EL COLOR. El color es una interpretación subjetiva, psicofisiológica del espectro electromagnético visible.

Transcripción

1 TEMA IV EL COLOR Generalidades El color es una interpretación subjetiva, psicofisiológica del espectro electromagnético visible. Las sensaciones luminosas o imágenes que se producen en nuestra retina, al enviarlas al celebro, son interpretadas como un conjunto de sensaciones monocromáticas que constituyen el color de la luz. El sentido de la vista no analiza individualmente cada radiación o sensación cromática. A cada radiación le corresponde una denominación de color, según la clasificación del espectro de frecuencias. Es importante indicar que distinguimos a los objetos por el color asignado según sus propiedades ópticas, pero en ellos ni se produce ni tienen color. Lo que si tienen es propiedades ópticas de reflejar, refractar y absorber los colores de la luz que reciben, es decir; el conjunto de sensaciones monocromáticas aditivas que nuestro celebro interpreta como color de un objeto depende de la composición espectral de la luz con que se ilumina y de las propiedades ópticas que posea el objeto para reflejarla, refractarla o absorberla. Fue Newton el primero en descubrir la descomposición de la luz blanca en el conjunto de colores que forma el arco iris. Al hacer pasar un haz de luz blanca a través de un prisma obtuvo el efecto de la descomposición de la luz en sus siete colores básicos según su longitud de onda.

2 El problema del color es algo esencial para cualquier iluminador, especialmente aquellos que se dedican a iluminaciones comerciales. No es posible determinar que lo que una persona observa como sensación de color determinado, es observado con la misma intensidad sensual por otra persona. Es decir si yo digo que este limón es amarillo y otro observador está de acuerdo, no tengo ninguna forma de saber si él siente el mismo amarillo que yo. Podemos decir que luz y color son inseparables ya que de hecho son la misma cosa. El color es una frecuencia y longitud de onda en el espectro electromagnético que causa una sensación particular en el cerebro humano a través del ojo. De esta forma la luz es toda la sensación del espectro visible y el color corresponde a una frecuencia concreta de éste. Así el negro es la ausencia de luz y el blanco es una mezcla equilibrada de todos los colores Clasificación de los colores según el diagrama cromático C.I.E. La evaluación subjetiva de las superficies de los objetos, tal y como son percibidas por el ojo, se interpretan en función de los atributos o cualidades del color. Éstas son: a) Claridad o esplendor: Radiación luminosa que recibimos según la iluminancia que posee el objeto. El objeto es más claro cuanto más se aleja su color del negro en la escala de grises. Hace referencia a la intensidad. b) Tono o matiz: Nombre común del color (rojo, amarillo, verde, etc.). Hace referencia a la longitud de onda, por lo tanto cuando nos referimos al color azul verdoso nos referimos a la franja de radiación comprendida entre 480 y 490 nm y dependerá de la precisión que requiera el trabajo para que se defina con la general 480/490 o la específica de 483,6 nm. c) Pureza o saturación: La proporción en que un color está mezclado con el blanco, es decir la saturación depende de la cantidad de blanco, denominándose saturado un color que no contenga blanco. Con pintura blanca y un pigmento saturado podemos hacer gradaciones de un mismo color. Hace referencia a la pureza espectral.

3 Para evitar la evaluación subjetiva del color existe el diagrama cromático en forma de triángulo, aprobada por la C.I.E., que se emplea para tratar cuantitativamente las fuentes de luz, las superficies coloreadas, las pinturas, los filtros luminosos, etc. Todos los colores están ordenados según tres coordenadas cromáticas, x, y, z, cuya suma es siempre la unidad (x + y +z = 1) y cuando cada una de ellas vale 0,333 corresponde al color blanco, Estas tres coordenadas se obtienen a partir de las potencias especificas para cada longitud de onda. Se fundamenta en el hecho de que al mezclar tres radiaciones procedentes de tres fuentes de distinta composición espectral se puede obtener una radiación equivalente a otra de distinto valor. El resultado es el triángulo de la Fig. 2, en el que con dos coordenadas cualesquiera es suficiente para determinar el color de la radiación resultante formada por la mezcla aditiva de tres componentes Temperatura de color (T c ) En el diagrama cromático C.I.E. se dibuja la curva que representa el color que emite el cuerpo negro en función de su temperatura. Se llama curva de temperatura del cuerpo negro. La temperatura de color es una expresión que se utiliza para indicar el color de una fuente de luz por comparación de ésta con el color del cuerpo

4 negro, o sea del radiante perfecto teórico (objeto cuya emisión de luz es debida únicamente a su temperatura). Como cualquier otro cuerpo incandescente, el cuerpo negro cambia de color a medida que aumenta su temperatura, adquiriendo al principio el tono de un rojo sin brillo, para luego alcanzar el rojo claro, el naranja, el amarillo y finalmente el blanco, el blanco azulado y el azul. El color, por ejemplo, de la llama de una vela, es similar al de un cuerpo negro calentado a unos K, y la llama se dice entonces que tiene una temperatura de color de K. Las lámparas incandescentes tienen una temperatura de color comprendida entre los y K, según el tipo, por lo que su punto de color determinado por las correspondientes coordenadas queda situado prácticamente sobre la curva del cuerpo negro. Esta temperatura no tiene relación alguna con la del filamento incandescente. Por lo tanto la temperatura de color no es en realidad una medida de temperatura. Define solo color y solo puede ser aplicada a fuentes de luz que tengan una gran semejanza de color con el cuerpo negro. La equivalencia práctica entre apariencia de color y temperatura de color, se establece convencionalmente según la tabla 1 En la definición, dada por el fabricante de cualquier lámpara, es esencial recabar el dato referente a la temperatura de color, e igualar todas las fuentes que hay que utilizar en una misma atmósfera en base a dichos parámetros. Este es un asunto de gran importancia, a menudo poco cuidado, especialmente por los técnicos a cargo del mantenimiento de instalaciones ya que existen problemas derivados de la falta de atención a la correcta temperatura de color de una fuente: Dos o más lámparas adyacentes deben tener además de la misma potencia y características de funcionamiento, idéntica temperatura de color, pues diferentes tonos dan aspectos horrendos. Los tubos fluorescentes deben ser necesariamente de las mismas características y fabricante.

5 Ciertos tipos de lámparas se agotan progresivamente, no necesariamente con la misma rapidez que otras adyacentes del mismo tipo y edad. Las lámparas de un mismo tipo, en un área concreta deben sustituirse al unísono Índice de rendimiento de color (IRC) El dato de temperatura de color se refiere únicamente al color de la luz, pero no a su composición espectral que resulta decisiva para reproducción de colores. Así, dos fuentes de luz pueden tener un color muy parecido y poseer al mismo tiempo unas propiedades de reproducción cromática muy diferentes. El índice de reproducción cromática (IRC), es la capacidad de una lámpara o de una fuente de emisión de luz de reproducir los colores con fidelidad es decir caracteriza la capacidad de reproducción cromática de los objetos iluminados con una fuente de luz. El IRC ofrece una indicación de la capacidad de la fuente de la luz para reproducir colores normalizados, en comparación con la reproducción proporcionada por una luz patrón de referencia. Este índice tiene una escala de 1 al 100 siendo el máximo posible un nivel de reproducción cromática de la lámpara o fuente de 100 que generalmente corresponde a la luz blanca con espectro continuo y completo. Por lo tanto la temperatura de color de una lámpara está estrechamente ligada al IRC y se debe tener en cuenta sobre todo en aquellas iluminaciones que conlleven imitaciones de color o donde la correcta percepción del color sea esencial como industrias gráficas, químicas, textiles etc. La luz natural blanca ideal es la que se acerca a los ºK color de la luz del sol en su cenit. La luz cálida desviada hacia el amarillo-rojo tiene una temperatura de color baja ºK en tanto que la luz fría 8.000/ ºK tiende hacia el azul-violeta.

6 Grupos de rendimiento de color de las lámparas: En la tabla siguiente se presentan grupos de rendimiento en color de las lámparas con sus aplicaciones recomendadas Efectos psíquicos de los colores y su armonía Está comprobado que el color del medio ambiente produce en los observadores reacciones psíquicas o emocionales aunque no se pueden establecer reglas fijas para la elección del color apropiado con el fin de conseguir un efecto determinado. De acuerdo con la experiencia se puede indicar que una de las primeras sensaciones que una determinada iluminación produce es la de calor o frío de aquí que se hable de colores cálidos o colores fríos. Los colores cálidos son los que en el espectro visible van desde el rojo al amarillo verdoso y los fríos desde el verde al azul. Un color será más calido o más frío según sea su tendencia hacia el rojo o hacia el azul respectivamente. Los colores cálidos suelen ser dinámicos, excitantes y producen una sensación de proximidad, además de animar y dar sensación de ligereza, mientras que los colores fríos calman y descansan, produciendo una sensación de lejanía, deprimen y producen sensación de pesadez.

7 Cuando se combinan dos o más colores y producen un efecto agradable, se dice que armonizan. La armonía de colores se produce, mediante la elección de una combinación de colores que es agradable y hasta placentera para el observador en una situación determinada.

8 TEMA V MAGNITUDES LUMINOSAS En la técnica de la iluminación intervienen dos elementos básicos: la fuente productora de luz y el objeto que se va a iluminar. En este capítulo vamos a ver las magnitudes y unidades de medida fundamentales, empleadas para valorar y comparar las cualidades y los efectos de las fuentes de luz. Flujo Luminoso (Potencia Luminosa) La energía transformada por los manantiales luminosos no se puede aprovechar totalmente para la producción de luz. Por ejemplo, una lámpara incandescente consume una determinada energía que transforma en energía radiante, de la cual sólo una pequeña parte (alrededor del 10%) es percibida por el ojo humano en forma de luz, mientras que el resto se pierde en calor. El flujo luminoso que produce una fuente de luz es la cantidad total de luz emitida o radiada, en un segundo, en todas las direcciones, siendo el significado del flujo luminoso el de la potencia luminosa propia de una lámpara. De una forma más precisa, se llama flujo luminoso de una fuente a la energía radiada que recibe el ojo medio humano según su curva de sensibilidad y que transforma en luz durante un segundo. El flujo luminoso se representa por la letra griega Φ (Fi mayúscula) y su unidad es el Lumen (lm). El lumen es el flujo luminoso de la radiación monocromática que se caracteriza por una frecuencia de valor Hz. y por un flujo de energía radiante de 1/683 W. Un watio de energía radiante de longitud de onda de 555 nm que en el aire equivale a 683 lm aproximadamente. Medida del flujo luminoso La medida del flujo luminoso se realiza en el laboratorio por medio de un fotoelemento ajustado según la curva de sensibilidad fotópica del ojo a las radiaciones monocromáticas, incorporado a una esfera hueca a la que se le da el nombre de Esfera de Ulbricht, y en cuyo interior se coloca la fuente a medir. Los fabricantes dan el flujo de las lámparas en lúmenes para la potencia nominal.

9 Rendimiento luminoso (Eficacia Luminosa) El rendimiento luminoso de una fuente de luz, indica el flujo que emite la misma por cada unidad de potencia eléctrica consumida para su obtención. Se representa por la letra griega ε, siendo su unidad el lumen/watio (lm/w). La fórmula que expresa la eficacia luminosa es: Φ ε = P (lm/w). Si se lograse fabricar una lámpara que transformara sin pérdidas toda la potencia eléctrica consumida en luz a una longitud de onda de 555 nm, esta lámpara tendría el mayor rendimiento posible, cuyo valor sería 683 lm/w. Cantidad de Luz (Energía Luminosa) De forma análoga a la energía eléctrica que se determina por la potencia eléctrica en la unidad de tiempo, la cantidad de luz o energía luminosa se determina por la potencia luminosa o flujo luminoso emitido en la unidad de tiempo.

10 La cantidad de luz se representa por la letra Q, y su unidad es el lumen por hora (lm. h) La fórmula que expresa la cantidad de luz es: Q = Φ. t (lm. h) Intensidad Luminosa Esta magnitud se entiende únicamente referida a una determinada dirección y contenida en un ángulo sólido w. Al igual que a una magnitud de superficie corresponde un ángulo plano que se mide en radianes, a una magnitud de volumen le corresponde un ángulo sólido o estéreo que se mide en estereoradianes. El radián se define como el ángulo plano que corresponde a un arco de circunferencia de longitud igual al radio. El estereoradián se define como el ángulo sólido que corresponde a un casquete esférico cuya superficie es igual al cuadrado del radio de la esfera.

11 La intensidad luminosa de una fuente de luz es igual al flujo emitido en una dirección por unidad de ángulo sólido en esa dirección. Su símbolo es I, su unidad es la candela (cd) y la fórmula que la expresa: Φ I = (lm/sr) ω La candela se define como la intensidad luminosa de una fuente puntual que emite un flujo luminoso de un lumen en un ángulo sólido de un estereoradián (sr). Según el S.I., también se define candela como la intensidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia Hz y cuya intensidad energética en dicha dirección es 1/683 watios por estereoradián. Iluminancia (Nivel de Iluminación) La iluminancia o nivel de iluminación de una superficie es la relación entre el flujo luminoso que recibe la superficie y su área. Se simboliza por la letra E, y su unidad es el lux (lx). La fórmula que expresa la luminancia es:

12 Φ E = (lx = lm/m 2 ) S Se deduce de la fórmula que cuanto mayor sea el flujo luminoso incidente sobre una superficie, mayor será su iluminancia, y que, para un mismo flujo luminoso incidente, la iluminancia será tanto mayor en la medida en que se disminuya la superficie. Según el S.l., el lux se define como la iluminancia de una superficie que recibe un flujo luminoso de un lumen, repartido sobre un metro cuadrado de superficie. Medida del Nivel de Iluminación La medida del nivel de iluminación se realiza por medio de un aparato especial denominado luxómetro, que consiste en una célula fotoeléctrica que, al incidir la luz sobre su superficie, genera una débil corriente eléctrica que aumenta en función de la luz incidente. Dicha corriente se mide con un miliamperímetro, de forma analógica o digital, calibrado directamente en lux.

13 Luminancia Se llama luminancia al efecto de luminosidad que produce una superficie en la retina del ojo, tanto si procede de una fuente primaria que produce luz, como si procede de una fuente secundaria o superficie que refleja luz. La luminancia mide brillo de las fuentes luminosas primarias y de las fuentes que constituyen los objetos iluminados. Este término ha sustituido a los conceptos de brillo y densidad de iluminación, aunque como concepto nos interesa recordar que el ojo no ve colores sino brillo, como atributo del color. La percepción de la luz es realmente la percepción de diferencias de luminancias. Se puede decir, por lo tanto, que el ojo ve diferencias de luminancias y no de iluminación (a igual iluminación, diferentes objetos tienen luminancia distinta porque tienen distinto poder de reflexión). La luminancia de una superficie iluminada es el cociente entre la intensidad luminosa de una fuente de luz, en una dirección, y la superficie de la fuente proyectada según dicha dirección. El área proyectada es la vista por el observador en la dirección de observación. Se calcula multiplicando la superficie real iluminada por el coseno del ángulo que forma su normal con la dirección de la intensidad luminosa. Se representa por la letra L, siendo su unidad la candela/metro cuadrado llamada nit (nt), con un submúltiplo, la candela centímetro cuadrado o stilb, empleada para fuentes con elevadas luminancias. 1 cd 1 cd 1 nt = stilb = m 2 1 cm 2

14 La fórmula que la expresa es la siguiente: I L = S. cos β Donde: S.cos β = Superficie aparente. La luminancia es independiente de la distancia de observación. Medida de la Luminancia La medida de la luminancia se realiza por medio de un aparato especial llamado luminancímetro o nitómetro. Se basa en dos sistemas ópticos, uno de dirección y otro de medición.

15 El de dirección se orienta de forma que la imagen coincida con el punto a medir, la luz que llega una vez orientado se ve convertida en corriente eléctrica y recogida en lectura análoga o digital, siendo los valores medidos en cd/m 2 Otras magnitudes luminosas de interés Coeficiente de utilización Relación entre el flujo luminoso recibido por un cuerpo y el flujo emitido por una fuente luminosa. Unidad % Símbolo η Φ Relación η = Φ e Reflectancia Relación entre el flujo reflejado por un cuerpo (con o sin difusión) y el flujo recibido. Unidad % Símbolo ρ Φ r Relación ρ = Φ Absortancia Relación entre el flujo luminoso absorbido por un cuerpo y el flujo recibido. Unidad % Símbolo α Φ a Relación α = Φ Transmitancia Relación entre el flujo luminoso transmitido por un cuerpo y el flujo recibido

16 Unidad % Símbolo ٢ Φ t Relación ٢ = Φ Factor de uniformidad media Relación entre la iluminación mínima y la media, de una instalación de alumbrado. Unidad % Símbolo U m E min Relación U m = E med Factor de mantenimiento Coeficiente que indica el grado de conservación de una instalación. Unidad % Símbolo F m Relación F m = F pl. F dl. F t. F e. F c F pl = factor posición lámpara F dl = factor depreciación lámpara F t = factor temperatura F e = factor equipo de encendido F c = factor conservación de la instalación Representación gráfica de magnitudes luminosas El conjunto de la intensidad luminosa de una fuente de luz en todas las direcciones constituye lo que se conoce como distribución luminosa. Las fuentes de luz utilizadas en la práctica tienen una superficie luminosa más o menos grande, cuya intensidad de radiación se ve afectada por la propia construcción de la fuente, presentando valores diversos en las distintas direcciones. Con aparatos especiales (como el Goniofotómetro) se puede determinar la intensidad luminosa de una fuente de luz en todas las direcciones del espacio con relación a un eje vertical. Si representamos por medio de vectores (I) la intensidad luminosa de una fuente de luz en las infinitas direcciones del espacio, engendramos un volumen que representa el valor del flujo total emitido por la fuente.

17 El sólido que obtenemos recibe el nombre de sólido fotométrico. En la figura 7 se puede apreciar el sólido fotométrico de una lámpara incandescente. Si hacemos pasar un plano por el eje de simetría de la fuente luminosa, por ejemplo, un plano meridional, obtenemos una sección limitada por una curva que se denomina curva fotométrica o curva de distribución luminosa (Fig.8)

18 Mediante la curva fotométrica de una fuente de luz se puede determinar con exactitud la intensidad luminosa en cualquier dirección, dato necesario para algunos cálculos de iluminación. Cuando alojamos una lámpara en un reflector, se distorsiona su flujo proporcionando un volumen cuya forma es distinta, ya que depende de las características propias del reflector. Por consiguiente, las curvas de distribución según los distintos planos son diferentes. En las dos siguientes figuras podemos ver dos ejemplos en los que se han representado las curvas de distribución de los reflectores. El de la Fig. 10 es

19 simétrico, y tiene idénticas curvas para cualquiera de los planos meridionales, por lo que una sola curva es suficiente para su identificación fotométrica. El ejemplo de la Fig, 11 es asimétrico y cada plano tiene una curva diferente, por lo que es necesario conocer todos los planos.

20 Otro método de representar la distribución del flujo luminoso es el diagrama de curvas isocandelas (Fig. 12) el cual consiste en imaginar la luminaria en el centro de una esfera en cuya superficie exterior se unen por una línea los puntos de igual intensidad (curvas isocandelas). Generalmente las luminarias tienen como mínimo un plano de simetría, por lo que se desarrolla solamente una semiesfera. El flujo emitido por una fuente luminosa proporciona una iluminación (iluminancia) en una superficie, cuyos valores se miden en lux. Si proyectamos estos valores sobre un mismo plano y unimos por medio de una línea los de igual valor, entonces daremos lugar a las curvas isolux (Fig.13).

21 Por último tenemos las luminancias, que dependen del flujo luminoso reflejado por una superficie en la dirección del observador. Los valores se miden en candelas por metro cuadrado (cd/m2) y su representación nos viene dada por las curvas isoluminancias (Fig. 14)

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23 TEMA VI PRINCIPIOS FUNDAMENTALES Ley de la inversa del cuadrado de la distancia Desde los experimentos primitivos se ha comprobado que las iluminancias producidas por las fuentes de luz, disminuyen inversamente con el cuadrado de la distancia desde el plano a iluminar a la fuente. Se expresa por la fórmula siguiente: I E = d 2 (lx) Donde E es el nivel de iluminación en lux (lx), I es la intensidad de la fuente en candelas (cd), y d es la distancia de la fuente de luz al plano receptor perpendicular. De esta forma podemos establecer la relación de iluminancias E 1 y E 2 que hay entre dos planos separados una distancia d y D de la fuente de luz respectivamente: E 1. d 2 = E 2. D 2 E 1 D = E 2 d 2 Esta ley se cumple cuando se trata de una fuente puntual de superficies perpendiculares a la dirección del flujo luminoso. Sin embargo, se puede suponer que la ley es lo suficientemente exacta cuando la distancia a la que se toma la medición es, por lo menos, cinco veces la máxima dimensión de la luminaria (la distancia es grande con relación al tamaño de la zona fuente de luz).

24 Ley del coseno En el caso anterior la superficie estaba situada perpendicularmente a la dirección de los rayos luminosos, pero cuando forma con ésta un determinado ángulo α, la fórmula de la ley de la inversa del cuadrado de la distancia, hay que multiplicarla por el coseno del ángulo correspondiente cuya expresión constituye la llamada ley del coseno, que se expresa como: I E = cos α (lx) d 2 La iluminancia en un punto cualquiera de una superficie es proporcional al coseno del ángulo de incidencia de los rayos luminosos en el punto iluminado. En la Fig. 2 se representan dos fuentes de luz F y F con igual intensidad (l) y a la misma distancia (d) del punto P. A la fuente F con un ángulo de incidencia a igual a cero, corresponde un cos 0 = 1, y produce una iluminación en el punto P de valor:

25 I I I E p = cos 0 = = E p = (lx) d 2 d 2 d 2 De la misma forma el F con un ángulo a = 60º al que corresponde un cos a = 0,5, producirá en el mismo punto una iluminación de valor: I I 1 I E p = cos 60º = ,5 = E p = (lx) d 2 d 2 2 d 2 Por lo tanto, E p = 0,5. E p, es decir para obtener la misma iluminación en el punto P, la intensidad luminosa de la fuente F debe ser el doble de la que tiene la fuente F. En la práctica, generalmente no se conoce la distancia d del foco al punto considerado, sino su altura h a la horizontal del punto. Empleando una sencilla relación trigonométrica y sustituyendo ésta en la ecuación inicial, obtenemos una nueva relación en la cual interviene la altura h: h h cos α =----- por lo tanto d = d cos α I I I E p = cos α = cos α = cos 2 α. cos α; d 2 (h/cos α) 2 h 2

26 I Ep = cos 3 α (lx) h 2 Ley de Lambert Existen superficies emisoras o difusas que al observarlas desde distintos ángulos se tiene la misma sensación de claridad. A estas superficies se las denomina emisores o difusores perfectos. Si L o es la luminancia según la normal y L α la luminancia según el ángulo de observación α, se verifica que L α = L o para cualquier ángulo α I o Como L o = y L α = , S S. cos α I α se cumple la ecuación: I α = I o. cos α Esta relación se conoce como Ley de Lambert y sólo cumplen los emisores o difusores perfectos.