LUMINOTECNIA
¿Qué es la Luminotecnia?
La luminotecnia es la ciencia que estudia las distintas formas de producción de luz, así como su control y aplicación.
El proceso de iluminación requiere de una fuente de luz y un objeto a iluminar.
Las magnitudes fotométricas más importantes son: flujo luminoso, intensidad luminosa, iluminancia y luminancia. Vamos a estudiar estas magnitudes y algunas cosas más sobre luminotecnia.
¿Qué es el Flujo Luminoso?
El flujo luminoso o flujo de una fuente luminosa (por ejemplo una bombilla) es la cantidad total de luz emitida o radiada, en un segundo, en todas las direcciones.
El significado del flujo luminoso es el de la potencia propia de una fuente de luz.
Mide la energía global emitida por una fuente luminosa.
El símbolo del flujo luminoso viene indicado por la letra griega Φ (fi mayúscula).
La unidad del flujo luminoso es el lumen (lm) y como unidad de potencia corresponde a 1/680 vatios emitidos a la longitud de onda que corresponde a la máxima sensibilidad del ojo humano (5500 angstrom).
Aquí te dejamos los valores típicos de flujo luminoso:
El flujo luminoso se puede medir con la llamada esfera de Ulbritch.
Si se considera que la fuente de luz es una lámpara, una parte del flujo luminoso lo absorbe el propio aparato de iluminación.
También hay que decir que el flujo luminoso no se distribuye de forma uniforme en todas las direcciones y que disminuye si sobre la lámpara se deposita polvo y otras sustancias.
¿Qué es la Intensidad Luminosa?
La intensidad luminosa de una fuente de luz es la cantidad de luz emitida, en un segundo y en una determinada dirección.
Fíjate que aquí ya no es en todas las direcciones si no en un dirección fija y determinada.
En la imagen siguiente la intensidad luminosa sería la cantidad de luz del rayo que apunta en la dirección hacia el punto P, en un segundo.
La intensidad luminosa se nombra con la letra I y su unidad es la candela cuyo símbolo es cd.
La candela es la unidad fundamental de la luminotecnia y se define como: 1/60 de la intensidad luminosa por cm2 del cuerpo negro a la temperatura de solidificación del platino (2042ºK).
Para que te hagas una idea, una lámpara incandescente de 100w, tiene una luminosidad o intensidad luminosa de unas 130 candelas.
La intensidad luminosa no se distribuye por igual en el espacio debido a varias causas.
La causa principal es que las fuentes de luz no emiten la luz en forma puntual (puntiformes), si no que tiene forma de bucles o rejillas, las cuales originan flujos luminosos no uniformes.
Otras causas son la forma del casquillo donde va colocada la fuente de luz (lámpara) y la forma de la propia fuente de luz, es decir, la forma de la lámpara o bombilla.
Medida de la Intensidad Luminosa
Se realiza con unos aparatos llamados goniofotómetros, cuya misión consiste en sostener los aparatos de iluminación, también llamados luminarias, y hacerlos girar en distintas posiciones, de forma que el centro de giro coincida con el centro óptico de dichas luminarias.
También se puede medir la intensidad luminosa con el banco fotométrico, constituido por una regla graduada sobre la cual se desplaza la fuente luminosa, la fuente patrón y el fotómetro.
Iluminancia o Nivel de iluminación
Es una magnitud característica del objeto iluminado, que indica la cantidad de luz que incide sobre su superficie, al ser iluminado por la fuente.
La iluminancia se representa por la letra E, siendo su unidad el lux (lx).
El nivel de iluminación conseguido sobre una superficie es directamente proporcional al flujo luminoso que incide sobre ella e inversamente proporcional a la citada superficie. Veamos la fórmula:
Em = Φ/S
Donde:
Em = Iluminación media sobre la superficie en lux
Φ = Flujo luminoso en lúmenes.
S = Superficie iluminada en metros cuadrados.
Veamos un ejemplo:
La iluminación media de una superficie de 4 x 5 m sobre la que incide un flujo luminoso de 6.000 lúmenes será:
Em = Φ/S = 6.000/20 = 300 lux
Hay otra fórmula para calcular el nivel de iluminación cuando la superficie y la dirección de la luz son perpendiculares.
"El nivel de iluminación, sobre una superficie situada perpendicularmente a la dirección de la radiación, es proporcional a la intensidad luminosa del foco (I), e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que la separa del mismo".
Expresado mediante fórmula sería:
E = I/d2
E = nivel de iluminación en lux
I = Intensidad luminosa en candelas
d = distancia en metros.
Esta fórmula solo se cumple cuando se trata de una fuente de luz puntiforme; así pues, la iluminancia calculada corresponde solo a un punto de todo el flujo luminoso. Veamos un ejemplo:
Una intensidad luminosa de 500 candelas producirá sobre un punto situado a 5m una iluminación de:
E = I/d2 = 500/25 = 20 lux
Si el punto estuviese a 10m, o sea, al doble de distancia, la iluminación sería:
E = 500/100 = 5 lux; como ves no es la mitad.
La medida del nivel de iluminación se suele hacer con un aparato llamado Luxómetro.
Para tener una referencia sobre lo que es un lux, aquí te dejamos una tabla:
Luminancia
Se llama luminancia a la sensación luminosa que, por efecto de la luz, se produce en la retina del ojo, y tiene lugar tanto en una fuente de luz primaria (que emite luz), como un una de luz secundaria (que refleja luz).
La luminancia mide el brillo de los objetos iluminados o fuentes de luz. Se simboliza con la letra L.
La luminancia es la relación entre la intensidad luminosa y la superficie aparente.
La superficie aparente es la proyección dela superficie real sobre un plano perpendicular a la dirección de la mirada.
El valor de la superficie aparente se calcula como producto de la superficie real por el coseno del ángulo que forma la dirección de la mirada con la perpendicular a dicha superficie (cos Θ).
Su fórmula es:
L = I/ (S x cos Θ )
I = Intensidad luminosa en candelas.
S = Superficie en cm2 o m2
L = Luminancia en cd/cm2ocd/m2
Si el área se representa por cm2, la luminancia se expresa en candelas/cm2 y si el área se expresa en m2, la luminancia se expresa en candelas/m2 .
Según la fórmula anterior, la luminancia será máxima, cuando el ojo se encuentre en la perpendicular a la superficie que lo produce.
Valores de luminancias son:
Un tubo fluorescente tiene unas 0,75 candelas/metros cuadrados.
Deslumbramiento
Se produce por tener un brillo demasiado grande el objeto que se observa.
En tal caso, la cantidad de luz que recibe la retina es muy elevada, dando lugar a una especie de agotamiento de la retina y originando una ceguera transitoria en el área del brillo.
En el caso de las lámparas, cuanto mayor sea su superficie para un mismo flujo, menor será el deslumbramiento, aunque a veces interesa obtener el máximo brillo como en proyectores cinematográficos.
Eficiencia Luminosa
Eficiencia luminosa o rendimiento luminoso de una fuente de luz es la relación entre el flujo expresado en lúmenes de la fuente luminosa y la potencia de la lámpara o fuente. Se expresa en lúmenes/watt.
Eficiencia = Φ/P
Esta magnitud nos indica la eficiencia con la que se convierte la energía consumida por la bombilla en luz.
Veamos algunos valores típicos:
Resumen de las fórmulas de luminotecnia
Curvas Fotométricas
La fotometría es la ciencia que se encarga de la medición de la intensidad de la luz percibida por el ojo humano y la curva fotométrica la herramienta gráfica que proporciona la información necesaria para la correcta selección de luminarias para un determinado espacio.
La forma más sencilla de hallar la distribución de la luz emitida por una fuente de luz, consiste en representar gráficamente dicha distribución mediante unas curvas denominadas curvas fotométricas o distribución luminosa de intensidades iguales.
Las curvas se obtienen en el laboratorio midiendo las diferentes intensidades luminosas, según las direcciones, que parten del centro de la fuente y uniendo los puntos de la misma intensidad.
Estos al ser unidos a la fuente por vectores, darán lugar a la representación de un volumen.
Resulta poco práctico el dibujo tridimensional, por eso aprovechando la simetría que presenta el volumen respecto al eje Y, será suficiente representar las intensidades luminosas contenidas en un plano vertical, que contenga dicho eje. Incluso solo haría falta el semiplano vertical.
Mediante la curva fotométrica de una fuente de luz se puede determinar con exactitud la intensidad luminosa en cualquier dirección, dato necesario para algunos cálculos de iluminación.
Veamos las curvas fotométricas de algunas luminarias:
Temperatura de Color
La unidad es el grado Kelvin (ºK). Indica el "color aparente" de una fuente de luz con referencia al "cuerpo negro" de Plank, calentado hasta tal punto que emita la misma luz.
Las temperaturas de color o tono de la luz blanca se pueden ver en la carta cromática DIN 5033. el la curva denominada curva de Plank.
Cuanto más a la derecha la temperatura de color será menor y la luz será más amarillenta, mientras que hacia la izquierda la temperatura de color será mayor y la luz más azulada.
En general se puede establecer:
- Blanco Cálido < 3300ºK
- Blanco Neutro 3300-5000ºK
- Blanco frío o luz día > 5000ºK
Pero dos fuentes de luz pueden tener la misma temperatura de color y poseer una distinta capacidad de reproducir los colores debido a su diferente emisión espectral.
Las Fuentes de Luz
Tener una buena iluminación es importante por que permite un mejor desarrollo de las actividades y las hace menos cansadas.
Para que una instalación de iluminación sea plenamente eficaz, se debe cumplir, entre otras cosas, con un buen nivel de iluminación (es decir la cantidad de luz recibida por los objetos), respecto a un cierto número de condiciones, por ejemplo las siguientes:
- El equilibrio de la Luminancia, es decir del equilibrio entre la cantidad de luz reflejada por los distintos objetos en la dirección del observador.
- La iluminación de las causas susceptibles de determinar una sensación de molestia por deslumbramiento directo o indirecto.
- La selección de un color de luz que sea compatible con la superficie a iluminar.
- Un juego de sombras adecuado.
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La luminotecnia es la ciencia que estudia las distintas formas de producción de luz, así como su control y aplicación.
El proceso de iluminación requiere de una fuente de luz y un objeto a iluminar.
Las magnitudes fotométricas más importantes son: flujo luminoso, intensidad luminosa, iluminancia y luminancia. Vamos a estudiar estas magnitudes y algunas cosas más sobre luminotecnia.
¿Qué es el Flujo Luminoso?
El flujo luminoso o flujo de una fuente luminosa (por ejemplo una bombilla) es la cantidad total de luz emitida o radiada, en un segundo, en todas las direcciones.
El significado del flujo luminoso es el de la potencia propia de una fuente de luz.
Mide la energía global emitida por una fuente luminosa.
El símbolo del flujo luminoso viene indicado por la letra griega Φ (fi mayúscula).
La unidad del flujo luminoso es el lumen (lm) y como unidad de potencia corresponde a 1/680 vatios emitidos a la longitud de onda que corresponde a la máxima sensibilidad del ojo humano (5500 angstrom).
Aquí te dejamos los valores típicos de flujo luminoso:
El flujo luminoso se puede medir con la llamada esfera de Ulbritch.
Si se considera que la fuente de luz es una lámpara, una parte del flujo luminoso lo absorbe el propio aparato de iluminación.
También hay que decir que el flujo luminoso no se distribuye de forma uniforme en todas las direcciones y que disminuye si sobre la lámpara se deposita polvo y otras sustancias.
¿Qué es la Intensidad Luminosa?
La intensidad luminosa de una fuente de luz es la cantidad de luz emitida, en un segundo y en una determinada dirección.
Fíjate que aquí ya no es en todas las direcciones si no en un dirección fija y determinada.
En la imagen siguiente la intensidad luminosa sería la cantidad de luz del rayo que apunta en la dirección hacia el punto P, en un segundo.
La intensidad luminosa se nombra con la letra I y su unidad es la candela cuyo símbolo es cd.
La candela es la unidad fundamental de la luminotecnia y se define como: 1/60 de la intensidad luminosa por cm2 del cuerpo negro a la temperatura de solidificación del platino (2042ºK).
Para que te hagas una idea, una lámpara incandescente de 100w, tiene una luminosidad o intensidad luminosa de unas 130 candelas.
La intensidad luminosa no se distribuye por igual en el espacio debido a varias causas.
La causa principal es que las fuentes de luz no emiten la luz en forma puntual (puntiformes), si no que tiene forma de bucles o rejillas, las cuales originan flujos luminosos no uniformes.
Otras causas son la forma del casquillo donde va colocada la fuente de luz (lámpara) y la forma de la propia fuente de luz, es decir, la forma de la lámpara o bombilla.
Medida de la Intensidad Luminosa
Se realiza con unos aparatos llamados goniofotómetros, cuya misión consiste en sostener los aparatos de iluminación, también llamados luminarias, y hacerlos girar en distintas posiciones, de forma que el centro de giro coincida con el centro óptico de dichas luminarias.
También se puede medir la intensidad luminosa con el banco fotométrico, constituido por una regla graduada sobre la cual se desplaza la fuente luminosa, la fuente patrón y el fotómetro.
Iluminancia o Nivel de iluminación
Es una magnitud característica del objeto iluminado, que indica la cantidad de luz que incide sobre su superficie, al ser iluminado por la fuente.
La iluminancia se representa por la letra E, siendo su unidad el lux (lx).
El nivel de iluminación conseguido sobre una superficie es directamente proporcional al flujo luminoso que incide sobre ella e inversamente proporcional a la citada superficie. Veamos la fórmula:
Em = Φ/S
Donde:
Em = Iluminación media sobre la superficie en lux
Φ = Flujo luminoso en lúmenes.
S = Superficie iluminada en metros cuadrados.
Veamos un ejemplo:
La iluminación media de una superficie de 4 x 5 m sobre la que incide un flujo luminoso de 6.000 lúmenes será:
Em = Φ/S = 6.000/20 = 300 lux
Hay otra fórmula para calcular el nivel de iluminación cuando la superficie y la dirección de la luz son perpendiculares.
"El nivel de iluminación, sobre una superficie situada perpendicularmente a la dirección de la radiación, es proporcional a la intensidad luminosa del foco (I), e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que la separa del mismo".
Expresado mediante fórmula sería:
E = I/d2
E = nivel de iluminación en lux
I = Intensidad luminosa en candelas
d = distancia en metros.
Esta fórmula solo se cumple cuando se trata de una fuente de luz puntiforme; así pues, la iluminancia calculada corresponde solo a un punto de todo el flujo luminoso. Veamos un ejemplo:
Una intensidad luminosa de 500 candelas producirá sobre un punto situado a 5m una iluminación de:
E = I/d2 = 500/25 = 20 lux
Si el punto estuviese a 10m, o sea, al doble de distancia, la iluminación sería:
E = 500/100 = 5 lux; como ves no es la mitad.
La medida del nivel de iluminación se suele hacer con un aparato llamado Luxómetro.
Para tener una referencia sobre lo que es un lux, aquí te dejamos una tabla:
Luminancia
Se llama luminancia a la sensación luminosa que, por efecto de la luz, se produce en la retina del ojo, y tiene lugar tanto en una fuente de luz primaria (que emite luz), como un una de luz secundaria (que refleja luz).
La luminancia mide el brillo de los objetos iluminados o fuentes de luz. Se simboliza con la letra L.
La luminancia es la relación entre la intensidad luminosa y la superficie aparente.
La superficie aparente es la proyección dela superficie real sobre un plano perpendicular a la dirección de la mirada.
El valor de la superficie aparente se calcula como producto de la superficie real por el coseno del ángulo que forma la dirección de la mirada con la perpendicular a dicha superficie (cos Θ).
Su fórmula es:
L = I/ (S x cos Θ )
I = Intensidad luminosa en candelas.
S = Superficie en cm2 o m2
L = Luminancia en cd/cm2ocd/m2
Si el área se representa por cm2, la luminancia se expresa en candelas/cm2 y si el área se expresa en m2, la luminancia se expresa en candelas/m2 .
Según la fórmula anterior, la luminancia será máxima, cuando el ojo se encuentre en la perpendicular a la superficie que lo produce.
Valores de luminancias son:
Un tubo fluorescente tiene unas 0,75 candelas/metros cuadrados.
Deslumbramiento
Se produce por tener un brillo demasiado grande el objeto que se observa.
En tal caso, la cantidad de luz que recibe la retina es muy elevada, dando lugar a una especie de agotamiento de la retina y originando una ceguera transitoria en el área del brillo.
En el caso de las lámparas, cuanto mayor sea su superficie para un mismo flujo, menor será el deslumbramiento, aunque a veces interesa obtener el máximo brillo como en proyectores cinematográficos.
Eficiencia Luminosa
Eficiencia luminosa o rendimiento luminoso de una fuente de luz es la relación entre el flujo expresado en lúmenes de la fuente luminosa y la potencia de la lámpara o fuente. Se expresa en lúmenes/watt.
Eficiencia = Φ/P
Esta magnitud nos indica la eficiencia con la que se convierte la energía consumida por la bombilla en luz.
Veamos algunos valores típicos:
Resumen de las fórmulas de luminotecnia
Curvas Fotométricas
La fotometría es la ciencia que se encarga de la medición de la intensidad de la luz percibida por el ojo humano y la curva fotométrica la herramienta gráfica que proporciona la información necesaria para la correcta selección de luminarias para un determinado espacio.
La forma más sencilla de hallar la distribución de la luz emitida por una fuente de luz, consiste en representar gráficamente dicha distribución mediante unas curvas denominadas curvas fotométricas o distribución luminosa de intensidades iguales.
Las curvas se obtienen en el laboratorio midiendo las diferentes intensidades luminosas, según las direcciones, que parten del centro de la fuente y uniendo los puntos de la misma intensidad.
Estos al ser unidos a la fuente por vectores, darán lugar a la representación de un volumen.
Resulta poco práctico el dibujo tridimensional, por eso aprovechando la simetría que presenta el volumen respecto al eje Y, será suficiente representar las intensidades luminosas contenidas en un plano vertical, que contenga dicho eje. Incluso solo haría falta el semiplano vertical.
Mediante la curva fotométrica de una fuente de luz se puede determinar con exactitud la intensidad luminosa en cualquier dirección, dato necesario para algunos cálculos de iluminación.
Veamos las curvas fotométricas de algunas luminarias:
Temperatura de Color
La unidad es el grado Kelvin (ºK). Indica el "color aparente" de una fuente de luz con referencia al "cuerpo negro" de Plank, calentado hasta tal punto que emita la misma luz.
Las temperaturas de color o tono de la luz blanca se pueden ver en la carta cromática DIN 5033. el la curva denominada curva de Plank.
Cuanto más a la derecha la temperatura de color será menor y la luz será más amarillenta, mientras que hacia la izquierda la temperatura de color será mayor y la luz más azulada.
En general se puede establecer:
- Blanco Cálido < 3300ºK
- Blanco Neutro 3300-5000ºK
- Blanco frío o luz día > 5000ºK
Pero dos fuentes de luz pueden tener la misma temperatura de color y poseer una distinta capacidad de reproducir los colores debido a su diferente emisión espectral.
Las Fuentes de Luz
Tener una buena iluminación es importante por que permite un mejor desarrollo de las actividades y las hace menos cansadas.
Para que una instalación de iluminación sea plenamente eficaz, se debe cumplir, entre otras cosas, con un buen nivel de iluminación (es decir la cantidad de luz recibida por los objetos), respecto a un cierto número de condiciones, por ejemplo las siguientes:
- El equilibrio de la Luminancia, es decir del equilibrio entre la cantidad de luz reflejada por los distintos objetos en la dirección del observador.
- La iluminación de las causas susceptibles de determinar una sensación de molestia por deslumbramiento directo o indirecto.
- La selección de un color de luz que sea compatible con la superficie a iluminar.
- Un juego de sombras adecuado.
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