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Captulo 1.
LA LUZ
1.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2. Caractersticas de las ondas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3. Espectro de frecuencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.4. Naturaleza dual de la luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
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1.1. Generalidades
Es sabido que existen diversos tipos de energa: mecnica, trmica, electrosttica y electromagntica.
Si a un cuerpo en reposo se le suministra energa mecnica, ste tiende a ponerse en movimiento transformando la energa
suministrada en energa cintica, energa que lleva consigo y que comunica a otros cuerpos si colisiona con ellos.
El calor es una forma de energa que se propaga por conveccin, conduccin o radiacin.
Cuando encendemos la luz, conectamos el filamento metlico de una lmpara incandescente a travs de una diferencia de
potencial, lo cual hace fluir carga elctrica por el filamento de un modo parecido a como la diferencia de presin de una manguera
de riego hace fluir el agua por su interior. El flujo de electrones constituye la corriente elctrica. Usualmente asociamos la corriente al
movimiento de cargas en cables conductores, pero la corriente elctrica surge de cualquier flujo de carga. Cuando la corriente elctrica
se propaga a travs de los conductores y llega a un receptor se transforma en ste en otro tipo de energa.
Si el cuerpo o fuente emisora irradia energa, la propagacin se produce por radiacin en forma de ondas* que son las perturbaciones
fsicas que se propagan a travs de un determinado medio o en el vaco.
Las ondas mecnicas propagan este tipo de energa a travs de un medio material elstico. Son ondas longitudinales porque en ellas
coincide la vibracin de las partculas con la direccin de la propagacin. Dos ejemplos son las vibraciones de un muelle y el sonido.
En un muelle las vibraciones se propagan en una sola direccin y en el caso del sonido, se propagan tridimensionalmente.
Las ondas electromagnticas propagan energa producida por oscilaciones de campos elctricos y magnticos y no necesitan un
medio material de propagacin. Por ejemplo, la luz.
Dentro de las diferentes formas de propagacin de las ondas se definen diversos regmenes. Desde el punto de vista de la luminotecnia,
nos interesa el rgimen peridico, que se define como aquel que se repite a intervalos regulares de tiempo y que se expresa
grficamente mediante varias formas de onda.
Aqu, la forma de la onda representa oscilaciones como fenmenos en los que la magnitud fsica es funcin peridica de una variable
independiente (el tiempo), cuyo valor medio es nulo. Es decir, se trata de funciones armnicas simples o fundamentales, como el seno o
el coseno, de una sola variable, unidimensional y transversales (se propagan perpendicularmente a la direccin en que vibran las partculas).
En definitiva, existe un conjunto muy amplio de fenmenos fsicos, elctricos y electromagnticos, entre los que se incluye la electricidad, la luz,
el sonido, las ondas hertzianas o el oleaje del mar, cuyas caractersticas quedan determinadas mediante el estudio de las ondas sinusoidales.
De ah que se utilice el concepto de radiacinde las ondas y las caractersticas que las definen.
1.2. Caractersticas de las ondas
Longitud de Onda ()
Se define como la distancia recorrida por la onda en un periodo. En una onda transversal se puede definir como la distancia entre
dos mximos consecutivos o entre otros dos puntos cualesquiera que se encuentren en la misma fase (Fig. 1).
Figura 1. Longitud de onda .
* Onda: Expresin grfica de una variacin peridica representada en amplitud y tiempo. La ampli tud es el valor u ordenada mxima que toma la onda.
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La longitud de onda es una caracterstica importante para clasificar el espectro de radiaciones visibles, objeto de estudio en esta
LUMINOTECNIA 2002.
Este parmetro queda determinado mediante el producto de la velocidad de propagacin (), por el tiempo que tarda en realizar un
ciclo (Periodo ):
= (m/s s = m)
Frecuencia ( f)
Se define como el nmero de periodos que tienen lugar en la unidad de tiempo.
Como el periodo es inverso de la frecuencia, , la ecuacin anterior se transforma en:
(m/s 1/s-1 = m)
y por consiguiente, la frecuencia es directamente proporcional a la velocidad de propagacin, e inversamente proporcional a la
longitud de onda.
(s-1 = ciclos/segundo = Hz)
La longitud de onda disminuye con el aumento de la frecuencia.
La frecuencia es fija e independiente del medio por el que se propaga la onda, y por ello es una caracterstica importante para clasificar
las ondas electromagnticas.
Velocidad de propagacin ()
La velocidad de propagacin depende del tipo de onda, de la elasticidad del medio y de su rigidez. Si el medio es homogneo e
istropo, la velocidad de propagacin es la misma en todas las direcciones.
Por ejemplo, la velocidad de propagacin del sonido en el aire, a 20 C, es de 3435 m/ s, mientras que la velocidad de propagacinde las ondas electromagnticasen el vaco es de 300.000 km/ s = 3 108 m/s.
La ecuacin fundamental que relaciona la velocidad de propagacin con la longitud y frecuencia de la onda es
= f (m s-1 = m/ s)
1.3. Espectro de frecuencias
Dado que las radiaciones electromagnticas son de la misma naturaleza y todas se propagan en el vaco a la misma velocidad
( = 3 108 m/ s), las caractersticas que las diferencia es su longitud de onda, o lo que es lo mismo, su frecuencia( = f).
Entre las radiaciones electromagnticas debemos incluir los Rayos Gamma, Rayos X, Radiacin Ultravioleta, Luz, Rayos Infrarrojos,
Microondas, Ondas de Radio y otras radiaciones. El ojo humano es sensible a la radiacin electromagntica con longitudes de onda
comprendidas entre 380 y 780 nm. aproximadamente, margen que se denomina luz visible. Las longitudes de onda ms cortas del
espectro visible corresponden a la luz violeta y la ms larga a la luz roja, y entre estos extremos se encuentran todos los colores del arco
iris (Fig. 2). Las ondas electromagnticas con longitudes de onda ligeramente inferiores a las de la luz visible se denominan rayos
ultravioleta, y las que poseen longitudes de onda ligeramente superiores, se conocen como ondas infrarrojas. La radiacin trmica
emitida por los cuerpos a temperaturas ordinarias est situada en la regin infrarroja del espectro electromagntico. No existen lmites
en las longitudes de onda de la radiacin electromagntica; es decir, todas las longitudes de onda (o frecuencias) son tericamente
posibles.
Hay que tener en cuenta que los intervalos de longitud de onda (o de frecuencia) en los que se divide el espectro electromagntico
no estn a veces bien definidos y frecuentemente se solapan. Por ejemplo, la ondas electromagnticas con longitudes de onda delorden de 0,1 nm. suelen denominarse Rayos X, pero si se originan a partir de la radiactividad nuclear, se llaman Rayos Gamma.
f=
= f
= 1f
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Figura 2. Clasificacin del espectro visible.
Los fabricantes de lmparas suelen dar las curvas radioespectromtricas con valores comprendidos entre 380 nm. y 780 nm.
Como hemos visto, adems del metro, para expresar la longitud de onda se emplea tambin el nanmetro (nm.) y otras unidadescomo son el Angstrom ()y la micra (m.).
1 m. = 10-60 m
1 nm. = 10-90 m
1 . = 10-10 m
Radiacin de una fuente con espectro continuo
Todo cuerpo, a cualquier temperatura que no sea el cero absoluto, irradia energa segn un amplio campo de longitud de onda. Esta
radiacin se denomina incandescenciao radiacin de temperatura. Son fuentes de luz artificial incandescente:
- La llama de una combustin, como la vela, candil, etc.
- Un lingote o barra de acero caliente al rojo vivo.- El filamento de la lmpara de incandescencia, como fuente ms comn de producir luz artificial.
El trmino incandescenciase aplica a los tipos de radiacin asociados con la temperatura.
Para saber cmo est distribuida la potencia radiada entre las longitudes de onda, se utiliza el espectrorradimetro. La funcin
espectrorradiomtrica o curva de distribucin espectral que se obtiene se indica en la Fig. 3, en la que en abscisas se sitan las
longitudes de onda en nm. y en ordenadas los valores relativos de energa respecto a la mxima radiada que se toma como el 100%.
300 nm.Luz negra
Infrarrojos
Violeta
Ail
Azul
Verde - Azul
Verde
Verde - Amarillo
Amarillo
Naranja
Rojo
Rayos Ultravioleta
790x1012 Hz
400x1012 Hz
384x1012 Hz
370x1012 Hz
320
340
360
380
400 nm.420
440
460
480
500 nm.
520
540
560
580
600 nm.
620
640
660
680700 nm.
720
740
760
780
800 nm.
Dis
tribuc
inespec
tra
lde
laluzv
isible
Distribuci
nespec
tra
lseg
n
fabrican
tes
de
lmparas
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Figura 3
Radiacin de una fuente con espectro discontinuo
La energa radiante de una fuente de descarga gaseosa, como la de vapor de sodio, vapor de mercurio, argn, nen, etc., consiste en
una radiacin integrada por pequeos intervalos de longitud de onda que se denominan picos de emisin.
Cada gas tiene una longitud de onda caracterstica de su radiacin, que depende de la estructura molecular del gas a travs del cual
tiene lugar la descarga.
Este tipo de descarga se denomina comnmente luminiscencia y se caracteriza porque son tipos de radiacin independientes de la
temperatura.
Las fuentes luminosas o lmparas de descarga ms usuales son los tubos fluorescentes, los de vapor de mercurio, los de vapor de sodio
y los de induccin.
Al igual que con la incandescencia, se obtiene la curva de distribucin espectral mediante el espectrorradimetro. La funcin
espectrorradiomtrica que se obtiene se indica en la Fig. 4, indicando en abscisas las longitudes de onda en nm. y en ordenadas los
valores relativos de energa respecto a la mxima radiada que se toma como el 100%.
Tambin se suele dar en ordenadas la potencia especfica en mW/ nm. de longitud de onda.
Figura 4
1.4. Naturaleza dual de la luz
La luz ha intrigando a la humanidad durante siglos. Las teoras ms antiguas consideraban a la luz como algo que era emitidopor el
ojo. Posteriormente se comprendi que la luz deba proceder de los objetos que se vean y que entraba en el ojo produciendo la
sensacin de la visin. La cuestin de si la luz est compuesta por un haz de partculas o si es un cierto tipo de movimiento ondulatorio
ha sido una de las ms interesantes en la historia de la ciencia. Entre los proponentes y defensores de la teora corpuscular de la luz
el ms influyente fue sin duda Newton. Utilizando esta teora pudo explicar las leyes de la reflexin y de la refraccin. Sin embargo, su
380nm.
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Distribucin espectral de una lmparafluorescente de color blanco fro
Distribucin espectral de una lmparade vapor de mercurio de color corregido
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Distribucin espectral de la luz del dia normal Distribucin espectral de lmpara incandescente
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780nm.
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deduccin de la ley de la refraccin dependa de la hiptesis de que la luz se mueve con ms rapidez en el agua o en el vidrio que en
el aire, hiptesis que posteriormente se demostr que era falsa. Los principales proponentes de la teora ondulatoria de la luz fueron
Christian Huygens y Robert Hooke. Utilizando su propia teora de la propagacin de las ondas, Huygens fue capaz de explicar la reflexin
y la refraccin suponiendo que la luz viaja ms lentamente en el vidrio o el agua que en el aire. Newton se dio cuenta de las ventajas
de la teora ondulatoria de la luz, particularmente porque explicaba los colores formados por pelculas delgadas, que haba estudiado a
fondo. No obstante, rechaz la teora ondulatoria debido a la aparente propagacin rectilnea de la luz. En su poca no se habaobservado an la difraccin, desviacin del haz luminoso que permite rodear obstculos.
La teora corpuscular de la luz de Newton fue aceptada durante ms de un siglo. Luego, en 1801, Thomas Young revitaliz la teora
ondulatoria de la luz. Fue uno de los primeros en introducir la idea de interferencia como un fenmeno ondulatorio que se presentaba
tanto en la luz como en el sonido. Sus observaciones de las interferencias obtenidas con la luz fueron una clara demostracin de su
naturaleza ondulatoria. Sin embargo, el trabajo de Young no fue conocido por la comunidad cientfica durante ms de diez aos. Quizs
el mayor avance en lo que se refiere a la aceptacin general de la teora ondulatoria de la luz, se debi al fsico francs Augustin Fresnel
(1782-1827), que realiz extensos experimentos sobre interferencia y difraccin y desarroll la teora ondulatoria sobre una sana base
matemtica. En 1850, Jean Foucault midi la velocidad de la luz en el agua y comprob que es menor que en el aire, acabando as
con la teora corpuscular de la luz de Newton. En 1860, James Clerk Maxwell public su teora matemtica del electromagnetismo, que
predeca la existencia de ondas electromagnticas que se propagaban con una velocidad calculada mediante las leyes de la electricidad
y el magnetismo y que resultaba valer 3 x 108 m/ s, el mismo valor que la velocidad de la luz. La teora de Maxwell fue confirmada en
1887 por Hertz, quien utiliz un circuito elctrico sintonizado para generar ondas y otro circuito semejante para detectarlas. En la
segunda mitad del siglo XIX, Kirchoff y otros cientficos aplicaron las leyes de Maxwell para explicar la interferencia y difraccin de la luz
y de otras ondas electromagnticas y apoyar los mtodos empricos de Huygens de construccin de ondas sobre una base matemtica
firme.
Aunque la teora ondulatoria es generalmente correcta cuando describe la propagacin de la luz (y de otras ondas electromagnticas),
falla a la hora de explicar otras propiedades de la luz, especialmente la interaccin de la luz con la materia. Hertz, en un famoso
experimento de 1887 que confirm la teora ondulatoria de Maxwell, tambin descubri el efecto fotoelctrico. Este efecto slo puede
explicarse mediante un modelo de partculas para la luz, como Einstein demostr slo unos pocos aos despus. As se volvi a
introducir un modelo corpuscular de la luz. Las partculas de la luz se denominan fotones y la energa E de un fotn est relacionada
con la frecuencia f de la onda luminosa asociada por la famosa relacin de Einstein E = h f (h = constante de Planck). No se logruna comprensin completa de la naturaleza dual de la luz hasta la dcada de los 20 en el siglo XX, cuando los experimentos realizados
por los cientficos del momento (Davisson, Germer, Thompson y otros) demostraron que los electrones (y otras partculas) tambin
tenan una naturaleza dual y que presentan las propiedades de interferencia y difraccin adems de sus bien conocidas propiedades
de partculas.
En definitiva, la teora moderna de la mecnica cuntica de la radiacin luminosa acepta el hecho de que la luzparece tener una doble
naturaleza; por un lado, los fenmenos de propagacin de la luzencuentran mejor explicacin dentro de la teora electromagntica de
Maxwell(naturaleza fundamental ondulatoria electromagntica), y, por otro, la accin mutua entre la luzy la materia, en los procesos
de absorcin y emisin, es un fenmeno fotoelctrico (naturaleza corpuscular).
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Captulo 2.
EL OJO
2.1. El ojo humano como rgano receptor de luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2. Descripcin estructural del ojo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3. Formacin de imgenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4. Curva de sensibilidad del ojo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.5. Acomodacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.6. Contraste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.7. Adaptacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.8. Deslumbramiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
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2.1. El ojo humano como rgano receptor de luz
El ojo es el rgano fisiolgico del sentido de la vista, mediante el cual se experimentan las sensaciones de luz y color. Para que se realice
el proceso de la iluminacin, como accin y efecto de iluminar y ver, se requieren tres agentes:
1) La fuente productora de luz o radiacin luminosa.
2) Un objeto a iluminar que necesitamos que sea visible.
3) El ojo, que recibe la energa luminosa y la transforma en imgenes que son enviadas al cerebro para su interpretacin.
El estudio y descripcin de los componentes del ojo, as como el proceso que se realiza desde que la luz le llega y pasa por las vas y
centros visuales hasta que es interpretada por el cerebro, nos llevara al campo de la neurofisiologa. Aqu describiremos y expondremos
algunos comportamientos y conceptos del sentido de la vista, cuyo conocimiento es indispensable y contribuye a un mejor diseo de
las instalaciones de iluminacin.
2.2. Descripcin estructural del ojo
En la Fig. 1 se representa un corte longitudinal esquemtico del ojo humano, en el que se puede apreciar su constitucin anatmica.
Figura 1. Constitucin del ojo humano.
El ojo est constituido principalmente por los siguientes elementos:
a) Globo ocular: Cmara que tiene como funcin principal la formacin de la imagen en la retina.
b) Crnea: Tiene la misin de recibir y transmitir las impresiones visuales y constituye el componente ptico refractor fundamental del ojo.
c) Cristalino: Es una lente biconvexa, transparente e incolora situado tras el iris. Esta membrana elstica cambia su forma para enfocar
los objetivos.
d) Iris: Lmina circular situada frente al cristalino y muy pigmentada. Puede contraer la pupila controlando la cantidad de luz que pasa
al cristalino.
e) Pupila: Orificio circular situado en el centro del iris y a travs del cual pasan los rayos luminosos. La abertura de este orificio la controla
el iris y su constriccin se llama miosisy la dilatacin midriasis.
f) Retina: Es la pelcula interna posterior del ojo constituida por una membrana nerviosa, expansin del nervio ptico, que tiene la
funcin de recibir y transmitir imgenes o impresiones visuales. Contiene una finsima capa de clulas fotosensibles, conos y
bastones, que divergen del nervio ptico y que estn en la parte externa prximas a la capa pigmentada.
Eje visual
Cristalino
Humor vtreo
Prpado superior
Humor acuoso
Crnea
Iris
Msculo ciliar
Prpado inferior Punto ciego
Mancha amarilla
Msculos oftlmicos
Msculos oftlmicos
Nervio ptico
Retina
CoroidesEsclertica
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Captulo 2. EL OJO
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g) Conos: Clulas fotosensibles de la retina o fotorreceptores que se encuentran principalmente en la fvea. Son muy sensibles a los
colores y casi insensibles a la luz. De ah que cumplan la funcin de discriminar los detalles finos y la de percibir los colores (Fig. 2).
h) Bastones o bastoncillos: Clulas fotosensibles de la retina o fotorreceptores que se encuentran slo fuera de la fvea y ms
concentrados en la periferia. Son muy sensibles a la luz y al movimiento, y casi insensibles al color. De ah que la misin de los
bastones sea la de percibir la mayor o menor claridad con que estn iluminados los objetos (Fig. 2).
i) Mcula: Mancha amarilla situada en el polo posterior de la retina, sobre el eje ptico, donde se produce la fijacin ntida y precisade detalles y colores. En su centro se encuentra la fvea, que slo est formada por conos.
j) Punto ciego: Punto de la retina por donde el nervio ptico conduce las imgenes o sensaciones de luz al cerebro. En este punto
no hay fotorreceptores.
Consecuencias prcticas de la funcin de conos y bastones
Cuando miramos un espacio iluminado con poca luz, por ejemplo, en la penumbra por la noche, la agudeza visual es baja, porque
no actan los conos y no se distinguen los colores ni los detalles, de ah el famoso refrn de que de noche todos los gatos son pardos.
A esta visin nocturna se le llama escotpicay en ella intervienen esencialmente los bastones que captan con gran sensibilidad la mayor
o menor cantidad de luz y el movimiento de los objetos.
Ello justifica que en algunos alumbrados pblicos de avenidas, carreteras, y grandes superficies se efecte el alumbrado con lmparas
de vapor de sodio que reproducen mal los colores, pero aportan gran cantidad de luz.
Por el contrario, con luz diurna o cuando el nivel de iluminacin se eleva lo suficiente, los objetos se ven con precisin y detalle porque
actan los bastones y principalmente los conos, con lo cual se pueden distinguir los colores. A la luz diurna se le llama visin fotpica.
En este caso la cantidad de luz exige ir acompaada de calidad, pues slo la cantidad producira irritabilidad en los ojos y
deslumbramientos muy molestos.
Figura 2. Parte fotosensible del ojo. Actuacin de bastoncillos y conos.
2.3. Formacin de imgenes
El campo visual del hombre est limitado por un ngulo de unos 130 en sentido vertical y de unos 180 en sentido horizontal.
De los objetos iluminados o con luz propia situados en el campo de visual parten rayos luminosos que atraviesan la crnea y el humor
acuoso. El iris, mediante la abertura de la pupila, controla la cantidad de luz que se refracta a travs del cristalino para incidir finalmente
en la retina, donde el pigmento fotosensible de los fotorreceptores la registran en imgenes invertidas y mucho ms pequeas de lo
natural, al igual que ocurre en la cmara fotogrfica. Una vez recibidas y formadas las imgenes en la retina, a travs del nervio ptico,
son enviados al cerebro, que se encarga de interpretarlas y rectificar su posicin (Fig. 3).
ClulapigmentariaCono
Bastoncillo
Granosde pigmento
Clulanerviosa
Ampliacin de la retina
Globo ocular
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Figura 3. Formacin de imagen y su rectificacin en el cerebro.
En la tabla siguiente se hace un smil con la cmara fotogrfica.
Tabla 1
2.4. Curva de sensibilidad del ojo
Las radiaciones de longitud de onda comprendidas entre 380 nm. (ultravioleta) y 780 nm. (infrarrojos) son transformadas por el ojo
en luz. Fuera de esta gama el ojo no ve, es ciego y no percibe nada. Todas las fuentes luminosas tienen su propia radiacin o mezcla
de ellas comprendida dentro de dichos lmites.
La luz blanca del medio da soleado es suma de todas las longitudes de onda del espectro visible. Si las hacemos llegar al ojo
independientemente y con la misma energa, se obtiene una curva como la de la Fig. 4, que ha sido elaborada por la C.I.E.* realizando
medidas en gran nmero de personas.
* C.I.E.: Comisin Internacional de Iluminacin (Commission Internationale de l Eclairage).
Ojo humano Cmara fotogrfica
Cristalino (controla acomodacin) Objetivo (ajusta distancia entre objetivo y pelcula)
Pupila (controla adaptacin) Diafragma - obturador (adapta exposicin y cantidad de luz)
Pigmento de los fotorreceptores Emulsin de la pelcula
Retina ( crea las imgenes) Pelcula (crea las imgenes)
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Captulo 2. EL OJO
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Figura 4. Curva de sensibilidad del ojo a las radiaciones monocromticas.
En ella se observa que para la luz blanca del da (fotpica), la mxima sensibilidad del ojo corresponde a la longitud de onda de 555
nm. y al color amarillo. La mnima sensibilidad corresponde a los colores rojo y violeta.
De esta forma, las fuentes luminosas cuyas longitudes de onda corresponden al amarillo verde son las que tienen ms eficacia,
aunque de peor calidad debido a que tal luz no es apropiada para nuestro ojo, acostumbrado a la luz blanca del Sol. De aqu que en
locales con alto nivel de iluminacin se realcen los colores naranja y rojo.
En el caso de la luz nocturna (escotpica), el mximo de sensibilidad se desplaza hacia longitudes de onda menores (efecto Purkinje)
y, por consiguiente, las radiaciones de menor longitud de onda (azul violeta) producen mayor intensidad de sensacin con baja
iluminacin. Este efecto es de gran importancia cuando se proyectan locales con bajo nivel de iluminacin en los que se ven mejor los
colores azul y violeta.
2.5. Acomodacin
Es la capacidad que tiene el ojo para ajustarse automticamente a las diferentes distancias de los objetos, y obtener de esta forma
imgenes ntidas en la retina. Este ajuste se efecta variando la curvatura del cristalino y con ello la distancia focal por la contraccin o
distensin de los msculos ciliares. Si el objetivo se encuentra prximo al ojo, la curvatura del cristalino se hace mayor que cuando est
lejos. En la mquina fotogrfica el ajuste se hace variando la distancia entre el objetivo y la pelcula sensible.
La acomodacin o enfoque es ms fcil con altas luminancias* (iluminaciones) que obligan a una adaptacin de la pupila o modificacin
del diafragma en sentido de cierre. El resultado comn de esta accin es el aumento de la profundidad del campo, o lo que es lomismo, visin ntida de objetos a diferente distancia del ojo o la cmara.
La capacidad de acomodacin del ojo disminuye con la edad a consecuencia del endurecimiento del cristalino.
2.6. Contraste
Todos los objetos son percibidos por los contrastes de color y de luminancia que presentan las distintas partes de su superficie entre s
y en relacin al fondo en que aparece el objeto.
* Luminancia: Efecto de luminosidad que produce una superficie en la retina del ojo, tanto si procede de una fuente primaria de luz como si procede de una
superficie que refleja.
20
40
60
80
100
20
0
40
60
80
100
Longitud de onda nm.
NOCHE DIA
%
400 500 600 700
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Para niveles de iluminacin suficientemente elevados, el ojo normal es sensible a los colores, mientras que para bajos niveles de
iluminacin los objetos son percibidos fundamentalmente por el contraste de luminancias que presentan con relacin al fondo. La
diferencia de luminancia entre objeto que se observa y su espacio inmediato, es lo que se conoce por contraste.
Figura 5
En la Fig. 5 la superficie del objeto tiene una luminacia L0y la superficie de fondo una luminancia L
f, por tanto se llama contraste
Ka la diferencia de estas dos luminancias, divididas por la de fondo, es decir:
Kes, por tanto, un valor relativo entre luminancias.
Como hemos comentado, la visibilidad de un objeto situado sobre un fondo, depende de la diferencia de luminancias entre el objeto
y el fondo. Un objeto claro sobre fondo oscuro, su contraste ser positivo (valores entre 0 e infinito), en cambio un objeto ms oscuro
que su fondo se ver en silueta y su contraste ser negativo, variando entre 0 y (-1).
El contraste K puede ser positivo o negativo:
Si L0
> Lf
K > 0 contraste positivo (objeto ms claro que el fondo).
Si L0
< Lf
K < 0 contraste negativo (objeto ms oscuro que el fondo).
El contraste K puede adquirir los siguientes valores:
Contraste positivo ( objeto claro) 0 < K < e
Contraste negativo (objeto oscuro) -1 < K < 0
En los ejemplos de la Fig. 6, a) presenta un contrate fcil de distinguir, mientras que b) y c) ofrecen mayor dificultad.
Figura 6
Tambin existe un contraste de colores. En la Tabla 2 podemos ver unos ejemplos.
a b c
K=L
0L
f
Lf
Lf
Lo
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Tabla 2. Contrastes de colores.
Sensibilidad al contraste
Se trata de un concepto derivado del anterior que equivale al mnimo contraste de luminancias que puede ser percibido por el ojo
humano. Matemticamente sera el inverso del contraste.
Por consiguiente, la mayor sensibilidad a los contrates que pueden lograrse es aproximadamente:
Sin embargo, en las condiciones encontradas normalmente en la prctica, la sensibilidad a los contrastes es bastante ms pequea por
las causas antes expuestas.
2.7. Adaptacin
Es la capacidad que tiene el ojo para ajustarse automticamente a las diferentes iluminaciones de los objetos. Consiste en el ajuste del
tamao de la pupila para que la luminancia proyectada en la retina sea de un valor tolerable por las clulas sensibles. En su smil con
la cmara fotogrfica, sera la mayor o menor apertura del diafragma.
Si la iluminacin es muy intensa, la pupila se contrae reduciendo la luz que llega al cristalino, y si es escasa, se dilata para captarla en
mayor cantidad.
En iluminaciones de valores muy altos, la pupila se reduce a un dimetro de aproximadamente 2 mm., y en iluminaciones muy bajas,
se abre hasta aproximadamente 8 mm.
Cuando se pasa de un local con mucha iluminancia a otro completamente a oscuras, el ojo se ve sometido a un proceso de adaptacin
para cuyo ajuste total necesita unos 30 minutos; mientras que por el contrario, cuando se pasa de un local a oscuras a otro con muchailuminancia, dicho periodo es de unos segundos (Fig. 7).
G=1
= 1000.01
G=Lf =
1
L0 L
fK
Color del objeto Color del fondo
Negro Amarillo
Verde Blanco
Rojo Blanco
Azul Blanco
Blanco Azul
Negro Blanco
Amarillo Negro
Blanco Rojo
Blanco Verde
Blanco Negro
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Figura 7. Curva de fotosensibilidad relativa del ojo respecto al tiempo de adaptacin.
2.8. Deslumbramiento
Es un fenmeno de la visin que produce molestia o disminucin en la capacidad para distinguir objetos, o ambas cosas a la vez, debido
a una inadecuada distribucin o escalonamiento de luminancias, o como consecuencia de contrastes excesivos en el espacio o en el
tiempo.
Este fenmeno acta sobre la retina del ojo en la cual produce una enrgica reaccin fotoqumica, insensibilizndola durante un cierto
tiempo, transcurrido el cual vuelve a recuperarse.
Los efectos que origina el deslumbramiento pueden ser de tipo psicolgico (molesto) o de tipo fisiolgico (perturbador). En cuanto a
la forma de producirse puede ser directo como el proveniente de fuentes luminosas (lmparas, luminarias o ventanas), que se
encuentren situadas dentro del campo visual, o reflejado por superficies de gran reflectancia, especialmente superficies especulares
como las del metal pulido.Las fuentes luminosas producen generalmente un deslumbramiento perturbador; ste es proporcional a la iluminacin producida por
la fuente de luz sobre la pupila del ojo, as como a un factor dependiente del ngulo q que forman la lnea recta R que une el ojo
con el foco F y el plano horizontal H que pasa por el ojo en la posicin de trabajo. En la Fig. 8 se indican los distintos
deslumbramientos en funcin de este ngulo, habindose tomado como admisible un valor mnimo de 30.
Figura 8. Deslumbramientos en funcin del ngulo q.
0 10 20 30 40 50 60
Valores del ngulo
Deslumbramien
to
H
R
F
20
40
60
80
100
20
0 10 20 30 40 50
40
60
80
100
Tiempo de adaptacin (min.)
Fotosensibilid
adr
elativa
%
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Las superficies que no sean completamente mates dan lugar, por reflexin de la luz, a imgenes ms o menos netas de los focos
luminosos. Incluso si su luminancia no es excesiva, estas imgenes son casi siempre molestas cuando se encuentran en el campo visual
y, especialmente, en la regin central de este campo.
Segn lo expuesto, se evitar en lo posible toda clase de superficies pulidas innecesarias (cristales sobre las mesas, etc.). En el caso
que se utilicen superficies semi-pulidas (encerados) se iluminarn por medio de fuentes con la menor luminancia posible y cuya
posicin se calcule en funcin de los reflejos que puedan obtenerse (filtros, rejillas, difusores, etc.).En casos especiales, las imgenes que proporcionan reflexin podrn ser tiles (visin por efecto de silueta, examen de defectos en
superficies pulidas, composicin de imprenta, etc.).
Figura 9. Superficies que reflejan la luz.
Captulo 2. EL OJO
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Captulo 3.
PROPIEDADES PTICASDE LA MATERIA
3.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2. Reflexin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.3. Transmisin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.4. Absorcin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.5. Refraccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
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3.1. Generalidades
Cuando un rayo de luz se propaga por un medio y alcanza el lmite que lo separa de un segundo medio, puede suceder, que retorne
al primero (reflexin), o que lo atraviese y que ingrese al segundo medio donde parte se convertir en otra forma de energa (absorcin)
y parte no cambiar (transmisin).
Dos, o los tres de dichos fenmenos ocurren simultneamente, y como la energa no se puede destruir, la suma de la energa
transmitida, absorbida y reflejada debe ser igual a la energa incidente.
Por lo tanto, la aplicacin de la luz en la forma ms conveniente exige un control y una distribucin que se consigue modificando sus
caractersticas a merced a los fenmenos fsicos de reflexin, absorcin y transmisin de la luz, sin olvidarnos de otro cuarto factor
conocido como refraccin.
3.2. Reflexin
Cuando unas ondas de cualquier tipo inciden sobre una barrera plana como un espejo, se generan nuevas ondas que se mueven
alejndose de la barrera. Este fenmeno se denomina reflexin.
Cuando la luz es reflejada por una superficie, un porcentaje de dicha luz se pierde debido al fenmeno de absorcin. La relacin entrela luz reflejada y la luz incidente se denomina reflectanciade la superficie.
Cualquier superficie que no es completamente negra puede reflejar luz. La cantidad de luz que refleja y la forma en que dicha luz es
reflejada se determina por las propiedades de reflexin de la superficie. Se distinguen cuatro tipos de reflexiones, a saber: reflexin
especular, reflexin compuesta, reflexin difusa y reflexin mixta. En estas propiedades de reflexin se fundamentan los sistemas
reflectores.
Reflexin especular(Fig. 1): Se produce cuando la superficie reflectora es lisa. Dicha reflexin obedece a dos leyes fundamentales:
1. El rayo incidente, el rayo reflejado y el normal a la superficie en un punto de incidencia se trazan en un mismo plano.
2. El ngulo de incidencia (i) es igual al ngulo de reflexin (r).
Figura 1. Reflexin especular.
Reflexin compuesta(Fig. 2): A diferencia de lo que ocurre en la reflexin especular, no hay imagen de espejo de la fuente de luz, pero
el ngulo de intensidad mxima reflejada es igual al ngulo de incidencia. Esta reflexin ocurre cuando la superficie es irregular o rugosa.
i r
N
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Figura 2. Reflexin compuesta.
Reflexin difusa(Fig. 3): Se produce cuando la luz que incide sobre una superficie es reflejada en todas las direcciones, siendo el rayo
normal a la superficie el de mayor intensidad.Este tipo de reflexin se produce en superficies como el papel blanco mate, las paredes y cielos rasos de yeso, la nieve, etc.
Figura 3. Reflexin difusa.
Reflexin mixta (Fig. 4): Es una reflexin intermedia entre la especular y la difusa, en la que parte del haz incidente se refleja y parte
se difunde. Este tipo de reflexin la presentan los metales no pulidos, el papel brillante y las superficies barnizadas.
Figura 4. Reflexin mixta.
Captulo 3. PROPIEDADES PTICAS DE LA MATERIA
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Tabla 1. Factor de reflexin para luz blanca da.
3.3. Transmisin
Es el paso de una radiacin a travs de un medio sin cambio de frecuencia de las radiaciones monocromticas que la componen. Este
fenmeno es caracterstico de ciertos tipos de vidrios, cristales, plsticos, agua y otros lquidos, y del aire.
Al atravesar el material, parte de la luz se pierde debido a la reflexin en la superficie del medio siguiente y parte se absorbe. La relacin
entre la luz transmitida y la luz incidente se denomina transmitanciadel material.
En la transmisin se pueden diferenciar tres tipos: regular, difusa y mixta.Transmisin regular(Fig. 5): En esta transmisin, el haz que incide sobre un medio, la atraviesa y sale de l como tal haz. Los medios
que cumplen esta propiedad, se les denomina cuerpos transparentes y permiten ver con nitidez los objetos colocados detrs de ellos.
Superficie reflectora % factor de reflexin
Plata brillante 92 - 97
Oro 60 - 92
Plata blanca (mate) 85 - 92
Nquel pulido 60 - 65
Cromo pulido 60 - 65
Aluminio pulido 67 - 72
Aluminio electroabrillantado 86 - 90
Aluminio vaporizado 90 - 95
Cobre 35 - 80
Hierro 50 - 55
Porcelana esmaltada 60 - 80
Espejos 80 - 85
Pintura blanca mate 70 - 80
Beige claro 70 - 80
Amarillo y crema claro 60 - 75
Techos acsticos 60 - 75
Verde muy claro 70 - 80
Verde claro y rosa 45 - 65
Azul claro 45 - 55
Gris claro 40 - 50
Rojo claro 30 - 50
Marrn claro 30 - 40
Beige oscuro 25 - 35
Marrn, verde y azul oscuros 5 - 20
Negro 3 - 4
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Figura 5. Transmisin regular.
Transmisin difusa(Fig. 6): Transmisin en la que el haz incidente se difunde por el medio, saliendo del mismo en mltiples direcciones.
A estos medios se les denomina traslcidos y los ms conocidos son los cristales esmerilados y los vidrios orgnicos opalizados. Los
objetos colocados detrs de ellos no son distinguidos con precisin.
Figura 6. Transmisin difusa.
Transmisin mixta(Fig. 7): Es una forma de transicin de la transmisin, intermedia entre la regular y la difusa. Se presenta en vidrios
orgnicos, vidrios orgnicos depulidos y cristales de superficie labrada. Aunque la difusin del haz de luz no es completa, los objetos no
se pueden observar claramente detrs del mismo aunque s su posicin.
Figura 7. Transmisin mixta.
Captulo 3. PROPIEDADES PTICAS DE LA MATERIA
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3.4. Absorcin
Se denomina absorcin a la transformacin de la energa radiante en otra forma de energa, generalmente en forma de calor. Este
fenmeno es una caracterstica de todas las superficies que no son completamente reflectoras, y de los materiales que no son
totalmente transparentes. La relacin entre la luz absorbida y la luz incidente se denomina absortanciadel material.
La absorcin de ciertas longitudes de onda de luz se denomina absorcin selectiva. En general, los objetos de color le deben su color
a la absorcin selectiva.
3.5. Refraccin
Al pasar de un medio a otro, el rayo de luz puede cambiar su direccin. Dicho cambio, se produce por una alteracin en la velocidad
de la luz. La misma disminuye si la densidad del nuevo medio es mayor, y aumenta si es menor. Este cambio de velocidad y de direccin
se denomina refraccin.
Existen dos leyes de refraccin:
1. Cuando la onda pasa de un medio a otro, el rayo incidente, el rayo refractado y la normal a la superficie de separacin de los medios
en el punto de incidencia, estn en el mismo plano.2. La razn del seno del ngulo de incidencia y el seno del ngulo de refraccin es una constante para los medios comprendidos.
Dicha constante se denomina ndice de refraccin, n, para ambos medios. La segunda ley de refraccin generalmente se denomina Ley
de Snell.
Figura 8. Refraccin en el lmite entre dos medios.
n1* = ndice de refraccin del primer medio.
n2* = ndice de refraccin del segundo medio.
a1
= ngulo de incidencia.
a2
= ngulo de refraccin.
Cuando el primer medio es el aire, n1
= 1 y la frmula es:
sen a1
= n2
sen a2
La distancia D en la Fig. 8. se conoce como desplazamiento. Dicho desplazamiento depende del ngulo de incidencia y del ndice derefraccin. Cuando el rayo de incidencia es perpendicular a la superficie, la refraccin y el desplazamiento equivalen a cero.
n1 sen a1 = n2 sen a2 c sena
1 = n2 = nsen a
2= n
1
2
1
1
D
n1
n2
n1
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Captulo 3. PROPIEDADES PTICAS DE LA MATERIA
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La refraccin vara segn la longitud de onda. Las ondas cortas (como la azul y la violeta) se transmiten ms que las ondas largas (como
por ejemplo las rojas). Este fenmeno se utiliza para separar la luz blanca en sus colores componentes atravesando un prisma de
refraccin. El grado de la separacin de color, que depende del ngulo de incidencia y de las propiedades refractivas del material del
prisma, se denomina dispersin.
* ni se calcula por el cociente entre la velocidad de la luz en el aire y la velocidad de la luz en el medio i.
Captulo 3. PROPIEDADES PTICAS DE LA MATERIA
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Captulo 4.
EL COLOR
4.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.2. Clasificacin de los colores segn el diagrama cromtico C.I.E. . . . . . 41
4.3. Temperatura del color (Tc) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.4. ndice de rendimiento de color (IRC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434.5. Efectos psquicos de los colores y su armona . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
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4.1. Generalidades
El color es una interpretacin subjetiva psicofisiolgica del espectro electromagntico visible.
Las sensaciones luminosas o imgenes que se producen en nuestra retina, al enviarlas al cerebro, son interpretadas como un conjunto
de sensaciones monocromticas que constituyen el color de la luz.
El sentido de la vista no analiza individualmente cada radiacin o sensacin cromtica. A cada radiacin le corresponde una
denominacin de color, segn la clasificacin del espectro de frecuencias.
Es importante indicar que distinguimos a los objetos por el color asignado segn sus propiedades pticas, pero en ellos ni se produce
ni tienen color. Lo que s tienen son propiedades pticas de reflejar, refractar y absorber los colores de la luz que reciben, es decir: el
conjunto de sensaciones monocromticas aditivas que nuestro cerebro interpreta como color de un objeto depende de la composicin
espectral de la luz con que se ilumina y de las propiedades pticas que posea el objeto para reflejarla, refractarla o absorberla.
Fue Newtonel primero en descubrir la descomposicin de la luz blanca en el conjunto de colores que forma el arco iris. Al hacer pasar
un haz de luz blanca a travs de un prisma obtuvo el efecto que se indica en la Fig. 1.
Figura 1. Descomposicin de la luz blanca en el espectro del arco iris.
4.2. Clasificacin de los colores segn el diagrama cromtico C.I.E.
La evaluacin subjetiva de las superficies de los objetos, tal y como son percibidas por el ojo, se interpretan en funcin de los atributos
o cualidades del color. stas son:
a) Claridad o esplendor:Radiacin luminosa que recibimos segn la iluminancia que posea el objeto. Un objeto es ms claro cuanto
ms se aleja su color del negro en la escala de grises. Hace referencia a la intensidad.
b) Tono o matiz:Nombre comn del color (rojo, amarillo, verde, etc.). Hace referencia a la longitud de onda.
c) Pureza o saturacin:La proporcin en que un color est mezclado con el blanco. Hace referencia a la pureza espectral.
Para evitar la evaluacin subjetiva del color existe el diagrama cromtico en forma de tringulo, aprobado por la C.I.E., que se empleapara tratar cuantitativamente las fuentes de luz, las superficies coloreadas, las pinturas, los filtros luminosos, etc.
Todos los colores estn ordenados segn tres coordenadas cromticas, x, y, z, cuya suma es siempre la unidad (x + y + z = 1) y cuando
cada una de ellas vale 0333 corresponde al color blanco. Estas tres coordenadas se obtienen a partir de las potencias especficas para
cada longitud de onda. Se fundamenta en el hecho de que al mezclar tres radiaciones procedentes de tres fuentes de distinta
composicin espectral se puede obtener una radiacin equivalente a otra de distinto valor. El resultado es el tringulo de la Fig. 2, en
el que con dos coordenadas cualesquiera es suficiente para determinar el color de la radiacin resultante formada por la mezcla aditiva
de tres componentes.
Luz blanca
Prisma
380 nm.
400 nm.
500 nm.
600 nm.
700 nm.
780 nm.
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Captulo 4. EL COLOR
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Figura 2. Diagrama cromtico de la C.I.E.
4.3. Temperatura de color (TC )
En el diagrama cromtico C.I.E. de la Fig. 2 se ha dibujado la curva que representa el color que emite el cuerpo negro en funcin de
su temperatura. Se llama curva de temperatura de color del cuerpo negro, TC..
La temperatura de color es una expresin que se utiliza para indicar el color de una fuente de luz por comparacin de sta con el color
del cuerpo negro, o sea del radiante perfecto terico (objeto cuya emisin de luz es debida nicamente a su temperatura). Como
cualquier otro cuerpo incandescente, el cuerpo negro cambia de color a medida que aumenta su temperatura, adquiriendo al principio,
el tono de un rojo sin brillo, para luego alcanzar el rojo claro, el naranja, el amarillo y finalmente el blanco, el blanco azulado y el azul.
El color, por ejemplo, de la llama de una vela, es similar al de un cuerpo negro calentado a unos 1.800 K*, y la llama se dice entonces,
que tiene una temperatura de color de 1.800 K.
Las lmparas incandescentes tienen una temperatura de color comprendida entre los 2.700 y 3.200 K, segn el tipo, por lo que su
punto de color determinado por las correspondientes coordenadas queda situado prcticamente sobre la curva del cuerpo negro. Esta
temperatura no tiene relacin alguna con la del filamento incandescente.
Por lo tanto la temperatura de colorno es en realidad una medida de temperatura. Define slo color y slo puede ser aplicada a fuentes
de luz que tengan una gran semejanza de color con el cuerpo negro.
La equivalencia prctica entre apariencia de colory temperatura de color, se establece convencionalmente segn la Tabla 1.
* K = Kelvin. Las temperaturas de la escala Kelvin exceden en 273 C a las correspondientes a la escala centrgada.
520
510
500
490
480
470
460450
400-380
530
540
550
560
580
590
24.000
10.000 6.500
5.000
3.200
2.500
800
600
610
620630
650
700750
570
Captulo 4. EL COLOR
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Tabla 1
4.4. ndice de rendimiento de color (IRC)
El dato de temperatura de color se refiere nicamente al color de la luz, pero no a su composicin espectral que resulta decisiva para
la reproduccin de colores. As, dos fuentes de luz pueden tener un color muy parecido y poseer al mismo tiempo unas propiedades
de reproduccin cromtica muy diferentes.
El ndice de reproduccin cromtica (IRC), caracteriza la capacidad de reproduccin cromtica de los objetos iluminados con una fuente
de luz. El IRC ofrece una indicacin de la capacidad de la fuente de la luz para reproducir colores normalizados, en comparacin con la
reproduccin proporcionada por una luz patrn de referencia.
Tabla 2
Fuentes Luminosas Tc (K) IRC
Cielo azul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.000 a 30.000 85 a 100 (grupo 1)
Cielo nublado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.000 85 a 100 (grupo 1)
Luz solar da. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.000 85 a 100 (grupo 1)
Lmparas descarga (excepto Na) . . . . . . . . . . . . . .
Luz da (halogenuros) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 .000 96 a 100 (grupo 1)
Blanco neutral. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.000 a 5.000 70 a 84 (grupo 2)
Blanco clido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Menos de 3.000 40 a 69 (grupo 3)
Lmpara descarga ( Na) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.900 Menos de 40
Lmpara incandescente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.100 a 3.200 85 a 100 (grupo 1)
Lmpara fotogrfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 .400 85 a 100 (grupo 1)Llama de vela o de buja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.800 40 a 69 (grupo 3)
Grupo de apariencia de color Apariencia de color Temperatura de color (K)
1 Clida Por debajo de 3.300
2 Intermedio De 3.300 a 5.300
3 Fro Por encima de 5.300
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Captulo 4. EL COLOR
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Grupos de rendimiento de color en las lmparasPara simplificar las especificaciones de los ndices de rendimiento en color de las lmparas que se utilizan en iluminacin, se han
introducido grupos de rendimiento en color como se indica en la Tabla 3.
Tabla 3. Grupos de rendimiento de color de las lmparas.
4.5. Efectos psquicos de los colores y su armonaEst comprobado que el color del medio ambiente produce en el observador reacciones psquicas o emocionales. Por ello, el emplear
los colores de forma adecuada es un tema del mayor inters para los psiclogos, arquitectos, luminotcnicos y decoradores.
No se pueden establecer reglas fijas para la eleccin del color apropiado con el fin de conseguir un efecto determinado, pues cada caso
requiere ser tratado de una forma particular. Sin embargo, existe una serie de experiencias en las que se ha comprobado las sensaciones
que producen en el individuo determinados colores.
Una de las primeras sensaciones es la de calor o fro, de aqu que se hable de colores clidos y colores fros.
Los colores clidos son los que en el espectro visible van desde el rojo al amarillo verdoso, y los fros desde el verde al azul.
Un color ser ms clido o ms fro segn sea su tendencia hacia el rojo o hacia el azul, respectivamente.
Los colores clidos son dinmicos, excitantes y producen una sensacin de proximidad, mientras que los colores fros calman y
descansan, produciendo una sensacin de lejana.
Asimismo, la claridad del color tambin tiene sus efectos psicolgicos. Los colores claros animan y dan sensacin de ligereza, mientras
que los colores oscuros deprimen y producen sensacin de pesadez.
Cuando se combinan dos o ms colores y producen un efecto agradable, se dice que armonizan. La armona de colores se produce,
pues, mediante la eleccin de una combinacin de colores que es agradable y hasta placentera para el observador en una situacin
determinada.
De todo lo anterior, se deduce que el conocimiento de la curva de distribucin espectral de las fuentes de luz es imprescindible para
conseguir el efecto cromtico deseado.
RangoGrupo rendimiento de rendimiento en Apariencia de color Ejemplos para usos preferible Ejemplos para uso aceptableen color
color (IRC o Ra)
ClidoIgualaciones de color, exploraciones
1 A IRC 90 Intermedioclnicas, galerias de arte
Fro
Clido Casas, hoteles, restaurantes,
Intermedio tiendas, oficinas, escuelas, hospitales1 B 90 > IRC 80
Intermedio Imprenta, industria de pintura
Clido y textiles, trabajo industrial
Clido2 80 > IRC 60 Intermedio Trabajo industrial Oficinas, escuelas
Fro
3 60 > IRC 40 Industrias bastas Trabajo industrial
Trabajos bastos, trabajo
4 40 > IRC 20 industrial con bajo requerimiento
de rendimiento de color
Captulo 4. EL COLOR
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Captulo 5.
MAGNITUDES LUMINOSAS
5.1. Flujo luminoso (Potencia luminosa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.2. Cantidad de luz (Energa luminosa) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5.3. Intensidad luminosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5.4. Iluminancia (Nivel de iluminacin) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.5. Luminancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.6. Otras magnitudes luminosas de inters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.7. Representacin grfica de magnitudes luminosas . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.8. Cuadro resumen de las magnitudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
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En la tcnica de la iluminacin intervienen dos elementos bsicos: la fuente productora de luz y el objeto que se va a iluminar.
En este captulo vamos a ver las magnitudes y unidades de medida fundamentales, empleadas para valorar y comparar las cualidades
y los efectos de las fuentes de luz.
5.1. Flujo luminoso (Potencia luminosa)La energa transformada por los manantiales luminosos no se puede aprovechar totalmente para la produccin de luz. Por ejemplo, una
lmpara incandescente consume una determinada energa elctrica que transforma en energa radiante, de la cual slo una pequea
parte (alrededor del 10%) es percibida por el ojo humano en forma de luz, mientras que el resto se pierde en calor.
El flujo luminoso que produce una fuente de luz es la cantidad total de luz emitida o radiada, en un segundo, en todas las direcciones.
De una forma ms precisa, se llama flujo luminoso de una fuente a la energa radiada que recibe el ojo medio humano segn su
curva de sensibilidad y que transforma en luz durante un segundo.
El flujo luminoso se representa por la letra griega F y su unidad es el lumen (lm). El lumen es el flujo luminoso de la radiacin
monocromtica que se caracteriza por una frecuencia de valor 540 10 12 Hz. y por un flujo de energa radiante de 1/ 683 W. Un watio
de energa radiante de longitud de onda de 555 nm. en el aire equivale a 683 lm aproximadamente.
Medida del flujo luminoso
La medida del flujo luminoso se realiza en el laboratorio por medio de un fotoelemento ajustado segn la curva de sensibilidad fotpica
del ojo a las radiaciones monocromticas, incorporado a una esfera hueca a la que se le da el nombre de Esfera de Ulbricht(Fig. 1), y
en cuyo interior se coloca la fuente a medir. Los fabricantes dan el flujo de las lmparas en lmenes para la potencia nominal.
Figura 1. Esfera de Ulbricht.
Rendimiento luminoso (Eficacia luminosa)
El rendimiento luminoso de una fuente de luz, indica el flujo que emite la misma por cada unidad de potencia elctrica consumida para
su obtencin.
Se representa por la letra griega e, siendo su unidad el lumen/ watio (lm/W).
La frmula que expresa la eficacia luminosa es:
(lm/W)
Si se lograse fabricar una lmpara que transformara sin prdidas toda la potencia elctrica consumida en luz a una longitud de onda de
555 nm., esta lmpara tendra el mayor rendimiento posible, cuyo valor sera 683 lm/ W.
=
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Captulo 5. MAGNITUDES LUMINOSAS
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5.2. Cantidad de luz (Energa luminosa)
De forma anloga a la energa elctrica que se determina por la potencia elctrica en la unidad de tiempo, la cantidad de luz o energa
luminosa se determina por la potencia luminosa o flujo luminoso emitido en la unidad de tiempo.
La cantidad de luz se representa por la letra Q, y su unidad es el lumen por hora (lm h).
La frmula que expresa la cantidad de luz es:
Q = F t (lm h)
5.3. Intensidad luminosa
Esta magnitud se entiende nicamente referida a una determinada direccin y contenida en un ngulo slido w.
Al igual que a una magnitud de superficie corresponde un ngulo plano que se mide en radianes, a una magnitud de volumen le
corresponde un ngulo slido o estreo que se mide en estereorradianes.
El radin se define como el ngulo plano que corresponde a un arco de circunferencia de longitud igual al radio (Fig. 2).
Figura 2. ngulo plano.
El estereorradin se define como el ngulo slido que corresponde a un casquete esfrico cuya superficie es igual al cuadrado del radio
de la esfera (Fig. 3).
Figura 3. ngulo slido.
La intensidad luminosa de una fuente de luz es igual al flujo emitido en una direccin por unidad de ngulo slido en esa direccin.
Su smbolo es , su unidad es la candela (cd), y la frmula que la expresa:
(lm/sr) =
r = 1m.
1cd
1cd
= 1 LmE= 1 Lux
S= 1 m2
(total) = 4 estereorradianes
r = 1
= 1 radin
(total) = 2 radianes
= 1
Captulo 5. MAGNITUDES LUMINOSAS
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La candela se define como la intensidad luminosa de una fuente puntual que emite un flujo luminoso de un lumen en un ngulo
slido de un estereorradin (sr).
Segn el S.I.*, tambin se define candela como la intensidad luminosa, en una direccin dada, de una fuente que emite una radiacin
monocromtica de frecuencia 540 1012 Hz y cuya intensidad energtica en dicha direccin es 1/683 watios por estereorradin.
5.4. Iluminancia (Nivel de iluminacin)
La iluminancia o nivel de iluminacin de una superficie es la relacin entre el flujo luminoso que recibe la superficie y su rea. Se
simboliza por la letra E, y su unidad es el lux (lx).
La frmula que expresa la iluminancia es:
(lx = lm/ m2)
Se deduce de la frmula que cuanto mayor sea el flujo luminoso incidente sobre una superficie, mayor ser su iluminancia, y que, para
un mismo flujo luminoso incidente, la iluminancia ser tanto mayor en la medida en que disminuya la superficie.
Segn el S.I., el lux se define como la iluminancia de una superficie que recibe un flujo luminoso de un lumen, repartido sobre un
metro cuadrado de superficie.
Medida del nivel de iluminacin
La medida del nivel de iluminacin se realiza por medio de un aparato especial denominado luxmetro, que consiste en una clula
fotolectrica que, al incidir la luz sobre su superficie, genera una dbil corriente elctrica que aumenta en funcin de la luz incidente.
Dicha corriente se mide con un miliampermetro, de forma analgica o digital, calibrado directamente en lux (Fig. 4).
Figura 4. Luxmetro.
5.5. Luminancia
Se llama Luminancia al efecto de luminosidad que produce una superficie en la retina del ojo, tanto si procede de una fuente primaria
que produce luz, como si procede de una fuente secundaria o superficie que refleja luz.
La luminancia mide brillo de las fuentes luminosas primarias y de las fuentes que constituyen los objetos iluminados. Este trmino ha
sustituido a los conceptos de brillo y densidad de iluminacin, aunque como concepto nos interesa recordar que el ojo no ve colores
sino brillo, como atributo del color. La percepcin de la luz es realmente la percepcin de diferencias de luminancias. Se puede decir,
por lo tanto, que el ojo ve diferencias de luminancias y no de iluminacin (a igual iluminacin, diferentes objetos tienen luminancia
distinta porque tienen distinto poder de reflexin).
La luminancia de una superficie iluminada es el cociente entre la intensidad luminosa de una fuente de luz, en una direccin, y la
superficie de la fuente proyectada segn dicha direccin.
* S.I.c Sistema Internacional.
1
2
3
BBAA
=
S
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5.6. Otras magnitudes luminosas de inters
5.6.1. Coeficiente de utilizacin
Relacin entre el flujo luminoso recibido por un cuerpo y el flujo emitido por una fuente luminosa.
Unidad c %
Smbolo c Relacin c
5.6.2. Reflectancia
Relacin entre el flujo reflejado por un cuerpo (con o sin difusin) y el flujo recibido.
Unidad c %
Smbolo c
Relacin c
5.6.3. Absortancia
Relacin entre el flujo luminoso absorbido por un cuerpo y el flujo recibido.Unidad c %
Smbolo c
Relacin c
5.6.4. Transmitancia
Relacin entre el flujo luminoso transmitido por un cuerpo y el flujo recibido.
Unidad c %
Smbolo c
Relacin c
5.6.5. Factor de uniformidad media
Relacin entre la iluminacin mnima y la media, de una instalacin de alumbrado.
Unidad c %
Smbolo c Um
Relacin c
5.6.6. Factor de uniformidad extrema
Relacin entre la iluminacin mnima y mxima, de una instalacin de alumbrado.
Unidad c %
Smbolo c Ue
Relacin c
5.6.7. Factor de uniformidad longitudinal
Relacin entre la luminacia mnima y mxima longitudinal, de una instalacin de alumbrado.
Unidad c %
Smbolo c ULRelacin c
5.6.8. Factor de uniformidad general
Relacin entre la luminancia mnima y media, de una instalacin de alumbrado.
Unidadc
%Smbolo c U0Relacin c U0 =
Lmin
Lmed
UL =Lmin longitudinalLmax longitudinal
Ue =min
max
Um =min
med
=t
=a
=r
=
e
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5.6.9. Factor de mantenimiento
Coeficiente que indica el grado de conservacin de una instalacin.
Unidad c %
Smbolo c Fm
Relacin c Fm = Fpl Fdl Ft Fe Fc
Fpl = factor posicin lmparaFdl = factor depreciacin lmpara
Ft = factor temperatura
Fe = factor equipo de encendido
Fc = factor conservacin de la instalacin
5.7. Representacin grfica de magnitudes luminosas
El conjunto de la intensidad luminosa de una fuente de luz en todas las direcciones constituye lo que se conoce como distribucin
luminosa. Las fuentes de luz utilizadas en la prctica tienen una superficie luminosa ms o menos grande, cuya intensidad de radiacin
se ve afectada por la propia construccin de la fuente, presentando valores diversos en las distintas direcciones.Con aparatos especiales (como el Goniofotmetro) se puede determinar la intensidad luminosa de una fuente de luz en todas las
direcciones del espacio con relacin a un eje vertical. Si representamos por medio de vectores ( I) la intensidad luminosa de una fuente
de luz en las infinitas direcciones del espacio, engendramos un volumen que representa el valor del flujo total emitido por la fuente, el
cual viene definido por la expresin:
El slido que obtenemos recibe el nombre de slido fotomtrico. En la Fig. 7 se puede apreciar el slido fotomtricode una lmpara
incandescente.
Figura 7. Slido fotomtrico de una lmpara incandescente.
Si hacemos pasar un plano por el eje de simetra de la fuente luminosa, por ejemplo, un plano meridional, obtenemos una seccin
limitada por una curva que se denomina curva fotomtricao curva de distribucin luminosa (Fig. 8).
020
40
80
100
120
140160
180
60
= !
r dr
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Figura 8. Curva fotomtrica de una lmpara incandescente.
Mediante la curva fotomtrica de una fuente de luz se puede determinar con exactitud la intensidad luminosa en cualquier direccin,
dato necesario para algunos clculos de iluminacin.
Las direcciones del espacio por las cuales se radia una intensidad luminosa las podemos determinar por dos coordenadas. Uno de los
sistemas de coordenadas ms usado para la obtencin de curvas fotomtricas es el C - que podemos ver en la Fig. 9.
Figura 9. Sistema de coordenadas C - .
Las curvas fotomtricas se dan referidas a un flujo luminoso emitido de 1.000 lm. y, como el caso ms general es que la fuente de luz
emita un flujo superior, los valores de la intensidad luminosa correspondientes se hallan mediante una regla de tres simple.
Cuando alojamos una lmpara en un reflector, se distorsiona su flujo proporcionando un volumen cuya forma es distinta, ya que
depende de las caractersticas propias del reflector. Por consiguiente, las curvas de distribucin segn los distintos planos son diferentes.En las dos siguientes figuras podemos ver dos ejemplos en los que se han representado las curvas de distribucin de dos reflectores.
ejedeinclinacin
ejede
rotaci
n
plan
os"C"
=180
=0
=90
Ladoacera
Ladocalzada
C=0
C=180C=
90
C=27
0
20
40
40
60
80
180
0 30
150
90
60
120
60
80
100
120
140
cd
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El de la Fig.10 es simtrico, y tiene idnticas curvas para cualquiera de los planos meridionales, por lo que una sola curva es suficiente
para su identificacin fotomtrica. El ejemplo de la Fig. 11 es asimtrico y cada plano tiene una curva diferente, por lo que es necesario
conocer todos los planos.
Figura 10. Curva de distribucin fotomtrica simtrica.
Figura 11. Curva de distribucin fotomtrica asimtrica.
Otro mtodo de representar la distribucin del flujo luminoso es el diagrama de curvas isocandelas(Fig. 12) el cual consiste en imaginar
la luminaria en el centro de una esfera en cuya superficie exterior se unen por una lnea los puntos de igual intensidad (curvas
isocandelas). Generalmente las luminarias tienen como mnimo un plano de simetra, por lo que se desarrolla solamente una
semiesfera.
C=45 C=0C=90Unidad = cd/1000 lm
70o
50o
30o
0o
080240320
10o
60o
30o
30o
0o
225450675900
C=45 C=0C=90
Unidad = cd/ 1000 lm
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Figura 12. Curvas isocandelas.
Esta forma de representacin es mucho ms completa, pero tiene el inconveniente de que se necesita una mayor experiencia para su
interpretacin.
El flujo emitido por una fuente luminosa proporciona una iluminacin (iluminancia) en una superficie, cuyos valores se miden en lux.
Si proyectamos estos valores sobre un mismo plano y unimos por medio de una lnea los de igual valor, entonces daremos lugar a las
curvas isolux (Fig. 13).
Figura 13. Curvas isolux.
Por ltimo tenemos las luminacias, que dependen del flujo luminoso reflejado por una superficie en la direccin del observador. Los
valores se miden en candelas por metro cuadrado (cd/ m2) y su representacin nos viene dada por las curvas isoluminancias(Fig. 14).
h
6h 5h 4h
11
5
5
10
20
3040
5060
70
80
3h 2h h 0 h 2h 3h
0
h
2h
3h
Lmax=100%fl=0.154
LADO ACERA
LADO CALZADA
GM=0 Imax=100%10-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90C=0350 10 20 30 40 50 60 70 80340330320310300290280
20
30
40
50
60
70
80
90
1
5
10
20
30
9080
60 40
60
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Figura 14. Curvas isoluminancias.
5.8. Cuadro resumen de las magnitudes
Tabla 1. Resumen de las magnitudes luminosas.
Magnitud Smbolo Unidad Relaciones
Flujo Luminoso F Lumen (lm) F = I q
Eficacia Luminosa Lumen por watio (lm/W) =
Cantidad de luz Q Lumen hora (lm h) Q = F t
Candela (cd)Intensidad luminosa
(cd = lm/sr) =
Lux (lx)Iluminancia
(lx = lm/ m2)=
S
Nit = cd/ m2Luminancia L
Stilb = cd/ cm2L =
S cos
Coeficiente iluminacin % =
e
Reflectancia % =r
Absortancia % =a
Transmitancia % =t
Factor unifomidad media Um % Um =min
med
Factor unifomidad extrema Ue % Ue =min
max
Factor de uniformidad longitudinal UL % UL =Lmin longitudinalLmax longitudinal
Factor de uniformidad general U0 % U0 =Lmin
Lmed
Factor mantenimiento Fm % Fm = Fpl Fdl Ft Fe Fc
h6h 5h 4h
1 5 2030
4050
6070
80
5
10
50
1
5
3h 2h h 0 h 2h 3h
0
h
2h
3h
A
OBSERVADORES: A, B Y C
B
C
LADO ACERA
LADO CALZADACalzada R2Qo = 0.07
Lmax=100%
fl=0.152
Captulo 5. MAGNITUDES LUMINOSAS
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Captulo 6.
PRINCIPIOS FUNDAMENTALES
6.1. Ley de la inversa del cuadrado de la distancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
6.2. Ley del coseno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
6.3. Iluminacin normal, horizontal, vertical y en planos inclinados . . . . . . 61
6.4. Relaciones de iluminancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
6.5. Ley de Lambert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
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6.1. Ley de la inversa del cuadrado de la distancia
Desde los experimentos primitivos se ha comprobado que las iluminancias producidas por las fuentes de luz disminuyen inversamente
con el cuadrado de la distancia desde el plano a iluminar a la fuente. Se expresa por la frmula siguiente:
(lx)
donde es el nivel de iluminacin en lux (lx), es la intensidad de la fuente en candelas (cd), y des la distancia de la fuente de luz
al plano receptor perpendicular.
De esta forma podemos establecer la relacin de iluminancias 1 y 2 que hay entre dos planos separados una distancia dy Dde la
fuente de luz respectivamente:
1 d2 = 2 D2
Figura 1. Distribucin del flujo luminoso sobre distintas superficies.
Esta ley se cumple cuando se trata de una fuente puntual de superficies perpendiculares a la direccin del flujo luminoso. Sin embargo,se puede suponer que la ley es lo suficientemente exacta cuando la distancia a la que se toma la medicin es, por lo menos, cinco
veces la mxima dimensin de la luminaria (la distancia es grande con relacin al tamao de la zona fuente de luz).
6.2. Ley del coseno
En el caso anterior la superficie estaba situada perpendicularmente a la direccin de los rayos luminosos, pero cuando forma con sta
un determinado ngulo a, la frmula de la ley de la inversa del cuadrado de la distanciahay que multiplicarla por el coseno del ngulo
correspondiente cuya expresin constituye la llamada ley del coseno, que se expresa como:
= cos (lx)d2
F
d
D
E1
S1
S2
E2
1=
D2
2 = d2
=
d2
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Captulo 6. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES
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La iluminancia en un punto cualquiera de una superficie es proporcional al coseno del ngulo de incidencia de los rayos luminosos
en el punto iluminado.
En la Fig. 2 se representan dos fuentes de luz F y F con igual intensidad luminosa (I) y a la misma distancia (d) del punto P. A la fuente
F con un ngulo de incidencia a igual a cero, corresponde un cos0 = 1, y produce una iluminacin en el punto P de valor:
Figura 2. Iluminancia en un punto desde dos fuentes de luz con diferente ngulo de incidencia.
c
De la misma forma el F con un ngulo = 60, al que corresponde el cos60= 05, producir en el mismo punto una iluminacin
de valor:
c
Por lo tanto, p = 05 p, es decir, para obtener la misma iluminacin en el punto P, la intensidad luminosa de la fuente F debe ser
el doble de la que tiene la fuente F.
En la prctica, generalmente no se conoce la distancia ddel foco al punto considerado, sino su altura ha la horizontal del punto.
Empleando una sencilla relacin trigonomtrica y sustituyendo sta en la ecuacin inicial, obtenemos una nueva relacin en la cual
interviene la altura h:
p =
cos3 (lx)h2
cos2 cos
h2p =
cos =
cos =
d2 (h
)2
cos
cos =hc d =
h
d cos
p = 1 (lx)
2 d2p =
cos 60= 05d2 d2
p =
(lx)d2
p =
cos 0 =
1d2 d2
60
h
PF
F'
d
d
Captulo 6. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES
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6.3. Iluminacin normal, horizontal, vertical y en planos inclinados
En la Fig. 3 la fuente F ilumina tres planos situados en posiciones normal, horizontal y vertical respecto al mismo. Cada uno de ellos
tendr una iluminancia llamada:
EN = Iluminancia normal.
EH = Iluminancia horizontal.
EV = Iluminancia vertical.
Figura 3. Iluminancia normal, horizontal y vertical.
Vamos a determinar la iluminancia normal, horizontal y vertical para el punto M de la Fig. 3.
Iluminacin normal
Aplicamos la ley de la inversa del cuadrado de la distancia:
donde I es la intensidad luminosa bajo el ngulo a. Prcticamente, slo se considera la iluminancia normal de un punto en el caso que
ste se encuentre situado en la vertical de la fuente sobre el plano horizontal (punto M1), por lo que la frmula anterior se convierte en:
y tambin cuando est situado en lnea recta con la fuente sobre el plano vertical (punto M2), siendo la iluminancia:
Iluminacin horizontal
Si aplicamos directamente la ley del coseno, tenemos que:
Esta expresin la podemos expresar en relacin con la altura h que existe entre la fuente F y el punto M ( d = h / cos):
H =
cos3 (lx)h2
H = N cos =
cos (lx)d2
N = (lx)a2
N =
(lx)h2
N =
(lx)d2
FM2
M1M
I
d
Iluminacinhorizontal
Iluminacin
vertical
Ilumin
aci
n
n
ormal
a
h
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Captulo 6. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES
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Iluminacin vertical
En este caso tambin aplicamos directamente la ley del coseno, y obtenemos que:
V = N cos (lx)
Entre los ngulos y existe una relacin sencilla, ya que ambos pertenecen a un tringulo rectngulo.
+ + 90= 180 c = 90-
Aplicando relaciones trigonomtricas:cos = cos(90- ) = cos90 cos + sen90 sen
Por lo tanto, cos = sen. Sustituimos este valor en la expresin y obtenemos que:
V = N sen (lx)
Podemos expresar la ecuacin en funcin de la altura h que existe entre la fuente F y el punto M.
Iluminacin en planos inclinados
El plano vertical puede cambiar a travs de un ngulo como el que aparece en la Fig. 4. Dicho ngulo es el que forma el plano
vertical que contiene al punto P con el plano de incidencia de la luz.
Figura 4. Iluminancia en el punto P.
Teniendo esto en cuenta, la expresin anterior se transforma en:
h es la altura vertical de la fuente de luz sobre el plano horizontal que contiene al punto P.
6.4. Relaciones de iluminancia
Se han propuesto diferentes conceptos para describir la luz que proviene de otras direcciones que la vertical, entre los que se incluyen los que
vamos a ver a continuacin. stos se deben considerar como parmetros de confort junto con otros como el nivel de iluminacin (iluminancia).
Vertical / Horizontal
La experiencia obtenida de las instalaciones de alto nivel de iluminacin con un buen control del deslumbramiento, indica que la relacin
entre la iluminancia vertical (EV) y la iluminancia horizontal (EH) para un buen modelado* no debe ser inferior a 025 en las principales
direcciones de la visin.
* Modelado: Habilidad de la luz para revelar la textura y forma tridimensional de un objeto creando juegos de luces y sombras.
V 025
H
PI =
cos2 sen cos (lx)h2
P
h
I
V =
cos2 sen (lx)h2
V =
sen (lx)d2
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Vectorial / Esfrica
Los efectos de la iluminacin direccional se pueden describir en parte por la iluminancia vectorial y la relacin entre la iluminancia
vectorial y la esfrica.
El vector iluminancia en un punto tiene una magnitud igual a la diferencia mxima en iluminancia sobre elementos de superficie
diametralmente opuestos en un pequeo disco (Fig. 5) ubicados en un punto, siendo su direccin del elemento de mayor iluminancia
hacia el de menor iluminancia.
Figura 5. Vector ilumanacia E = Ef Er.
La media esfrica en un punto es la iluminancia media sobre toda la superficie de una pequea esfera ubicada en dicho punto (Fig. 6).
Figura 6. Iluminancia media esfrica ES.
La intensidad direccional de la iluminacin se puede indicar por el ndice de modelado dado por la relacin entre la iluminancia vectorial
y la iluminancia esfrica media:
Si la medimos utilizando una esfera de radio r que recibe un haz de luz con flujo luminoso F, esta es:
La iluminancia E en un elemento de la superficie de radio r es:
En una habitacin con luz difusa y con piso, paredes y cielorraso con reflexin difusa, tenemos que j j 0 (es decir, no existen
sombras). Bajo estas condiciones, el ndice de modelado es j/ sj 0. En cambio, en una habitacin completamente oscura donde
=
r2
S =
4 r2
S
Es
E
Er
Ef
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la luz proviene de una sola direccin (por ejemplo la luz del Sol), j = (es decir, sombras oscuras). Bajo estas condiciones, el ndice
de modelado es j / = / s = 4.
Por lo tanto, el ndice de modelado puede tener valores entre 0 y 4.
El vector j debe tener una direccin descendente (preferentemente entre 45y 75a la vertical) para obtener una apariencia natural
de las facciones humanas.
Cilndrica / Horizontal
Un concepto alternativo para describir el efecto de modelado es la relacin entre iluminancia cilndrica y la iluminancia horizontal en
un punto.
La iluminancia cilndrica media C en un punto es la iluminancia media sobre la superficie curva de un pequeo cilindro ubicado en
el punto (Fig. 7). Salvo indicacin contraria, el eje del cilindro debe ser vertical.
Figura 7. Iluminacia cilndrica media EC.
La iluminancia cilndrica en un punto es igual a la iluminancia vertical media en todas las direcciones en dicho punto. Se logra un
buen modelado cuando la relacin es :
Cabe destacar que en general la direccin es tomada en cuenta automticamente, por lo tanto no se necesita especificarla
adicionalmente, como en el caso de la relacin vectorial / esfrica: cuando la luz proviene directamente de arriba, C = 0 y C/ H
= 0; cuando la luz es horizontal, H = 0 y C/ Hj q.
Vertical / Semicilndrica
Las pruebas que se han llevado a cabo relacionadas con la iluminacin de reas exteriores para peatones (con niveles de iluminacin
bajos) han demostrado que la relacin entre la iluminancia vertical y la semicilndrica proporciona una media til de aceptacin demodelado de las facciones humanas, para esta rea de aplicacin.
La iluminancia semicilndrica semincil en un punto en una direccin horizontal dada es la iluminancia media sobre una superficie curva
de un semicilindro pequeo vertical ubicado en dicho punto con una superficie curva enfocada a la direccin especificada (Fig. 8).
0'3 C
3H
EC
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Figura 8. Iluminancia semicilndrica.
La iluminacin de relieve bien equilibrada (ni muy chata ni muy dura) se obtiene a:
Las relaciones extremas son:
Cero modelado muy duro.
(/ 2) = 157 modelado muy chato.
6.5. Ley de Lambert
Existen superficies emisoras o difusas que al observarlas desde distintos ngulos se tiene la misma sensacin de claridad. A estas
superficies se las denomina emisores o difusores perfectos.
Si L0
es la luminancia segn la normal y L
la luminancia segn el ngulo de observacin
, se verifica que L
= L0
para cualquier
ngulo .
Como y , se cumple la ecuacin:
= 0 cos
Esta relacin se conoce como Ley de Lambert y slo la cumplen los emisores o difusores perfectos.
Figura 9. Invariabilidad de la luminancia con el ngulo de incidencia.
Io
I
Lo
L
N
Superficie
L =
S cos L0 =
0
S
08
V
13semincil
Esem
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Captulo 7.
LUMINARIAS
7.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
7.2. Clasificacin de luminarias por el grado de proteccin elctrica . . . . . 70
7.3. Clasificacin de luminarias por condiciones operativas . . . . . . . . . . . . 70
7.4. Grado de inflamabilidad de la superficie de montaje . . . . . . . . . . . . . 71
7.5. Clasificacin de las luminarias por sus condiciones de servicio . . . . . 72
7.6. Datos bsicos fotomtricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
7.7. Eficiencia de las luminarias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
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7.1. Generalidades
Debido a la muy alta luminanciade las lmparas, es preciso aumentar la superficie aparente de emisin para evitar molestias visuales
(deslumbramientos). Por otro lado, es necesario apantallar las lmparas para pr