Historia de la Luminotecnia



Luminotecnia. Luminotecnia es la ciencia que estudia las distintas formas de producción de luz, así como su control y aplicación.

Historia de la LuminotecniaHISTORIA. Los primeros experimentos de iluminación eléctrica fueron realizados por el químico británico sir Humphry Davy, quien fabricó arcos eléctricos y provocó la incandescencia de un fino hilo de platino en el aire al hacer pasar una corriente a través de él. Aproximadamente a partir de 1840 fueron patentadas varias lámparas incandescentes, aunque ninguna tuvo éxito comercial hasta que el inventor estadounidense Thomas Alva Edison lanzara su lámpara de filamento de carbono en 1879.

Durante el mismo periodo fueron presentadas varias lámparas de arco. La primera de uso práctico se instaló en un faro de Dungeness, Inglaterra, en 1862. El pionero estadounidense de la ingeniería eléctrica, Charles Francis Brush, produjo la primera lámpara de arco que se comercializó en 1878. En 1907 los filamentos de carbono fueron sustituidos por filamentos de volframio, y en 1913 se desarrollaron las lámparas incandescentes rellenas de gas. La lámpara fluorescente se fabricó en 1938.

ALGUNOS CONCEPTOS FUNDAMENTALES. La Luz. La luz es también, como la electricidad, el calor, etc. una de las manifestaciones de la energía. Se puede producir de varias maneras; calentando hasta la incandescencia cuerpos sólidos o gases (fundamento de las lámparas incandescentes), en cuyo caso se obtiene además energía calorífica, generalmente en forma de pérdida, o bien se puede obtener también energía luminosa por medio de una descarga eléctrica entre dos placas de material conductor sumergido en un gas ionizado o en un vapor metálico (de mercurio, de sodio, etc.) éste es el fundamento de las lámparas de descarga. En todos estos casos, a los manantiales luminosos ha de proporcionárseles energía (calorífica, eléctrica, etc.) que se transforma en energía luminosa. Así, en una lámpara eléctrica se consume energía eléctrica, en una lámpara de gas se consume energía química que suministra gas, etc.

Radiación Luminosa. Con el término general de radiación se designa a la transmisión de energía a través del espacio, sin soporte material, es decir, en el vacío. La radiación se transmite siempre en el vacío y en muchas ocasiones a través de medios materiales, sólidos, líquidos y gaseosos; por ejemplo la luz solar que primeramente se ha transmitido a través del vació espacial, al llegar a la atmósfera terrestre se transmite a través de un medio gaseoso, hasta llegar a la superficie de la tierra, sin necesitar por ello de este medio gaseoso para su transmisión. Como vemos en la figura los elementos que constituyen una radiación simple expresada por un senoide, son: a) Longitud de Onda: Es la longitud que tiene la onda entre dos puntos que se encuentran en el mismo lugar relativo. La longitud de onda se representa siempre con la letra griega (lambda). b) Periodo: Es el tiempo que tarda la onda en ocupar dos posiciones idénticas, en la figura sería el tiempo que se precisa para cubrir toda la longitud de onda. Se representa con la letra T. c) Frecuencia: Es el número de periodos por segundo, se representa por la letra f. La frecuencia y el periodo son magnitudes inversas, o sea que: Las radiaciones visibles se caracterizan por ser capaces de estimular el sentido de la vista y estar comprendidas dentro de una franja de longitud de onda muy estrecha, comprendida aproximadamente entre 380 y 780 ? m. (1 milimicra = 10-9 m.).

Esta franja de radiaciones visibles, está limitada de un lado por las radiaciones ultravioleta y de otro, por las radiaciones infrarrojas, que naturalmente no son perceptibles por el ojo humano. Una de las características más importantes de las radiaciones visibles, es el color. Estas radiaciones, además de suministrar una impresión luminosa, proporcionan una sensación del color de los objetos que nos rodean. Dentro del espectro visible, pueden clasificarse una serie de franjas, cada una de las cuales se caracteriza por producir una impresión distinta, característica peculiar de cada color. Puesto que el receptor de estas sensaciones de color es el ojo humano, resultaba interesante conocer su sensibilidad para cada una de estas radiaciones.


Para ello se dispuso de fuentes de luz capaces de generar cantidades iguales de energía de todas las longitudes de onda visibles, y se realizó el ensayo comparativo de la sensación luminosa producida a un gran número de personas. El ensayo dio como resultado que no todas las longitudes de onda producían la misma impresión luminosa y que la radiación que más impresión causaba era la correspondiente a una longitud de onda de 550 m? ., propia del color amarillo-verde. Esta impresión iba decreciendo a derecha e izquierda del valor máximo característico, siendo para los colores rojo y violeta los que daban una menor impresión. De estos resultados se obtuvo la “Curva Internacional de Sensibilidad del ojo humano”, tal y como se representa en la figura. Otro dato digno de tener presente en luminotecnia es el conocido con el nombre de “Temperatura del Color”.

Temperatura Color. Considerado el cuerpo negro como radiante teóricamente perfecto, este va cambiando de color a medida que vamos aumentando su temperatura, adquiriendo al principio el tono de un rojo sin brillo, para luego alcanzar el rojo claro, el naranja, el amarillo, el blanco, el blanco azulado, y finalmente el azul. De esta idea nace la “Temperatura del Color”, y se utiliza para indicar el color de una fuente de luz por comparación de esta con el color del cuerpo negro a una determinada temperatura. Así, por ejemplo, el color de la llama de una vela es similar al de un cuerpo negro calentado a 1.800 ºK, por lo que se dice que la temperatura de color de la llama de una vela es de 1.800 ºK.

La temperatura de color solamente puede ser aplicada a aquellas fuentes de luz que tengan una semejanza con el color del cuerpo negro, como por ejemplo la luz del día, la luz de las lámparas incandescentes, la luz de las lámparas fluorescentes, etc.. El color de las lámparas de vapor de sodio, no coincide con el color del cuerpo negro a ninguna temperatura, por lo que ni pueden ser comparadas con él, ni se les puede asignar ninguna temperatura de color. Seguidamente damos algunas temperaturas de color, con el fin de que nos familiaricemos con ellas: Cielo azul 20.000 ºK Cielo nublado 7.000 ºK Luz solar directa 5.000 ºK Luz de velas 1.800 ºK

Lámparas fluorescentes Lámparas incandescentes Blanco cálido 3.000 ºK Normales 2.600 ºK Luz día 6.500 ºK Halógenas 3.100 ºK Existe una cierta relación entre la temperatura de color y el nivel de iluminación, de tal forma que a mayor temperatura de color, la iluminación ha de ser también mayor para conseguir una sensación agradable. El flujo luminoso y la intensidad luminosa son magnitudes características de las fuentes de luz, indicando la primera la cantidad de luz emitida por dicha fuente en 1 segundo en todas direcciones, mientras que la segunda indica la cantidad de luz emitida en 1 segundo y en una determinada dirección. Seguidamente pasemos a definir más detalladamente cada una de estas magnitude.

GENERALIDADES DE LAS MAGNITUDES Y UNIDADES LUMINOSAS. Partiendo de la base de que para poder hablar de iluminación es preciso contar con la existencia de una fuente productora de luz y de un objeto a iluminar, las magnitudes que deben conocerse y definirse son las siguientes:

MAGNITUD UNIDAD SIMBOLO Flujo luminoso Lumen ? Nivel de iluminación Iluminancia Lumen / m2 = Lux E Intensidad luminosa Candela I Luminancia Candela / m2 L

A) Flujo luminoso. Es la magnitud que mide la potencia o caudal de energía de la radiación luminosa y se puede definir de la siguiente manera: Flujo luminoso es la cantidad total de luz radiada o emitida por una fuente durante un segundo y que produce sensación luminosa en el ojo humano. f = Flujo luminoso en Lúmenes. Q = Cantidad de luz emitida en Lúmenes x seg. t = Tiempo en segundos. El Lumen como unidad de potencia corresponde a 1/680 W emitidos a la longitud de onda de 550 m? . Ejemplos de flujos luminosos: Lámpara de incandescencia de 60 W. 730 Lm. Lámpara fluorescente de 65 W. “blanca” 5.100 Lm. Lámpara halógena de 1000 W. 22.000 Lm. Lámpara de vapor de mercurio 125 W. 5.600 Lm. Lámpara de sodio de 1000 W. 120.000 Lm.

B) Nivel de iluminación. En nivel de iluminación o iluminancia se define como el flujo luminoso incidente por unidad de superficie. A su vez, el Lux se puede definir como la iluminación de una superficie de 1 m2 cuando sobre ella incide, uniformemente repartido, un flujo luminoso de 1 Lumen. Ejemplos de niveles de iluminación: Mediodía en verano 100.000 Lux. Mediodía en invierno 20.000 Lux. Oficina bien iluminada 400 a 800 Lux. Calle bien iluminada 20 Lux. Luna llena con cielo claro 0,25 a 0,50 Lux.

C) Intensidad luminosa. La intensidad luminosa de una fuente de luz en una dirección dada, es la relación que existe entre el flujo luminoso contenido en un ángulo sólido cualquiera, cuyo eje coincida con la dirección considerada, y el valor de dicho ángulo sólido expresado en estereorradianes. I = Intensidad luminosa en candelas. ? = Flujo luminoso en lúmenes. ? = Ángulo sólido en estereorradianes. La candela se define también como 1/60 de la intensidad luminosa por cm2 del “cuerpo negro” a la temperatura de solidificación del platino (2.042 ºK). Con el fin de aclarar el concepto de ángulo sólido, imaginemos una esfera de radio unidad y en su superficie delimitemos un casquete esférico de 1 m2 de superficie.

Uniendo el centro de la esfera con todos los puntos de la circunferencia que limitan dicho casquete, se nos formará un cono con la base esférica; el valor del ángulo sólido determinado por el vértice de este cono, es igual a un estereorradián, o lo que es lo mismo, un ángulo sólido de valor unidad. En general, definiremos el estereorradián como el valor de un ángulo sólido que determina sobre la superficie de una esfera un casquete cuya área es igual al cuadrado del radio de la esfera considerada. Según podemos apreciar en la figura, la definición de ángulo sólido nos da idea de la relación existente entre flujo luminoso, nivel de iluminación e intensidad luminosa. Ejemplos de intensidad luminosa: Lámpara para faro de bicicleta sin reflector 1 cd. Lámpara PAR-64 muy concentrada 200.000 cd. Faro marítimo ( Centro del haz ) 2.000.000 cd.

D) Luminancia. Se llama también brillo y densidad luminosa, aunque el nombre que tiende a prevalecer es el de luminancia. Luminancia es la relación entre intensidad luminosa por unidad de superficie perpendicular a la dirección de la luz. La luminancia L suele expresarse indistintamente en candelas/cm2 o en candelas/m2. Cuando la superficie considerada S1 no es perpendicular a la dirección de la luz, habrá que considerar la superficie real S2, que resulta de proyectar S1 sobre dicha perpendicular. S2 = S1 cos ? por lo tanto: Ejemplos de luminancia: Filamento de lámpara incandescente 10.000.000 cd./m2 Arco voltaico 160.000.000 cd./m2 Luna llena 2.500 cd./m2

E) Eficiencia. Es la relación entre flujo luminoso que sale de una luminaria y el emitido por la lámpara. Se representa mediante la letra N y se expresa mediante la fórmula: Siendo: N: Eficiencia de la Luminaria ?s: Flujo luminoso que sale de la luminaria, en Lúmenes ?e: Flujo luminoso emitido por la lámpara, en Lúmenes . La eficiencia luminoso de una luminaria depende, entre otros, de los siguientes factores: . Los materiales empleados en la construcción de la luminaria. Particularmente su característica de reflexión. . La forma constructiva de la luminaria. Incluyendo la técnica utilizada para proteger y montar la fuente luminosa. . Las condiciones de su instalación. . El mantenimiento de la luminaria, es decir, el estado de conservación de las características iniciales.

F) Rendimiento. Es la relación entre el flujo luminoso emitido por una lámpara y la potencia eléctrica absorbida por la misma. La eficiencia se expresará por tanto, en lúmenes por vatios , y se evalúa mediante la fórmula: Por ejemplo una lámpara de 500 W cuyo flujo luminoso en 12000 lumines tendrá un rendimiento luminoso: Las lámparas van perdiendo potencia luminosa con el tiempo; es decir que “envejecen” . Llamaremos vida útil o duración útil de una lámpara al tiempo transcurrido para que el flujo luminoso de una lámpara haya descendido un 80% del flujo luminoso inicial. Luego se verá la eficiencia de cada lámpara en particular.

Colaborado por: Bonet Exequiel Email de contacto: exebonet@hotmail.com

Para citar este articulo en formato APA: Revista ARQHYS. 2012, 12. Historia de la Luminotecnia. Equipo de colaboradores y profesionales de la revista ARQHYS.com. Obtenido , de http://www.arqhys.com/contenidos/luminotecnia-historia.html.