Amplitudes asociadas a la iluminación
Iluminación: Conceptos básicos
Contenido
La luz visible es una forma de radiación electromagnética, junto con el ultravioleta, el infrarrojo, las ondas de radio y las microondas, entre otros. A diferencia de estas otras formas de radiación, la luz visible es aquella que nuestros ojos son capaces de detectar y procesar. El espectro visible comprende un rango de longitudes de onda de aproximadamente 380 a 780 nanómetros (nm), lo que se corresponde con los colores del arco iris: violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo. La luz visible es esencial para la vida en la Tierra ya que permite la fotosíntesis y la visión.
Flujo luminoso (Φ) - Lumen (lm)
El flujo luminoso se refiere a la cantidad total de luz que una fuente de luz emite en todas las direcciones durante una unidad de tiempo. Este parámetro se mide en lúmenes (lm) en el sistema internacional de unidades, y su símbolo es Φ (phi). En esencia, el flujo luminoso representa la salida total de luz de una lámpara o fuente de iluminación, lo que nos permite cuantificar la cantidad de luz producida por una fuente de manera efectiva.
Donde,
- Φ = Flujo luminoso (lm)
- ω = Ángulo sólido (estereorradianes, sr)
- I = Intensidad luminosa (cd)
Fórmula de la eficiencia del motor
Flujo luminoso ϕ (lm)
ANIMACION
Flujo luminoso
Este flujo luminoso es un parámetro fundamental para seleccionar fuentes de luz según las necesidades de un espacio. Permite comparar diferentes tecnologías de iluminación y determinar cuánta luz total necesitaremos para un proyecto. Los valores típicos de flujo luminoso varían considerablemente según la tecnología:
Al reemplazar luminarias antiguas, es recomendable mantener o mejorar el flujo luminoso total para no disminuir los niveles de iluminación del espacio.
Ejemplo práctico
EJEMPLOS
EJEMPLO 1
Una lámpara LED tiene una intensidad luminosa de 120 candelas distribuida uniformemente en un ángulo sólido de 2π estereorradianes. Calcular el flujo luminoso.. En base a esto, obtenemos:
Φ = ω × I = 2π sr × 120 cd = 2 × 3,1416 × 120 = 754 lúmenes
EJEMPLO 2
Una bombilla incandescente consume 60W de potencia eléctrica y tiene una eficacia luminosa de 15 lm/W. Calcular su flujo luminoso. Por lo tanto, tenemos::
Φ = Potencia × Eficacia = 60W × 15 lm/W = 900 lúmenes
Intensidad luminosa (I) - Candela (cd)
La intensidad luminosa es la cantidad de luz emitida por una fuente en una dirección específica durante una unidad de tiempo. Su unidad es la candela (cd) y su símbolo es I. La intensidad luminosa es una medida de la cantidad de luz emitida por una fuente en una dirección específica y puede variar dependiendo de la dirección en la que se mide.
Donde,
- I = Intensidad luminosa (cd)
- Φ = Flujo luminoso (lm)
- ω = Ángulo sólido (sr)
Fórmula del intensidad luminosa
Intensidad luminosa
Esta intensidad luminosa es variable según la tipología de las fuentes de luz y luminarias. Por ello, los fabricantes a través de laboratorios establecen medidas en las que se aporta el sólido fotométrico que es una representación gráfica tridimensional de la distribución de la intensidad luminosa emitida por una fuente de luz o una luminaria. Se utiliza para describir cómo la luz se distribuye en diferentes direcciones y a diferentes ángulos.
El sólido fotométrico se usa para evaluar el rendimiento de una fuente de luz o una luminaria en términos de flujo luminoso, eficacia luminosa, uniformidad y otros parámetros.
Es una herramienta comúnmente utilizada en el diseño de iluminación para evaluar cómo la luz se distribuirá en un espacio dado y cómo afectará a las personas y a los objetos en ese espacio.
EJEMPLOS
Ejemplo práctico
EJEMPLO 1
Una luminaria emite un flujo luminoso de 1500 lúmenes uniformemente distribuido en un ángulo sólido de 1,5 estereorradianes. Calcular la intensidad luminosa.
I = Φ / ω = 1500 lm / 1,5 sr = 1000 candelas
EJEMPLO 2
Un proyector de luz emite un flujo luminoso de 2400 lúmenes en un cono con un ángulo sólido de 0,8 estereorradianes. ¿Cuál es su intensidad luminosa?
I = Φ / ω = 2400 lm / 0,8 sr = 3000 candelas
Eficacia o rendimiento luminoso (η) - Lumen por vatio (lm/W)
El rendimiento luminoso es una medida de eficiencia que se utiliza para evaluar el desempeño de una fuente de luz o dispositivo iluminante. Se calcula dividiendo el flujo luminoso total emitido por la fuente o dispositivo (medido en lúmenes) entre la potencia eléctrica consumida (medida en vatios). La unidad de medida del rendimiento luminoso es el lumen por vatio (lm/W).
Eficacia luminosa
Donde,
- η = Eficacia luminosa (lm/W)
- Φ = Flujo luminoso (lm)
- P = Potencia eléctrica consumida (W)
Fórmula de la eficacia o rendimiento luminoso
Un alto rendimiento luminoso significa que la fuente de luz o dispositivo iluminante es capaz de producir una gran cantidad de luz con una cantidad relativamente pequeña de energía. Esto tiene implicaciones importantes en términos de ahorro de energía y reducción de costos, ya que las fuentes de luz y dispositivos iluminantes con un rendimiento luminoso alto son más eficientes y requieren menos energía para operar. Además, el rendimiento luminoso también se utiliza para evaluar la calidad de la luz producida por una fuente o dispositivo, ya que las fuentes de luz con un rendimiento luminoso alto suelen producir una luz más brillante y de mejor calidad.
La eficacia luminosa se ha convertido en un criterio esencial para la selección de luminarias debido a las normativas de eficiencia energética y consideraciones ambientales. En muchos países, se han establecido valores mínimos obligatorios para diferentes tipos de luminarias:
- Las bombillas incandescentes (10-15 lm/W) han sido progresivamente prohibidas en muchos países debido a su baja eficacia
- Las tecnologías más recientes de LED pueden alcanzar hasta 200 lm/W en condiciones óptimas
- En aplicaciones profesionales, se recomienda no utilizar fuentes con menos de 80 lm/W
- Para certificaciones de edificios sostenibles (LEED, BREEAM), se suelen requerir luminarias con eficacias superiores a 100 lm/W
- El rendimiento luminoso debe considerarse junto con otros factores como reproducción cromática y temperatura de color
Es importante destacar que la eficacia luminosa teórica máxima para la luz blanca está alrededor de 250-300 lm/W, lo que establece un límite físico a las mejoras tecnológicas futuras.
EJEMPLOS
Ejemplo práctico
EJEMPLO 1
Una lámpara LED produce un flujo luminoso de 1200 lúmenes y consume 12 vatios. Calcular su eficacia luminosa.
η = Φ / P = 1200 lm / 12 W = 100 lm/W
EJEMPLO 2
Comparar la eficiencia energética de dos luminarias: una fluorescente que consume 25W y produce 1750 lúmenes y una LED que consume 18W y produce 1800 lúmenes.
1- Eficacia luminosa fluorescente: η = 1750 lm / 25 W = 70 lm/W
2- Eficacia luminosa LED: η = 1800 lm / 18 W = 100 lm/W
3- La luminaria LED es más eficiente con 100 lm/W frente a 70 lm/W de la fluorescente.
2- Eficacia luminosa LED: η = 1800 lm / 18 W = 100 lm/W
3- La luminaria LED es más eficiente con 100 lm/W frente a 70 lm/W de la fluorescente.
Iluminancia (E) - Lux (lx)
La iluminancia es la cantidad de flujo luminoso que incide sobre una superficie por unidad de área. En otras palabras, es la densidad de luz que llega a una superficie. Se mide en lux (lx), donde 1 lux = 1 lumen/m². Su símbolo es E.
Donde,
- E = Iluminancia (lx)
- Φ = Flujo luminoso (lm)
- A = Área de la superficie (m²)
Fórmula de la iluminancia
ANIMACION
Iluminancia
La iluminancia es un factor crítico en el diseño de iluminación, ya que determina cuánta luz está disponible para ver objetos y superficies. Los niveles de iluminancia recomendados varían según la actividad y el espacio:
- Pasillos y zonas de circulación: 100-150 lux
- Oficinas generales: 300-500 lux
- Trabajo de precisión: 500-1000 lux
- Inspección detallada: 1000-1500 lux
- Quirófanos: 1000-2000 lux
EJEMPLOS
Ejemplo práctico
EJEMPLO 1
Una lámpara emite un flujo luminoso de 3600 lúmenes que ilumina uniformemente una superficie de 20 m². Calcular la iluminancia.
E = Φ / A = 3600 lm / 20 m² = 180 lux
EJEMPLO 2
Una luminaria con intensidad luminosa de 700 candelas está instalada a 2.5 metros de altura sobre una mesa de trabajo. Calcular la iluminancia en un punto directamente debajo de la luminaria.
E = I / d² = 700 cd / (2.5 m)² = 700 / 6.25 = 112 lux
Luminancia (L) - Candela por metro cuadrado (cd/m²)
La luminancia es la intensidad luminosa emitida o reflejada por unidad de superficie en una dirección dada. Es lo que percibimos como brillo de una superficie. Se mide en candelas por metro cuadrado (cd/m²) o nits, y su símbolo es L.
Donde,
- L = Luminancia (cd/m²)
- I = Intensidad luminosa (cd)
- A = Área proyectada de la superficie (m²)
- θ = Ángulo entre la normal a la superficie y la dirección considerada
Fórmula de la luminancia
ANIMACION
Luminancia
Para superficies perfectamente difusoras (lambertianas), la luminancia puede calcularse como:
Fórmula de la luminancia (superficies difusoras)
Donde,
- E = Iluminancia sobre la superficie (lux)
- ρ = Coeficiente de reflexión de la superficie (adimensional, entre 0 y 1)
La luminancia es particularmente importante para el confort visual y la prevención del deslumbramiento. El control adecuado de la luminancia en un espacio contribuye significativamente a la ergonomía visual:
- Para trabajo con ordenadores, se recomienda que la relación entre la luminancia de la pantalla y su entorno inmediato no supere 3:1
- En espacios de trabajo, la relación entre las áreas de mayor y menor luminancia no debería exceder 10:1
- Los materiales muy reflectantes (metal pulido, vidrio) pueden producir luminancias de hasta 10,000 cd/m² en condiciones de luz solar directa
- Las normas de seguridad vial establecen valores mínimos de luminancia para señales reflectantes: 50-200 cd/m²
- En pantallas profesionales para edición de color se requieren luminancias calibradas de aproximadamente 120 cd/m²
- Las pantallas HDR modernas pueden alcanzar picos de luminancia de hasta 4,000 cd/m² para mejorar el contraste visual
El deslumbramiento incómodo suele comenzar a producirse cuando hay fuentes de luz con luminancias superiores a 1,500 cd/m² en el campo visual directo.
Ejemplo práctico
EJEMPLOS
EJEMPLO 1
Una pared blanca con coeficiente de reflexión de 0,8 recibe una iluminancia de 250 lux. Calcular su luminancia suponiendo que es una superficie lambertiana.
L = E × ρ / π = 250 lx × 0,8 / 3,1416 = 63,7 cd/m²
EJEMPLO 2
Una señal luminosa circular de 0,5 m² de área emite con una intensidad luminosa de 2000 candelas en dirección perpendicular a su superficie. Calcular su luminancia.
L = I / (A × cos(0°)) = 2000 cd / (0,5 m² × 1) = 4000 cd/m²
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