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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.)
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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.
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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
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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
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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
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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].
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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.
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M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADES
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.
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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.
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M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADES
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
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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.
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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
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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
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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
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INSTITUTO TECNOLOGICO DE AGUASCALIENTESDEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA PROYECTOS DE ALUMBRADO
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:
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M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADES
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.
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M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADES
Figura 1.2.5.- Colores Primarios Sustractivos.
Ejemplo 2: Con lo aprendido anteriormente, diga que colores se
obtienen al mezclar estos colores.
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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.
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M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADES
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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]
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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)
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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).
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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.
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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.
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M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADES
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
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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
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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.
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INSTITUTO TECNOLOGICO DE AGUASCALIENTESDEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA PROYECTOS DE ALUMBRADO
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.
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M.C. RICARDO PRIETO MUÑOZ UNIDAD 1. GENERALIDADES
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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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a : Coeficiente suministrado por las gráficas