ILUMEC LTDA. Fundamentos sobre la Luz y la Iluminación

Transcripción

1 Fundamentos sobre la Luz y la Iluminación

2 Contenido Prólogo Primera parte: luz 1. Qué es la luz 2. Comportamientos de la luz 3. Colores de la luz 4. Fuentes de luz 5. Fotometrías Segunda parte: iluminación 1. Visión 2. Calidad de la iluminación 3. Sistemas de iluminación 4. Luminarias 5. La luminación y el medio ambiente 2

3 Prologo Que entendemos como una buena iluminación? La iluminación juega un papel muy importante en nuestra vida diaria. En una oficina, una fábrica o en una bodega, una buena iluminación ayuda a sus empleados a tener un mejor desempeño, mayor eficiencia, comodidad y seguridad. En boutiques y galerías crea ambientes atractivos y dinámicos, mientras que en edificaciones históricas y monumentos públicos acentúa su arquitectura. En nuestros hogares, no solo nos ayuda en las tareas diarias, sino que crea atmósferas cálidas y agradables para quienes habitan en ellos. Que se espera lograr a través de una buena iluminación es una pregunta que los diseñadores en iluminación se hacen mientras se ocupan de planos e instalaciones. Requerimientos básicos como los niveles de iluminación, constrastes, distribución de la luz, temperatura de color, reproducción de los colores, etc., deben ser considerados para cada situación en general y para cada una de las actividades que se desarrollaran en cada lugar en particular. Sin embargo, una correcta iluminación trasciende más alla de la eficiencia y la funcionalidad. Debe hacer los ambientes con los cuales interactuamos agradables, es decir, cálidos o frios, dinámicos o tranquilos, felices o solemnes, o de cualquier otro carácter. Ultimamente se le atribuye aún más valor a la influencia emocional de la iluminación como un factor determinante en la creación de atmósferas que afectan positivamente los ánimos, el bienestar y la salud de las personas. Lamentablemente, en muchas oportunidades la iluminación es uno de los últimos aspectos a tener en cuenta al presupuestar un proyecto. En muchos casos vemos que alternativas de bajo valor agregado son seleccionadas para evitar que los gastos excedan los límites finacieros. Su resultado no siempre es el adecuado: niveles de iluminación por debajo de los estandares optimos, un decrecimiento de la productividad y estado de ánimo de sus empleados, mayor número de errores y fallas en sus trabajos o lo que podría ser peor, un incremento en los indices de accidentalidad. Una apropiada inversión en el diseño de la iluminación de un proyecto, generalmente se paga a sí misma. Como? A través de bajos costos de mantenimiento a lo largo de su vida útil, bajos consumos energéticos, incrementos en la productividad de sus empleados, mayores ventas gracias a exhibiciones más atractivas y llamativas, etc. Claramente, una buena iluminación no surge de manera independiente. Requiere del balance de múltiples factores determinantes y circunstancias propias de cada proyecto. Sin embargo, independientemente de ser un proyecto nuevo o una remodelación, esta debe ser planeada debidamente para obtener los mejores resultados. En los casos que amerite es recomendable buscar la cooperación de expertos en el diseño de iluminación. Una buena iluminación es una ciencia y a la vez un arte que combina conocimientos en física, ingeniería, fisiología y psicología. A través del siguiente folleto resumimos los aspectos y fundamentos más importantes relacionados con la luz y la iluminación. Siendo así, intentaremos describirle lo que una correcta iluminación es, sabiendo que sólo a través de la experiencia y de la observación directa podrán comprobarlo. Por esto, definimos este documento como un simple abre bocas acerca de lo que el mundo de la iluminación encierra y esperamos provocar en ustedes un mayor interes en tan fascinante tema. 3

4 La Luz 1. Qué es la Luz La luz es una forma de energía que se manifiesta por sí sola como radiación electromagnética. Este tipo de energía se encuentra estrechamente relacionada con otras formas de radiación electromagnética, tales como las ondas de radio, las ondas radar, las microondas, la radiación infrarroja, la radiación ultravioleta, los rayos X, los rayos gama, los rayos cósmicos, etc. La única diferencia entre las diversas formas de radiación está dada en su longitud de onda. La radiación con una longitud de onda entre Rayos X y 780 nanómetros conforma la parte Rayos gama visible del espectro electromagnético, y por lo tanto, se denomina luz. El ojo interpreta Rayos cósmicos las diferentes longitudes de onda entre este El arco iris revela los colores que conforman la luz del día rango de colores moviéndose desde el rojo, 400 pasando por el naranja, el verde, el azul hasta Metros (m) Nanómetros (nm) el violeta, a medida que la longitud de onda disminuye. Anterior al rojo se encuentra la La naturaleza de la luz radiación infrarroja, la cual es invisible para Describir la luz como una onda electromagnética es tan solo una manera de ver la radiación y explicar el ojo humano pero se percibe como calor. algunas de sus propiedades, tales como la reflexión y Las longitudes de onda que van mas allá del la refracción. Sin embargo, otras propiedades pueden violeta, fin del espectro visible, corresponden ser explicadas recurriendo a la teoría cuántica. Esta describe la luz en términos de paquetes indivisibles de a radiación ultravioleta la cual también es energía, conocidos como fotones, que se comportan invisible para el ojo humano, sin embargo la como partículas. La teoría quántica explica propiedades El radio-telescopio percibe ondas exposición a ésta puede causar daños a los tales como el efecto fotoeléctrico. electromagnéticas con longitudes de onda ojos y a la piel (como sucede al exponernos entre 3cm y 6cm. 4 El espectro electromagnético Radio AM Radio FM Televisión Radar Micro-ondas Radiación infrarroja Radiación ultravioleta 2. Comportamiento de la luz Reflexión Cada vez que la luz choca contra una superficie, existen tres posibilidades: la luz se refleja, es absorbida o es transmitida. A menudo una combinación de dos o tres efectos puede ocurrir. La cantidad de luz que se refleja depende del tipo de superficie, el ángulo de incidencia y de la composición espectral de la luz. El rango de reflexión puede variar desde un porcentaje muy pequeño, por ejemplo en superficies muy oscuras como el terciopelo negro, o hasta un 90% en superficies muy brillantes como paredes con pintura blanca. La forma en que la luz se refleja también depende de que tan lisa es la superficie. Las superficies ásperas dispersan la luz en varias direcciones al reflejarla. Por el contrario, las superficies lisas como la superficie del agua cuando no está en movimiento o el vidrio, reflejan la luz de manera nitida, logrando que la superficie actúe como un espejo. Cuando un rayo de luz choca contra una superficie reflectiva con cierto ángulo con respecto a la perpendicular, éste será reflejado con el mismo ángulo al otro lado con respecto a la perpendicular. Esta es sin la debida protección a los rayos del sol). La luz blanca es una mezcla de longitudes de onda visibles, como se demuestra por ejemplo en un prisma, el cual divide la luz blanca en los colores que la constituyen α i α r α r α i Ángulo de incidencia = ángulo de reflexión. Radiación visible la conocida ley de reflexión, que está dada por: Ángulo de incidencia = ángulo de reflexión el mismo ángulo al otro lado con respecto a la perpendicular. Esta es la conocida ley de reflexión, que está dada por: Ángulo de incidencia = ángulo de reflexión Las superficies reflectivas son muy buenas para dirigir los rayos de luz hacia donde queremos. Los espejos reflectores curvos son comúnmente utilizados para enfocar la luz, dispersarla ó para crear rayos paralelos o divergentes y todos están gobernados por la ley de la reflexión. Ángulo de incidencia = ángulo de reflexión

5 Absorción Cuando la superficie de un material no es totalmente reflectiva o no es un buen transmisor, gran parte de la luz es absorbida. Ésta desaparece transformándose en calor. El porcentaje de luz absorbida por una superficie depende tanto del ángulo de incidencia como de la longitud de onda. La absorción de la luz hace que un objeto sea oscuro a la longitud de onda de la radiación que lo esta golpeando. La madera es opaca a la luz visible. Algunos materiales son opacos a algunas frecuencias de luz y transparentes a otras. Por ejemplo, el vidrio es opaco para la radiación ultravioleta que está por debajo de ciertas longitudes de onda, pero es transparente para la luz visible. Transmisión Los materiales transparentes transmiten algo de la luz que choca contra su superficie y el porcentaje de luz que es transmitida se conoce como su transmitancia. Los materiales con alta transmitancia tales como el agua y el vidrio transmiten casi toda la luz que no es reflejada. Los materiales con baja transmitancia, como el papel, transmiten solo un pequeño porcentaje de la luz. Refracción Si un rayo de luz pasa de un medio a otro con una densidad óptica diferente, el rayo se dividirá. Este comportamiento se llama refracción, y es causado por el cambio en la velocidad de la luz al pasar entre dos medios transparentes que tienen diferentes densidades ópticas. 3. Color El color es la forma a través de la cual distinguimos las diferentes longitudes de onda que componen la luz. Explicar el significado del color puede ser algo complicado, debido a que involucra las características espectrales de la luz, la reflectancia espectral de la superficie iluminada y la percepción del observador. El color de la luz depende de la composición espectral de la luz que es emitida por su fuente. Por otra parte, el color aparente de una superficie reflejada está determinado por dos características: la composición espectral de la luz de la fuente con la cual esta siendo iluminada y de sus características de reflectancia espectral. Una superficie colorida tiene color debido a que refleja las longitudes de onda de manera selectiva. La reflectancia espectral de la pintura roja, por ejemplo, muestra que refleja un alto porcentaje de la longitud de onda de color rojo y muy pocas o ninguna de las encontradas en el límite del color azul del espectro. En cambio, un objeto pintado de rojo sólo puede distinguirse como rojo si la luz que cae sobre él contiene suficiente radiación roja, para que éste pueda ser reflejado. El objeto se percibirá oscuro cuando es iluminado con una fuente de luz que no contiene suficiente radiación roja. Combinando luz de diferentes colores Cuando se combinan rayos de luz de diferentes colores, siempre se obtienen colores más brillantes que los colores individuales y si se realiza Interferencia la combinación correcta de colores en las intensidades correctas, el La naturaleza de la onda de luz lleva a la interesante propiedad de la resultado será luz blanca. Esto es conocido como combinación aditiva interferencia. Un claro ejemplo de ésta propiedad es cuando se observa de colores. una delgada pelicula de aceite flotando en la superficie de una piscina. A veces el aceite muestra un arco iris o gamas de colores, aún cuando Los tres colores básicos de la luz son rojo, verde y azul-violeta. Estos es iluminado por una luz blanca. En realidad lo que ocurre es que las son llamados colores primarios y la combinación aditiva de estos diferentes partes de la película de aceite causan diferentes longitudes colores producirá luz de otros colores, incluyendo el blanco. Algunos de onda que interfieren produciendo otras longitudes (equivalente a los ejemplos: colores). Diversos colores son generados, dependiendo del grosor de la capa donde ocurre la interferencia. Ejemplos similares de interferencia Rojo+Verde=Amarillo se encuentran cuando se observan burbujas de jabón o la superficie de Rojo+Azul/Violeta=Magenta (Rojo Violeta) un CD. Verde+Azul/Violeta=Cian (Azul Celeste) Rojo+verde+Azul/Violeta=Blanco Los colores amarillo, magenta y cian son llamados secundarios o colores complementarios ya que se obtienen por medio de combinaciones de los colores primarios. Un televisor a color es un ejemplo de la combinación aditiva de colores, donde la luz roja, verde y azul / violeta es emitida por los fósforos combinados en la pantalla del televisor para producir todos los colores visibles y el blanco. Los colores de la cola del pavo real son causados por interferencia de la luz y no por los pigmentos de sus plumas. Combinación sustractiva de colores La combinación sustractiva de colores ocurre por ejemplo cuando se mezclan pinturas de colores en una paleta. El color resultante siempre es más oscuro que los colores originales y si los colores correctos son mezclados en las proporciones correctas, el resultado será negro. 5

6 La combinación sustractiva de colores de cualquier luz de color primario siempre producirá el negro, pero la combinación sustractiva de colores de luz de color secundario puede producir todos los demás colores visibles. Algunos ejemplos: Amarillo + Magenta = Rojo Amarillo + Cian = Verde Magenta + Cian = Azul / Violeta Amarillo + Magenta + Cian = Negro Un ejemplo de combinación sustractiva de colores es la impresión a color, la cual utiliza los colores secundarios amarillo, magenta y cian (más el negro) para producir todo el rango de colores en la impresión. Las impresoras se refieren al magenta, amarillo y cian como los colores primarios. Reproducción del color Aunque las fuentes de luz pueden tener la misma apariencia de color, esto no significa necesariamente que las superficies se verán de la misma manera bajo ellas. Dos luces que aparentan ser del mismo blanco, pueden ser el resultado de diferentes combinaciones de longitudes de onda. Además una superficie puede no reflejar las longitudes de onda que la constituyen en la misma extensión. La apariencia de su color cambiará cuando es expuesta ante una u otra luz. Un pedazo de tela roja se verá del verdadero rojo cuando es iluminada por luz blanca producida por un espectro continuo, pero en una luz que se ve igualmente blanca, resultado de la mezcla de luz amarilla y azul, la tela se verá de un color café grisáceo. Debido a la ausencia de longitudes de onda rojas, la tela no puede reflejar su color rojo, el cual no es percibido por el ojo humano. Diagrama cromático de la CIE y 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0, K 4.000K 5.000K 2.000K K 7.000K K K , ,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Una representación gráfica del rango de luz de colores visibles para el ojo humano está dada por el diagrama cromático de la CIE. Los colores saturados rojo, verde y violeta están localizados en las esquinas del triángulo con un espectro intermedio de colores a través de la pendiente de los lados y el magenta está en la parte inferior. Dirigiéndose hacia la parte interior, los colores se tornan más claros y diluidos al mismo tiempo. El centro del triangulo donde todos los colores se encuentran es blanco. Los valores del color son dibujados de manera numérica entre los ejes X y Y. Por lo tanto, cada color de la luz puede ser definido por sus valores X y Y, los cuales son llamados coordenadas cromáticas o puntos de color. En el triángulo también está contenida la localización del llamado Cuerpo-negro, representado por una línea curva (ver la sección de la temperatura del color). Ésta indica los puntos de color de la radiación emitida por los radiadores de cuerpo negro a diferentes temperaturas (K). Por ejemplo, el punto de color a 1000 K se iguala a la luz roja de 610 nm. 0.1 k Estas dos figuras ilustran los principios de la reproducción del color. En la figura superior se tiene una fuente que emite luz con todos los colores (espectro continuo), la cual ilumina un caballo de juguete. La luz reflejada desde el juguete es reflejada hacia el ojo del observador formando una imagen en su cerebro, como se representa en la esquina superior derecha. En la figura inferior, la luz que cae sobre el caballo de juguete no tiene radiación roja. Esto significa que ninguna luz va a ser reflejada de las partes rojas del juguete y estas partes parecerán ser oscuras para el observador. Las dos figuras indican que el espectro de la fuente de luz juega un papel importante en la forma en la que percibimos los colores de los objetos. La reproducción del color es un aspecto importante en la iluminación artificial. En algunas situaciones los colores deben ser representados lo más naturalmente posible similar a las condiciones de la luz natural. En otros casos la iluminación debe resaltar colores individuales ó generar un ambiente en especial. Sin embargo, hay varias situaciones donde la fidelidad de la reproducción de los colores no es lo más importante, sino el nivel de iluminación y su eficacia. La reproducción del color es un aspecto importante al seleccionar una fuente de luz para aplicaciones en iluminación. 6

7 Metamerism El metamerismo es la propiedad que se observa en algunas superficies de color donde éste cambia su apariencia bajo diferentes fuentes de luz. Esto es el resultado de las diferencias en la interacción entre las propiedades reflectivas de las tinturas y la composición espectral de la luz. Un fabricante de pinturas, por ejemplo, puede mezclar un tono de café de cierta manera; otro fabricante intentando igualarla llega a lo que parece ser el mismo color utilizando una fórmula distinta. Estas dos pinturas, aunque aparentemente son del mismo color bajo una fuente de luz, se verán de color diferente bajo otra fuente debido a la composición espectral de la otra luz utilizada. El metamerismo puede ser minimizado utilizando pintura o tintura del mismo fabricante. Varios fabricantes también limitan el número de colorantes utilizados al formular colores para reducir la posibilidad de que haya metamerismo. 1. Ambiente: el blanco-cálido crea un ambiente acogedor; el blanco neutro y frío crean ambientes de trabajo. 2. Clima: los habitantes de regiones geográficas más frías, por lo general prefieren una luz más cálida, mientras que los habitantes de regiones tropicales prefieren, por lo general, una luz más fría. 3. Nivel de iluminación necesario: intuitivamente, se toma la luz natural como punto de referencia. Una luz blanca cálida representa la luz al final del día, en un nivel de iluminación más bajo. Esto significa que en iluminación interior, bajos niveles de iluminación deben ser logrados con luz blanca cálida. Cuando se necesita un nivel de iluminación muy alto, este debe ser realizado con una luz blanca neutral o fría. 4. Esquema de color en interiores: los colores como el rojo y el naranja se muestran más naturales si son iluminados con una luz color blanco cálido, en cambio los colores fríos, como el azul y el verde, se ven algo mas saturados bajo una luz color blanco frío. Incandescentes/ Halógenas Sodio de Baja Presión Halogenuros Metálicos Para clasificar las fuentes de luz en sus propiedades de reproducción del color, se introduce un índice de reproducción cromática (CRI ó también denominado Ra). La escala Ra varía dentro del rango de valores La siguiente tabla muestra el significado de los valores Ra: Ra entre 90 y 100. Se caracteriza por una excelente reproducción cromática. Ra entre 80 y 90. Se caracteriza por una buena reproducción Luz natural al atardecer, aproximadamente 2000K. cromática. Ra entre 60 y 80. Se caracteriza por una reproducción cromática regular. Ra de 60 o menos. Se caracteriza por una reproducción cromática pobre. Temperatura del color Aunque la luz blanca es una mezcla de colores, no todos los blancos son los mismos ya que dependen de los diferentes colores que la conforman. Un blanco con una mayor proporción de rojo parecerá más cálido y un blanco con una mayor proporción de azul parecerá mas frío. Para clasificar los diferentes tipos de luz blanca se aplica el concepto de la temperatura del color, el cual se describe como la impresión de color de un perfecto radiador de cuerpo negro a ciertas temperaturas. Este concepto se puede explicar mejor con la ayuda de algunos radiadores térmicos familiares, como el filamento de una lámpara incandescente ó una barra de hierro. Cuando estos materiales se calientan a una temperatura de 1000 K la apariencia de su color será roja, entre K se verá de un color amarillo, a 4000 K se verá de un color blanco neutro y entre 5000 y 7000 K se verá de un color blanco frío. En otras palabras: entre mayor sea la temperatura del color, la luz blanca parecerá mas fría o azulada. La temperatura del color es un aspecto importante en aplicaciones de iluminación - la decisión de la temperatura del color se determina según los siguientes factores: Luz natural a medio día, aproximadamente 6000K. Ejemplos de diferentes temperaturas del color Tipo de luz Temperatura de color (K) Fuego de una Vela Filamento de Tungsteno de una Lámpara Incandescente (GLS) Lámparas Fluorescentes (TL) Sodio de Alta Presión (SON) Halogenuros Metálicos (MH) Mercurio de Alta Presión (HPL) La luz de la Luna 4100 La luz del Sol La Luz del Día (Sol + Cielo Descubierto) Cielo Nublado

8 Espectro continuo y discontinuo Un espectro de luz en en el cual las longitudes de onda están presentes se llama un espectro continuo, con un rango que va desde el rojo pasando por el naranja, amarillo, verde, azul hasta el violeta. La luz blanca, como la luz del día, tiene un espectro como el de la luz blanca de los radiadores térmicos, como la llama de una vela y el filamento de un bombillo incandescente. La luz blanca, sin embargo, también puede ser lograda con dos o más longitudes de onda, estando las otras longitudes de onda totalmente ausentes. Por ejemplo, lo que ocurre al mezclar rojo, verde y azul o tan solo azul y amarillo. Las fuentes de luz con longitudes de onda seleccionadas tienen un espectro discontinuo, como por ejemplo, las lámparas de alta o baja intensidad de descarga.. 4. Fuentes de iluminación evaporación del filamento de tungsteno para extender la vida útil de las lámparas incandescentes. Una de las técnicas más exitosas son las lámparas halógenas. El contenido de esta nueva lámpara incandescente contiene un elemento halógeno (Bromo) el cual combinado con átomos El desarrollo de la potencia eléctrica hace aproximadamente un siglo, de tungsteno, se evapora del filamento al alcanzar su incandescencia. revolucionó la luz artificial. Fue entonces cuando la llama fue reemplazada Debido a que el vidrio por el que está protegido esta lámpara está como la fuente principal de luz artificial por la iluminación encendida mucho más cercano al filamento, la temperatura del interior no baja eléctricamente. Desde aquel tiempo, la historia de la luz eléctrica ha de los 250 C previniendo la condensación del compuesto. En vez estado en continuo desarrollo con algunos picos debido a una serie de de depositarse en las paredes de vidrio, el compuesto (halógeno y grandes innovaciones. tungsteno) circula por convección hasta que choca con el filamento. En el filamento, el compuesto se desasocia debido a la alta temperatura Cuando las primeras lámparas incandescentes aparecieron a finales del mismo ( C), depositando los átomos de tungsteno del siglo 19, su eficacia era de tan solo 3 lm/w, hoy en día ésta ha nuevamente en el filamento y liberando los átomos halógenos para mejorado a un valor alrededor de 14 lm/w. Entre los años 30s y 40s, así iniciar un nuevo ciclo. Debido al volumen relativamente pequeño aparece la iluminación de descarga en gas y la fluorescente, las cuales y a la resistente pared de cuarzo, las lámparas halógenas pueden ofrecen eficacias alrededor de los 30 y 35 lm/w, representando un ser manipuladas de manera segura a alta presión, reduciendo aún gran incremento sobre las lámparas incandescentes. Aún hoy día, la más la evaporación del filamento. También permite llegar a mayores lámpara fluorescente es una de las fuentes de luz blanca más eficiente temperaturas incrementando la eficacia luminosa de la lámpara hasta un disponible, con eficacias hasta los 100 lm/w. Las innovaciones más 45% más con respecto a las lámparas incandescentes. recientes involucran la utilización de diodos emisores de luz (LEDs). Lámparas incandescentes GLS La lámpara incandescente es conocida como una de las fuentes más antiguas de iluminación eléctrica. La corriente eléctrica pasa por un alambre delgado de alta resistencia, hoy en día fabricado con tungsteno, el cual se calienta hasta alcanzar la incandescencia. Para prevenir la oxidación del alambre o filamento, como es conocido, se encuentra al vacío ó con un gas inerte (usualmente una mezcla de nitrógeno y argón). A medida que pasa el tiempo, la evaporación de los átomos de tungsteno del filamento se van desprendiendo y manchan el interior de la bombilla. Esto hace que el filamento se vuelva más delgado hasta que eventualmente se rompa, acabando así con la vida útil de la lámpara. Ejemplos de lámparas incandescentes y halógenas Capsule Line 12V/20W Click Line Poder espectral (µw/5nm/lumen) Composición espectral de una lámpara halógena (nm) Lámparas incandescentes y halógenas Varias técnicas han sido desarrolladas con el objeto de eliminar la Descarga en gas En las lámparas de descarga, la corriente eléctrica pasa a través de un gas entre dos electrodos localizados en las puntas opuestas de un tubo de descarga. Las colisiones entre los átomos del gas y los electrones libres, excitan los átomos del gas, haciendo que éstos incrementen su nivel de energía. Estos átomos excitados posteriormente vuelven a su estado natural liberando el exceso de energía en forma de radiación visible. Lámparas de sodio de baja presión SOX En una lámpara de sodio de baja presión, la radiación visible es producida directamente por una descarga de sodio. Esta emite la mayor parte de su energía en la parte visible del espectro a longitudes de onda de 589 y nm (la luz amarilla característica del sodio). Cuando una lámpara de sodio es encendida, genera un color rojizo. Esto es causado por el neón que también está presente en el gas de llenado, el cual sirve para iniciar el proceso de descarga. Estas lámparas deben estar muy bien aisladas del calor, ya que generen poca cantidad de calor por sí mismas. La eficacia de la lámpara es muy alta. 8 Minispot NR63 PAR 38 Plus Line Doble Contacto

9 Poder espectral (µw/5nm/lumen) CComposición espectral de una lámpara de sodio de baja presión (nm) Ejemplos de lámparas de sodio de baja presión *SOX Lámparas fluorescentes TL Los fluorescentes (lineales & compactos) son lámparas de gas de mercurio de baja presión, cuyas paredes se encuentran cubiertas con una mezcla de compuestos fluorescentes - llamados fósforos - que convierten la radiación ultravioleta invisible emitida por la descarga de mercurio en una radiación visible. Con el gran rango de fósforos existentes, estas lámparas están disponibles en una gran variedad de temperaturas y reproducción de color y son utilizadas en su mayoría en iluminación general. Ejemplos de lámparas fluorescentes PL-L 24W/837 4P PL-L 36W/840 4P PL-Q Pro 16W/835/2P SOX-E18W SOX-E36W SOX-E35W Lámparas de sodio de alta presión SON Las lámparas de sodio de alta presión operan a presiones de gas mucho más altas, creando una mayor interacción interatómica en comparación con las lámparas de baja presión, ampliando así el patrón de radiación TLD Super 80 TLD 90 TL5 HO emitida. La lámpara de sodio blanco (SDW-T) es una lámpara de sodio Composición espectral de una de muy alta presión. Esto hace que la radiación amarilla característica lámpara fluorescente T8 841 de las lámparas de sodio convencionales sea absorbida completamente 400 dejando una luz blanca muy cálida con una gran reproducción de las 300 radiaciones de color rojo. Ejemplos de lámparas de sodio de alta presión Poder espectral (µw/5nm/lumen) *TLD (nm) Ejemplos de lámparas fluorescentes compactas SON 70W SON-T PLUS 250W SDW-TG 100W (Mini WhiteSON) SDW-T 100W (WhiteSON) Poder espectral (µw/5nm/lumen) Composición espectral de la lámpara de sodio blanco SDW *SDW-T 100W (nm) PL-C 26W/ 840/4p PL-T 42W/ 827/4p PL-H 60W/ 840/4p 9

10 Recubrimientos de Fósforo Los fluorescentes son lámparas de descarga en gas de mercurio a baja presión cuyas paredes se encuentran cubiertas con una mezcla de compuestos fluorescentes llamados fósforos. Cuando la radiación ultravioleta generada por la descarga de mercurio dentro de la lámpara, choca con la película de fósforo adherida al las paredes del tubo, los electrones en los átomos del fósforo saltan a un nivel más alto de energía. Posteriormente, los electrones caen otra vez a su nivel normal emitiendo radiación con longitudes de onda dentro del rango visible mayores a los de la radiación ultravioleta original. Lámparas de halogenuros metálicos con tubo de descarga de cuarzo MH Las lámparas de halogenuros metálicos han sido desarrolladas a partir de las lámparas de mercurio de alta presión, al añadir otras sales o metales en el tubo de descarga. Con cada metal, que contiene sus propio patron de radiación, se obtiene como resultado un mejoramiento substancial de la eficacia de la lámpara y de la calidad del color. Ejemplos de lámparas de halogenuros metálicos El factor más importante que determina las características de la luz de una lámpara fluorescente es el tipo y mezcla de fósforos utilizados. Esto determina la temperatura de color de la lámpara y la reproducción de los colores de la misma. MHN-TD 250W Algunos fósforos muestran una banda emisora que cubre casi todo el espectro visible y por lo tanto producen luz blanca cuando son utilizados solos. Sin embargo, por lo general se utiliza una combinación de fósforos con diferentes características complementarias de color. De esta manera se puede obtener una combinación de buenas características de color con una alta eficacia luminosa, o excelentes características de color sacrificando eficacia luminosa. Lámparas de mercurio de alta presión HPL Las lámparas de mercurio de alta presión contienen vapor de mercurio HPI PLUS 250W concentrado en un tubo de descarga de cuarzo, también conocido como quemador, el cual opera a una presión entre 200 y 1500 kpa. A esta presión el proceso de descarga emite una gran proporción de su (nm) energía en la parte visible del espectro (a comparación de las lámparas de mercurio de baja presión que emiten en su mayoría radiación ultravioleta invisible). El tubo de descarga que emite una luz blanca azulosa, se encuentra dentro de un bulbo de vidrio, cuya superficie tiene un recubrimiento de polvo fluorescente que emite en su mayoría metálicos, caracterizada por tener un tubo de descarga fabricado con radiaciones de color rojo, ayudando a mejorar la reproducción de color materiales cerámicos, en vez de vidrio de cuarzo. Al incorporar el e incrementando en aproximadamente un 10% el flujo luminoso. material de cerámica, la lámpara puede ser operada a una temperatura Ejemplos de lámparas de mercurio de alta presión de descarga mayor y también permite una óptima geometría de su quemador o tubo de descarga. Las dos innovaciones resultaron en un mejoramiento sustancial en la característica del color, su estabilidad y su reproducción. Poder espectral (µw/5nm/lumen) HPI T PLUS 250W Composición espectral de una lámpara de halogenuros metálicos de cuarzo MH *HPI-T 400W Lámparas de halogenuros metálicos con tubo de descarga cerámico CDM Un desarrollo más reciente es la lámpara cerámica de halogenuros Ejemplos de lámparas de halogenuros metálicos cerámicos CDM HPL-R 125W HPL-N 125W Poder espectral (µw/5nm/lumen) Composición espectral de una lámpara de mercurio de alta presión *HPL-Confort 125w (nm) CDM-T 35W CDM-TC 70W CDM-R111 35W/ CDM-R PAR 20 35W CDM-TD 150W 10

11 Poder espectral (µw/5nm/lumen) Composición espectral de una lámpara de halogenuros metálicos cerámicos *CDM W (nm) Iluminación en estado sólido SSL La evolución más reciente es la iluminación en estado sólido, basada en la tecnología de diodos emisores de luz (LED). El principio de la generación de la luz es similar a lo que sucede en las lámparas de descarga de gas, con la diferencia de que la descarga ocurre en un material en estado sólido: los electrones que cambian de orbita ocasionan que los átomos se exciten y cuando estos regresan a su estado natural, liberan el exceso de energía en forma de radiación. La tecnología LED ha sido utilizada por varios años, pero debido a su bajo flujo luminoso y a su luz casi monocromática, existieron pocas aplicaciones limitándose primordialmente a la iluminación de señalización vehicular o a tableros de control. Grandes avances tecnológicos recientes han llevado a mejorar de manera significativa el desempeño de los diodos, incluyendo la generación de la luz blanca, lo cual ha abierto por completo un nuevo futuro para aplicaciones de iluminación general y acentuada. Las principales características por las cuales los LED se destacan del resto de las fuentes luminosas son: su larga vida útil, su tamaño compacto, su resistencia a choques y vibraciones y su bajo mantenimiento. Ejemplos de fuentes de iluminación en estado sólido LED Poder espectral (µw/5nm/lumen) XITANIUM Composición espectral de una fuente de luz en estado solido LED (nm) Generación de luz blanca en los sistemas LED Por su naturaleza, los diodos emisores de luz solo pueden generar luz de color monocromático. Para crear luz blanca, dos o más colores tienen que ser combinados. Una solución para obtener luz blanca es a través de la combinación de chips semiconductores de color rojo, verde y azul en un LED, o colocando LEDs de color rojo, verde y azul con un pequeño espaciamiento entre ellos y mezclando de manera óptica la radiación emitida. La aplicación más común, es utilizar LEDs que emitan luz color azul y a través de un recubrimiento de fósforo convertir parte de la radiación azul en luz amarilla, las cuales al combinarse (azul + amarillo) creando luz blanca. Estos LEDs blancos tienen una temperatura de color entre 4500 a 8000 K. Al aplicar varias capas de fósforo al LED, la luz azul se convierte en más colores que mejoran el índice de reproducción de color llegando al nivel de Ra mayores a 90, el cual corresponde a un índice entre bueno y excelente. RESUMEN DE ALGUNAS DE LAS PRINCIPALES FUENTES DE ILUMINACIÓN Tipo de lámpara Flujo luminoso (lm) Eficacia luminosa (lm/w) Temperatura del color (K) Indice de reproducción del color (Ra) Potencia (W) Incandescentes / Halógenas Sodio de Baja Presión N.A Sodio de Alta Presión , 2200, Mercurio de Alta Presión , 4000, Tubos Fluorescentes , 3000, 4000, , Fluorescentes Compactos , 3000, 4000, Halogenuros Metálicos Cuarzo MHN , 4000, Halogenuros Metálicos Ceramico CDM , 35, 70, 150, 250 Diodos Emisores de Luz LEDs Hasta Hasta 90 0,1 (x)3w 11

12 lm/w Sodio Baja Presión Tubos Fluorescentes Halógenas Sodio Alta Presión Halogenuros Metálicos Fluorescentes Compactos Mercurio Alta Presión Incandescente Iluminancia E La iluminancia o nivel de Iluminación es la cantidad de flujo luminoso que cae sobre una superficie. La unidad de la iluminancia es el lumen/m2 o lux (lx). Ejemplos: A medio día, bajo un cielo descubierto en un día de verano, (en el Ecuador): lx Bajo un cielo muy nublado: lx Luz artificial, en una oficina bien iluminada: 800 lx Luna llena, en una noche despejada: 0.25 lx PAvances en la eficacia luminosa desde 1970 Eficacia (lm/w) = flujo luminoso (lm) / potencia de entrada (W) 5. Fotometría Existen cuatro unidades fotométricas básicas que los profesionales en iluminación utilizan para medir cuantitativamente la luz: Luminancia L La luminancia es la intensidad de luz proveniente de un objeto o punto determinado. La unidad de la luminancia se expresa en cd/ m2 (superficie aparente). Flujo luminoso Ejemplos: Expresa la cantidad total de luz Superficie del sol: cd/m2 irradiada por segundo, por una Filamento de una lámpara incandescente clara: cd/m2 fuente de luz. La unidad de flujo Lámpara fluorescente: cd/m2 luminoso es el lumen (lm). Superficie de una carretera bajo luz artificial: cd/m2 Ejemplos: Lámpara incandescente de 75W: 900 lm Lámpara fluorescente de 39W: 3500 lm Lámpara de sodio de alta presión de 250W: lm Lámpara de halaros metálicos de 2000W: lm Intensidad luminosa I Está definida como el flujo de luz emitido en una cierta dirección. La unidad de la intensidad luminosa es la candela (cd). Ejemplos (centro del rayo): Lámpara de bicicleta de 5W sin reflector: 2,5 cd Lámpara de bicicleta de 5W con reflector: 250 cd Lámpara reflectora incandescente de 120W: cd Faro: cd Medición del flujo Luminoso El flujo luminoso usualmente es medido en laboratorios utilizando un instrumento conocido como la Esfera Ulbricht. Se caracteriza por ser una esfera hueca cuyo interior es pintado de blanco mate para hacerla perfectamente difusa. La fuente de luz es localizada en el centro de la esfera. De esta manera, la iluminancia el interior de la esfera es proporcional al flujo luminoso. Una pequeña ventana en su interior permite medir esta iluminancia. Cortesía: YFU Medición de la iluminancia El fotómetro, instrumento utilizado para la medición de la iluminancia, ha existido por varios cientos de años. Hoy día, muchos de estos equipos han sido reemplazados por fotómetros físicos, los cuales utilizan técnicas eléctricas para medir la corriente o el voltaje generado cuando la luz cae en una celda sensible a la luz (fotoemisora, fotovoltaica o fotoconductora). 12

13 La iluminación El ojo humano ha evolucionado al punto de responder a longitudes de onda entre los 380 y 780 nm del espectro electromagnético. Este rango de longitudes de onda es lo que percibimos como luz. Dentro de esta angosta banda de ondas electromagnéticas, experimentamos todos los aspectos visibles que hacen parte del mundo en el que vivimos. La visión es el sentido más importante y vital que la humanidad posee. Entender como funciona el ojo y cómo el cerebro responde al estímulo visual que recibe es crucial para entender la forma en la que la luz impacta nuestras vidas. 1. Visión El ojo humano es un órgano esférico capaz de moverse bajo control múscular dentro de su cavidad en el cráneo. Funciona de forma similar a una cámara fotográfica tradicional, cuyo lente proyecta la imagen invertida de una escena, hacia una superficie interna sensible a la luz. Esta superficie llamada retina, consiste en más de cien millones de terminaciones nerviosas sensibles a la luz. Estas transmiten señales hacia el cerebro, las cuales son interpretadas como información visual. Adaptación La adaptación es el mecanismo por medio del cual el ojo cambia su Para enfocar una imagen en la retina, el lente del ojo puede contraerse sensibilidad a la luz. Esta adaptación se realiza de tres formas: ajuste bajo el control muscular, haciéndose más convexo para incrementar su del iris para alterar el tamaño de la pupila, ajuste de la sensibilidad potencia. Esta acción se conoce como acomodación. Frente al lente se de las terminaciones nerviosas de la retina y ajuste de la composición encuentra el iris, el que, al igual que el diafragma de una cámara, puede química de los pigmentos fotosensibles en los conos y en los bastones. abrirse o cerrarse para regular la cantidad de luz que entra al ojo a La adaptación de la oscuridad a la luz toma menos de un minuto, pero la través de la pupila. adaptación de la luz a la oscuridad toma entre 10 y 30 minutos. La retina: bastones, conos y células ganglionares sensibles a la luz La retina esta conformada por dos tipos de terminaciones nerviosas sensibles a la luz, llamadas bastones y conos. Los bastones, mucho más numerosos que los conos, se extienden de manera uniforme en la parte trasera del ojo, excepto en su eje, parte del ojo conocida como la fóvea. Los bastones están conectados al cerebro en grupos de 100 y son altamente sensibles a la luz y al movimiento. Le aportan la sensibilidad al ojo, pero no son capaces de distinguir los colores. Fosa central Retina Córnea Iris Pupila Eje del ojo sensibles a la intensidad de la luz. Hay tres tipos de conos: los sensibles a la radiación roja, a la radiación verde y a la radiación azul. Los conos son los responsables de darnos la percepción del color. Cuando una persona carece de alguno de los tipos de conos ó cuando alguno de estos tipos no funciona correctamente, puede sufrir de daltonismo parcial. Si no tiene dos de los tipos de conos es completamente daltónico y solo podrá ver en tonos de color gris. Fuera de los conos y los bastones, la retina también contiene células ganglionares sensibles a la luz. Estas células influyen en nuestro reloj biológico, regulando los ritmos diarios y estacionales de una gran variedad de procesos fisiológicos, dentro de los cuales se encuentra nuestro sistema hormonal. La luz a tempranas horas del día, sincroniza nuestro reloj biológico interno con el ciclo rotacional (día y noche) de 24 horas de la tierra. Sin luz, nuestro reloj biológico correría libremente con un periodo de 24 horas y 15 minutos. Como consecuencia, día tras día se desviaría con respecto al ciclo rotacional provocando síntomas similares a los que se sufren después de viajar por diferentes zonas horarias (jetlag). Contraste El contraste expresa la diferencia de luminancia entre dos áreas cercanas. El contraste toma dos formas que por lo general ocurren de forma simultánea: contraste de color y contraste de luminancia. El contraste de luminancia usualmente se expresa en términos de contraste medio, el cual se determina como la proporción entre la luminancia mayor y la luminancia menor en un área. La habilidad del ojo para detectar el contraste de luminancia depende del estado de adaptación del mismo, lo cual está gobernado por la luminancia general de la escena. Por ejemplo, cuando se tiene una superficie blanca contra un fondo negro ésta se verá más blanca. En un túnel que puede no ser tan oscuro, podría verse de esa manera si afuera el día es soleado. La causa de estos efectos de contraste recae en la habilidad del ojo para adaptarse simultáneamente a luminancias muy diferentes. Corte transversal del ojo humano Cámara anterior del ojo Cristalino Coroides Cuerpo vítreo Papila óptica Fascículo nervioso Los conos también están distribuidos en la parte trasera del ojo, pero más cerca a su eje. A diferencia de los bastones, los conos están conectados de manera individual al cerebro, por esto son menos Contraste de luminancia en túneles: la salida de un túnel puede parecer más blanca de lo que es en realidad, debido al área circundante oscura en el campo visual. Este efecto puede causar dificultades de adaptación peligrosas para los conductores. Por esta razón las entradas y las salidas comúnmente tienen iluminación especial para prevenir las transiciones abruptas de contraste. 13

14 El brillo de las luces de los carros puede causar incomodidad visual, fatigar la vista, dolor de cabeza y hasta deslumbrar al conductor. Juegos visuales Nuestro cerebro ha aprendido a interpretar los estímulos visuales recibidos por el ojo, como una representación del mundo que nos rodea. Además, el cerebro puede corregir la imagen captada. Al atardecer, el cielo se caracteriza por su color rojizo, sin embargo este es percibido en sus colores normales, a menos que sea observado deliberadamente. El resplandor es la sensación producida por niveles de iluminación que son significativamente superiores a la capacidad que tiene el ojo para adaptarse al brillo. Esto puede causar molestias en los ojos. En casos extremos podría causar fatiga visual y dolor de cabeza. Los colores cuando hacen contraste influyen uno sobre el otro. El efecto general es que, bajo la influencia de una superficie fuertemente saturada, otras superficies toman una tonalidad que complementa al color predominante. Una superficie de color grisosa a la luz del sol puede tener una mayor luminancia que una superficie blanca en la sombra. Sin embargo, el cerebro fácilmente distingue entre los dos tonos, ya que toma la impresión de la luminosidad de la escena visual. Por otra parte, bajo condiciones excepcionales, la imagen visual puede jugar con el cerebro como lo demuestran los ejemplos de ilusiones ópticas ilustradas a continuación. Ejemplos de ilusiones ópticas: A. Y B. Ilusiones de tamaño, C. Y D. Ilusiones de paralelismo, E. Y F. Ilusiones de perspectiva, G. Ilusión de profundidad (espiral aparente), H. Ilusión de movimiento e I. Ilusión de percepción brillante (los puntos blancos parecen tener manchas negras). Por ejemplo, flores de color amarillo frente a un fondo azul se ven más vivas que cuando se colocan frente a un fondo gris. Una superficie roja se ve más saturada en contraste con una superficie verde. Una carnicería utiliza este efecto al exhibir la carne sobre hojas de lechuga para darle una apariencia más roja y fresca. Los decoradores de interiores y diseñadores de iluminación tienen un interés particular en A B C el contraste de colores ya que determina en gran parte cómo el efecto de los colores realza o arruina el resultado final. D E F Deterioro de los ojos causado por la edad La vista tiende a deteriorarse con la edad. Al principio este deterioro ocurre lentamente, pero a medida en que avanzan los años, este se acelera debido al envejecimiento del tejido ocular. Lo anterior se caracteriza por la pérdida de transparencia en el líquido del ojo, su endurecimiento y el oscurecimiento del cristalino. Como resultado del endurecimiento del cristalino se reduce la habilidad del ojo para enfocar, haciendo más difícil ver los objetos cercanos, como por ejemplo un texto impreso. De este modo el uso de gafas con lentes convexos para lectura se hace necesario. Adicionalmente, el oscurecimiento del cristalino reduce la sensibilidad, la agudeza visual y la capacidad del ojo para percibir los contrastes. La suma de todas estas condiciones afecta tanto el ojo, que una persona de sesenta años podría necesitar hasta 15 veces más cantidad de luz que una persona de diez años, para realizar las mismas tareas visuales con el mismo grado de comodidad y efectividad. G H Reducción de la capacidad de enfoque debido al envejecimiento. I 14

15 2. Calidad de la Iluminación c. Disminución del resplandor Una buena iluminación es un factor esencial que afecta nuestra habilidad para realizar tareas en el trabajo y en el hogar. También tiene un gran efecto en nuestro estado de ánimo, salud y bienestar, de acuerdo con investigaciones recientes. Lo anterior contempla una combinación de varios criterios, dentro de los cuales se encuentra el nivel de iluminación, el contraste, el resplandor y la distribución espacial de la luz, el color y su reproducción. a. Nivel de iluminación El nivel de iluminación debe ser suficiente para garantizar un buen desempeño visual en las tareas a realizar. Investigaciones recientes han demostrado que al pasar de un nivel de iluminación bajo o moderado a un nivel alto, se incrementa la velocidad y precisión con la que pueden ser detectados y reconocidos los objetos. En una oficina o industria, el desempeño visual de una persona depende de la calidad de la iluminación y de las habilidades visuales de la persona. El resplandor es la sensación producida por niveles de iluminación que son significativamente superiores a la capacidad que tiene el ojo para adaptarse al brillo. Esto puede reducir el desempeño visual y causar incomodidad. Demasiado resplandor podría llevar a molestias como deslumbramiento, cansancio visual y dolores de cabeza. Por lo tanto es importante limitar el resplandor para evitar errores, fatiga y accidentes. El grado de restricción del resplandor depende en gran parte de la calidad óptica de las luminarias en combinación con el tipo de lámparas utilizadas. Gracias a sus grandes dimensiones, las lámparas fluorescentes tienen menor luminancia que las lámparas de alta intensidad de descarga, haciendo más fácil limitar el resplandor. En el juego de ajedrez, altos niveles de iluminación no son necesarios. La edad es un criterio importante, debido a que los requerimientos de iluminación aumentan en la medida en que envejecemos. Una persona de sesenta años podría necesitar hasta 15 veces más cantidad de luz que una persona de diez años, para realizar una tarea específica. En general, la cantidad de luz requerida aumenta con la velocidad con la que la información visual es presentada y disminuye con el tamaño del d. Distribución de la luz en el espacio objeto que está siendo observado. Por ejemplo, una pelota de tenis Un criterio importante en la calidad de la iluminación, es la forma en es más pequeña que un balón de fútbol y se mueve más rápido. En que la luz es distribuida en el espacio, ya que esto determina el patrón consecuencia, los niveles de iluminación requeridos para jugar bien son de iluminancia que será creado. Las recomendaciones de iluminancia mayores para el tenis que para el fútbol. Un proceso de producción aplicables a la iluminación interior pueden ser implementadas de varias que involucre la detección de detalles en objetos pequeños necesita formas. Las fuentes de luz pueden ser propagadas de manera uniforme mayor iluminancia que uno donde los requerimientos visuales sean utilizando la técnica de la iluminación difusa o general. También puede menos exigentes. ser concentrada en ciertas áreas utilizando la técnica de la iluminación direccional o puede ser acentuada en ciertos espacios donde sea necesario, utilizando una combinación de las dos técnicas antes mencionadas. El Squash es un deporte que requiere de altos niveles de iluminación. b. Contraste lumínico El contraste lumínico o distribución de luminancia dentro del campo visual es un criterio extremadamente importante en la calidad de la iluminación. Si los contrastes lumínicos son muy bajos, el resultado será una escena visual plana y aburrida. Los contrastes muy altos generan distracción e incrementan los problemas de adaptación del ojo cuando cambia de un objetivo visual a otro. Los contrastes bien balanceados, producen una escena visual armoniosa que da satisfacción y comodidad. Como regla general en ambientes interiores, para obtener resultados satisfactorios, la proporción de contraste de luminancia (proporción entre mayor y menor luminancia) en el campo visual no debe ser mayor a 3 ni menor a 1/3. e. Color y reproducción de color El color de un objeto es percibido por el ojo ya que este refleja las radiaciones del espectro electromagnético que inciden en él. La forma en la que los colores a nuestro alrededor son reproducidos depende en gran parte en la composición del color de la luz. Tener una reproducción de color apropiada es importante cuando el color de los objetos debe verse lo más real posible. La iluminación utilizada en interiores debe ser escogida de tal manera que los objetos iluminados (comidas, bebidas, mercancias) se vean agradables y naturales. Una fuente de luz apropiada, con una reproducción de color de por lo menos 80%, ayuda a lograr este efecto. Hay situaciones en las que la reproducción de color tiene poca o ninguna importancia, como por ejemplo la iluminación de vías y carreteras. La iluminación pública tiene como propósito ayudar al conductor a distinguir los objetos que se encuentran a su alrededor. Los colores no desempeñan un papel trascendental en este tipo de iluminación. 15