tiene componente de

alguno de los otros colores primarios. Si un color no se encuentra en la

fuente de luz, éste no podría ser reflejado o visto en el objeto iluminado.

Figura 1.2.1.- Juego de Colores.

Figura 1.2.2.- Cilindro de Munsell.

En la figura 1.2.2 se muestra el llamado cilindro de Munsell, el cual está

formado en su parte superior por un disco dividido en 10 colores que

van desde el amarillo hasta el anaranjado, junto a una escala graduada

que permite medir el matiz del color y la saturación viene dada por la

28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADESdistancia al centro del disco. El brillo corresponde a la altura del cilindro,

que está graduada en una escala de 1 a 10 para representar desde el

color negro hasta el color blanco en una escala de grises.

COLORES PRIMARIOS ADITIVOS

El proceso de reproducción aditiva normalmente utiliza luz roja, verde y

azul para producir el resto de los colores. Combinando uno de estos

colores primarios con otro en proporciones iguales produce los colores

aditivos secundarios, más claros que los anteriores: cian, magenta y

amarillo. Variando la intensidad de cada luz de color finalmente deja ver

el espectro completo de estas tres luces. La ausencia de los tres da el

negro, y la suma de los tres da el blanco. Estos tres colores se

corresponden con los tres picos de sensibilidad de los tres sensores de

color en nuestros ojos.

Figura 1.2.3.- Colores Primarios.

Los colores primarios no son una propiedad fundamental de la luz, sino

un concepto biológico, basado en la respuesta fisiológica del ojo humano

a la luz. Un ojo humano normal sólo contiene tres tipos de receptores,

llamados conos. Estos responden a longitudes de onda específicas de luz

roja, verde y azul. Las personas y los miembros de otras especies que

28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADEStienen estos tres tipos de receptores se llaman tricrómatas. Aunque la

sensibilidad máxima de los conos no se produce exactamente en la

frecuencia roja, verde y azul, son los colores que se eligen como

primarios, porque con ellos es posible estimular los tres receptores de

color de manera casi independiente, proporcionando un amplio gamut.

Figura 1.2.4.- Ejemplo de los colores primarios pero con focos luminosos.

Figura 1.2.5.- Los 8 Colores Elementales.

Ejemplo 1: Con lo aprendido anteriormente sobre la mezcla de colores

y su obtención de otros, por favor diga que colores se obtienen al

mezclar los siguientes:

28



COLORES PRIMARIOS SUSTRACTIVOS

Se llama síntesis sustractiva porque a la energía de radiación se le

sustrae algo por absorción. En la síntesis sustractiva el color de partida

siempre suele ser el color acromático blanco, el que aporta la luz (en el

caso de una fotografía el papel blanco, si hablamos de un cuadro es el

lienzo blanco), es un elemento imprescindible para que las capas de

color puedan poner en juego sus capacidades de absorción. En la

síntesis sustractiva los colores primarios son el amarillo, el magenta y el

cian, cada uno de estos colores tiene la misión de absorber el campo de

radiación de cada tipo de conos. Actúan como filtros, el amarillo, no deja

pasar las ondas que forman el azul, el magenta no deja pasar el verde y

el cian no permite pasar al rojo.

28



Figura 1.2.5.- Colores Primarios Sustractivos.

Ejemplo 2: Con lo aprendido anteriormente, diga que colores se

obtienen al mezclar estos colores.

28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADESEjemplo 3: En la siguiente figura se ve un dibujo mezclado en

diferentes colores, Observe y enumere de forma correcta la secuencia

de los dibujos para llegar al dibujo final adecuado.

Ejemplo 4: A continuación se muestran imágenes (ilusiones ópticas),

este es un ejercicio mental.

28



28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADES1.3.- UNIDADES EMPLEADAS EN FOTOMETRÍA Y SU RELACIÓN

ENTRE ELLAS

La luz, al igual que las ondas de radio, los rayos X o los gamma es una

forma de energía. Si la energía se mide en Joules (J) en el Sistema

Internacional, para qué necesitamos nuevas unidades. La razón es más

simple de lo que parece. No toda la luz emitida por una fuente llega al

ojo y produce sensación luminosa, ni toda la energía que consume, Todo

esto se ha de evaluar de alguna manera y para ello definiremos nuevas

magnitudes: el flujo luminoso, la intensidad luminosa, la iluminancia, la

luminancia, el rendimiento o eficiencia luminosa y la cantidad de luz.

FLUJO LUMINOSO

El flujo luminoso es la medida de la potencia luminosa percibida. Su

unidad de medida en el Sistema Internacional de Unidades es el lumen

(lm) y se define a partir de la unidad básica del SI, la candela (cd), como:

[AA-3]

El flujo luminoso se obtiene ponderando la potencia para cada longitud

de onda con la función de luminosidad, que representa la sensibilidad

del ojo en función de la longitud de onda. El flujo luminoso es, por tanto,

la suma ponderada de la potencia en todas las longitudes de onda del

espectro visible. La radiación fuera del espectro visible no contribuye al

flujo luminoso. Así, para cualquier punto de luz, si representa el flujo

luminoso, simboliza la potencia radiante espectral del punto de luz

en cuestión y la función de sensibilidad luminosa, entonces:

[AA-4]

http://es.wikipedia.org/wiki/Funci%C3%B3n_de_luminosidad

http://es.wikipedia.org/wiki/Longitud_de_onda

http://es.wikipedia.org/wiki/Longitud_de_onda

28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADESPor ejemplo: consideraremos dos bombillas, una de 25 W y otra de 60

W. Está claro que la de 60 W dará una luz más intensa. Pues bien, esta

es la idea: ¿cuál luce más? o dicho de otra forma ¿cuánto luce cada

bombilla?

Figura 1.3.- Diferencia de flujo luminoso entre dos bombillas de 20 y 60

W.

Cuando hablamos de 25 W o 60 W nos referimos sólo a la potencia

consumida por la bombilla de la cual solo una parte se convierte en luz

visible, es el llamado flujo luminoso. Podríamos medirlo en watts (W),

pero parece más sencillo definir una nueva unidad, el lumen, que tome

como referencia la radiación visible. Empíricamente se demuestra que a

una radiación de 555 nm de 1 W de potencia emitida por un cuerpo

negro le corresponden 683 lúmenes.

1 watt-luz a 555 nm = 683 lm.

Flujo

luminoso

Símbolo: Φ

Unidad: lumen (lm)

28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADESINTENSIDAD LUMINOSA

La intensidad luminosa se define como la cantidad de flujo luminoso que

emite una fuente por unidad de ángulo sólido. Su unidad de medida en

el Sistema Internacional de Unidades es la candela (cd).

Matemáticamente, su expresión es la siguiente:

[AA-5]

Donde:

= es la intensidad luminosa, medida en candelas.

= es el flujo luminoso, en lúmenes.

= es el elemento diferencial de ángulo sólido, en estereorradianes.La intensidad luminosa se puede definir a partir de la magnitud

radiométrica de la intensidad radiante sin más que ponderar cada

longitud de onda por la curva de sensibilidad del ojo. Así, si es la

intensidad luminosa, representa la intensidad radiante espectral y

simboliza la curva de sensibilidad del ojo, entonces:

[AA-6]

Para calcular la intensidad luminosa se toma la siguiente expresión:

[AA-7]

I = 1 Candela = (1m/sr).

28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADESPor ejemplo: una bombilla, en todas las direcciones del espacio. Por

contra, si pensamos en un proyector es fácil ver que sólo ilumina en una

dirección.

Figura 1.3.1.- Diferencia entre flujo luminoso e intensidad luminosa.

ILUMINANCIA

Se define iluminancia como el flujo luminoso recibido por una superficie.

Su símbolo es E y su unidad el lux (lx) que es un lm/m2.

Iluminanci

a [AA-

8]

Símbolo: E

Unidad: lux (lx)

Existe también otra unidad, el ft-candela (fc), utilizada en países de habla

inglesa cuya relación con el lux es:

1 fc ≅ 10 lx

1lx ≅ 0.1 fc

Por ejemplo: si se pone la mano delante de la linterna podemos ver

esta fuertemente iluminada por un círculo pequeño y si se ilumina una

pared lejana el circulo es grande y la luz débil.

28



Figura 1.3.2.- Ejemplo de iluminancia.

En el ejemplo de la linterna ya pudimos ver que la iluminancia depende

de la distancia del foco al objeto iluminado. Es algo similar a lo que

ocurre cuando oímos alejarse a un coche; al principio se oye alto y claro,

pero después va disminuyendo hasta perderse. Lo que ocurre con la

iluminancia se conoce por la ley inversa de los cuadrados [AB-3] que

relaciona la intensidad luminosa (I) y la distancia a la fuente. Esta ley

solo es válida si la dirección del rayo de luz incidente es perpendicular a

la superficie.

Figura 1.3.3.- Ley inversa de los cuadrados

¿Qué ocurre si el rayo no es perpendicular? En este caso hay que

descomponer la iluminancia recibida en una componente horizontal y en

otra vertical a la superficie.

28



A la componente horizontal de la iluminancia (EH) se le conoce como la

ley del coseno. Es fácil ver que si α = 0 nos queda la ley inversa de los

cuadrados. Si expresamos EH y EV en función de la distancia del foco a

la superficie (h) nos queda:

En general, si un punto está iluminado por más de una lámpara su

iluminancia total es la suma de las iluminancias recibidas:

LUMINANCIA

28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADESSe llama luminancia a la relación entre la intensidad luminosa y la

superficie aparente vista por el ojo en una dirección determinada. Su

símbolo es L y su unidad es la cd/m2. También es posible encontrar

otras unidades como el stilb (1 sb = 1 cd/cm2) o el nit (1 nt = 1 cd/m2).

RENDIMIENTO LUMINOSO O EFICIENIA LUMINOSA

Definimos el rendimiento luminoso como el cociente entre el flujo

luminoso producido y la potencia eléctrica consumida, por ejemplo, la

que viene con las características de las lámparas (25 W, 60 W...).

Mientras mayor sea mejor será la lámpara y menos gastará. La unidad

es el lumen por watt (lm/W).

CANTIDAD DE LUZ

Esta magnitud sólo tiene importancia para conocer el flujo luminoso que

es capaz de dar un flash fotográfico o para comparar diferentes

lámparas según la luz que emiten durante un cierto periodo de tiempo.

Su símbolo es Q y su unidad es el lumen por segundo (lm·s).

1.4.- MATERIALES PARA EL CONTROL DE FLUJO LUMINOSO

28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADESEn los sistemas de iluminación participan diferentes componentes, como

son el luminario, difusor, lámparas, balastro y algunos más. En esta

sección se mostrará las principales definiciones de estos conceptos.

Lámpara. Es el aparato mediante el cual se transforma la energía

eléctrica en energía luminosa. Existen diferentes tipos de lámparas

Balastro. Es el equipo electromagnético o electrónico empleado para

operar las lámparas de descarga eléctrica, proporciona a la lámpara sus

condiciones de operación correcta.

28


M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADESLuminario. Es el gabinete contenedor de lámparas y en algunos casos

también balastros, se utiliza para dirigir y controlar el flujo luminoso de

una o más lámparas.

1.5.- REPRESENTACIONES GRAFICAS. POLARES. ISOLUX E

ISOCANDELAS.

DIAGRAMA POLAR O CURVAS DE DISTRIBUCION LUMINOSA

Figura 1.5.- Representación de la intensidad luminosa.

28



En estos gráficos, la intensidad luminosa se representa mediante un

sistema de tres coordenadas (I, C, γ). La primera de ellas, I, representa

el valor numérico de la intensidad luminosa en candelas e indica la

longitud del vector, mientras las otras señalan la dirección. El

ángulo C nos dice en qué plano vertical estamos y γ mide la inclinación

respecto al eje vertical de la luminaria. En este último, 0° señala la

vertical hacia abajo, 90° la horizontal y 180° la vertical hacia arriba. Los

valores de C utilizados en las gráficas no se suelen indicar salvo para el

alumbrado público. En este caso, los ángulos entre 0° y 180° quedan en

el lado de la calzada y los comprendidos entre 180° y 360° en la acera;

90° y 270° son perpendiculares al bordillo y caen respectivamente en la

calzada y en la acera.

Con un sistema de tres coordenadas es fácil pensar que más que una

representación plana tendríamos una tridimensional. De hecho, esto es

así y si representamos en el espacio todos los vectores de la intensidad

luminosa en sus respectivas direcciones y uniéramos después sus

extremos, obtendríamos un cuerpo llamado sólido fotométrico. Pero

como trabajar en tres dimensiones es muy incómodo, se corta el sólido

con planos verticales para diferentes valores de C (suelen ser uno, dos,

tres o más dependiendo de las simetrías de la figura) y se reduce a la

representación plana de las curvas más características.

Figura 1.5.1.- Curvas de distribución luminosa.

28



En la curva de distribución luminosa, los radios representan el ángulo γ

y las circunferencias concéntricas el valor de la intensidad en candelas.

De todos los planos verticales posibles identificados por el ángulo C, solo

se suelen representar los planos verticales correspondientes a los planos

de simetría y los transversales a estos (C = 0° y C = 90°) y aquel en que

la lámpara tiene su máximo de intensidad. Para evitar tener que hacer

un gráfico para cada lámpara cuando solo varía la potencia de esta, los

gráficos se normalizan para una lámpara de referencia de 1000 lm. Para

conocer los valores reales de las intensidades bastará con multiplicar el

flujo luminoso real de la lámpara por la lectura en el gráfico y dividirlo

por 1000 lm.

[AA-19]

MATRIZ DE INTENSIDADES LUMINOSAS

También es posible encontrar estos datos en unas tablas llamadas

matriz de intensidades luminosas donde para cada pareja de valores de

C y γ obtenemos un valor de I normalizado para una lámpara de flujo de

1000 lm.

Figura 1.5.2.- Matriz de valoración.

DIAGRAMAS ISOCANDELAS

28



A pesar de que las curvas de distribución luminosa son herramientas

muy útiles y prácticas, presentan el gran inconveniente de que sólo nos

dan información de lo que ocurre en unos pocos planos meridionales

(para algunos valores de C) y no sabemos a ciencia cierta qué pasa en el

resto. Para evitar estos inconvenientes y conjugar una representación

plana con información sobre la intensidad en cualquier dirección se

definen las curvas isocandela.

En los diagramas isocandelas se representan en un plano, mediante

curvas de nivel, los puntos de igual valor de la intensidad luminosa.

Cada punto indica una dirección del espacio definida por dos

coordenadas angulares. Según cómo se escojan estos ángulos,

distinguiremos dos casos:

Proyectores para alumbrado por proyección. Luminarias para alumbrado público. Proyección Azimutal de

Lambert

En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares

con ángulos en lugar de las típicas x e y. Para situar una dirección se

utiliza un sistema de meridianos y paralelos similar al que se usa con la

Tierra. El paralelo 0° se hace coincidir con el plano horizontal que

contiene la dirección del haz de luz y el meridiano 0° con el plano

perpendicular a este. Cualquier dirección, queda pues, definida por sus

dos coordenadas angulares. Conocidas estas, se sitúan los puntos sobre

el gráfico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa

formando las líneas isocandelas.

28



Figura 1.5.3.- Coordenadas rectangulares por proyectores para el

formado de líneas isocandelas.

En las luminarias para alumbrado público, para definir una dirección, se

utilizan los ángulos C y γ usados en los diagramas polares. Se supone la

luminaria situada dentro de una esfera y sobre ella se dibujan las líneas

isocandelas. Los puntos de las curvas se obtienen por intersección de los

vectores de intensidad luminosa con la superficie de esta. Para la

representación plana de la superficie se recurre a la proyección Azimutal

de Lambert.

Figura 1.5.4.- Proyecciones Azimutal de Lambert para alumbrado

público.

28



En estos gráficos, los meridianos representan el ángulo C, los paralelos γ

y las intensidades, líneas rojas, se reflejan en tanto por ciento de la

intensidad máxima. Como en este tipo de proyecciones las superficies

son proporcionales a las originales, el flujo luminoso se calcula como el

producto del área en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad

luminosa en esta área.

Además de intensidades y flujos, este diagrama informa sobre el alcance

y la dispersión de la luminaria. El alcance da una idea de la distancia

longitudinal máxima que alcanza el haz de luz en la calzada mientras

que la dispersión se refiere a la distancia transversal.

CURVAS ISOLUX

Las curvas Isolux hacen referencia a las iluminancias, flujo luminoso

recibido por una superficie, datos que se obtienen experimentalmente o

por cálculo a partir de la matriz de intensidades usando la fórmula:

[AA-20]

Estos gráficos son muy útiles porque dan información sobre la cantidad

de luz recibida en cada punto de la superficie de trabajo y son utilizadas

especialmente en el alumbrado público donde de un vistazo nos

podemos hacer una idea de cómo iluminan las farolas la calle.

Lo más habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos

definidos para una lámpara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m.

28



Figura 1.5.5.- Curva isolux de niveles de iluminación.

Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la

expresión:

[AA-21]

También puede expresarse en valores relativos a la iluminancia máxima

(100%) para cada altura de montaje. Los valores reales de la iluminancia

se calculan entonces como:

[AA-22]

Con

[AA-23]

Siendo a un parámetro suministrado con las gráficas.

28



a : Coeficiente suministrado por las gráficas

introducción a la fotometría y generalidades

Documents