Mediciones fotométricas de la condición de la iluminación

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1 Mediciones fotométricas de la condición de la iluminación Ing. Luis Diego Marín Naranjo M.Sc. Catedrático Escuela Ingeniería Eléctrica Universidad de Costa Rica Coordinador LAFTLA Laboratorio de Fotónica y Tecnología Láser

2 Mediciones fotométricas de la condición de la iluminación Agenda: Describir los conceptos, magnitudes y unidades fotométricos, requeridos para evaluar la condición de la iluminación artificial de diferentes fuentes Analizar los equipos de medición, sus factores de corrección y la necesidad de la calibración del equipo Explicar los métodos de ensayo, de acuerdo a las normas vigentes 2

3 Las diversas formas de energía radiante incluyen los rayos cósmicos, los rayos gamma, los rayos X, la radiación ultravioleta, la luz (radiación visible al ser humano), la radiación infrarroja, las microondas y las ondas de radio 3

4 Medición de fenómenos naturales Fibras ópticas Comparación de colores en la industria Sistemas de iluminación 4

5 La medición de la energía de una radiación electromagnética al considerar todo el espectro de longitudes de onda por igual se conoce como radiometría La medición de aquellos aspectos de la radiación óptica que afectan la respuesta de la visión humana se conoce como fotometría 5

6 Para obtener una medición de la brillantez relativa de varias fuentes se deben usar unidades fotométricas En tecnología de láser, seguridad y medición solar, se utilizan unidades radiométricas Las tablas de magnitudes y unidades de la radiometría y la fotometría se basan en ISO :2008 6

7 En fotometría surge la necesidad de definir la iluminación o la visibilidad de una superficie en términos que dependen de las características espectrales del ojo humano 7

8 Iluminación: acción o efecto de iluminar un área con alguna fuente de luz, para que se mejore o se contraste la visión, al realizar una actividad (Nota: no confundir con iluminancia) Luz: radiación electromagnética que permite la visión humana. Radiación óptica visible. (Nota: no utilizar el término luz visible ya que es reiterativo) Iluminancia (E v ): magnitud del Sistema Internacional de Unidades, que establece la relación del flujo luminoso incidente sobre alguna superficie por unidad de área, con unidades en lux 8

9 Magnitudes, símbolos y unidades fotométricos Magnitud Símbolo Unidad (símbolo, nombre) Energía luminosa Q v lm s (lumen segundo) Flujo luminoso v lm (lumen) Iluminancia E v lx (lux) Intensidad I v cd (candela) luminosa Luminancia L v cd m -2 (candela por metro cuadrado) Excitancia luminosa M v lm m -2 (lumen por metro cuadrado) 9

10 Magnitudes, símbolos y unidades fotométricos Magnitud Símbolo Unidad (símbolo, nombre) Intensidad I v cd (candela) luminosa 10

11 Magnitud usada sin cuidado en la vida cotidiana En mediciones ópticas tiene un significado específico Especificar la dirección desde una fuente para definir la intensidad Intensidad de la fuente: razón del flujo que abandona la fuente en esa dirección particular dentro de un elemento de ángulo sólido, dividido por el tamaño del ángulo sólido 11

12 La intensidad se define como: I Φ flujo recibido por el det ector Ω ángulo sólido subtendido por el detector 12

13 El área A para definir el ángulo sólido debería ser exacto, pero una aproximación del área plana del detector puede ser adecuado, si se mide lo suficientemente lejos de la fuente La magnitud radiométrica es la intensidad radiante en watt por estereorradián (W sr -1 ) y la cantidad fotométrica es la intensidad luminosa en candela (cd) unidad base del Sistema Internacional de Unidades (SI) 13

14 Magnitudes, símbolos y unidades fotométricos Magnitud Símbolo Unidad (símbolo, nombre) Flujo luminoso v lm (lumen) 14

15 Flujo ( e, v ): es la cantidad de energía que fluye por segundo Es generalmente un flujo continuo de radiación electromagnética (flujo radiante) o flujo continuo de luz (flujo luminoso) 15

16 o Es la magnitud básica para las mediciones, en muchas configuraciones geométricas o o Al medir fuentes de luz, como lámparas, comúnmente se indica la salida total de luz desde la lámpara Para la medición de flujo total se utiliza una esfera integradora 16

17 Magnitudes, símbolos y unidades fotométricos Magnitud Símbolo Unidad (símbolo, nombre) Iluminancia E v lx (lux) 17

18 Esta magnitud considera la luz incidente sobre una superficie Se define como la razón del flujo luminoso sobre una superficie en un punto dado, dividido por el área de esa superficie 18

19 E v Φ va l uj ol u mi noso f i nci dent e sobre el e ment o A tamaño del área de área A Magnitud radiométrica: irradiancia en watt por metro cuadrado (W m -2 ) Magnitud fotométrica: iluminancia en lux (lx) 19

20 Ley de cuadrado inverso Esta ley relaciona la irradiancia/iluminancia sobre una superficie a la distancia de la superficie irradiada/iluminada desde la fuente emisora Es una consecuencia de la propagación de la radiación en un ángulo sólido desde la fuente 20

21 El mismo flujo pasa a través de cada área, y como las áreas se incrementan con la distancia r, habrá menos flujo por unidad de área sobre las superficies más allá de la fuente De las definiciones de intensidad, ángulo sólido e irradiancia/iluminancia se puede derivar una relación entre E, I y r El flujo puede ser obtenido de la definición de intensidad de la fuente: I Φ Ω Φ I Ω 21

22 El ángulo sólido se define como: Ω A 2 r Φ I r 2 A La iluminancia/irradiancia se define: E Φ A E I A A r 2 I r 2 22

23 Unidades radiométricas y fotométricas En muchas aplicaciones, los diodos emisores de luz brindan una alternativa confiable de bajo costo a las fuentes tradicionales de luz como los bulbos incandescentes, los bulbos de halógeno o las lámparas de arco Muchas aplicaciones dan surgimiento a las mediciones fotométricas de flujo, intensidad, etc. 23

24 El objetivo de la fotometría es la medición de la luz de tal forma que los resultados se correlacionen con la visión humana Mientras que la radiometría cubre todas las regiones ópticas espectrales, desde el ultravioleta al infrarrojo, la fotometría trata solo con la porción visible desde 380 nm a 780 nm donde los ojos humanos son sensitivos La fotometría es esencial para la evaluación de fuentes de luz y objetos usados para iluminación, señalización, despliegues luminosos y otras aplicaciones donde la luz es vista por el ojo humano 24

25 La curva V(λ) toma en cuenta las características de la visión humana La responsitividad espectral del ojo humano fue primero definida por Commission Internationale de l'éclairage (CIE) o Comisión Internacional de la Iluminación, en se denomina eficiencia luminosa espectral para visión fotópica, con el símbolo V(λ), definida en el dominio desde 360 nm a 830 nm, y normalizada a la unidad en su pico a 555 nm 25

26 Función relativa Longitud de onda 26

27 Filtro para curva V(λ) - características de la visión humana 27

28 Instrumento comercial con filtro V(λ) para medición de iluminancia 28

29 Evaluación de la calidad de la iluminación Calidad de la iluminación provista por un sistema de alumbrado Procedimiento de toma de datos (lecturas) en posiciones en el espacio y evaluación de las mediciones Se verifica la propuesta de iluminación en un diseño de cálculo Permite establecer confirmación de lo proyectado o solicitado en una norma 29

30 Fotómetros Tipo manual medir la cantidad de iluminancia Varían en exactitud, precio y alcance Aspectos: exactitud, corrección coseno, corrección de color, tipos de mediciones, costo, posibilidad de ajuste o calibración 30

31 Exactitud Absoluta: posibilidad para medir un patrón mejor3%,tip.3%a15%. Relativa: habilidad de reproducir la misma lectura muchas veces. o leer diferencias en niveles Función de linealidad de la escala como habilidad para reprodicir la misma lectura en dos o más escalas (0,5 % a 15 %) 31

32 Corrección coseno Corrección por incidencia diferente a 90, predecir iluminancia horizontal, filtro cosenoidal Tipo interior: más uniformidad en el espacio, no muchas separación entre lámparas y contribución de varias a un punto, min. corrección Tipo exterior: más separación, menos contribución en un punto, o incidencia a ángulo pequeño, buena corrección 32

33 Corrección de color Respuesta del ojo a los colores, el medidor debe valorar por corrección lo que se percibe, filtro V ( ) Calibración con lámpara incandescente, factor de corrección con otras distribuciones espectrales 33

34 Escogencia Factores: tipo de medición, exactitud, propósito, portabilidad, operación, otros 34

35 Procedimientos de medición: 35

36 Reflectancia 36

37 LAFTLA: banco fotométrico 1 37

38 LAFTLA: banco fotométrico 2 38

39 Medidor de iluminancia (en lux) 39

40 Lámparas patrón de LAFTLA en banco fotométrico 40

41 Alineación con un haz láser de la lámpara FEL patrón 41

42 Alineación desde sensor hacia la fuente 42

43 Detalle del sensor del patrón medidor de iluminancia 43

44 Colocación del sensor del patrón medidor de iluminancia 44

45 Ajuste y utilización del patrón medidor de iluminancia 45

46 Proceso de ajuste para calibración de medidor de iluminancia comercial 46

47 Otro detalle del proceso de ajuste para calibración de medidor de iluminancia comercial 47

48 Proceso de medición de la condición de la iluminación con medidor de iluminancia calibrado 48

49 Otra aspecto de la medición de la condición de la iluminación en un sitio de trabajo 49

50 CODIGO: INTE (cambiar el año) Segunda Edición Niveles de iluminancia y condiciones de iluminación en los centros de trabajo y otros interiores 50

51 APENDICE A EVALUACION DE LOS NIVELES DE ILUMINANCIA A.3. Instrumentación A.3.1. Se debe usar un medidor de iluminancia que cuente con: a) Detector para medir iluminancia; b) Corrección cosenoidal; c) Corrección de color, detector con una desviación máxima de ± 5% respecto a la respuesta espectral fotópica, y d) Exactitud máxima de ± 5% (considerando la incertidumbre por calibración). A.3.2. Se debe verificar el medidor de iluminancia antes y después de iniciar una evaluación conforme lo establezca el fabricante y evitar bloquear la iluminación durante la realización de la evaluación. 51

52 A.3.3. El medidor de iluminancia deberá contar con el certificado de calibración de acuerdo a lo establecido en la Ley vigente de sobre Metrología, Normalización y Calidad. Las lecturas serán válidas mientras los resultados obtenidos en el instrumento no cambien de acuerdo con los requisitos establecidos en los párrafos siguientes: A Debe asegurarse que se cumpla con el inciso d) de la sección A.3.1., ya que la calibración no implica el ajuste del instrumento y por tanto, por sí sola, no garantiza que se realicen las mediciones con la exactitud requerida. Debido a lo anterior se deberá verificar y registrar en el informe el error que comete el instrumento y aplicar el factor de corrección si es necesario, además de corregir los resultados de la medición. 52

53 A Cuando el medidor de iluminancia tenga variaciones en la coincidencia de sus lecturas se debe someter para su certificación al laboratorio. La forma de respaldar la veracidad del medidor será a través del registro de mediciones realizadas midiendo los niveles de iluminancia que produce una lámpara incandescente patrón, que únicamente será utilizada para este fin, a distancias conocidas. Las lecturas obtenidas durante la verificación deberán coincidir con las lecturas de referencia que deberán haber sido obtenidas al momento de que se recibió el medidor de iluminancia después de su certificación, una vez que se haya aplicado el factor de corrección reportado en el certificado. 53

54 FIN 54

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