Teoria De Luminotecnia.docx

CAPITULO 1 INTRODUCCION A LA CIENCIA DE LA LUMINOTECNIA 1.1 GENERALIDADES Y DEFINICIONES.Unidades de Longitud en Luminotecnia -

Longitud de Onda.Principalmente de las radiaciones visibles son muy pequeñas, se miden en MICRAS. 1 MICRA (1µ) = 0,001 [mm] 1 miliMICRA (1) = 0, 000001 [mm] 𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑉𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥. 0,4 𝑎 0,8 (𝑚µ) 1 Angtrom (Å) = 0,0000001 [mm] = 0,1 [mµ]

-

Angulo Sólido.Cono R

ω

Se define el ángulo sólido como el ángulo formado por un cono cuya base ocupa una superficie de 1m² sobre una esfera de

S

R = 1 m.

Esfera

-

Cuyo vértice se encuentra en el centro de la esfera. Recordando que la superficie de la esfera es: S = 4 π r² Si R = 1 𝑆 = 4 𝜋 𝐸𝑆𝑇𝐸𝑅𝐸𝑂𝑅𝐴𝐷𝐼𝐴𝑁𝐸𝑆

-

Temperatura absoluta.-

-

Kelvin - Radiaciones Caloríficas (Lámparas de INCANDESCENCIA) Coeficiente de Dilatación y contracción de los gases: 1 273 Es decir que si un gas pierde 1/273 de su Volumen a 0° C entonces a-273° C tendría que desaparecer el volumen del gas. Esta temperatura -273ºC se denomina Cero absoluto T(ºk) = 273 + °C

1

-

Luz.-

-

Es una manifestación de energía como la electricidad, calor, etc. Se puede producir de varias maneras: - Por incandescencia de cuerpos sólidos o gases o pérdidas por generación de calor. - Por medio de descarga eléctrica entre dos placas de material conductor sumergido en un gas ionizado o un vapor metálico (Mercurio, sodio, etc.) (Lámparas de descarga). Energía

manantial

Energía

(Calorífica, Eléctrica, etc.)

luminoso

Luminosa

Por Ejemplo: - Una lámpara eléctrica consume E.E. -

-

Una lámpara de gas consume energía química que suministra el gas, etc. Naturaleza de la luz.-

Ondas producidas en un líquido -

Perfil.-

Amortización de las ondas producidas en un líquido. -

De la misma forma un manantial luminoso emite ondas luminosas. Pero existen dos diferencias importantes:

-

Ondas en el agua Se desplaza en dos dimensiones (ancho y largo) Para sus propagación necesita un medio (por ejemplo agua)

-

Ondas luminosas Se desplaza en tres dimensiones: ancho, largo y alto. No necesita un medio físico (Agua, gas, etc.) se propaga en el vacío.

2

-

-

Ambos casos las ondas se transmitirá a distancia. Con estas tres propiedades de la luz caracterizan según la Física, a una Radiación Radiación -

-

-

-

Se designa así a la transmisión de energía a través del espacio, sin soporte natural, es decir en el vacío. En la realidad puede darse el caso que esta energía atraviesa 3 estados; vacío, gaseoso y sólido, por ejemplo luz solar. Se transmite por medio de ondas es decir perturbaciones periódicas en el espacio. Por ejemplo: - Una estufa que radia calor (radiación calorífica) - Una estación de radio (radiación eléctrica). Si bien la radiación calorífica produce sensación de calor, la radiación eléctrica (sonido) y la radiación luminosa sensación de iluminación, existen características físicas que la diferencian unas de otras. Por física sabemos que una radiación, por complicada que sea su estructura, puede considerarse como la suma de un conjunto de radianes simples, cuyas expresiones matemáticas son senoides y cosenoides. Así una de estas radiaciones simples esta caracterizado por:

Manantial Luminoso longitud de onda λ -

Longitud de onda (λ) Periodo (T) (tiempo) Frecuencia f = 1/T Velocidad de propagación (V) 𝑉=

-

Para nuestro caso: - Longitud de onda - Periodo

𝐸𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜

λ = espacio. T = Tiempo.

3

-

- Velocidad de Propg. Es decir

V = Velocidad.

λ = 𝑉𝑇 𝜆 = 𝑉/𝑓 𝑉 = 𝜆/𝑇 -

-

𝑉 = 𝜆𝑓 𝑇 = 𝜆/𝑉 𝑓 = 𝑉/𝜆

Las diferentes radiaciones conocidas, Ondas Hertzianas, rayos X, rayos ultravioletas, radiaciones luminosas, etc. se diferencian por la longitud de onda y una velocidad de propagación propias y distintas unas de otras.

Características de la radiación Luminosa - La radiación luminosa es aquella que es captada por el ojo humano y produce sensación de visión. - Estas radiaciones se caracterizan por su longitud de onda y velocidad de propagación de las demás ondas.

a) Longitud de Onda La luz está compuesta de una mezcla de radiaciones simples cuyas longitudes de ondas están comprendidas entre 350 mµ (color violeta) y 760 mµ (color roja) b) Velocidad de Propagación -

Es igual a 300,000 (Km/seg) (velocidad de la luz) En base a los anteriores datos podemos calcular T y f. Es importante señalar que la luz se propaga en líne4a recta, es decir que el eje de la onda es una línea recta.

1.2 MAGNITUDES Y UNIDADES LUMINOTÉCNICAS -

-

Estudiaremos las magnitudes fundamentales de la luminotecnia. - Flujo luminoso “ф” - Intensidad Luminoso “I” - Iluminación “E” - Emitancia “R” - Luminancia “L” Las definiciones están en función a que el manantial luminoso es puntiforme es decir un punto del que parten las radiaciones luminosas en todas direcciones. Flujo luminoso Por ejemplo para una lámpara de incandescencia.

4

Flujo luminoso (350 a 760 mµ)

Energía

Flujo

Eléctrico

Radiante

Flujo radiante No luminoso

Energía Pérdida por calentamiento

-

-

Por lo tanto, el flujo luminoso, es la mediad de la potencia luminosa, es decir, que se podrá definir como la energía luminosa radiada al espacio por unidad de tiempo. De aquí podemos relaciona a ala potencia eléctrica con el flujo luminoso (con este dato podemos evaluar el rendimiento de los manantiales luminosos En la práctica el manantial luminosos no es punto, por lo tanto el flujo luminoso no es uniforme en todas las direcciones, por ejemplo el flujo luminoso de un proyector se halla encerrado en una estrecha porción del espacio y en forma de rayo muy intenso. De allí definiremos la intensidad luminosa. Intensidad Luminosa dW

dф

S

X

Manantial luminoso puntiforme

I

definimos la intensidad luminosa como 𝐼=

-

𝑑ф 𝑑𝑊

en dirección S-x

Se dice que un manantial luminoso es uniforme cuando sus intensidad es constante en cualquier dirección del espacio 𝐼=

ф 𝑊

5

-

Intensidad esférica media A la intensidad luminosa producida por un manantial luminoso, si radiase flujo luminoso de manera uniforme en todas las direcciones es decir la que corresponde al ángulo sólido completo: como la esfera tiene 4 𝜋 estereoradianes la intensidad media I₀ es: 𝐼₀ =

-

De igual manera definimos Intensidad hemisférica media superior

𝐼 ↑= 𝐼 ↓=

Intensidad hemisférica media inferior -

ф₀ 4𝜋

ф↑ 2↓ ф↓ 2𝜋

Luego el flujo total es: ф₀ = ф↑ + ф↓

-

𝐼₀ =

Luego

ф↑ + ф↓ 4𝜋

=

1 2

ф↑

[ 2𝜋 +

ф↓ 2𝜋

]

𝐼₀ = ½ ( 𝐼 ↑ + 𝐼 ↓)

-

Iluminación La iluminación E de una superficie S es:

Si ф es constante

𝐸=

𝑑ф 𝑑𝑆

𝐸=

ф e 𝑆

-

De lo que se deduce que un cuerpo estará tanto mayor iluminado cuanto menos sea S.

-

Iluminación media 𝐸𝑚 de una superficie S.

𝐸𝑚 =

𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 ф = = 𝐸 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 ф = 𝑐𝑡𝑒. 𝐸𝑥𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 𝑆

6

-

EMITANCIA (o radiancia)

-

Es la relación entre el flujo luminoso radiado o emitido por una superficie luminosa o difusora y la extensión de ésta superficie. 𝑅=

(Caso general) -

𝑑ф 𝑑𝑆

Si se trata de un manantial luminoso uniforme 𝑅=

ф 𝑆

-

La diferencia entre R y E es que para R se trata de una superficie luminosa es decir emite luz, para E se trata de una Superficie iluminada es decir recibe luz.

-

Luminancia (Brillo o densidad luminosa).

-

Es la relación entre la intensidad luminosa en una dirección determinada y una superficie. En forma general 𝐿=

-

𝑑𝐼 𝑑𝑆

Sin embargo debemos hacer dos apreciaciones:

a) Superficie Luminosa (es decir radia luz) dI 90º

dirección de la visual

ℇ

Superficie aparente S ´

Superficie luminosa

(Brillo directo de una superficie luminosa)

7

b) Superficie iluminada (Brillo indirecto). 90º

dirección de la Visual

Superficie aparente dS ´

ℇ

Superficie iluminada dS

S ´ = S Cos 𝐿=

𝑑𝐼 𝑑𝑆 ´

=

𝑑𝐼 𝑑𝑆 𝐶𝑜𝑠 ℇ

Para el caso (a)

Para el caso de una Superficie Iluminada – caso (b) 𝐿= -

𝑑𝐼 𝑑𝐼 = 𝑑𝑆 ´ 𝑑𝑆 𝐶𝑜𝑠 ℇ

En la práctica se acostumbra definir -

Brillo directo (brillo emitido) – para manantiales luminosos Brillo indirecto (brillo reflejado) – el que corresponde a objetos iluminados.

-

Finalmente la luminancia es la sensación subjetiva de claridad de un manantial de luz del objeto iluminado que difiere, entre las personas.

-

Unidades luminotécnicas

-

Se toma como unidad patrón la unidad de intensidad luminosa derivándose de ella las unidades correspondientes al flujo luminoso, iluminación, luminancia y radiancia.

-

Unidades de intensidad luminosa

-

Se recurre a patrones primarios. -

Cuya intensidad luminosa se toma como unidad.

-

Antiguamente.- Por ejemplo

-

Alemania.

Adoptaba como unidad de intensidad luminosa la bujía Hefner, cuyo patrón primario era una lámpara que quemaba acetato de Amilo.

8

-

Francia.

Adoptaba Bujía Cárcel que correspondía a la intensidad luminosa de una lámpara que quemaba aceite de colza

-

Inglaterra.

Adoptaba Vernon (bujía inglesa) que corresponde a la intensidad luminosa producida en la combustión de una mezcla de aire y gas Pentano.

-

Debido a ésta variedad de unidades patrón de 1909 se adopto como unidad de intensidad luminosa la llamada Bujía Internacional. Representada por una cierta fracción de la intensidad luminosa media de tres lotes de lámparas patrón, de Francia, Inglaterra y EE.UU.

-

Sin embargo esto trajo problemas por lo imposibilidad material de comparar las luces de diferentes colores utilizadas en diferentes lámparas patrones.

-

En 1948 (Octubre) la conferencia General de pesas y medidas, aprobó, como unidad de Intensidad luminosa de CANDELA o NUEVA BUJÍA.

-

El patrón primario internacional es un crisol conteniendo Platino pero en estado de fusión (en el punto de solidificación, su temperatura permanece constante e igual a 2046° k).

-

Un centímetro cuadrado de este patrón primario tiene una intensidad luminosa de 60 candelas (Cd).

-

Relaciones entre unidades de Intensidad luminosa. Bujía Hefner Bujía Hefner Bujía Cárcel Bujía Inglesa Bujía Internacional Candela

1

Bujía Cárcel

Bujía Inglesa

Bujía Internacional

Candela

0,093

0,864

0,90

0,92

10,75

1

9,24

9,65

9,80

1,154

0,108

1

1,04

1,05

1,11

0,104

0,96

1

1,02

1,09

0,102

0,94

0,98

1

9

-

Unidades de flujo luminoso (LUMEN) I = 1 (Cd)

R=1

m

I = 1 (Cd) w = 1 estereo Radian s = 1 m2 ф = 1 [Lumen]

W

I = 1 (Cd) I = 1 (Cd)

Manantial luminoso puntiforme ф 𝐼= 𝑊 Si W = 1 estereoradian ф=𝐼 -

Luego el manantial citado en todos las direcciones del espacio se irradian ф = 4𝜋 [𝐿𝑚]

-

Unidad de Iluminación (LUX)

S = 1 m2 entonces E = 1 Lux ф = 1 [Lm] 𝐸=

ф 1 [𝐿𝑢𝑚] = = 1 [𝐿𝑢𝑥] 𝑆 1 [𝑚2 ]

Otras unidades Lux Lux Phot Miliphot Footcandle -

1 10 000 10 10,764

Phot 0,0001 1 0,001 0,00108

Miliphot 0,1 1000 1 1,076

Footcandle 0,093 929 0,929 1

Unidades de Emitancia Superficie luminosa-Unidades idénticos a (E)

-

Unidades de luminancia Existen dos criterios.-

10

1ra. -

Se deduce directamente a partir de: 𝐼 𝑆

𝐿= -

Hasta hace poco se utilizaba 𝐿=

-

1 𝑐𝑎𝑛𝑑𝑒𝑙𝑎 = 1 [𝑆𝑡𝑖𝑙𝑏] 1 𝑐𝑚2

Según la comisión Internacional de Alumbrado 𝐿=

1 𝑐𝑎𝑛𝑑𝑒𝑙𝑎 = 1 [𝑁𝑖𝑡] 1 𝑚2

2do. Blondel =

que emite o refleja un ф de una Superficie que perfectamente refleja un ф = 1 𝐿𝑚/𝑚2 ]

-

LAMBERT.-

De una superficie perfectamente difusora que emite o Refleja un ф = 1 [𝐿𝑚/𝑐𝑚2 ]

-

FOOTLAMBERT.-

Superficie perfectamente difusora que emite o refleja un ф = 1 [𝐿𝑚/𝑝𝑖𝑒 2 ]

Nota.- Unidades rechazadas por la comisión Internacional de alumbrado. Nit Nit Stilb Cd/pie Blondel Lambert Foot Lambert

1 104 10,76 1/π. 104/π

Stilb 1/104 1 0,00108 1/π.104 1/π

10,76/π

3,43/104

Cd/pie2 0,093 930 1 0.0296 296 1/π

Blondel π π.104 33,80 1 104

Lambert π /104 π 0,00338 1/104 1

Footlambert 0,29 2900 π 0.093 930

10,76

0,00108

1

Nota.- Se utiliza todavía estas unidades del 2do. grupo ya facilita el cálculo de Emitancia o Radiancia R y Luminancia L. Si

R. 𝐿𝑚/𝑚2 𝐿𝑚/𝑐𝑚2 𝐿𝑚/𝑝𝑖𝑒 2

L Blondel Lambert FootLambert

11

1.3 RELACIONES Y LEYES FUNDAMENTALES DE LA LUMINOTECNIA 1.3.1.- Ley fundamental de la iluminación

dS

dw F I d

-

Sabemos que:

𝑑ф

𝐼 = 𝑑𝑊 𝑑ф = 𝐼 · 𝑑𝑤 𝐸=

𝑑ф 𝑑𝑆

-

Por otra parte

-

La superficie

-

Si la fuente luminosa F irradia un flujo luminoso dф luego:

Luego

𝑑𝑆 = 𝑑2 · 𝑑𝑤 𝑑𝑆 𝑑𝑤 = 2 𝑑

𝐸=

𝑑ф 𝐼 𝑑𝑤 𝐼 · 𝑑𝑆 = = 2 𝑑𝑆 𝑑𝑆 𝑑 · 𝑑𝑆

𝐸=

𝐼 𝑑2

La iluminación de una superficie situada perpendicularmente a la dirección de la radiación luminoso es directamente proporcional al cuadrado de la distancia que le separa. 1.3.2.- Ley del Coseno.Si plantamos un caso más general vale decir que la superficie a iluminar no es precisamente perpendicular al eje de la radiación luminosa, tendremos.

12

α S´ ф

S

α = ángulo de incidencia 𝐶𝑜𝑠 𝛼 =

𝑆 𝑆´

𝑆 = 𝑠 ´. 𝐶𝑜𝑠𝛼 La iluminación sobre S (superficie ficticia) es: 𝐸=

ф 𝑆

(𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑢𝑛 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒)

La iluminación sobre S para el mismo flujo ф 𝐸´=

ф 𝑆 ´

=

ф 𝑆/𝐶𝑜𝑠𝛼

=

ф 𝑆

𝐶𝑜𝑠𝛼

Luego 𝐼

𝐸 ´ = 𝑑2 . 𝐶𝑜𝑠𝛼

𝐿𝑒𝑦 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑠𝑒𝑛𝑜

Ejemplo.-

d

F´

Iluminación al punto F M por dos fuentes F Y F´

60° Dirección visual

M

d

13

𝐼

𝐸 ´𝐹 = 𝑑2 · 𝐶𝑜𝑠 𝛼 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝛼 = 0 => 𝐶𝑜𝑠 𝛼 = 1

Para F.Luego

𝐼

𝐸 ´𝐹 = 𝑑2 𝐼

𝐸 ´𝐹 ´ = 𝑑2 · 𝐶𝑜𝑠 𝛼 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝛼 = 60 ° => 𝐶𝑜𝑠 𝛼 = 0,5

Para F ´.-

𝐸 ´𝐹 ´ = 0,5

𝐼 = 0,5 . 𝐸 ´𝐹 ´ 𝑑2

Es decir que el aporte de iluminación a M por F es 50% del aporte de F ´ es 50% del aporte de F. 1.3.3.- Ley de la inversa del cuadrado de las distancias

A1 F

A2

I

d1 d2

𝑃𝑎𝑟𝑎 𝐴1 . −

𝐸1 =

𝐼 𝑑12

𝐶𝑜𝑠 𝛼

𝑃𝑎𝑟𝑎 𝐴1 . −

𝐸2 =

𝐼 𝑑22

𝐶𝑜𝑠 𝛼

Luego 𝐼 𝐶𝑜𝑠 𝛼 = 𝐸1 𝑑12 𝐼 𝐶𝑜𝑠 𝛼 = 𝐸2 𝑑22 𝐸1 𝑑12 = 𝐸2 𝑑22

14

Luego 𝐸1 𝑑22 = 𝐸2 𝑑12 Para un mismo manantial luminoso, las Es un diferente superficies son inversamente proporcional al cuadrado de sus distancias. Ejemplo. S3 S2 S1

I 1m 2m 3m

𝐼 = 16 [𝐶𝑑] 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑢𝑛 á𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑊 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 Para 𝑆1 𝐸1 =

𝐼 𝑑12

=

16 12

𝐸2 =

𝐼 𝑑22

= 22 =

𝐸3 =

𝐼 𝑑32

= 32 =

= 16 [𝐿𝑢𝑥]

Para 𝑆2 16

16 4

= 4 [𝐿𝑢𝑥]

16

16 9

[𝐿𝑢𝑥]

Para 𝑆3

Este significa que la iluminación es inversamente proporcional al área a iluminar.

15

es decir si

𝑠1 = 1

=> 𝐸 = 16

𝑠2 = 4. 𝑠1 => 𝐸 =

16 4

𝑠3 = 9. 𝑠1 => 𝐸 =

16 9

=4

1.3.4.- Ley de lambert.Hasta ahora hemos considerado un manantial luminoso puntiforme ubicado en el centro de la esfera. Si nos planteamos el siguiente caso, la ley de lambert plantea la siguiente proposición.

ds

α2 α1

I2 I1

Imax -

Una superficie luminosa considerada como un punto, siempre que sea efectivamente pequeña o reducible a su centro de garvedad, presenta un brillo constante, cualquiera que sea la dirección que se considere.

-

Es decir la luminancia o brillo esta dado por 𝐿 =

-

Luego para el ángulo 𝛼1 por la ley de cosenos 𝐼1 = 𝐼𝑚𝑎𝑥 𝐶𝑜𝑠𝛼1 Para 𝛼2

-

𝑑𝐼 𝑑𝐼 = 𝑑𝑆 ´ 𝑑𝑆. 𝐶𝑜𝑠𝛼

𝐼2 = 𝐼𝑚𝑎𝑥 𝐶𝑜𝑠𝛼2

Luego 𝐿1 =

I1 Imax Cosα1 Imax = = dS. Cos1 dS. Cos1 dS

16

𝐿2 =

I2 Imax Cosα2 Imax = = dS. Cos2 dS. Cos2 dS

𝐿2 =

Imax dS

Esto demuestra que 𝐿1 = 𝐿2 = 𝐿 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 -

Principalmente aplicada a lámpara incandescente y no a lámparas tubular.

1.3.5.- Iluminación de un punto

F

n ció a in m al u Il orm N

Iluminación Vertical

M2 α d

(h) b

EV F EN α

β M1

-

Iluminación Horizontal a

EH

M

Para la iluminación normal 𝐸𝑁 =

𝐼𝛼 𝑑2

Donde 𝐼𝛼 = intensidad luminosa bajo el ángulo α -

Para la iluminación horizontal 𝐸𝐻 = 𝐸𝑁 · 𝐶𝑜𝑠𝛼 𝐸𝐻 =

𝐶𝑜𝑠𝛼 =

𝐸𝐻 𝐸𝑁

𝐼𝛼 𝐶𝑜𝑠𝛼 𝑑2

Por otra parte

17

𝐶𝑜𝑠𝛼 = 𝐸𝐻 =

𝐸𝐻 =

-

𝑏 𝑑

=> 𝑑 =

𝑏 => 𝐶𝑜𝑠𝛼

𝑑2 =

𝑏2 𝐶𝑜𝑠 2 𝛼

𝐼𝛼 . 𝐶𝑜𝑠𝛼 𝑏2 𝐶𝑜𝑠 2 𝛼 𝐼𝛼 𝑏2

· 𝐶𝑜𝑠 3 𝛼

Para expresar la iluminación vertical 𝐸𝑣 en función de h, tendremos. 𝐸𝑣 = 𝐸𝑁 · 𝑆𝑒𝑛𝛼 ℎ 2 (𝑏)

Sabemos que 𝑑2 = 𝐶𝑜𝑠2 𝛼 𝐸𝑣 =

𝐸𝑣 =

-

𝐼𝛼 · 𝑆𝑒𝑛𝛼 ℎ2 (𝑏) 𝐶𝑜𝑠 2 𝛼 𝐼𝛼 ℎ 2 (𝑏)

· 𝑆𝑒𝑛𝛼 · 𝐶𝑜𝑠 2 𝛼

También podemos escribir 𝐸𝑣 en función de “a” 𝑎2

𝑑2 = 𝑆𝑒𝑛2 𝛼 𝐸𝑣 =

𝐸𝑣 =

-

𝑆𝑒𝑛𝛼 = 𝑎/𝑑

𝐼𝛼 · 𝑆𝑒𝑛𝛼 𝑎2 𝑆𝑒𝑛2 𝛼

𝐼𝛼 𝑎2

𝑑2 =

𝑎2 𝑆𝑒𝑛2 𝛼

· 𝑆𝑒𝑛3 𝛼

Luego 𝐸𝑣 = 𝐸𝐻 · 𝑇𝑔𝛼

18

1.4 CONTROL DE LUZ -

La luz obtenida de un manantial luminoso, generalmente no puede ser aplicada directamente debido a su gran luminancia.

-

Con los manantiales luminosos actualmente existentes no siempre se puede lograr una distribución del flujo luminoso que permita su aplicación Directa.

-

Por ello se debe utilizar algunos elementos o dispositivos que modifiquen o controlen la luz emitida. Para este objetivo se utiliza algunos fenómenos físicos, que se pueden lograr con algunos materiales conocidos.

-

-

Reflexión Refracción Absorción (Pérdidas) Transmisión Difusión

1.4.1.- Reflexión Reflexión teórica.Es el flujo reflejado por una Superficie integrante con el mismo ángulo de reflexión. - Depende

-

Superficie del material (lisa o rugosa) Angulo de incidencia Color de los rayos incidentes.

Reflexión especular (reflexión dirigida) α = β α β

α = ángulo de incidencia β = ángulo de incidencia (Por ejemplo un espejo)

19

Reflexión semidirigida. -

α

-

Por ejemplo una superficie rugosa y brillante por ejemplo papel COUCHE. A un rayo incidente, corresponde varios rayos reflejados Se cumple aproximadamente la ley de reflexión

Reflexión difusa. -

-

No cumple con la ley de reflexión. A un rayo incidente corresponde una reflexión por igual en todas las direcciones del espacio. Se logra con superficies rugosas y mate por ejemplo tela blanca. Evita el deslumbramiento. Desaparece el efecto plástico.

1.4.2. Refracción i

i

´

AIRE VIDRIO

r

AIRE

r

Ley fundamental de la refracción. La razón de los índices de medios es igual a la razón de los senos de los ángulos de incidencia y refracción.

𝑛2 𝑆𝑒𝑛 𝑖 = 𝑛1 𝑆𝑒𝑛 𝑟 -

Índice de refracción 𝑛=

𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑢𝑧 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑢𝑧 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜

20

Material Aire Agua Vidrio Común Cristal -

Índice de Refracción 1 1,33 1,5 a 1,54 1,56 a 1,78

En la fig. Angulo i = Angulo r ´ Angulo r = Angulo i ´

1.4.3.- Absorción.-

Está ligado con la reflexión de luz, no todo el ф es reflejado sino parte de él es absorbido por el material. Por ejemplo -

Una luz blanca al incidir sobre una superficie blanca se refleja enteramente. Una luz blanca al incidir sobre un cuerpo negro no es reflejara nada Un cuerpo es rojo porque absorbe todos los colores que componen la luz blanca excepto el rojo.

1.4.4.- Transmisión.- Transmisión Dirigida -

Es la capacidad de los cuerpos de dejar pasar los rayos luminosos por su medio desviándolos de su curso por la refracción.

-

Por ejemplo Cristal-Cristalino.

-

Cristales opalinos, mateados etc. en general cuerpos translucidos

-

El deslumbramiento mucho menor.

- Transmisión Difusa

21

1.4.5. Difusión -

Debido a la reflexión y a la transmisión de la luz en superficies rugosas se produce la difusión, es decir el ф se esparce en todas direcciones del espacio.

1.4.6.- Relación entre reflexión, absorción transmisión luminosa. -

(Flujo-total)

ф𝑂 = ф𝑅 + ф𝐴 + ф 𝑇

Por ejemplo 1. En cuerpos opacos ф 𝑇 = 0 2. No existen cuerpos reflejantes puros, el más perfecto es la plata pulida aún en este caso фA ≠ O 3. Según lo anterior, los cuerpos iluminados se convierten en fuentes luminosas, secundarias o virtuales o sea se hacen visibles directamente o por transparencia. -

Si definimos.

=

Factor de reflexión

𝛼

Factor de absorción

Entonces

ф𝐴 ф𝑂 ф𝑇

=

ф

ф

ф𝑂 ф

ф𝑜 = ф 𝑅 ф𝑂 + ф 𝐴 ф𝑂 + ф 𝑇 ф𝑂 𝑂

ф𝑜 = ф𝑜 (

-

ф𝑂

=

Factor de transmisión

-

ф𝑅

𝑂

+ 𝛼 +

𝑂

)

Es decir que: + 𝛼 +

= 1

Nota.- El factor de absorción es pérdida Por ejemplo

22

-

-

-

-

-

Superficie pintada azul

Reflexión Difusa

0,05 – 0,5

0,95 – 0,5

0,08

0,02

0,9

Seda blanca (tupida)

0,28 – 0,38

0,01

0,61-0,71

Acero Pulido

0,55 – 0,65

0,45 – 0,35

0

Reflex. muy Dirigida

Enyesado viejo Y seco

0,6 – 0,7

0,4 – 0,3

0

Reflexión Difusa

Vidrio transp. Claro (2 a 4 mm)

0

Transmisión Muy dirigida Reflex.Semidrigida trans. difusa

1.5 REPRESENTACIÓN GRAFICA DE LA DISTRIBUCIÓN LUMINOSA -

Denominada también Curvas fotométricas o de Distribución luminosa.

-

Representa la intensidad “I” de un manantial luminosa en todas las direcciones de la radiación (intensidad ) BUJIAS manantial luminoso 700 600 …..100

100

700

90°

90°

45°

45°

3 mm

0°

10°

-

Curva de distribución Luminosa (Curva fotométrica)

𝑑ф

𝐼 = 𝑑𝑊

-

No olvidemos que

-

Normalmente se realiza estas curvas con respecto al eje Vertical en todas las direcciones, obteniendo así un SOLIDO FOTOMETRICO

23

-

Normalmente éste sólido fotométrico es simétrico con respecto a un eje Vertical, por lo que normalmente el fabricante de luminarias proporciona solamente UN CUADRANTE. Por ejemplo.

1.- Una pequeña esfera luminosa

Curva de distribución luminosa (en circular con centro de la esfera luminosa I

2.- Para un manantial luminoso en forma de superficie plana.-

β

α

Curva fotométrica tangente a la superficie luminosa.

Imax 𝑅𝑒𝑐𝑜𝑟𝑑𝑎𝑛𝑑𝑜

− 𝐼𝛼 = 𝐼𝑚𝑎𝑥 · 𝐶𝑜𝑠𝛼 − 𝐼𝛽 = 𝐼𝑚𝑎𝑥 · 𝐶𝑜𝑠𝛽

24

3.- Para una bujía

Curva de distribución constituyendo por dos curvas aproximadamente tangentes

4.- Para lámpara de incandescencia de filamento estirado (antiguo)

distribución

5.- Curva de distribución de una lámpara de incandescencia con FILAMENTO ESPIRALADO

6.- Curva de distribución de una lámpara de incandescencia con FILAMENTO ZIG-ZAG

25

-

En la práctica disponiendo de un papel especial es decir con radios concéntricos en 360 y desplazados cada 10 y de circunferencias concéntricas desplazadas cada 5 mm que representa 25 candelas y disponiendo de un aparato denominado FOTOMETRO para medir la intensidad de la luz podemos ejecutar las curvas correspondientes.

5mm - 25 Cd. 1mm - 5 Cd.  De igual manera se puede obtener curvas fotométricas para el plano horizontal es decir perpendicular al eje de la fuente luminosa.

-

Las curvas proporcionadas por los fabricantes normalmente están referidas a un ф = 1000[Lm]. Cuando el flujo es diferente a este por ejemplo 4500 [Lm], el valor de la “I” (intensidad luminosa) a 80° por ejemplo será

26

𝐼𝑎80° 𝐼𝑎80°

1000[𝐿𝑚] = 130 𝐿𝑢𝑥 4500[𝐿𝑚] = 𝑋 𝐿𝑢𝑥 𝑋=

-

45000 · 130 = 585[𝐿𝑢𝑥] 1000

Cuando la fuente luminosa no es reducible a un punto por ejemplo un tubo fluorescente. Plano paralelo al eje

Plano transversal

Eje

Entonces las curvas fotométricas son expresadas en dos curvas. a) Paralelo al eje de la lámpara b) Transversal al eje de la lámpara Por ejemplo: Curvas fotométricas de una lámpara fluorescente

a b

90 80 70 60 50

0

10

20

30

40

a) Corresponde al eje transversal del tubo. b) Corresponde al eje paralelo de la lámpara (considerando como dos circulo tangentes al eje de la lámpara.

27

 La ayuda que estas curvas prestan al proyectista es de mucha importancia ya que se puede evaluar como primera aproximación de la iluminación horizontal. Por ejemplo 100

200

300 400 500 600 700

800

𝐸𝐻 =

𝐼𝛼 𝐶𝑜𝑠 3 𝛼 ℎ2

6m

Lux

Iluminación Horizontal

8 7 6 5 4 3 2 1

(suelo)

0

-

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Los vectores intensidad corresponden a los siguientes ángulos. I α 𝛼0 𝛼1 𝛼2 𝛼3 𝛼4 𝛼5 𝛼6 𝛼7 𝛼8 𝛼9 𝛼10

α10 6 α1

0 18 33 45 53 58 64 67 69 71 73

BI 260 302 330 380 440 500 600 700 745 750 740

Cd 265 308 337 388 449 510 612 714 760 765 755

𝐸𝐻 =

𝐼𝛼 · 𝐶𝑜𝑠 3 𝛼 [𝐿𝑢𝑥] ℎ2

7,36 7,36 5,52 3,81 2,72 2,11 1,43 1,18 0,97 0,73 0,52

2 20

28

 De igual manera se puede realizar una apreciación de la distribución correspondiente a 2 manantiales luminosos. F1

F2

6m

8 7 6 5 4 3 2 1

Lux

8 7 6 5 4 3 2 1 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Por ejemplo para 𝐿=0 𝐿 = 10

𝐸𝑜 7,36 + 0,52 = 7,88 [𝐿𝑢𝑥] 𝐸𝑠 2,11 + 2,11 = 4,22 [𝐿𝑢𝑥] 𝐸𝑚𝑎𝑥 = 𝐸𝑜 = 7,88 [𝐿𝑢𝑥]

-

Se puede calcular también 𝐸𝑚𝑒𝑑 en todos los casos 𝐸𝑚𝑒𝑑 =

∑𝑛𝑖=0 𝐸𝑖 𝑛

1.6 ASPECTOS FISIOLOGICOS DE LA LIMINOTECNIA -

Manantial luminoso(por ejemplo un tubo fluorescente) El órgano captador de energía luminosa es el “ojo humano”

29

cerebro proceso (percepción visual) Radiación luminosa

Sensación Visual -

1. 2. 3. 4. 5.

En función de este debemos ejecutar un estudio profundo de los manantiales luminosos y saber cuál es el provecho que podemos obtener de ellos. Por lo que se hace necesario conocer la constitución básica del ojo humano.

Cornea Membrana transparente; protege el ojo. Esclerótica.-Que cierra el globo ocular. Iris.- Gradúa automáticamente la abertura de entrada de luz en el ojo. Pupila Cristalino.- Es el elemento transparente cuyo objetivo es enfocar los rayos luminosos sobre la retina.

30

6. Retina.- Es una membrana muy delgada (fina) sobre la cual se forman las imágenes luminosas que son transformadas en sensaciones nerviosas que son transmitidas por el nervio óptico al cerebro. 7. Músculos ciliares.- Que regula la curvatura de la retina. 8. Coroides.- Que es una prolongación del cristalino en forma de una membrana. 9. Nervio óptico.- Esta formado por un gran número de fibras nerviosas, que se extienden sobre la retina clasificándose en: a) Bastoncillos.- forma cilíndrica b) Conos.- Por su forma cónica. -

A cada fibra corresponden aproximadamente.100 bastoncillos 8 Conos

-

Valor Medio

En toda la retina aproximadamente existen.130 millones de bastones 8 millones de conos

-

Se encuentran distribuidas irregularmente Borde exterior de la retina muchos bastoncillos En el sector de entrada del nervio óptico. No hay ni bastoncillos ni conos (denominado punto ciego) En el centro de la retina existe una gran concentración de conos (zona amarilla).

Los bastoncillos; son muy sensibles a la energía luminosa propiamente dicha casi insensibles al color. -

Los conos son muy sensibles al color pero casi insensible a la energía luminosa.

Conclusión.-

-

Esto significa que con los bastoncillos percibimos la mayor o menos claridad (luminosa) con que los objetos están iluminados. Mientras que con los conos podemos apreciar el color de los objetos.

Por tanto en la Visión a la luz del día a VISIÓN FOTOPICA intervienen bastoncillos y conos mientras que en la visión nocturna o visión ESCOTOPICA intervienen casi exclusivamente los bastoncillos. (Recuérdese que por la noche vemos los objetos de color gris).

31

* Formación de las imágenes en el ojo

Músculos Ciliares Coroide

Iris

Retina

Pupila Cristalino

1.6.1. Acomodación.- El ojo a la distancia del objetivo mediante la acción de los músculos ciliares que provocan una mayor o menos conexión del cristalino. 1.6.2.- Adaptación

El ojo se adapta exactamente al mayor o menor intensidad luminosa contrayéndose o dilatándose la pupila para evitar o dejar pasar una mayor o menor flujo luminoso.

1.6.3.- Agudeza Visual -

Es la facultad de distinguir los detalles de los objetos.

-

Por ejemplo en condiciones normales

α

α h d -

Las barras negras y blancas de E son de igual grosor h.

32

-

-

Luego el observador percibe las barras y los espacios blancos bajo el mismo ángulo α. Si se aumenta d llega un momento es que la letra E se hace difusa en condiciones normales éste fenómeno sucede cuando. 𝑑 = ℎ · (3333) Es decir si ℎ = 3[𝑐𝑚] 𝑑 = 9999[𝑐𝑚] ≈ 10000[𝑐𝑚] = 100[𝑚] Ahora bien para un triángulo.

α

h´

h = 3cm

d = 100 m

d´

α = 1,03 ≈ 1´ es decir que para cualquier variación de h por ejemplo h´ también varia d a d´ manteniéndose constante α; es decir: ℎ´ ℎ ℎ´ 𝑑´ = => = = 𝑐𝑡𝑒. 𝑑´ 𝑑 ℎ 𝑑 Directamente proporcional -

Luego por definición se pasa una distancia dx, hx se hace difusa para el ángulo de visión α, entonces podremos mejorar la agudeza visual incrementando hx por lo tanto α también incrementara.

-

De las explicaciones anteriores Definimos. 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑑𝑒𝑧𝑎 𝑉𝑖𝑠𝑢𝑎𝑙 =

1 =𝑆 𝛼

Por ejemplo 𝑆𝑖 𝛼 = 1 ´ => 𝑆 =1/1= 1 𝑆𝑖 𝛼 = 4 ´ => 𝑆 =1/4

-

Se considera normalmente una agudeza visual igual a 1.

33

 Sin embargo debemos señalar que la agudeza visual está también en función de otros parámetros; como ser: 1. Deslumbramiento o fuertes contrastes de color en el fondo. 2. El contraste entre el objeto percibido y el fondo. 3. Las condiciones de luminancia en el campo visual; es decir que, cuanto mayor sea la luminancia a la cual esta adaptado el ojo, tanto mayor será la agudeza visual. - En orden de prioridad la siguiente relación de contraste son las siguientes: y más recomendadas. 1. Negro sobre amarillo 2. Verde sobre blanco 3. Rojo sobre blanco 4. Azul sobre blanco 5. Blanco sobre azul 6. Negro sobre blanco 7. Amarillo sobre negro 8. Blanco sobre Rojo 9. Blanco sobre verde 10. Blanco sobre negro -

Estas consideraciones son importantes en proyectos donde debe analizarse cuidadosamente el contraste. Por ejemplo. -

Una tarea que exija mucha agudeza visual, puede mejorarse en cantidad y calidad si se aumenta el contraste entre el objeto de la tarea y el lugar de trabajo.

-

Alumbramiento publicidad para resaltar una frase o una marca de fábrica podemos situarla en un ambiente de gran luminancia.

1.6.4.- Sensibilidad diferencial -

-

Es el fenómeno de poder apreciar una diferencia entre dos superficies iluminadas. Por ejemplo. La iluminación de un día sábado a la 9 a.m. es ≈ 30,000 Lux y a las 12 a.m. aproximadamente 50,0000 Lux la diferencia es de ≈ 20000 Lux. Pero el ojo humano es capaz de captar esta diferencia.

34

-

Por el contrario el ojo humano es capaz de percibir con bastante exactitud dos superficies iluminadas contiguas, es decir por contraste (el ojo percibe esta diferencia en forma lenta).

-

Si dos superficies están iluminadas igualmente y se comienza a varias la iluminación de una de ellas el ojo umbral de percepción (valor límite de la diferencia de iluminación).

-

El ojo sigue esta variación bajo una ley logarítmica llamada LEY FECHNER. “Las sensaciones son proporcionales a los logaritmos de los estímulos”.

-

Ley de FECHNER donde: ℇ = E = Eo = K =

𝐸

ℇ = 𝑘 𝑙𝑜𝑔 𝐸𝑜

Intensidad de la sensación. Valor de la iluminación. Valor mínimo de iluminación Constante de proporcionalidad (del medio)

Por ejemplo - Si una superficie está iluminada Eo = 1 Lux. La superficie contigua con E = 1000 Lux. - La variación de iluminación será de 1000 veces Eo. - Mientras que el ojo humano percibieron solamente ≈ 1 log -

𝐸 =3 𝐸𝑜

Es decir que percibiera a la 2da. Superficie 3 veces más iluminada que la 1ra.

1.7 FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA PERCEPCION VISUAL -

Hasta ahora solo hemos estudiado los elementos objetivos que intervienen en luminotecnia es decir factores que hacer posibles la iluminación. Ahora tratemos de estudias los efectos psicofisiologicos que causan en el órgano receptor es decir órgano de visión. - Flujo luminoso - Intensidad luminosa - Iluminación - Enmitancia - Luminancia

Luminancia

Órgano de visión

El ojo solo percibe la luminancia. -

En resumen la percepción de la luz en realidad la percepción de los diferencias de luminancia. El efecto de la luminancia sobre la visión llamaremos BRILLO Es decir la luminancia es la causa, o el estimulo.

35

-

Y el brillo es el efecto, o la sensación.

1.7.1.- Brillo.- Existen dos clases de brillo: a).- Brillo directo o brillo de un manantial luminoso. b).- Brillo reflejado o de una superficie brillante. -

El brillo es directamente proporcional a la intensidad luminosa e inversamente proporcional a la superficie. 𝐵𝑟𝑖𝑙𝑙𝑜 = Por ejemplo

-

𝑑𝐼 𝑑𝑆

Lámpara incandescencia transparente es más brillante que una lámpara incandescencia mateado.

1.7.2.- Deslumbramiento.-

Deslumbramiento es ligado al brillo pero no depende de él. Sino de la diferencia de brillo. Por ejemplo -

-

En una habitación a obscura una lámpara de 100 W produce deslumbramiento. Esta misma lámpara en una habitación iluminada no produce esa sensación de deslumbramiento. Situación que producen deslumbramiento. a) b)

Brillo excesivo de una fuente luminosa, límite de luminancia 7500 Nits, para el ojo humano. Fuente luminosas cerca del observador

36

LIMIT

E

30°

30°

Provoca deslumbramiento

ITE LIM β

No provoca deslumbramiento β < 30°

Luego el deslumbramiento se produce cuando β < 30° No se produce cuando β > 30° c) d)

Contrates excesivos de luz y zombras en el campo visual. Brillo reflejado por superficies especulares.

- Efectos que produce el deslumbramiento. a) b) c) d)

Disminución de la percepción visual Efectos desagradables a la vista. Fatiga visual y por tanto menor rendimiento en el trabajo. Por un aspecto falso y perjudicial a los objetos excesivamente iluminados.

1.7.3. Normas para evitar el deslumbramiento -

Objetivo.

37

a) b) -

Debe evitarse el deslumbramiento directo, o sea objetos brillantes en el campo visual del observador. Debe evitarse el deslumbramiento reflejado.

Por ejemplo.

-

a)

Existe deslumbramiento directo y reflejado sobre el individuo.

b)

Evitando el deslumbramiento directo

c)

Evitando el deslumbramiento directo y reflejado.

Recomendaciones.- Para evitar el deslumbramiento por superficies iluminados. - Entre la tarea visual y la superficie de trabajo 3 : 1 - Entre la tarea visual y el espacio cincundante 10 : 1

38

-

Entre el manantial luminoso y el fondo 20 : 1

Por ejemplo

1 3 6

Es decir que: -

Tarea visual 6 Tarea visual y superficie de trabajo 3 Espacio circundante 1 6 : 3 : 1 y el límite sería 10 : 3: 1 Según la recomendaciones anteriores.

1.7.4. Percepción de formas plásticas

Luz Completamente difusa (se ve plano)

Luz directa y difusa ó difusa direccional

Luz completamente Direccional

Iluminación direccional desde varios puntos (debe evitarse)

1.8.- CONCEPTO DE COLOR -

Es muy difícil dar una definición del COLOR Sin embargo podernos interpretarlo desde dos puntos de vista:

39

a) b)

El color como fenómeno físico El color como una sensación

1.8.1. El color como fenómeno físico -

Como radiación luminosa, representada por un espectro luminoso Que sensible a la vista es desde una ⁄1 ≈ 350 𝑚𝜇 ℎ𝑎𝑠𝑡𝑎

⁄2 ≈ 760 𝑚𝜇

Violeta

rojo Visible

-

Espectro luminoso

Radiación Ultra violeta PANTALLA Sol

PRISMA ORIFICIO

ESPECTRO LUMINOSO

REFRACCIÓN

(RAYO DE LUZ)

350 430 485 560 590 620 760

mμ Violeta Azul Verde Amarillo Anaranjado Rojo Radiación Infrarrojo color

-

En la gama colorada proyectada no existen un límite entre colores sino que es un paso suave de color a color.

-

El representado por el sol y el prisma se denomina ESPECTRO LUMINOSO CONTINUO.

-

Existen otros cuerpos que emiten las radiaciones luminosas sobre una o varias longitudes de onda separadas entre sí.

-

Por ejemplo de Hg Vaporizado.

40

Emite: 405 a 408 m𝜇 Violeta 436 m𝜇 Azul 492 m𝜇 Verde azulado 546 m𝜇 Verde 578 a 579 m𝜇 Amarillo Falda el color Rojo.- la transmisión entre dos colores son bruscas. -

Estos espectros se denominan discontinuas o lineales

-

Existen también otros como el vapor de Sodio denominado monocromático que radia en una estrecha franja entre 585 mu a 590 mu que corresponde al color amarillo.

1.8.2.- El color de los cuerpos opacos -

Es decir de los cuerpos que reciben luz de un manantial luminoso exterior y transmiten por reflexión.

-

Fenómeno denominado reflexión selectiva. Por ejemplo Un objeto iluminado con luz blanca se muestra de color verde por que absorbe todas las longitudes excepto las que corresponde al color verde que las refleja.

-

Los limites son blanco y negro

-

Cuando sobre los objetos se refleja una luz monocromática distorsiona el color de los objetos.

1.8.3.- Sensibilidad a los colores -

Los órganos sensibles a los colores son los CONOS

-

La agudeza visual humana, es más sensible a determinados colores.

-

La max sensibilidad corresponde a 555 m𝜇 que corresponde al color verde-amarillo y la min sensibilidad al violeta y Rojo.

-

En el crepúsculo y la noche (visión ESCOTOPICA) el max de sensibilidad se desplaza hacia longitudes menores, (Efecto PURKINTE).

-

En base a la ≈ 555 mu que corresponde a la max sensibilidad valorada como 1, se construye la curva de sensibilidad relativa.

41

1,00 Bajo sol de medio día

Sensibilidad Relativa 0,50

380

555

760

-

Esto querría decir que los artefactos de iluminación que más se acercan a 555 m𝜇 tienen el max rendimiento.

-

Aunque no es el más usado.

-

Efecto PURKINSE 1,00

Visión ESCOTOPICA Visión FOTOPICA

0,50

380

555 Corresponde al color verde - azul

760

1.8.4. El color como sensación

42

-

El color además de ser un efecto físico es también una sensación.

-

El color sensación depende de muchos factores subjetivos. -

-

Armonía con otros colores Espacio que ocupa en otros colores Iluminación que recibe Atención con que se contempla, etc.

Es decir el color sensación no se piensa sino se siente; por ello es difícil someter nuestras sensaciones a rigurosas leyes científicas.

1.8.5. Cualidades del color -

Tono Intensidad Saturación

a) Tono -

Se refiere concretamente al concepto físico de longitud de onda. Por ejemplo 570 m𝜇. El ojo humano percibe muy bien el tono del color, pero no la causa que lo produce

b) Intensidad – Del color - Representa la fuerza o el vigor que nuestreos ojos perciben el color. - Es una cualidad subjetiva. - Sin embargo podemos decir que le blanco es el más intenso de todos y el negro el menos intenso. c) Saturación - Depende de la cantidad de blanco que contenga 1.8.6. Colores fundamentales

43

ANARANJADO

3

8

4

7 E A RD LD VE ERA M

ES

5

-

6 AZUL TURQUESA

VIOLETA

VERDE VEGETAL

2

JO RO

O LL I AR M 1 A

UL AR AZ AM TR UL

Colores opuestos a complementarios Tonos absolutamente diferentes.

1.8.7.- Mezcla de colores -

Puede ser aditivas y ópticas y Sustractivas o pigmentadas.

F1

F2

Filtro rojo

Filtro verde esmeralda Proyector

Proyector

Rojo

Verde esmeralda Blanco

-

Del círculo de colores fundamentales podemos definir que una luz blanca se obtiene por la adición de Z colores complementarios.

-

Por ejemplo Se desea obtener luz blanca mediante la adición de la luz de un: -

Filtro anaranjado

44

-

Filtro azul turquesa Datos de f1 150 W; 220 Volt.; 2100 Lm Se desea calcular los datos de F2 = ? Cief. absorción 0,85 0,82

Filtro anaranjado Filtro Azul turqueza -

Sensibil. Relat. 607 0,503 489 0,208

El filtro anaranjado absorberá 2100 𝑥 0,85 = 1780 [𝐿𝑚] La potencia luminosa que se recibirá sobre la superficie a iluminar es: 2100 − 1780 = 320 [𝐿𝑚] La luz del filtro azul deberá tener una potencia luminosa útil: 𝑆𝑒𝑛 𝛤1 · ф1 = 𝑆𝑒𝑛𝛤2 · ф2 𝑆𝑒𝑛𝛤

0,503

𝐿𝑢𝑒𝑔𝑜 𝑒𝑙 ф2 = 𝑆𝑒𝑛𝛤1 · ф1 = 0,208 · 320 𝐿𝑚 2

ф2 = 775 [𝐿𝑚] -

-

Luego teniendo en cuanta el coeficiente de absorción del filtro azul tenemos: ф2 775 = = 4300 [𝐿𝑚] 1 − 0,82 1 − 0.82 Luego la lámpara normal más parecida en potencia luminosa es de 300 [W], 220 [Volt], 4750 [Lm]

 Mezcla de colores Sustractiva -

Se obtienen colores intermedios entre el más intenso y el menos intenso, es decir que se restan los colores

-

Es decir

45

x

Filtro Azul

Filtro Rojo

Para efectos

Violeta

1.8.8. El color como elemento expresivo

Tonos fríos

Violeta Azul Rojo Azul turquesa

Tonos nuestros

Verde esmeralda Verde Vegetal Amarillo

Tonos calientes

Anaranjado Rojo

46

CAPITULO 2 PROYECTO LUMINOTECNICO 2.1 .- Sistemas de iluminación.- Se clasifican en función de la distribución del flujo luminoso. Por ejemplo Distribución de ф hacia arriba Manantial luminoso Distribución de ф hacia abajo Sistema de Iluminación Iluminación Directa Iluminación Semidirecta Iluminación Difusa Iluminación Semiindirecta Iluminación Indirecta

Distribución del flujo luminoso en % Hacia arriba Hacia abajo 0 a 10 100 a 90 10 a 40 90 a 60 40 a 60 60 a 40 60 a 90 40 a 10 90 a 100 10 a 0

a) Iluminación Directa.-

-

En la práctica especialmente en interiores es imposible conseguir una luz totalmente directa ya que siempre existirá una reflexión de luz de las paredes.

47

-

Produce sombras duras y profundas.

-

Peligro de deslumbramiento.

b) Iluminación semidirecta.-

-

Las sombras no son tan duras.

-

Disminuye el peligro de deslumbramiento.

-

Debe añadirse un vidrio difusor adecuado

-

El rendimiento luminoso disminuye.

c) Iluminación difusa

-

Llamada también mixta.

-

Se elimina las sombras.

48

-

Se reduce el peligro de deslumbramiento.

-

La desventaja es la pobre creación de plasticidad de los objetos.

d) Iluminación semi indirecta -

Llamada también semidifusa

-

El rendimiento luminoso es bajo

-

Las paredes y techos deberán estar pintadas con sustancias de elevado poder de reflexión (pinturas claras).

-

Casi totalmente exenta de deslumbramiento.

-

Con sombras suaves.

e) Iluminación indirecta

49

-

El observador no percibe zona luminosa, solamente aprecia zonas iluminadas.

-

Las paredes y techos deben estar pintados de color muy claro (recomendable blanco).

-

El rendimiento luminoso es muy bajo.

-

Carece absolutamente de deslumbramiento.

-

Está exenta de sombras laterales.

-

Es la forma más noble y artística de iluminación.

 Conclusiones -

Desde el punto de vista económico: directa más barata

-

Desde el punto de vista técnico: directa, sombras muy duras

-

indirecta más cara

indirecta, falta de plasticidad

Se recomienda los términos Intermedios. Sobre todo la SEMIDIRECTA.

2.2 .- MÉTODOS DE ALUMBRADO -

Alumbrado general

-

Alumbrado general localizado

-

Alumbrado individual

-

Alumbrado combinado

-

Alumbrado suplementario

a) Alumbrado general -

Distribución uniforme de luz en todo el ambiente.

-

Aplicación: oficinas en general, escuelas fábricas, etc.

b) Alumbrado general localizado -

En naves industriales

-

Por ejemplo sobre una fila de máquinas, herramientas.

50

-

Nivel no uniforme de iluminación en el ambiente.

c) Alumbrado individual -

Se utiliza cuando el trabajo visual exige una gran iluminación, por ejemplo sobre la herramienta de trabajo en una maq-herramienta.

-

Lámparas sobre el escritorio, mesas de dibujo.

d) Alumbrado combinado -

Alumbrado general e individual

-

Alumbrado general localizado e individual

e) Alumbrado suplementario -

Es la utilización de proyectores especiales para destacar formas, colores, encontrar la plástica de los objetos, etc.

2.3 .- APARATOS DE ALUMBRADO -

Como ya hemos dicho, fundamentalmente debemos evitar el deslumbramiento para ello utilizamos un conjunto de elementos que ocultan a fuente luminosa de la visión directa.

-

Cualidades de los aparatos de alumbrado.

a) Propiedades ópticas -

Distribución luminosa adaptada a la función Buen rendimiento luminoso Luminancia de un valor dado en ciertas direcciones de observación.

b) Propiedades mecánicas y eléctricas -

Ejecución robusta. Contenidos de un material adaptado a su función (por ejemplo, se han de rehusar los metales en caso de atmosfera corrosiva). Equipo eléctrico perfecto, con facilidades para el montaje y la inspección y mantenimiento. Fáciles de limpiar.

c) Propiedades estáticas -

Diseño adecuado a la arquitectura y ambientes a iluminar (Decorativo).

2.3.1.- Clasificación de los aparatos de alumbrado. -

Para lograr una iluminación Directa, iluminación Indirecta, se utilizaran.

51

-

Difusores Utilizando sus propiedades de transmisión y difusión. Reflectores Poder de reflexión Refractores Propiedades de refracción Aparatos mixtos Cuando se utilizan dos o más propiedades anteriores.

a)

Difusores -

Difundir la luz para disminuir los efectos de deslumbramiento, implementando a una fuente luminosa de gran luminancia con una esfera difusora que indudablemente provocara una menor luminancia.

-

Es mucho más utilizado el vidrio Opalino en vez de cristal mateado.

-

Se puede realizar un ensayo de dimensiones del difuxor por ejemplo considerando una esfera o globo difusor de forma que su luminancia sea tolerable para la visión directa.

-

Si

-

En el centro del difusor se instala una lámpara cuya intensidad luminosa es I.

-

Por definición la luminancia vale

es el rendimiento luminoso del difusor esférico y D su diámetro.

𝐿=

S = Sección aparente de difusor en [𝑐𝑚2 ] S = (𝜋/4) 𝐷 2

donde: luego

𝑆𝑖 -

=

-

𝐼𝑜 𝑆

𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑓𝑢𝑠𝑜𝑟

= 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑜𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙á𝑚𝑝𝑎𝑟𝑎

Luego la luminancia media (Lm) del difusor será 𝐿𝑚 =

-

𝐼 [𝐶𝑑/𝑐𝑚2 ] 𝑆

𝐼𝑜 4 𝐼 𝐼 = = [𝐶𝑑/𝑐𝑚2 ] 2 2 (𝜋/4)𝐷 𝑆 𝜋𝐷

Por otra parte sabemos que: 𝐼=

ф => 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑢𝑛𝑎 𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑎 𝑊 = 4𝜋 𝑊

𝐼=

ф 4𝜋

Luego 𝐿𝑚 =

4 ф 4·𝜋2 𝐷 2

=

ф 𝜋2 𝐷 2

52

-

De aquí que el diámetro mínimo del difusor esta dado por: 𝐷=

1 √ 𝜋

ф 𝐿𝑚

Por ejemplo 𝐶𝑑

𝑆𝑖 𝐿𝑚 = 0,5 [𝑐𝑚2 ] 𝑦

= 0,8

𝐷 ≈ 0,40 · √ф b)

Reflectores -

La comparación de las curvas fotométricas de una lámpara desnuda y de una provista de reflector permite darse cuenta de un reflector.

Curva de lámpara desnuda

Curva de una luminaria con reflector

-

Es decir es desplazar la curva fotométrica

-

Se clasifican en:

53

Reflector

Angulo

Intensivo Semiintensivo Dispersivo Semiextensivo Extensivo Hiperextensivo -

del max. Flujo es: 0 30° 40° 50° 60° 70°

a a a a a a

30° 40° 50° 60° 70° 90°

Por ejemplo

I)

Reflector intensivo 90

40

2300 Cd

II)

10

30

20

Reflector extensivo 90 80 70 60 50 260 Cd

-

0

10

20

30

40

Es evidente que una de las grandes diferencias es la intensidad luminosa de las distintas lámparas: Para la intensiva − 2300 𝐶𝑑 −> ≈ 20° Para la extensiva − 260 𝐶𝑑 −> ≈ 70°

54

-

Por lo anterior el reflector extensivo es apropiado para locales de poca altura. Mientras que el reflector intensivo se utilizara en locales de techo alto.

-

Realizando la distribución de iluminación horizontal sobre el plano de trabajo (aprox. 0,75 a 0,85).

-

Definimos que 𝑒 = 𝐷𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑑𝑜𝑠 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑠𝑖. ℎ = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙á𝑚𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒 𝑒𝑙 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜 ú𝑡𝑖𝑙 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜

-

Se recomienda las siguientes relaciones. Para reflectores intensivos 𝑒 ≤ 0,9 ℎ Para reflectores Semiintensivos 0,9 · ℎ < 𝑒 < 1,2 ℎ. Para reflectores Dispersivos 1, 2 · ℎ < 𝑒 < 1,5 ℎ. Para reflectores Semiextensivos 1,5 · ℎ < 𝑒 < 2,0 ℎ.

c)

Refractores -

Es la utilización de cristales prismáticos claro que tiene por objeto refractar la incidencia de los rayos luminosos de acuerdo al diseño del cristal.

-

d)

Este efecto evita el deslumbramiento directo. Aparatos mixtos

-

Utilizando una combinación adecuada de los sistemas anteriores se puede construir aparatos interesantes para aplicaciones especiales. Por ejemplo.

-

Reflectores extensivos con banda difusora.

55

120

-

Aparato de alumbrado para obtener luz difusa en todas direcciones y luz intensiva directa hacia abajo.

140

-

Aparato para luz semiindirecta. 50

60

-

Aparato para alumbrado de luz indirecta 75

56

2.3.2.- Aparatos de alumbrado para lámparas fluorescentes -

De igual manera en el caso de las lámparas incandescentes para las lámparas tubulares también se han diseñado sistemas para lograr iluminación directa, indirecta, etc.

-

La tecnología moderna emplea materiales como:

-

1.-

Los termoplásticos (materiales duros que se ablandan al calor)

2.-

Materiales termofraguantes (materiales que quedan definitivamente endurecidos después de moldearlos en caliente).

Entre los materiales termoplásticos. Por ejemplo Perspex Plexiglas Lucita

Polímeros

Para temperatura de trabajo max = 70°C. Por lo que no son aplicables a pantallas incandescentes. -

Materiales termo fraguantes UREAFORMOLES para la construcción de rejillas.

-

Pueden ser opacos o difusores

 Aunque la luminancia de los tubos es débil en muchas aplicaciones es importante ocultar ésta en ángulos menor a 20° extensible a 40°C para ello fundamentalmente se utilizan las rejillas. -

Se hace notar que la utilización de diferentes materiales tiene diferentes absorciones. Por ejemplo Para una pantalla de un solo tubo con difusor plástico. 𝐿𝑜𝑛𝑔. = 126 𝑐𝑚 𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 = 25 𝑐𝑚 = 0 , 86 Si este mismo aparato tuviera 2,3 o 4 lámparas el disminuye. Aparato con 1 Lamp. 2 Lamp3 Lamp. 4 Lamp.

0,86 0,82 0,80 0,77

 Los diferentes tipos de construcción de estas pantallas suministra diferentes curvas fotométricas longitudinales, transversales y a 45°.

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