LA ILUMINACIONLUMINANCIA (ILUMINACIN)El concepto de iluminacin
est orientado al proyecto luminotcnico. En efecto, se puede evaluar
la cantidad de luz que emitida desde una fuente de luz, est
presente sobre una superficie. Por tanto, la iluminancia o
iluminacin es la cantidad de flujo que incide sobre una superficie
dividido por el tamao de la misma (1). As:Donde E: iluminancia en
lux (lx)N: flujo que incide sobre la superficie (lm)A: rea de la
superficie afectada por el flujo (m2).LEYES FUNDAMENTALES DE LA
LUMINOTECNIA1. LEY DE LA INVERSA DEL CUADRADO DE LA
DISTANCIAExpresa matemticamente la relacin entre la intensidad
luminosa y la iluminancia. Establece que la iluminancia en un punto
de una superficie es directamente proporcional a la intensidad
luminosa de la luz incidente sobre el punto, e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia desde la fuente. Cuando el
punto se encuentra sobre una superficie normal a la luz incidente,
la frmula a aplicar es:
Esta Ley se basa en el concepto de fuente puntual, que produce
radiacin constante en todas direcciones. Bajo tales condiciones, el
flujo contenido en un ngulo slido unitario se distribuye sobre una
superficie cada vez mayor a medida que aumenta la distancia a la
fuente). Por tanto, la iluminancia decrece inversamente con el
cuadrado de la distancia. (1)
2. LEY DEL COSENOCuando un haz luminoso incide sobre una
superficie con un determinado ngulo, cubre un rea mayor que cuando
lo hace perpendicularmente. Como consecuencia, la densidad del
flujo (lmenes por metro cuadrado) disminuye. El rea interceptada
por el haz luminoso resulta ser proporcional al coseno del ngulo
entre el plano inclinado y el normal a la radiacin. (1)
La Ley del Coseno establece que la iluminancia en una superficie
es proporcional al coseno del ngulo del haz incidente. Combinando
ambas leyes, la frmula anterior se convierte en:
3. LEY DEL COSENO CUBOSe trata de una extensin de la Ley del
Coseno, muy utilizada en clculos. Se deriva de la ecuacin anterior,
sustituyendo D por h/cos2 a la vista de la figura (1)
4. LEY DE LAMBERT Existen superficies emisoras como difusoras
que al observarlas desde distintos ngulos se tiene la misma
sensacin de claridad. A estas superficies se las denomina emisores
o difusores perfectos. Si Lo es la luminancia segn la normal y L la
luminancia segn el ngulo de observacin , se verifica que L = Lo
para cualquier ngulo .Como Lo= y L = , se cumple la ecuacin I = I
cos
Esta relacin se conoce como ley de Lambert y solo la cumplen los
emisores o difusores perfectos.Uno de los difusores ms perfectos
que se conocen es el xido de magnesio. Tambin cumple y con gran
aproximacin, la superficie de color blanco mate y los metales
fundidos. (2)
5. ILUMINACIN NORMAL, VERTICAL Y HORIZONTAL El valor de la
iluminacin normal, vertical y horizontal para un punto se determina
de la siguiente manera: Iluminacin normal: aplicando la ley de la
inversa del cuadrado de la distancia
Siendo l = intensidad luminosa bajo el ngulo . Prcticamente,
solo se considere la iluminacin normal de un punto en el caso que
este se encuentre situado en la vertical del manantial luminoso
sobre el plano horizontal, por lo que la formula anterior se
convierte en:
Y tambin cuando est situado en lnea recta con el manantial sobre
el plano vertical, siendo la iluminancia
Iluminacin horizontal: aplicando la ley del coseno
Y en relacin con la altura
Iluminacin vertical : aplicando la ley del coseno
En funcin de la altura h
TIPOS DE ILUMINACIN FORMAS DE PRODUCCION LUMINOSA
IncandescenciaLos materiales slidos y lquidos, al calentarse,
emiten radiacin visible a temperaturas superiores a 1.000 K; este
fenmeno recibe el nombre de incandescencia.Las lmparas de
filamentos se basan en este calentamiento para generar luz: una
corriente elctrica pasa a travs de un fino hilo de tungsteno, cuya
temperatura se eleva hasta alcanzar entre 2.500 y 3.200 K, en
funcin del tipo de lmpara y su aplicacin.Existe un lmite para este
mtodo, que viene descrito por la Ley de Planck para el
comportamiento de un radiador de cuerpo negro, de acuerdo con la
cual, la distribucin espectral de la energa radiada aumenta con la
temperatura. A unos 3.600 K o ms, se produce un marcado aumento en
la emisin de radiacin visible y la longitud de onda de la mxima
energa se desplaza hacia la banda visible. Es una temperatura
cercana al punto de fusin del tungsteno, que es el material
utilizado como filamento, de modo en que, en la prctica, el lmite
de la temperatura es de 2700 k, por encima del cual la evaporizacin
del filamento resulta excesiva. a. Una consecuencia de estos
desplazamientos espectrales es que una gran parte de la radiacin
desprendida no se emite en forma de luz, sino en forma de calor en
la regin de infrarrojos. Por consiguiente, las bombillas de
filamentos pueden ser dispositivos de calefaccin eficaces y se
utilizan en lmparas diseadas para secar materiales impresos,
preparar alimentos y criar animales. (3) Descarga elctrica La
descarga elctrica es una tcnica utilizada en las modernas fuentes
de luz para el comercio y la industria, debido a que la produccin
de luz es ms eficaz. Algunos tipos de lmparas combinan la descarga
elctrica con la fotoluminiscencia.Una corriente elctrica que pasa a
travs de un gas excita los atomos s y molculas para emitir radiacin
con un espectro caracterstico de los elementos presentes.
Normalmente se utilizan dos metales, sodio y mercurio, porque sus
caractersticas dan lugar a radiaciones tiles en el espectro
visible. Ninguno de estos metales emite un espectro continuo y las
lmparas de descarga tienen espectros selectivos. La reproduccin del
color nunca ser idntica a la obtenida con espectros continuos. Las
lmparas de descarga suelen dividirse en las categoras de baja o
alta presin aunque estos trminos slo son relativos, y una lmpara de
sodio de alta presin funciona a menos de una atmsfera. (3)
Luminiscencia
1. La fotoluminiscencia se produce cuando la radiacin es
absorbida por un slido y reemitida en una longitud de onda
diferente. 2. Cuando la radiacin remitida est dentro del espectro
visible, el proceso se denomina fluorescencia o fosforescencia. 3.
La electroluminiscencia se produce cuando la luz es generada por
una corriente elctrica que pasa a travs de ciertos slidos, como los
materiales fosfricos. Se utiliza en cuadros de instrumentos y
letreros luminosos, pero no ha demostrado ser una fuente de luz
prctica para la iluminacin de edificios o exteriores. 4. La
triboluminiscencia que es la accin de una corriente elctrica. 5. La
quimioluminiscencia derivada de una reaccin qumica 6. la
sonoluminiscencia por accin de ultrasonidos
LAS LMPARASLos principales parmetros que nos interesa considerar
para comparar las caractersticas de los diferentes tipos de
lmparas, a los efectos de su adecuacin a la tarea realizada, son:-
La eficiencia energtica (o rendimiento luminoso)- La vida media- La
tonalidad de la luz- El rendimiento en color- La estabilidad del
flujo luminosoLos principales tipos de lmparas empleadas
actualmente en las instalaciones de alumbrado son los siguientes:
incandescentes estndar, incandescentes halgenas, fluorescentes, de
vapor de mercurio y de vapor de sodio.(4)
Caractersticas de las lmparas incandescentesEn estas lmparas la
luz se produce en un filamento calentado hasta la incandescencia
por el paso de una corriente elctrica. (3)
Este filamento metlico, habitualmente de wolframio, se va
deteriorando con el tiempo a causa de la evaporacin producida por
las elevadas temperaturas hasta llegar a romperse (fundido de la
lmpara). Debido al mencionado efecto la vida media de estas lmparas
queda limitada a unas 1000 horas.La eficiencia energtica es
bastante pequea, entre 10 y 15 lmenes/vatio para las potencias ms
habituales. (Si toda la energa elctrica consumida se transformara
en luz visible, a 555 nanmetros, se obtendran 680 lmenes/vatio).No
obstante, estas lmparas tienen la ventaja de emitir luz en un
espectro cromtico continuo y su capacidad de reproducir los colores
es excelente; su rendimiento en color, Ra, es de 100. Por lo que
respecta a la tonalidad de la luz emitida, la temperatura de color,
Tc, es de unos 2.700 K, que corresponde a un tono de luz clido.Las
lmparas halgenas son un tipo especial de lmpara incandescente. En
estas lmparas se introduce un gas de relleno inerte junto con una
pequea cantidad de yodo, en forma de yoduro, cuyo efecto es
retardar el deterioro producido por la evaporacin del filamento.
Debido a ello, estas lmparas pueden funcionar con temperaturas de
filamento ms elevadas, lo que proporciona una tonalidad de la luz
ms blanca y una eficiencia energtica ms elevada (se pueden obtener
en torno a los 35 lmenes/vatio). Tambin la vida media de la lmpara
es mayor que en las estndar.Las lmparas incandescentes, ya sean
estndar o halgenas, son muy apropiadas para iluminar las tareas que
requieren una buena apreciacin y discriminacin de los colores.
Tambin presentan la ventaja de proporcionar un flujo de luz muy
estable, casi libre de parpadeos, y un arranque inmediato. Sin
embargo, su escasa eficiencia energtica hace que su empleo est muy
limitado y no se utilicen apenas en las instalaciones de alumbrado
para actividades permanentes o de larga duracin. (4)Caractersticas
de las lmparas fluorescentesEn este tipo de lmparas la luz se
genera en la pelcula fluorescente que recubre la pared interior del
tubo de vidrio. La fluorescencia de dicho recubrimiento se produce
al incidir en l la radiacin ultravioleta generada por la descarga
elctrica en el vapor de mercurio que est encerrado en el citado
tubo.
En estas lmparas la tonalidad de la luz emitida depende de la
composicin del material fluorescente que recubre el interior del
tubo.Las lmparas fluorescentes tienen una eficiencia energtica
mucho ms elevada que las lmparas incandescentes (unos 80
lmenes/vatio) y su vida media tambin es bastante mayor (en torno a
las 8.000 horas).La capacidad de reproduccin cromtica no es tan
grande como en las incandescentes, su rendimiento en color, Ra,
suele estar comprendido entre 70 y 90, segn el modelo de lmpara,
que suele ser suficiente para la mayora de las aplicaciones. Hay
que tener en cuenta que la luz emitida por estas lmparas es una
combinacin de espectro cromtico continuo y un espectro cromtico
discontinuo. (4)El flujo de luz emitido por las lmparas
fluorescentes (como en todas las lmparas de descarga alimentadas
con corriente alterna) flucta con una frecuencia igual al doble de
la frecuencia de a red elctrica, que es de 50 Hz en Europa. Esto
puede dar lugar a parpadeos y efectos estroboscpicos que deben ser
atenuados mediante el empleo de montajes compensados o con
dispositivos electrnicos auxiliares que convierten la corriente
elctrica de 50 Hz en otra de varios miles de Hz. Mediante el empleo
de lmparas fluorescentes se pueden disear con facilidad sistemas de
iluminacin homogneos y con niveles de brillo moderados, que
producen poco deslumbramiento.
Caractersticas de las lmparas de vapor de mercurioEstas lmparas
estn constituidas por un pequeo tubo de vidrio de cuarzo dentro del
cual se produce una descarga elctrica en vapor de mercurio con alta
presin. Este tubo de cuarzo se coloca en el interior de una ampolla
de vidrio de dimensiones bastante mayores. La descarga se inicia
mediante un circuito elctrico auxiliar que posibilita la formacin
de la descarga normal de trabajo y la emisin de un flujo importante
de luz visible. Esta es la razn por la cual, dichas lmparas, una
vez conectadas, necesiten un cierto tiempo hasta lograr el rgimen
normal de funcionamiento. (3)
La eficiencia energtica de las lmparas de mercurio y su vida
media son similares a las de las lmparas fluorescentes, pero se
pueden fabricar para potencias ms elevadas.La luz emitida presenta
un espectro cromtico discontinuo que se traduce en una capacidad
limitada para reproducir los colores con el fin de mejorar el
rendimiento en color se recubre la ampolla exterior de vidrio con
una capa de polvo corrector. En otro tipo de lmparas la ampolla de
vidrio contiene un filamento incandescente conectado al tubo de
descarga. Estas lmparas, denominadas de luz mezcla, tambin
proporcionan un mayor rendimiento en color.
Caractersticas de las lmparas de vapor de sodioA grandes rasgos,
el funcionamiento de las lmparas de vapor de sodio es similar al de
las de mercurio, con la diferencia de que en este caso la descarga
se produce en el seno del vapor de sodio contenido en una ampolla
de vidrio especial resistente al ataque qumico de este elemento.
Dentro de esta clase de lmparas hay que distinguir dos tipos con
caractersticas diferentes: las de sodio de baja presin y las de
sodio de alta presin. (4)
Las lmparas de sodio de baja presin tienen la mayor eficiencia
de todas las lmparas conocidas (hasta 200 lmenes/vatio) pero, a
cambio, emiten solamente luz monocromtica, es decir, no permiten
distinguir los colores. La aplicacin de estas lmparas se limita a
las actividades donde es necesario iluminar grandes espacios pero
no se requiere la apreciacin de los colores. Su vida media es de
unas 7.000 horas.Por lo que se refiere al otro tipo de lmparas, las
de sodio de alta presin, su eficiencia energtica no es tan elevada
como en las de baja presin (unos 100 lmenes/vatio), pero a cambio
el espectro cromtico emitido permite una cierta distincin, aunque
limitada, de los colores. Se emplean principalmente en alumbrado de
exteriores: reas industriales, alumbrado pblico, etc. (3)
DISTRIBUCIN ESPACIAL DEL FLUJO LUMINOSOCuando se considera la
distribucin espacial del flujo luminoso proporcionado por las
luminarias, la iluminacin puede ser: directa, semi-directa,
uniforme, semi-indirecta e indirecta. (4)Iluminacin directaCon este
tipo de iluminacin todo el flujo luminoso se dirige directamente a
la zona que se desea iluminar. En la prctica no se suele obtener
una iluminacin totalmente directa, dado que casi siempre existe una
componente indirecta procedente de la reflexin de la luz en las
paredes y techo de la sala. La iluminacin directa se suele utilizar
cuando se requieren altos niveles de iluminacin en la zona de
trabajo; por ejemplo, con iluminacin localizada. Este sistema
resulta econmico pero produce sombras duras y aumenta el riesgo de
deslumbramiento. Por otra parte, el sistema de iluminacin directa
presenta el inconveniente de dejar en sombra los techos y las
paredes del local pudiendo originar grandes desequilibrios de
luminancia. (4)Iluminacin semi-directaEn este caso la mayor parte
del flujo luminoso se dirige hacia la zona que se desea iluminar
pero una pequea parte se enva hacia el techo o las paredes con el
fin de obtener una cierta componente de iluminacin indirecta.Con
este sistema las sombras no son tan duras como en el caso de la
iluminacin directa y se reduce el riesgo de deslumbramiento y el
desequilibrio de luminancias entre la zona de trabajo con respecto
al techo y las paredes.Un sistema de iluminacin directa puede
transformarse en un sistema de iluminacin semi-directa aadiendo a
las luminarias una placa o pantalla difusora de vidrio o plstico.El
sistema de iluminacin semi-directa es muy utilizado en locales de
oficina y de talleres en general. (4)Iluminacin uniformeCon este
sistema de iluminacin el flujo luminoso se distribuye en todas las
direcciones de manera que un parte de l llega directamente a la
tarea mientras el resto se refleja en el techo y las paredes.La
combinacin de luz directa e indirecta que se obtiene produce
sombras muy suaves. En general el efecto producido por este sistema
de iluminacin es agradable, dado que proporciona una distribucin
armoniosa de luminancias en todo el campo visual. Este tipo de
iluminacin tambin est indicado para locales de oficina y otras
actividades diversas. (4)Iluminacin semi-indirectaEn este caso slo
una pequea parte del flujo luminoso se dirige directamente hacia
abajo, en tanto que la mayor parte del mismo sufre varias
reflexiones en el techo y las paredes antes de iluminar cualquier
zona.Con este sistema se obtiene una buena calidad de iluminacin,
con sombras muy suaves y prcticamente sin riesgo de
deslumbramiento. No obstante, el rendimiento obtenido es bajo
porque una parte importante del flujo luminoso es absorbido por el
techo y las paredes. Esto obliga a que dichas superficies se
recubran con pinturas muy claras, que reflejen bien la luz.En las
actividades que requieran una buena percepcin de la textura y del
relieve de los objetos no es recomendable este tipo de iluminacin
debido a la ausencia casi total de sombras, necesarias para
favorecer la percepcin de los objetos en sus tres dimensiones.
(4)Iluminacin indirectaEn este tipo de iluminacin todo el flujo
luminoso se dirige hacia el techo, quedando las luminarias
totalmente ocultas. El observador no ve ningn objeto luminoso,
nicamente aprecia las reas iluminadas. Las sombras desaparecen casi
por completo y tambin todo riesgo de deslumbramiento.Esta forma de
iluminacin es la que presenta una menor eficiencia energtica; su
utilizacin suele quedar reservada a los lugares donde no se
requieran niveles relevantes de iluminacin pero sea importante
conseguir un ambiente relajante y agradable.(4)
Bibliografa (1) ULPGC : Departamento de Ingeniera Elctrica A J.
Romero A C. Quintana(2) Manual de luminotecnia J.A. Taboada(3)
BIBLIOGRAFIA ENCICLOPEDIA DE SALUD Y TRABAJO- Juan Guasch Farrs (4)
Mara Peahora Garca Sanz -Centro Nacional de Nuevas
Tecnologas.Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el
Trabajo.