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Domótica e instalaciones eléctricas inteligentes- 1 -

MAG - JMY/2015Domótica e instalaciones eléctricas inteligentes

Luminotecnia

−Miguel Angel García García

−José María Yusta Loyo

Curso 2017-2018


MAG - JMY/2015

Luminotecnia.(Del latín lumen, -inis, luz, y -tecnia).Arte de la iluminación con luz artificial para fines industriales o artísticos.

(Real Academia Española de la Lengua)


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1- Introducción


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1.1- La luz


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1.1- La luz

• Naturaleza de la luz– Teoría corpuscular (Newton 1670): Corpúsculos que viajan

por el espacio en línea recta.– Teoría ondulatoria (Huygens 1678, Young, Fresnel): Ondas

similares a las del sonido que requieren de un mediomaterial para su propagación (Éter).

– Teoría electromagnética (Maxwell 1860): Ondaselectromagnéticas.

– Teoría de los cuantos (Planck): Paquetes de energíallamados cuantos.

– Teoría unificada (Broglie 1924): Unifica la teoríaelectromagnética y la teoría de los cuantos, demostrandola doble naturaleza de la luz como una onda y comocorpúsculos que viajan por el espacio.


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1.1- La luz

• Así pues:– La luz es un fenómeno ondulatorio electromagnético de pequeñas

partículas denominadas fotones, cuya energía es proporcional a sufrecuencia de vibración. Dicha frecuencia es inversamenteproporcional a la longitud de onda.

– La luz visible ocupa una franja muy estrecha dentro de lasradiaciones electromagnéticas. La longitud de onda de lasradiaciones electromagnéticas capaces de impresionar el sentidode la vista, se encuentra entre 380 nm y 760nm.

Infrarrojo Ultravioleta

Luz visible

400 500 600 700 nm

Rayos X

Rayos

Rayos cósmicos

Radar

FM

Televisión

Radiodifusión

1 102 1024 1022 1020 1018 1016 1014 1012 1010 108 106 104 Frecuencia (Hz)

108 106 10-14 10 -12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 1 102 104 Longitud de onda (m)


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1.1- La luz

– Los frentes de onda de luz se desplazan en línea recta. Es posiblemodificar su dirección mediante un medio difusor, reflectante orefractante, pero siempre continúan en línea recta.

– Los rayos luminosos pasan unos a través de otros sin sufrirmodificación alguna.

– La luz es invisible mientras no hay algo que la disperse en ladirección del ojo.

– En iluminación artificial interesa, además del un nivel luminosoapropiado, que la energía radiante de las fuentes luminosas alincidir sobre los objetos excite al sistema visual y reproduzca en elcerebro lo más ampliamente posible el espectro visible. Notodas las fuentes luminosas consiguen esto, ya que si bienalgunas reproducen casi todo el espectro visible, otras sóloreproducen un color.

– Una fuente de luz puede dar un espectro luminoso continuo siincluye todas las longitudes de onda visible. Un espectro linealdiscreto es aquel que contiene solamente uno o varios gruposseparados de diferentes longitudes de onda.


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1.1- La luz

– El conocimiento de la distribución espectral de las fuentesde luz empleadas en iluminación es fundamental a la horade conseguir el efecto luminoso deseado. Así los coloresllamados cálidos (rojo, naranja, amarillo) producensensación de proximidad y dinamismo, mientras que losfríos (verde, azul, violeta) de alejamiento y relajación.

E

Longitud de onda

E

Longitud de onda

E

Longitud de onda

Luz del Sol Lámpara incandescente Lámpara fluorescente


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1.2- La visión


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1.2- La visión• Más del 70% de la información captada por los sentidos, y que le

sirve al ser humano para relacionarse con su entorno, se recibe através de la vista mediante el proceso que se denomina VISIÓN.

• El ojo es un mecanismofisiológico que se parece en sufuncionamiento al de unacámara fotográfica. Los rayosluminosos entran por la pupila,pasan a través del cristalino(lente), e inciden sobre lascélulas fotosensibleslocalizadas en el fondo de lasuperficie interna del globoocular llamada retina(película). El párpado hace lafunción del obturador y el irisde diafragma, regulando laentrada de luz.


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1.2- La visión

• En la retina existen dos tipos de células fotosensibles:los bastones y los conos, que transmiten señales alcerebro a través del nervio óptico.– La mayoría de los conos se agrupan en una pequeña área

cerca del centro de la retina (fóvea), donde objetosenfocados por el cristalino forman una imagen invertida.La fina disposición en mosaico de los conos, permite quese forme una imagen clara y nítida, que es transmitida porel nervio óptico al cerebro. Los conos nos permiten leer einspeccionar objetos cercanos, distinguir colores y hacercomparaciones visuales precisas.

– La concentración de conos disminuye a medida queaumenta la distancia a la fóvea. Esto significa que fuerade la abertura del pequeño ángulo visual dominado porlos conos, la claridad y la agudeza visual disminuyenrápidamente. Los conos son insensibles a los niveles bajosde iluminación.


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1.2- La visión

– Los bastones están menos densos que los conos y seencuentran dispersos sobre toda la superficie interna delglobo ocular. Son mucho más sensibles a la luz, y por sudisposición no producen una imagen nítidamenteenfocada.

Bastones

Conos

Visión en blanco y negro De 75 a 150000000 distribuidos Conexión en paralelo Visión periférica, acromática y

escotópica

Visión en color De 6 a 7000000 (en la fóvea) Conexiones nerviosas 1:1 Visión fotópica y de detalle


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1.2- La visión

• Alteraciones en los receptores del color dan lugar aldaltonismo (anomalía ligada al cromosoma X, que seda entre el 5 y el 8% de los hombres y el 0,1% de lasmujeres).


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1.2- La visión

– Ejemplo de prueba de daltonismo:

8, 3 2, nada 5, nada


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1.2- La visión

Tipos de visión:– De acuerdo a la constitución del ojo:

• Visión central o foveal: En la fóvea hay mayor concentraciónde conos que de bastones. Este tipo de visión se caracterizapor una buena agudeza visual, por una baja sensibilidad a laluz y por distinguir los colores.

• Visión periférica: Fuera de la fóvea, prácticamente no hayconos. Son los bastones los que ocupan la periferia de laretina. Este tipo de visión se caracteriza por una buenasensibilidad a la luz, por una baja agudeza visual y por laausencia de la visión de los colores.


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1.2- La visión

– En función de los niveles de iluminación:• Visión escotópica: Se da para niveles de iluminación inferiores

a 0,05 lux. Los bastones son los elementos activosfundamentales en este caso y la visión periférica es superior ala foveal. Esta visión no produce en el cerebro la sensaciónde color (“de noche, todos los gatos son pardos”)

• Visión mesópica: Es la visión comprendida entre los niveles deiluminación de 0,05 lux y 3 lux. Debido al desplazamiento dela curva de sensibilidad espectral relativa, el ojo se hace mássensible a los colores más próximos al extremo azul delespectro.

• Visión fotópica: Se da si el ojo está adaptado a niveles deiluminación mayores que 3 lux. Los conos son los elementosactivos primordiales y es posible una captación normal delcolor.


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1.2- La visión

– La retina tiene diferentesensibilidad para las distintasradiaciones comprendidas enel rango del espectro visible.De hecho, en condicionesnormales de iluminación, lamayor sensibilidad correspondea la frecuencia del amarilloverdoso.

– Para niveles de iluminaciónbajos, la sensibilidad del ojo sedesplaza hacia el extremo delcolor azul (efecto Purkinje) .


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1.3- El color


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1.3- El color

• El color– Se puede definir el color como una interpretación

psicofisiológica del espectro electromagnético visible.– No es una propiedad intrínseca del los cuerpos, ya que no

sólo depende de sus propiedades ópticas, sino quedepende también de la composición espectral de la luzque reciben.

Diagrama de Cromaticidad de la C.I.E.(Commission Internationale de l'Eclairage)


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1.3- El color

• Temperatura de color– Por la ley de BOLTZMAN y la ley de WEIN, se sabe que todo

cuerpo emite radiaciones cuya cantidad de materia ylongitud de onda son función de la temperatura. Latemperatura de color es una forma de expresar el color deun cuerpo por comparación de éste con el color delcuerpo negro, que es el radiante perfecto teórico.

– Se llama temperatura de color a la temperatura (en ºK) ala que habría que calentar el cuerpo negro teórico paraque emitiera radiación luminosa del mismo color que elconsiderado.

– Cuando se calienta un cuerpo negro, éste se poneprimero rojo, luego naranja, etc., por tanto, la luz delextremo rojo del espectro se dice que tiene unatemperatura de color baja, temperatura que va subiendoconforme se pasa hacia la región azul del mismo .


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1.3- El color

Modelo de color RGB

Modelo de color CYM

Síntesis Aditiva Síntesis Sustractiva


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2- Magnitudes de Luminotecnia


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• En iluminación intervienen 3 elementos básicos: lafuente de luz, el objeto a iluminar y el sujeto receptor.Atendiendo a estos tres elementos, las magnitudesmás relevantes son:– Flujo Luminoso: Toda fuente de luz es un dispositivo para

transformar energía de un estado a otro. Estatransformación de energía no es muy eficiente. La mayorparte de la energía se transforma en infrarrojo, cercano ylejano, con lo que sólo una pequeña parte de la emisiónes visible

• El flujo luminoso es la cantidad de luz emitida o radiada poruna fuente de luz, en un segundo, en todas las direcciones.

• Símbolo: • Unidad: Lumen (lm)• La medida del flujo luminoso de una fuente de luz se realiza

en una Esfera Integradora o Esfera de Ulbricht


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Esfera integradorao

Esfera de Ulbricht

Medida del Flujo luminoso


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– Intensidad Luminosa: Es el flujo luminoso por unidad deángulo sólido, que es emitido por una fuente puntual enuna determinada dirección. Corresponde al flujo de luzemitido dentro de un cono cuyo vértice es la fuente de luz

• Símbolo: I• Unidad: Candela (cd)= Lumen/estereorradián

• La candela es una unidad fundamental del SistemaInternacional de Unidades

1 m

( / )I lm sr


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2- Magnitudes de Luminotecnia– Iluminancia: Cantidad de flujo luminoso que recibe una

superficie por unidad de área de dicha superficie,supuesta uniformemente iluminada.

• Símbolo: E• Unidad: Lux (lx) = Lumen/m2

• Una superficie estará mejor iluminada por un determinadoflujo cuanto menor sea ésta.

Iluminancia

2( / )E lm mS


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Fotografía extraída del Banco de Imágenes y SonidosMinisterio de Educación y Ciencia

• La iluminancia se mide mediante un instrumentodenominado luxómetro.

Valores típicos de iluminancia

Mediodía en verano 100.000 lx

Mediodía en invierno 20.000 lx

Oficina bien iluminada De 400 a 800 lx

Calle bien iluminada De 20 a 30 lx

Luna llena con cielo claro 1 lx


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– Luminancia: Es la magnitud fundamental en iluminación apesar de reflejar algo subjetivo, ya que mide la sensaciónde luminosidad más o menos grande que se percibe porhallarse en el campo visual una fuente de luz o unasuperficie iluminada.

– Es la sensación de claridad que el ojo recibe de unasuperficie. Está directamente ligada con la intensidadluminosa que llega a la superficie y con su coeficiente dereflexión.

– El ojo percibe diferencia de luminancias y no deiluminación. A igual nivel de iluminación, diferentes objetospueden tener diferentes luminancias debido a su distintoíndice de reflexión.

• Símbolo: L• Unidad: Candela/m2 (cd/m2)


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Luminancímetro o Nitómetro

S’: Superficie perpendicular

a la intensidad I

S

S’

2( / )' cos

I IL cd mS S

Valores típicos de luminancia

Cielo oscuro 0,0004 cd/m2

Luna llena 2.500 cd/m2

Tubo fluorescente 11.000 cd/m2

Filamento lámpara incandescente 10.000.000 cd/m2


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– Rendimiento Luminoso (Eficacia Luminosa): Indica el flujoluminoso que emite una fuente de luz por cada unidad depotencia eléctrica consumida para su obtención.

• Símbolo: • Unidad: Lúmenes/vatio (lm/W)• Si se consiguiera fabricar una lámpara que transformara toda

la energía eléctrica en luz a una longitud de onda de 555 nm,esta lámpara tendría la máxima eficacia posible y sería de683 lm/W.

– Energía Luminosa: Al igual que la energía eléctrica sedetermina como la potencia eléctrica en la unidad detiempo, la energía luminosa es el flujo luminoso emitido poruna fuente de luz en una unidad de tiempo.

• Símbolo: Q• Unidad: Lumen por hora (lm·h)

( / )lm WP

( )Q t lm h

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