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