prontuario iluminacion 1

EL MUNDO DE LA

ILUMINACIÓNPRIMERA PARTE

FUNDAMENTOS DE LA

ELECTRICIDAD

NATURALEZA Y MANIFESTACIONES

DE LA LUZ

El mundo iluminac. 4-6.qxp: El mundo iluminac. 4-6.qxp 12/1/09 19:15 Página 1

El mundo de la iluminación

Prólogo

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Iniciamos con esta primera parte de “EL MUNDO DE LA ILUMINACION” una serie de apun-tes y consideraciones sobre esta materia, que serán los que habitualmente utilizaremos ennuestro quehacer diario o con los que nos relacionaremos a menudo.

Poco más podemos añadir en esta entrada excepto expresar dos consignas importantes quepresiden este trabajo:

• Mostrar aspectos y datos útiles, asumidos a lo largo del tiempo, fruto de vivencias pro-pias y ajenas, para aquellos que deseen conocer algo más sobre esta materia.

•Tratar de hacer esta exposición lo más amena posible, dentro de las limitaciones que eltema admite.

Por ello nos permitiremos alguna licencia en aras de eliminar aridez a algunos conceptos quetienen, inexplicablemente, una carga importante de la misma.

Como, por ejemplo, contar con un elemento para subrayar en el texto alguna idea importanteo algún aspecto donde fijar más la atención:

Se trata de la mascota del Grupo Grudilec, o sea “KWITO”, que con su aspecto "relampa-gueante" será difícil que pase desapercibido.

También recurriremos a un apartado, que llamaremos anecdotario, donde se incluiránaquellas anotaciones capaces de aportar alguna idea más sobre lo expuesto.

Y cada cierto tiempo, gracias a otro anexo, daremos una vuelta atrás para apuntar algo que,no deseándolo, se haya quedado en el tintero.

A MANERA DE PRÓLOGO



Índice

5

Prólogo. ................................................................................................................................................................................................................................................................................. 3Introducción................................................................................................................................................................................................................................................................. 7El descubrimiento de la corriente eléctrica. .............................................................................................................................................. 9El circuito eléctrico de corriente continua y alterna. .............................................................................................................. 15Resistencia. ................................................................................................................................................................................................................................................................. 19Otros conceptosLey de Ohm. ................................................................................................................................................................................................................................................................. 21Potencia eléctrica. .............................................................................................................................................................................................................................................. 21Energía eléctrica. ................................................................................................................................................................................................................................................. 22Costo de la energía eléctrica. ........................................................................................................................................................................................................ 22Magnitud de la onda. ..................................................................................................................................................................................................................................... 24Frecuencia. ..................................................................................................................................................................................................................................................................... 26Forma de la onda de tensión alterna. ............................................................................................................................................................................. 26Intensidad alterna. .............................................................................................................................................................................................................................................. 27Factor de potencia. ........................................................................................................................................................................................................................................... 27Resistencia óhmica. ........................................................................................................................................................................................................................................ 27Resistencia inductiva. .................................................................................................................................................................................................................................. 28Resistencia capacitiva. .............................................................................................................................................................................................................................. 29Potencia activa. ....................................................................................................................................................................................................................................................... 31Potencia reactiva. ................................................................................................................................................................................................................................................ 31Potencia aparente. ............................................................................................................................................................................................................................................ 31Consideraciones sobre la transmisión de potencia. ............................................................................................................................. 33Anecdotario. .................................................................................................................................................................................................................................................................. 34Transformadores. ............................................................................................................................................................................................................................................ 35Anecdotario. .................................................................................................................................................................................................................................................................. 36Aspectos físicos de la luz. .............................................................................................................................................................................................................. 39Naturaleza de la luz. ....................................................................................................................................................................................................................................... 39Espectro visible. ..................................................................................................................................................................................................................................................... 39¿Cómo puede generarse la luz? .............................................................................................................................................................................................. 39Transmisión de la luz. .................................................................................................................................................................................................................................. 40Parámetros de la radiación luminosa. ............................................................................................................................................................................ 40El ojo humano. ...................................................................................................................................................................................................................................................... 41Formación de las imágenes. ........................................................................................................................................................................................................... 42Adaptación. ..................................................................................................................................................................................................................................................................... 44Acomodación................................................................................................................................................................................................................................................................ 45Agudeza ............................................................................................................................................................................................................................................................................. 46

ÍNDICE


Índice

El mundo de la iluminación6

Sensibilidad. ................................................................................................................................................................................................................................................................. 46Anecdotario. ................................................................................................................................................................................................................................................................... 47Magnitudes luminosas básicas. Leyes fundamentales de la luminotécnia.Flujo luminoso. .......................................................................................................................................................................................................................................................... 49Rendimiento luminoso. .............................................................................................................................................................................................................................. 50Intensidad luminosa. ...................................................................................................................................................................................................................................... 50Iluminancia. ..................................................................................................................................................................................................................................................................... 51Luminancia. .................................................................................................................................................................................................................................................................... 52Leyes fundamentales de la luminotécnia. ............................................................................................................................................................... 54Ley de la inversa del cuadrado de la distancia. .......................................................................................................................................... 54Ley del coseno. ....................................................................................................................................................................................................................................................... 55Utilidad de la fórmula de la ley del coseno. .......................................................................................................................................................... 56Reflexión, transmisión, absorción, refracción y difusión de la luz. Reflexión. ............................................................................................................................................................................................................................................................................ 57Transmisión. .................................................................................................................................................................................................................................................................. 58Absorción. ......................................................................................................................................................................................................................................................................... 59Refracción. ....................................................................................................................................................................................................................................................................... 60Difusión. ................................................................................................................................................................................................................................................................................ 60Factores de reflexión, transmisión y absorción. ........................................................................................................................................... 60Anecdotario. ................................................................................................................................................................................................................................................................... 61El color. ................................................................................................................................................................................................................................................................................ 63Síntesis substractiva. .................................................................................................................................................................................................................................... 66Síntesis aditiva. ..................................................................................................................................................................................................................................................... 68 Triángulo cromático. ....................................................................................................................................................................................................................................... 69La saturación de los colores. .......................................................................................................................................................................................................... 69Influencia psicofisiológica del color. .................................................................................................................................................................................... 70El control de la luz ....................................................................................................................................................................................................................................... 71Nivel de iluminación. ...................................................................................................................................................................................................................................... 71Nivel idóneo del contraste. ................................................................................................................................................................................................................. 76Control de las sombras. ........................................................................................................................................................................................................................... 77Modelado. ........................................................................................................................................................................................................................................................................ 77Control del deslumbramiento. ....................................................................................................................................................................................................... 78Control de nivel cromático. ................................................................................................................................................................................................................. 79Anecdotario. ................................................................................................................................................................................................................................................................... 80Recomendaciones. ........................................................................................................................................................................................................................................... 82Depreciación. .............................................................................................................................................................................................................................................................. 83Duración. ............................................................................................................................................................................................................................................................................. 84Medidas. ............................................................................................................................................................................................................................................................................ 84 Posición de funcionamiento. ....................................................................................................................................................................................................... 84



Introducción

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Podemos asegurar, con bastante aproximación a la verdad, que en el momento presente na-die, que se haya iniciado en iluminación, resiste el deseo de conocer a fondo todo lo que se re-laciona con esta apasionante materia hasta llegar a dominar el entorno luminotécnico y conver-tirse en un verdadero especialista en la misma.

Sin llegar tan lejos podemos comprobar que, en general, los conceptos básicos, desposeídosde toda complicación, se conocen, se utilizan y se habla de ellos, en definitiva.

Existen puntos de referencia que antes o no se indicaban en los catálogos o estaban envuel-tos, valga la expresión, de oscurantismo.

Es agradable repasar catálogos de iluminación ya que podemos comprobar que sus autoresse esfuerzan por presentarnos lo más significativo e importante de una forma muy atractiva ycomprensible.

También es cierto que la luminotecnia es una disciplina y como tal exige una dedicación yque tal vez, sobre todo al principio, nos cueste progresar en el empeño.

Comprobamos con desilusión que no avanzamos aparentemente nada, pero es un poso quese va grabando en nuestra mente y un buen día observamos que hemos tenido un verdaderoacierto al presentar una solución apropiada, entre las muchas posibles.

Iluminar un espacio permite varias alternativas y es que este trabajo tiene muchas solucionespor su gran carga de subjetividad (admitida de entrada), ya que no es raro escuchar: " Lo tengomuy claro, yo haría esto..." Que suele ser la respuesta habitual del prescriptor.

La iluminación de un recinto se parece a un cuadro que gusta o no, y que posiblemente nopodamos explicar por qué.

Lo más importante es conseguir el nivel de luz necesario para acometer la tarea que en eselugar se va a realizar y también considerar que hay otros aspectos que deben ser tenidos encuenta como el deslumbramiento y el modelado de las formas y objetos presentes y que a ve-ces se omite.

Acertar o pasarse un poco hacia arriba debe ser nuestro objetivo y por el que nos van a juz-gar.

El tono de la luz debe marcarlo el propio ambiente.

Finalmente recordemos que iluminar no es sólo alumbrar y que la luz es muy agradecida.

¡Es cierto! Porque una simple vela... , alumbra.

INTRODUCCIÓN


Introducción


Nuestra intención es desarrollar este trabajo en cuatro partes:

• La primera entrega se refiere a conceptos fundamentales sobre el comportamiento de la luzy la impresión que esta nos produce.

• La segunda entrega se centrará en destacar las cualidades de la fuente de luz artificial másantigua, la bombilla incandescente.También dedicaremos parte de texto, a destacar todo lo quese refiere a las lámparas halógenas, al formar parte de esta familia de lámparas con filamento,y a los auxiliares que pueden necesitar para su funcionamiento.

Como tenemos el recurso de la vuelta atrás, podemos seguir insistiendo en aspectos sobrela luz, que sirvan para confirmar ideas.

En esta entrega hablaremos también de la regulación de la luz incandescente.

• En la tercera se explicará todo lo necesario para conocer a fondo la iluminación fluorescen-te y empezaremos a trabar conocimiento de cómo se debe calcular la iluminación de un espa-cio, con todas sus posibles soluciones. Se describirán los auxiliares precisos para encender lostubos fluorescentes y cómo regular su emisión de luz.

Se escribirá lo necesario sobre la luz negra, la luz negra azul y la versión germicida de estetipo de radiación ultravioleta.

• En la última entrega se describirán las lámparas de descarga con todas sus aplicaciones ycálculos para el alumbrado de parques y jardines, alumbrado vial, deportivo y de proyección.Con el detalle de los auxiliares necesarios para el encendido y estabilización.

• Y en un anexo se explicará lo suficiente para conocer el alumbrado de emergencia, la nor-mativa a la que debe estar sujeto y cuantos datos sean precisos para tener una idea clara sobreel mismo.

• También hablaremos sobre las fuentes de luz que pueden sorprendernos en un futuro pró-ximo.

Finalmente queremos manifestar que no nos importaría insistir en aspectos ya comentados,a instancias de nuestros lectores, porque hemos dejado abierta esa posibilidad.

Admitiendo que también existe un colectivo luminotécnico formado por decorado-res, profesionales del diseño (o profesionales alejados del mundo eléctrico) y queno tienen por qué estar familiarizados con la electricidad, para ellos, si les toca le-er este texto, y para todo aquel que desee repasar lo ya conocido, se explica elsentido que esta tiene, en tono menor, con todas las unidades y parámetros eléc-tricos que pueden mencionarse en un tratado de iluminación como el que esta-mos desarrollando.

Está claro que sin electricidad no podríamos disponer de iluminación en el buensentido de la palabra.

Debemos coordinar ambas materias para conseguir los objetivos que persegui-mos.

Por esta circunstancia hablaremos de los conceptos fundamentales de la electri-cidad, relacionados con la iluminación:

INTENSIDAD, TENSIÓN, RESISTENCIA, POTENCIA, ENERGÍA, FACTOR DEPOTENCIA, FRECUENCIA…


La electricidad en sí misma ha sido intui-da durante siglos pero la aplicación prácti-ca de sus posibilidades, traducida en má-quinas y en artilugios, se remonta a princi-pios del siglo veinte.

Como referencia baste comentar queLondres se iluminó en 1920.

Pudo llegarse a una aplicación prácticagracias al descubrimiento de los métodospara producir un flujo continuo de electrici-dad que es lo que se conoce como corrien-te eléctrica.

Llegar a conseguir un nivel tan avanza-do como el actual ha sido posible gracias alestudio, la observación y la investigaciónconstante a lo largo casi de la historia delmundo.

Como en toda evolución existen unosjalones importantes de los que vamos a ha-blar.

En tiempos remotos empezó a preocu-par el origen de las descargas atmosféricasy su naturaleza.

Los griegos ya estaban en la tarea deanalizar diversos fenómenos curiosos e in-explicables. A Tales de Mileto (625-547 a.de C.), por ejemplo, se le atribuye el privile-gio de analizar un tipo de electricidad, laque provenía del frotamiento de ciertoscuerpos con seda (que permitía atraer pe-queños fragmentos de paja) a la que deno-minó hilopsiquismo, y tuvo la genialidad dediferenciar dos clases de electricidad, lapositiva y la negativa.

De hecho electricidad proviene del grie-go "elektron" que significa ámbar o unasustancia parecida. Desde entonces y has-ta finales de 1700 todos lo experimentos se

centraban en el estudio de una parcela dela electricidad: la electricidad estática.

Es necesario citar también al doctorWilliam Gilbert, un científico inglés de lacorte de la reina Isabel (siglo XVI), que enu-meró más cuerpos que podían generarelectricidad por frotamiento: el diamante, elzafiro, la amatista, el cristal de roca, el vi-drio, la plata y el lacre. Todas estas sustan-cias se "electrizan" cuando se frotan conseda o con un trapo seco atrayendo des-pués pequeños fragmentos de paja o depapel. No insistimos en ello porque segura-mente todos habremos frotado un bolígrafocon un trapo de seda o con las mangas deun jersey de lana, para atraer pequeños pa-peles.

Otro momentoimportante seproduce enAlema niacuando en1660 Otto vonGuericke dise-ña la primeramáquina eléc-trica que con-sistía en: !una bola deazufre que gi-raba alrededorde un eje¡

¿Qué?

Para no re-petirlo inserta-mos una ima-gen...


El descubrimiento de la corriente eléctrica

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EL DESCUBRIMIENTO DE LA CO RRIEN TE ELÉCTRICA

Otto y su bola


Cuando se apoya la mano seca sobre labola giratoria la esfera se electriza y se pro-ducen pequeñas chispas y chasquidos.

Su inventor descubrió que su esferaelectrizada agitaba las gotas de agua cer-canas y atraía objetos pequeños.

Después llegaron otros que trataron demejorar los resultados conseguidos con laesfera, como por ejemplo BenjamínFranklin, en América.

Todos estos esfuerzos condujeron a lacreación de distintos artilugios, como losdiscos giratorios generadores de electrici-dad estática, o triboelectricidad, que asítambién se conoce y que aún hoy en día seencuentran en infinidad de laboratorios.

Puede sorprendernos lo que aparece enla figura anterior pero se refiere ni más nimenos que al análisis de los efectos que laelectricidad estática produce sobre los cho-rros de agua a los que desvía y respecto a

los seres vivos:

"las plantas parece ser que crecen másrápidas y que los animales pierden peso..."(se comenta)

Aunque ninguna de estas máquinas fuecapaz de generar un flujo continuo de elec-trones, solo descargas.

Pero todo iba a llegar...

Y al fin llegó...

Ya que otro gran personaje estaba enello. Se trataba del médico italiano LuigiGalvani (1737-1798), profesor en Bolonia.

Por circunstancias de su trabajo, en1786 estaba analizando las patas de unarana muerta y pudo contrastar que pega-ban una sacudida brusca cuando se toca-ban con la hoja de un bisturí.

Parece ser que después de disecar unarana la había depositado sobre una mesadonde estaba una máquina electrostática,de tipo disco giratorio y cuando tocó ligera-mente los nervios de la rana, con la puntadel bisturí...

¡Los músculos de las patas se contraje-ron violentamente!

Pensó en la máquina eléctrica como res-ponsable del fenómeno y también en laelectricidad atmosférica y realizó muchos



La jaula

Galvani con su rana


ensayos, dentro y fuera de su laboratorio,como puede apreciarse en las figuras si-guientes.

Galvani siguió experimentando y expo-niendo las patas de la rana a diversas prue-bas, verificando que:

"La pata de una rana, sujeta con gan-chos de latón a la verja de hierro que rode-aba la pared del jardín de mi casa, presen-taba convulsiones no sólo durante las tor-mentas, sino también en otras ocasionescuando el cielo estaba completamente des-pejado. Una vez, cansado de esperar envano una tormenta que no llegaba, apretélos ganchos de latón que penetraban hastala médula espinal de la rana contra la verjade hierro y observé también contraccionesde los músculos."

Hizo muchas pruebas con arcos bimetá-licos formados por dos metales de distintanaturaleza y llegó a conclusiones que pasa-

ban por atribuir el fenómeno al ambiente oa las propias patas de la rana llegando apensar que esta electricidad, a la que llamó"electricidad animal", se producía porquelos dos metales permitían que la electrici-dad animal saltara del nervio al músculo.

Realmente no se dio cuenta que la elec-tricidad la producían los dos metales uni-dos.

Galvani no despreció el interés de estefenómeno y emprendió una serie de investi-gaciones que despertaron gran revuelo enel mundo científico.

La explicación correcta de los experi-mentos de Galvani la dio un compatriotasuyo llamado Alessandro Volta (1745-1827)que era profesor de física de la Universidadde Pavía.

Siguió experimentando y aunque en al-gún momento admitiese que la electricidadse pudiera originar en los tejidos animales,pronto centró su atención en las barras me-tálicas.

Se cuenta que pendiente del fenómenole llegaron noticias de una prueba realizadapor un suizo llamado J.G. Sulzer que habíapuesto la lengua entre piezas de plomo yplata, cuyos extremos estaban en contacto,detectando un sabor desagradable y pene-trante. Haciendo lo mismo pero con los me-tales separados no se notaba ese sabor. Alsaberlo Volta lo repitió y confirmó el mismoresultado anunciado en los dos supuestos.



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Escena A

Escena B

Escena C


Aún se permitió intercalar sus ojos en elcircuito experimental, observando una sen-sación de luz, que pudo tener graves con-secuencias.

A raíz de aquello, Volta realizó muchosexperimentos y al cabo de los años publicósu nueva teoría:

"La corriente eléctrica responsable delas observaciones de Galvani no era electri-cidad animal". Sostuvo que cuando dos cla-ses diferentes de metales se ponían encontacto con un cuerpo húmedo, se produ-cía una corriente eléctrica y si la corrientepasaba por un nervio, el músculo afectadose movía.

Descubrió que el valor de la corrientedependía de la naturaleza de los metalespuestos en danza.

Llegó a desarrollar toda una teoría quedesembocó en el fundamento de dos leyes.

Ordenó los metales en una serie, pensa-da de tal forma que los pares más alejadoseran los causantes de una corriente más in-tensa. Así la serie que determinó fue: cinc,plomo, estaño, hierro, cobre, plata, oro.

LA SERIE DE VOLTA. Uniendo todoslos posibles pares de conductoresmetálicos se comprueba que presen-tan distintas diferencias de potencial.Para medirlas se las refiere al valorque tienen respecto al cobre. En di-cha escala éste tiene un potencial ce-ro, mientras que una unión entre hie-rro y cobre generaría una diferenciade potencial de 0,13 voltios. Para

aclarar conceptos se traza un gráficoen el que se indican los potencialesde cada metal respecto al cobre.

Si hubiera que hallar la diferencia depotencial entre dos metales, ningunode los cuales es el cobre, bastaríacon calcular el de ambos respecto aéste.

Ejemplo: La diferencia de potencialexistente entre plomo y hierro puedeescribirse así:

VPb . Cu – VFe . Cu = VPb . Fe;

y sustituyendo, tenemos

0 ,54 V – 0,13 V = 0,41 V.

Volta continuó con sus investigaciones yen 1800 fabricó la pila (llamada voltaica) obatería eléctrica que permitía el flujo conti-nuo de corriente eléctrica. Estaba formadapor discos de cinc y plata, dispuestos unoencima de otro formando una "pila" (de ahíel nombre con que familiarmente la conoce-mos), y separados uno del siguiente poruna tela o papel húmedos.

Con unos sesenta discos en la pila unapersona podía notar una pequeña descar-ga al tocar los extremos.

Existe un cuadro, que reproducimos,donde se aprecia a Volta enseñando aNapoleón Bonaparte su descubrimiento ycon todos los respetos podemos imaginar-nos la situación:



La Serie Voltaica

Volta enseña la pila a Naapoleón


"La escena discurre en El InstitutoNacional de París el 7 de noviembre de1801. Como puede apreciarse, en primerplano aparece Napoleón Bonaparte, poraquel entonces primer cónsul de Francia, allado el Sr. Volta y alrededor una serie depersonas, se supone relacionadas con laciencia.

El Sr. Volta inclinado sobre su invento yprotegiéndolo con las manos, dice...

— Sire... he aquí mi invento...

—¿Qué es? Pregunta interesado

Napoleón.

— Una pila...

¡Expectación general!

—¿Para qué sirve?

Pregunta muy intrigado Bonaparte.

—¡Mirad!

Volta coge las patas de la rana y de-muestra que al conectar los extremos a loscorrespondientes de la pila, se contraen.

Todos se miran sorprendidos... Y el em-perador insiste...

—Pero, ¿Qué utilidad tiene?

Imaginemos la respuesta de Volta.

—De momento..., ninguna”

Esta alusión a unaescena tan curiosa notrata de empequeñecerla figura del genio. Todolo contrario ya que re-conocemos la enormeimportancia de su en-tusiasmo y de su obra,que radica en el hechode que la invención dela pila abrió un caminopara elaprovechamiento prác -tico de la energía eléc-trica ya que las anterio-res investigaciones

electrostáticas nunca hubieran conducido asemejante resultado, dado que mediante lainducción electrostática, aunque puedan acu-mularse grandes cantidades de carga eléctri-ca en un cuerpo, solamente se obtienen co-rrientes de muy breve duración con su des-carga, sí bien, a veces, de gran importancia.

Una prueba evidente del camino iniciadofue que en 1809 Sir Humphry Davy des-pués de percatarse de la transcendenciadel descubrimiento, mejoró el diseño de lapila voltaica, descubrió otros metales másaptos y montó en los sótanos de la RoyalInstitution de Londres la mayor pila quenunca se hubiera preparado, formada por2000 pares de placas cuadradas de 20 cmde lado. Delante de un nutrido auditorio laconectó a dos trozos de carbón, consi-guiendo un potente arco eléctrico.

Hasta aquí se han detallado una serie desucesos que bien pudieron haber sido loshitos básicos que marcan los balbuceos dela historia de la electricidad.

Hasta que surgió un investigador nato...

Fue prácticamente el Sr. Edison (1847-1931) quien trabajó, experimentó e inventóuna serie de artilugios que más o menoshan llegado en el mismo estado a nuestrosdías y que constituyen la parte dinámica ypor tanto la que conocemos actualmente ysin la que no podríamos vivir al ritmo y esti-lo que lo hacemos. Hay que recordar quese le atribuyen más de 2.000 patentes.

Lo patentaba todo, aún no teniendo unaaplicación inmediata como el gramófono,que tardó 10 años en encontrarle una sali-da airosa.

En el momento actual ya sabemos que laelectricidad se produce en las centrales hi-dráulicas, térmicas, nucleares y reciente-mente también en los parques eólicos,amén de poderse generar con el auxilio dela radiación solar en paneles fotovoltaicos yotros sistemas de menor entidad. Sabe mosque llega a nuestros hogares a través deunos tendidos de mucha envergadura queal acercarse a las ciudades se les entierra,después de haber sufrido algún cambio de



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La Pila de Volta


identidad del que luego hablaremos.

La electricidad llega a nosotros nomina-da como "corriente eléctrica". Solemosmezclar conceptos al referirnos a ella.

Así decimos que "ese cable da corrien-te..." cuando realmente queremos decir quetiene tensión y que su aislamiento deja mu-cho que desear.

Corriente eléctrica es el paso de electro-nes por un conductor y para que exista senecesita un circuito. Sin él no puede habercirculación de electricidad...

La electricidad está cons -tituida por partículas de lamateria de los cuerpos queson infinitamente pequeñase invisibles que poseen car-ga eléctrica, a las que se lesllama electrones, y formanparte de los átomos quecomponen la materia.

¿Por qué los pájaros pueden posarsesobre un tendido eléctrico sin que les ocu-rra nada? Lo curioso es que siempre sonpájaros pequeños los que se posan.

Parece ser que nadie ha visto nunca unacigüeña en esa actitud.

Sin duda es la referencia más acertadapara familiarizarnos con la idea de circuito.

Siguiendo con la misma necesitamosantes precisar que existen dos formas decircular electrones por un circuito: de forma"continuada", siempre en la misma direc-ción, y se corresponderá con lo que llama-remos corriente continua o de forma "alter-nada", es decir, un tiempo en una direccióny otro en la dirección contraria.

¿ Por qué ?

Ahora lo veremos.



No les resulta peligroso



El circuito eléctrico

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Puede estar formado por un generadorde electricidad, unos conductores, un inte-rruptor de corriente, un receptor (una lám-para, por ejemplo) y unos aparatos de me-dida.

Observamos que a los electrones se lesatribuye un camino que va del polo positivodel generador al polo negativo, pasandopor el receptor, la bombilla, a la que haránlucir.

Y esto ocurrirá mientras exista la rege-neración que se produce en la dinamo enmovimiento y que hace situarse a los elec-trones en un nivel más alto para que pue-dan recorrer el circuito.

Con la intención de clarificar conceptosvamos a recurrir a un auxiliar muy valioso ysocorrido como es el símil hidráulico.

Comprobamos que un circuito hidráulicoestá formado por una bomba, unas tuberí-as, una llave de paso, un receptor y unosaparatos de medida.

Con ayuda de este auxiliar podemos re-presentar un circuito donde la corrientecontinua de agua circule siempre en el mis-mo sentido y la rueda hidráulica gira tam-bién en el mismo sentido

Y en otra analogía hidráulica podemoscontrastar que debido al efecto del pistónde la bomba alternativa el agua circula unavez en un sentido y otra en el contrario. Apesar de este movimiento alterno del aguala rueda hidráulica lo hace siempre en elmismo sentido

EL CIRCUITO ELÉCTRICO DE CORRIENTE

CONTÍNUA Y ALTERNA


A la cantidad de electricidad que circulaen un segundo por el conductor se llama in-tensidad de la corriente eléctrica y se repre-senta por la letra I.

La unidad de intensidad de corrienteeléctrica es el amperio y se representa porla letra A.

Para deshacer la incógnitade sí esa letra puede ser ma-yúscula o minúscula hay queaclarar que existe un acuer-do internacional de formaque si la letra se refiere alnombre o apellido del físicoque ha formulado el postula-do de una determinada leydonde se define esa unidadde medida, deberá emplear-se la letra en mayúscula.

En este caso hablamos deAndré Marie Ampére (mate-mático y físico francés 1775-1836).

Recordemos que si nos referimos a va-lores muy altos podemos utilizar el kiloam-perio o si por el contrario se trata de valoresmuy pequeños recurriremos al miliamperio.Esta forma de expresar un valor es hacerloen múltiplos o submúltiplos.

Unidad fundamental:

Acabamos de hablar de intensidad yhay que hacer una observación muy impor-tante que tiene que ver con las unidades demedida:

Actualmente el sistema de medidas queutilizamos es el Sistema Internacional deunidades (SI), establecido en 1960 por la11ª CGPM (Conferencia General de Pesasy Medidas).

Este sistema establece una serie de uni-dades básicas o fundamentales, otras deri-vadas y finalmente otras suplementarias.

Démonos cuenta de que las fundamen-tales son siete:

Metro (longitud), kilogramo (masa), se-gundo (tiempo), amperio (intensidad decorriente eléctrica), candela (intensidadluminosa), temperatura (kelvin) y mole(cantidad de materia o sustancia).

Hemos hablado de la circulación deelectrones de forma continuada o de formaalternada y da la impresión de que este mo-vimiento sólo es posible de llevarse a caboen un medio sólido.

Nada más lejano de la realidad ya quees factible, y esto es muy importante, laconducción de electricidad en un medio lí-quido en un medio gaseoso y hasta en unmedio semiconductor.

Un ejemplo definitivo queaclara la realidad de la exis-tencia del flujo eléctrico enun medio gaseoso lo consti-tuye el tubo fluorescente quecomo veremos, más adelan-te, una vez encendido, siguecreando circuito, aunque seaen forma de arco.

Ante la imposibilidad de poder contar elnúmero de electrones que pasa por un con-ductor se utilizan sistemas basados en susefectos, por ejemplo intercalar en el circuitoun aparato, que sin duda será conocido, co-mo es el amperímetro.

Se ha comentado la existencia de dos ti-pos de corriente, la continua y la alterna yaunque nos pueda resultar la primera másfamiliar, más de casa, por aquello de las pi-las y la batería del coche, y la segunda másdesagradable, por aquello de no estarsequieta, es esta última la que se utiliza debi-do a criterios prácticos basados, sin duda,en la capacidad que tiene de ser transporta-da a distancia sin generar grandes pérdidasy recurriendo para ello a elevar la tensión avalores muy altos como por ejemplo 45.000voltios.

Gracias a esta "manipulación" consegui-remos que el concepto de potencia, del que




hablaremos después, y que como veremosestá formado por el producto tensión por in-tensidad, mantenga su cuantía disminuyen-do el valor de uno de los factores del pro-ducto, que es la intensidad.

Démonos cuenta de que si con esa ten-sión (45.000 V) pasa un amperio esteramoshablando de 45.000 vatios, que es una granpotencia.

Y como la sección del cable necesariapara pasar un amperio es muy pequeña,menor de 1 mm2, imaginemos los amperiosque pueden pasar por un tendido aéreo dealuminio de 50 mm2.

Para que la corriente eléctrica circule porun circuito es necesario que entre dos pun-tos o bornes de conexión del mismo existauna diferencia de potencial (d.d.p.) o ten-sión eléctrica.

Y para mantener esa diferencia de po-tencial es necesaria una fuerza continuaque le mantenga y que se llama fuerzaelectromotriz (f.e.m.) y que en el caso deuna dinamo la está produciendo el propiogiro a unas determinadas revoluciones y enel caso de una pila o batería esa fuerza laaporta la reacción interna química que seestá desencadenando.

A la tensión eléctrica se le designa conla letra U y para medir la existente entredos puntos de un circuito se utiliza un apa-rato de medida llamado voltímetro que seinstala insertando su dos bornes entre lospuntos donde se desee medir la tensión(ver figura).

La unidad de tensión eléctrica y fuerzaelectromotriz es el voltio y se representapor V (mayúscula en honor de AlessandroVolta, físico italiano 1745-1827).

Recordemos que si hablamos de valoresmuy altos podemos utilizar el kilovoltio o sipor el contrario se trata de valores muy pe-queños recurriremos al milivoltio.

Es tan importante el concepto de fuerzaelectromotriz que el circuito hidráulico quefigura a continuación puede ser muy escla-recedor:

En el mismo observamos que para queel agua circule es necesaria la existenciade una diferencia de nivel entre dos puntoso superficies del mismo y para que lo hagaconstantemente se precisa una fuerza mo-triz que mantenga la diferencia de nivel quecomo se aprecia en el dibujo está propor-cionada por la bomba.



17


Otro concepto con el que podemos en-contrarnos es con el de resistencia.

Se intuye que la corriente eléctrica al cir-cular por el conductor encuentra una resis-tencia, como lo hace un vehículo al circularpor una carretera, que es mayor a mayorlongitud del cable y mayor también cuantomenor es su sección.

Así es en efecto, lo mismo que en unaconducción de agua las grandes seccionespermiten el paso de grandes corrientes pe-ro en contra las pequeñas secciones nopueden sino gestionar pequeños valores.

Y de la misma suerte que una tubería deuralita tiene una determinada resistencia alpaso del agua y distinta a la que ofrece unatubería de hierro galvanizado o de hierropulido, sin más, a los conductores eléctri-cos les ocurre lo mismo, no teniendo el mis-mo valor un hilo de cobre que un hilo dealuminio.

A la resistencia que presenta al paso dela corriente un conductor de 1 m de longitud

y 1 mm2 se le llama resistividad o coeficien-te de resistividad y se representa por la le-tra griega ρ (ro).

La resistencia eléctrica es consecuenciadel rozamiento de los electrones en su pa-so a través de los pequeñisimos cristalesque constituyen la materia de un conductor.

Este rozamiento, como todos, generacalor, razón por la cual un conductor se ca-lienta al paso de la corriente eléctrica, enmayor o menor grado y proporcionalmentea la magnitud de la misma, a sus dimensio-nes y la propia naturaleza del mismo.

A esta resistencia eléctrica se le repre-senta con la letra R siendo su unidad elOhmio en honor de Georg Simon Ohm, físi-co alemán 1789-1854 y los valores numéri-cos que alcanza se han de acompañar conla letra griega Ω (omega).

La resistencia eléctrica de un conductorpuede obtenerse por las siguientes fórmu-las:


Resistencia

19

R = ρ (resistividad) x l (longitud en m) / s (sección en mm2)

Ejemplo:

¿Qué resistencia presenta al paso de la corriente un conductor de cobre de 300 m de longi-tud y 1,5 mm2 de sección?

RESISTENCIA

lR = ρ x s

lR = ρ xs

= 0,017 x 300 / 1,5 = 3,4 Ω


La medida de la resistencia eléctrica selleva a cabo generalmente con un aparatollamado ohmímetro.

No tiene mucha incidencia ni se relacio-na directamente en ningún tema de ilumi-nación salvo en la regulación de la luz quese realizaba en teatros y afines hace yamuchos años, cuando el reostato (incorpo-rador de resistencias puras) estaba a la or-den del día. No obstante es importante co-nocer su existencia para justificar, porejemplo, el calentamiento de los equiposauxiliares para el encendido de ciertas lám-paras.

Con la temperatura la resistencia cam-bia de valor, estando ambas magnitudesrelacionadas en una fórmula que convieneconocer y es:

Rt = R20 (1 + 0,00393 [ t - 20 ] )

Rt es la resistencia eléctrica del elemen-to que estemos considerando a la tempera-tura t, R20, el valor que tiene a 20 ºC (quese toma como valor de referencia) y t es latemperatura final.

Esta fórmula es válida solamente paraun intervalo restringido de temperaturas yaún dentro de él no es más que una aproxi-mación.

Se trata de un incremento pequeñocuando la variación de la temperatura es depocos grados. Sin embargo, en algunos ca-sos esa variación no puede descartarsepues influye en el comportamiento de cier-tos aparatos eléctricos.

Tal es el caso de las lámparas incandes-centes. Su filamento se hace con una alea-ción de tungsteno. En el momento en que labombilla se enciende el filamento está frío(baja resistencia eléctrica en relación con laque tiene el filamento en régimen normal defuncionamiento) y, consecuentemente, larecorre un pulso de corriente cuya intensi-dad es varias veces mayor que el valor queaquella alcanza cuando el filamento estácaliente.

Esta explicación justifica el por qué sefunden las bombillas, habitualmente, en elencendido. Y es que los encendidos, por loanteriormente expuesto, acortan considera-blemente la vida de las lámparas.

Resistencia


Valores de resistividad de ciertos metales en su utilización como conductores.

Conductores Resistividad a 20 ºC

Aluminio ......................................................... (Al) ......................................................... 0,0256

Cobre electrolítico ....................... (Cu) ........................................................ 0,0156

Cobre industrial ............................... (Cu) ........................................................ 0,0170

Hierro .................................................................. (Fe) ......................................................... 0,0906

Mercurio ........................................................ (Hg) ........................................................ 0,9580

Níquel ................................................................. (Ni) ......................................................... 0,1232

Plata .................................................................... (Ag) ........................................................ 0,0146

Wolframio .................................................... (W) ......................................................... 0,0800


LEY DE OHM

También es interesante saber como serelaciona la resistencia con la tensión e in-tensidad con lo que llegaremos a formularla famosisima ley de Ohm:

Si en los extremos de un conductor deresistencia R se aplica una tensión U, la in-tensidad de corriente que circula por el mis-mo es directamente proporcional a la ten-sión e inversamente proporcional a la re-sistencia.

I (amperios) = U (voltios)/ R (ohmios)

Si nos remontamos a un circuito hidráuli-co constataremos que la corriente líquidaque circula por una tubería que une dos de-pósitos situados a distinto nivel será tantomayor cuanto mayor sea el desnivel y tantomenor cuanto mayor sea la resistencia alpaso del líquido.

De la fórmula anterior podemos sacarotras relaciones:

U (voltios) = I (amperios) x R (ohmios) o bien

R (ohmios) = U (voltios)/ I (amperios)

Importante:

La fórmula de la Ley de Ohm en las tresversiones anteriores se cumple siempre

que estemos en presencia de corrientecontinua. En corriente alterna solo cuandoactuemos con receptores que presentan re-sistencia óhmica pura, como en el caso debombillas incandescentes y halógenas atensión de red. En las lámparas de descar-ga, alimentadas con corriente alterna, sepresentan otros fenómenos más complejos,donde intervienen desfases entre tensión eintensidad y de los que hablaremos des-pués.

De ahí que la corriente alter-na sea a veces menos popu-lar que la continua.

POTENCIA ELÉCTRICA.

Por física sabemos que la potencia es lacantidad de trabajo realizado en la unidadde tiempo (un segundo).

Y en electricidad se cumple que:

P (potencia) = U (voltios) x I (amperios)

P = U x I

La unidad de potencia es el vatio y susímbolo W (de James Watt, físico inglés,1737-1802)

De la fórmula anterior podemos sacar

U (voltios) = P (vatios) / I (amperios)

PU =

I

UR =

I

IU =

R

UI =

R


Otrosw conceptos

21

OTROS CONCEPTOS


I (amperios) = P (vatios) / U (voltios)

Como U = R x I

Tenemos que P = R x I2 que puede ser-virnos para calcular la potencia emitida enforma de calor (efecto Joule) en un conduc-tor.

IMPORTANTE:

La fórmula de la potencia en las tres ver-siones anteriores se cumple siempre queestemos en presencia de corriente conti-nua. En corriente alterna solo cuando ope-remos con receptores que presentan resis-tencia óhmica pura, como en el caso debombillas incandescentes y halógenas atensión de red. En las lámparas de descar-ga, alimentadas con corriente alterna, sepresentan otros fenómenos más complejos,donde intervienen desfases entre tensión eintensidad como veremos después.

La medida de la potencia eléctrica "ab-sorbida" por cualquier circuito eléctrico ali-mentado con corriente continua o alterna yaparatos receptores que presenten única-mente resistencia óhmica (lámparas incan-descentes, por ejemplo) puede llevarse acabo midiendo la tensión y la intensidad porseparado. Multiplicando esos valores ob-tendremos la potencia. También se podráhacer la medida directamente con un apa-rato llamado vatímetro que se emplea tam-bién en corriente alterna.

ENERGÍA ELÉCTRICA.

Si conectamos una lámpara hay que su-ministrarle una determinada potencia eltiempo que esté luciendo, considerando elproducto de esa potencia por el tiempo enservicio obtendremos la energía consumi-da.

La energía eléctrica se representa por laletra W y su fórmula es:

W (energía) = P (potencia) x t (tiempo)

W = P x t

Su unidad es el vatio por hora, que seescribe Wh, siéndonos más familiar elkWh, equivalente a 1.000 vatios.

La medida de la energía eléctrica se lle-va a cabo con la intervención de los conta-dores de energía.

Costo de la energía eléctrica.

Es muy importante este capítulo porquenos va a permitir considerar, a priori, la efi-ciencia de una fuente luminosa.

Diremos que el sistema de tarifación ac-tualmente en vigor en nuestro país presen-ta una estructura binómica, es decir, que seproducen dos tipos de cargos por dos con-ceptos distintos:

- Uno es el denominado término de po-tencia que grava la potencia en kW quehemos contratado con la compañía.

- El otro es el término de energía quegrava el consumo, esto es, los kW/hconsumidos.

La situación es tal que en el supuesto deno haber consumido nada, siempre se pro-ducirá el primer cargo. (Por eso existe con-fusión respecto al mínimo, que era un con-cepto por el que se movía el antiguo siste-ma de tarifación).

A continuación figura el alquiler del con-tador, los posibles cánones por moratorianuclear u otros conceptos.

Finalmente el IVA extiende su manto so-bre todas las partidas.

Para fijar mejor los conceptos de un reci-bo, reproducimos uno actualmente en vi-gor.

PI =

U

Otros conceptos



Seguimos a vueltas con los dos tipos de corriente mencionados:

Corriente continua.

La que nos proporciona las pilas por ejemplo.

La representación gráfica de la tensión continua seria:

Consideramos que está suficientemente clara.


Otros conceptos

23


La representación gráfica de la intensi-dad (continua) seria:

La corriente continua no tiene una apli-cación práctica en circuitos de iluminacióncomo tampoco está presente en los consu-mos domiciliarios ni industriales, salvo enaplicaciones especificas, como galvanotec-nia y galvanoplastia. En el resto de aplica-ciones necesitamos corriente alterna quees la que suministran las compañías eléctri-cas al presentar, frente a la continua, clarasventajas en cuanto a su generación, trans-formación y transporte económico.

Como las lámparas luminosas, con muypocas excepciones, están previstas para sufuncionamiento con corriente alterna, esnecesario conocer con cierta profundidadlos conceptos básicos sobre este tipo decorriente, para obtener el máximo provechoen su utilización.

Como puede apreciarse en la figura latensión cambia continuamente de magnitudy sentido a intervalos periódicos, pero elhecho de hacerse negativa no signifiqueque no "ejerza", prueba evidente nos lo pre-cisa el circuito hidráulico de la figura que ya

vimos pero que se representa de nuevo.

Debemos saber que una tensión alternaqueda definida por su magnitud (altura dela onda), su frecuencia y su forma.

Magnitud de la onda.

La unidad de medida de la tensión alter-na también es el voltio (V)

Como podemos apreciar en la gráfica esdifícil medir un valor de la tensión porquesiempre está variando (diremos que el valorde la tensión es variable, oscilando desdeun valor cero, a uno máximo positivo, ba-jando a cero, llegando a un máximo negati-vo y volviendo a cero, para repetir constan-temente este trayecto), por ello hemos derecurrir a otros tres valores que presentanla particularidad de no depender del tiempotranscurrido, es decir que son constantes yse les conoce como valor máximo, valormedio y valor eficaz.

De los tres mencionados el más impor-tante y el más utilizado para definir una co-rriente alterna es el valor eficaz, hasta elpunto de que hablamos de 220 V y aunquesean eficaces, suprimimos ese apelativo.

No obstante vamos a centrar nuestraatención en lo que representa cada uno deellos porque estamos ante unas cuestionesque tienen mucha importancia y cuando ha-blemos del MUNDO DE LA MEDIDA habráque volver a insistir.

Valor instantáneo.

Se corresponde con cada una de las po-siciones de la onda y suele representarse

Otros conceptos



con letras minúsculas. Tal como se entiendees el valor en cada instante y que es distin-to del valor en el instante siguiente.

Valor máximo.

El valor instantáneo en un momento de-terminado adquiere un valor mayor que losanteriores y se corresponde con la cúspidede la onda.

Este valor coincide en valor absoluto conel máximo que llega a alcanzar por debajo.

En la figura se marcan los dos.

Valor medio.

Llamaremos valor medio de una corrien-te alterna a la media aritmética de todos los

valores de una alternancia porque si fuesede las dos ese valor seria cero.

Como la media aritmética es la suma detodos los valores considerados dividida porsu número, si en una alternancia tomamosdoce valores instantáneos podemos decirque la intensidad media (o la tensión, si ha-blamos de tensiones) es:

y de una forma general,

Si la forma de onda es senoidal se cum-ple que:

Insistimos en que si sacamos el valor me-dio de las dos semiondas, obtendremos elvalor cero.

Valor eficaz.

Llamaremos valor eficaz de una corrien-te alterna al que produce los mismos efec-tos que una corriente continua actuandocon el mismo valor.

Para explicar esta definición, que es

0,63 x ImaxIm =

i1+i2+i3+...+inIm =n

i1+i2+i3+...+i12Im =12


Otros conceptos

25


muy importante, imaginemos el siguientecircuito:

En él podemos entender que una bombi-lla está conectada a un generador de co-rriente continua.

Que pasa una determinada intensidad ala que llamaremos I emitiendo luz en un de-terminado nivel que podemos medir con uninstrumento apropiado como un luxómetroen la escala de luminancias (ya veremosqué es esa medida, sí es que no lo sabe-mos ya).

Conectamos la misma bombilla a una

corriente alterna, tal como vemos en la figu-ra,

E imaginemos que conseguimos ralenti-zar el experimento y podemos jugar solocon una alternancia.

Partimos de cero, con la bombilla apaga-da y vemos como empieza a lucir, hasta lle-gar a un valor de intensidad que luce igualque en la experiencia anterior, pues bien,ese valor es el valor eficaz de la intensidadque estamos buscando o el de la tensióneficaz porque es evidente que si las tensio-nes son iguales en ambos casos, lo serán

también las intensidades.

El valor eficaz de una corriente alternase encuentra en la cuarta parte de una al-ternancia, correspondiendo a un ángulo de45º.

La relación existente entre el valor eficazy el máximo es:

FRECUENCIA

Es una magnitud que tiene su proceden-cia en las máquinas que generan electrici-dad en las centrales y tiene que ver con larotación de las turbinas y su transcenden-cia es tal que cualquier aparato receptordebe llevarla indicada en la etiqueta de ca-racterísticas. Si nos remitimos a la figuradonde se aprecia la forma de onda de latensión alterna observamos que esta oscilacon el tiempo y diremos que frecuencia esel número de oscilaciones "completas", es

decir 0, +, 0, -, 0. por se-gundo.

Y a esa oscilación completa se le llamaperiodo. También se llaman hercios a esosperiodos y se representan por Hz (en honorde Hertz Heinrich Rudolf, físico alemán1857-1894). En Europa y por ende enEspaña tenemos en la red 50 Hz, en con-traposición de EE.UU y varios países deCentroamérica que tienen 60 Hz.

Forma de la onda de tensión alterna.

La curva de la tensión que volvemos arepresentar recibe el nombre de senoide.

ImáxIeficaz =1,41

Otros conceptos


0 0 0

+

—Representación de un periodo


Por ello las tensiones así representadas sellaman "tensiones alternas senoidales".

INTENSIDAD ALTERNA.

Su unidad de medida es el amperio A yal ser una consecuencia de la aplicación deuna tensión alterna a un circuito, se repre-senta de la misma forma, guardando la mis-ma relación sus valores máximos, medios yeficaces.

FACTOR DE POTENCIA.

Cuando una corriente alterna circula através de una bobina o un condensador, laoposición al paso de la corriente está com-puesta por algo más que la simple resisten-cia del alambre.

Influye lo que se denomina factor de po-tencia.

Es importante entender el significado deeste valor porque afecta al rendimiento detodas las instalaciones de iluminaciónsiempre y cuando intervengan en ella lám-paras fluorescentes o de descarga ya que

se produce un desfase.

Vamos a analizar de forma sencilla el

comportamiento de los tres tipos de recep-tores que pueden estar presentes en cual-quier tipo de instalación.

Ya que aparece en la figura de la páginasiguiente, (Resistencia ohmica pura), la anota-ción "no hay desfase", ¿Pueden producirsedesfases entre la intensidad y la tensión al-terna?

Efectivamente, y se deben a las propie-dades eléctricas especiales de las diversasresistencias que puede encontrarse en uncircuito de corriente alterna.

Podemos encontrarnos con tres tipos deresistencias:

Resistencia óhmica, representada por

R

Resistencia inductiva, representada por

XL

Resistencia capacitiva, representada por

Xc

RESISTENCIA ÓHMICA R

Se entiende por resistencia óhmica de unreceptor la que produce el mismo efecto ca-lorífico en un circuito de corriente continuaque en otro de corriente alterna, en igual-dad de condiciones.

Si en un circuito de corriente alterna sólose encuentran conectados receptores conresistencia óhmica no se produce ningún

desfase


Otros conceptos

27

Resistencia ohmica pura

Reactancias de encendido

Tensión contínua

Tensión alternaU~

U-


entre latensión yla corriente, cumpliéndose la ley de Ohm talcomo se comentaba anteriormente.

RESISTENCIA INDUCTIVA XL

También llamada impedancia inductiva yel ejemplo más claro lo constituye un deva-nado de hilo esmaltado formando una bobi-na.

El nivel de oposición que presenta a lacirculación de una corriente alterna es ma-yor que la que ofrecería la simple resisten-cia óhmica del alambre.

Cuando este devanado se hace sobreun núcleo de hierro, la resistencia que pre-senta a la circulación de corriente, impe-dancia, aún es mayor y la bobina es llama-da bobina de reacción.

Realmente estamos hablando de una re-actancia para el encendido de un tubo fluo-rescente o una lámpara de descarga.

Si esta bobina se conecta en corrientecontinua solo prevalecerá el valor en oh-mios de su devanado, pero...

Imaginemos esta bobina de reacción, reac-

tancia o resistencia inductiva (como desee-mos denominarla) alimentada a una fuente

de corriente alterna:

Al conectar y cuando el voltaje sube enuna dirección se produce un fenómeno(propio de la bobina) que hace que se cree

una oposición en la bobina a que la intensi-dad la recorra y por ello esta no aumentatan rápidamente, produciéndose el desfaseque se aprecia en la siguiente figura:

En efecto, en la bobina se produce unafuerza contraelectromotriz (inducida) desentido contrario a la electromotriz aplicada

Otros conceptos


Resistencia ohmica puraCircuitos de corriente contínua y alterna con

resistencia inductiva

Tensión contínua

Tensión alternaU~

U-


al circuito, como si la resistencia hubieseaumentado.

Podemos representar este fenómenocon una analogía hidráulica:

La bomba de accionamiento genera unafuerza motriz que mueve el pistón del re-ceptor de uno a otro extremo de su posiblerecorrido y cuando este pistón llega a unextremo el volante cede energía por inerciay origina una fuerza contramotriz de sentidocontrario a la motriz, que se va disipandoconforme el pistón avanza hacia el centrodel cilindro. Dicha fuerza contratromotrizproduce una disminución de la fuerza mo-triz al mismo tiempo que se reduce la inten-sidad de la corriente. El efecto que produceel volante en el circuito hidráulico es similaral que produce una bobina en un circuito

eléctrico de corriente alterna.

Y como se aprecia en el siguiente gráfi-co los impulsos del volante están retrasadocon respecto a la bomba motriz.

RESISTENCIA CAPACITIVA XC

También se llama capacitancia.

Imaginemos un circuito de corriente con-tinua donde se ha intercalado un condensa-dor. Al conectarlo se carga instantánea-mente y enseguida se puede constatar queno hay paso de corriente, pero posee unafuerza electromotriz igual y opuesta a latensión del circuito.

Sin embargo al incorporarlo a un circuitode corriente alterna se cargará y descarga-rá cada vez que la corriente cambie de di-rección.

El resultado que se obtiene escomo si la corriente circulara a tra-vés del condensador. En efecto,una corriente alterna produce unflujo continuo a través del conden-sador.

Cuando los electrones seprecipitan dentro del con-densador para cargarlo senecesita un cierto periodo detiempo para acumular el vol-taje en las placas del con-densador.

Lo mismo al descargarse el condensa-dor ya que los electrones salen precipita-damente pero el voltaje tiende a permane-cer momentáneamente en el condensador.

Por lo tanto, cuando una corriente alter-na circula a través de un condensador, elvoltaje se retrasa en relación con la corrien-


Otros conceptos

29

Circuitos de corriente contínua y alterna con resistencia capacitiva

Analogía hidráulica de la resistencia capacitiva

Tensión contínua

Tensión alternaU~

U-


te.

Otra forma de expresar esta situación esdecir que la corriente se adelanta al voltaje.

La corriente se denomina corriente deadelanto.

La analogía hidráulica seria en este caso:

Al funcionar la bomba el émbolo empujael agua de una forma alternativa en los dossentidos pero interviene la elasticidad de lamembrana provocando el giro del molinetesolo en un único sentido.

Efecto del retraso de la intensidad so-bre el voltaje.

Como se dijo anteriormente en un circui-to inductivo, donde predominan bobinas dehilo esmaltado, la corriente se retrasa conrelación al voltaje.

Se ha explicado que un circuito de co-rriente continua la potencia, en cualquiermomento, es igual al voltaje multiplicado

por la corriente, relación que es también vá-lida en un circuito de corriente alterna cuan-do se considera un instante determinadode tiempo.

En las figuras que siguen, podemos ver

una grá-fica de latensión y corriente en fase, y el valor de lapotencia en cada instante (curvas másgrandes situadas en la parte positiva del ejede coordenadas).

Y también lo que ocurre cuando existeun retraso de la corriente respecto al volta-je.

Las franjas rayadas son potencia negati-va actuando en contra de la potencia positi-va.

Otros conceptos


Efecto de la membrana

Retraso de la intensidad

Retraso de la tensiónActuación de la tensión e intensidad al unísono


Pues bien a la relación entre la potenciapositiva y la potencia total (positiva más ne-gativa) se llama factor de potencia.

Si no existiera desfase, no habría poten-cia negativa y la relación seria potencia to-tal dividido por potencia total, o sea la uni-dad.

¿Qué ocurre cuando el desfase se pro-duce porque el voltaje es el que se retrasa?

Vemos que también se produce potencianegativa y en este caso de menor tamañoporque hemos elegido menor desfase.

En consecuencia llegamos a la conclu-sión que el factor de potencia es "algo" queafecta al producto V x I y que lo mantieneen ese valor o lo reduce según la cuantíaque adquiera (lo ideal la unidad, esto es,ningún desfase).

Las potencias negativas no son absorbi-das por el receptor, volviendo en cada ins-tante de nuevo al generador.

CONCLUSIÓN:

Es el valor de la corriente total quién de-termina la sección económica del cable queva a alimentar un circuito y por ello el usode un considerable número de aparatos debajo factor de potencia requiere el uso decables de mayor sección.

Los motores de inducción, balastos paralámparas fluorescentes o de descarga yotros aparatos usados en el comercio y laindustria producen factores de potencia enretraso. Pero también existe otro tipo de re-ceptores que producen factores de poten-cia en adelanto, como por ejemplo los con-densadores, de tal forma que la combina-ción de aquellos con estos puede dar lugara un factor de potencia próximo a la unidad.

De ahí que pueda mejorarse el factor depotencia de una o varias luminarias incor-porando un condensador apropiado en ca-da una de ellas.

Eso encarecerá la instalación pero con-seguiremos un ahorro importante utilizandola sección más económica de los conducto-res y en el caso de disponer de contador de

energía reactiva recibiremos bonificacionesen lugar de cargos.

Todo lo visto anteriormente nos conducea una realidad que es la existencia de trestipos de potencias:

- Potencia activa

- Potencia reactiva

- Potencia aparentePotencia activa, Pa es la que realmente

consume un receptor para realizar un tra-bajo y la unidad es el vatio W.

La potencia activa en un circuito de co-rriente alterna es siempre menor o a lo su-mo igual que la potencia aparente y se cal-cula multiplicando la potencia aparente (V xI ) por el factor cos. ϕ (coseno de phi), quecomo sabemos representa el desfase entrela tensión y la intensidad. Es el factor depotencia y puede tomar valores entre 0 y 1.

Todas la potencias mencionadas se rela-cionan y así tenemos:

Potencia activa

Pa (W) = U (V) x I (A) x cos. ϕ

Potencia activa

Pa (W) = Pap (V x A) x cos. ϕ

Potencia aparente

Pap (V x A) = Pa (W) / cos. ϕ

cos. ϕ = Pa (W)/ Pap (V x A)

La potencia reactiva, Pr se necesita paraque los balastos y los motores cumplan su


Otros conceptos

31


misión (encender y girar).

Potencia aparente, Pap es una magnitudpuramente matemática, que por si sola nodice nada sobre la potencia eléctrica con-sumida por un receptor pues en su valor in-terviene también la parte de potencia queéste devuelve sin aprovechamiento al ge-nerador.

Veamos cómo representarlas:

Al incorporar la trigonometría tenemos:

ϕ es el ángulo del desfase y el cos ϕ es elvalor "perseguido", y que deseamos tengaun valor lo mas próximo a la unidad.

Observemos en las figuras cómo sepuede igualar la Pap a la Pa.

Observemos también como la potenciareactiva, pero capacitiva (de sentido contra-rio) permite una aproximación de la Pap ala Pa.

Por todo lo expuesto se deduce que la

intensidad de corriente en un circuito de co-rriente alterna que presenta resistencia in-ductiva y deducida de la fórmula de la po-tencia activa:

En la misma podemos hacer todo tipo desupuestos, entre otros, imaginar que si elfactor de potencia disminuye mucho, subirála intensidad lo que provocará un calenta-miento indeseado en la instalación que nosobligará a dimensionar excesivamente lasección de los conductores o bien a tratarde remediarlo.

La presencia de resistencia inductiva dalugar a una potencia reactiva que no quedaregistrada (a no ser que por la naturalezade la contratación con la compañía sumi-nistradora se obligue) en el contador deenergía activa que normalmente se colocaen una vivienda o local.

No queda registrada pero sobrecargalas líneas.

Para remediarlo, es decir, para disminuirel factor de potencia, se utilizan loscondensadores que como ya quehemos visto producen el efectocontrario (ver figura anterior).

Como los condensadores tomanenergía de la red y la devuelvendespués, si a una inductancia se leconecta un condensador apropia-

do, el desfase producido por esta quedarácompensado.

REPETICIÓN DE LA JUGADA:

Resumiendo lo anteriormen-te visto y con ánimo de de-jarlo rotundamente claro te-nemos que si la potencia encorriente continua es,

P = V x I

En alterna la expresión ante-

Potencia activa (W)I (A) =

U (V) x cos ϕ

Otros conceptos


Ejemplos de desfase con la misma potencia activa

Compensación de la potencia


rior se ve modificada por lapresencia de elementos in-ductivos (bobinas, reactan-cias, etc.) en el circuito y queno tienen ningún efecto encircuitos de corriente conti-nua salvo en los momentosde conexión y desconexiónde un receptor.

A diferencia de lo que ocurreen corriente continua, las ca-

ídas de tensión debidas a lapresencia de reactancias,caídas de tensión inductivas,no se suman algebraicamen-te con las caídas debidas alas resistencias presentes enel circuito, caídas de tensiónohmicas, sino que se sumangeométricamente, resultan-do el triángulo de tensionesde la figura siguiente:

Donde VL es la caída de ten-sión inductiva, VR la caídade tensión óhmica y su sumageométrica es la caída total

de tensión del circuito. Al án-gulo ϕ se le llama ángulo de

desfase.

Si multiplicamos las tres ten-siones por el valor de la in-tensidad que circula por elcircuito conseguiremos eltriángulo de las potencias,semejante al anterior.


Otros conceptos

33

VVL

VR

=V.I

=VR.I

PR = VL.I


CONSIDERACIONES SOBRE LA TRANSMISIÓN DE POTENCIA.

Hemos comentado que una pila eléctricaproduce corriente continua, también llama-da en algunos países directa.

Los primeros sistemas diseñados por elSr. Edison, para suministrar electricidad alas viviendas eran de corriente continua,pero esta corriente exige que los usuariosestén ubicados muy cerca de la planta ge-neradora ya que no sería económicamenterentable transmitir corriente continua a lar-gas distancias por las enormes pérdidasque esto significaría.

Insistiendo en ello vamos a poner unejemplo:

Imaginemos que deseamos alimentaruna zona de la ciudad donde se sitúan1.000 viviendas con un promedio de contra-tación de 5.500 vatios cada una. Para elloes necesario transmitir toda esa potencia através de una línea de 220 V. La carga totalde las 1.000 viviendas seria de 5.500.000vatios, es decir 5.500 kW y por esa líneamencionada pasaría una intensidad de

Cantidad muy elevada que necesitaría elauxilio de un cable con un diámetro mayorde 300 mm.

Ahora bien si elevamos la tensión de lle-gada a 15.000 voltios y en puntos estratégi-cos y por edificios situamos unos transfor-madores de relación de transformación15.000/220 V, habremos resuelto en pro-blema.

La línea de 15.000 V estará ahora reco-rrida por

Intensidad que un cable de 50 mm2 escapaz de gestionar.

ANECDOTARIO

• Hay quién opina que el condensa-dor de compensación de corrientereactiva tiene, además de elevar elfactor de potencia otro cometido,mejorar el encendido del tubo o dela lámpara y realmente, no es así.

• Pensamos y sabemos, gracias a lasexperiencias vividas por todos, loimportante y necesario que es me-jorar el factor de potencia de unainstalación, sobre todo industrial,pues persigue la mayor bonificaciónposible por parte de la compañía desuministro.

Es en el ámbito domestico dondequizá se le dé menos importancia.

Pero vamos a relatar un suceso delque tuvimos noticias por casualidady que sin duda se debe estar repi-tiendo a menudo, así que estemospreparados.

"Hace unos años, cuando se inició lagran corriente de simpatía por los down-lights o encastrables con lámpara fluores-cente compacta, los fabricantes suministra-ban los aparatos en una sola versión, bajofactor, es decir sin el condensador que me-jorase un factor de potencia muy bajo, delorden del 0,56.

Pues bien, se dio la circunstancia de unasituación extraña en la consulta de un mé-dico. Este profesional para establecersehabía unido dos pisos.

Le aconsejaron este tipo de iluminación

5.500.000I = = 366 A

15.000

5.500.000I = = 25.000 A

220

Otros conceptos


downlight


por su elevado rendimiento y poder relajan-te, realmente conveniente sobre todo parala sala de espera.

Le instalaron un número considerable deaparatos de 26 y de 18 vatios sumándosela cifra, nada despreciable, de 3.208 W enel circuito de alumbrado que como sabe-mos está protegido por un PIA, que en elcaso de un nivel de electrificación elevadapuede tener un valor de 15 amperios.

Inmediatamente pudieron comprobar quealgo no funcionaba bien ya que se dispara-ba constantemente el limitador asignado pa-ra la protección de ese circuito, además denotar que se calentaba excesivamente yque no podía rearmarse de inmediato.

Con lo que hemos expuesto anterior-mente estamos preparados para saber quéestaba ocurriendo:

Aplicando la fórmula ya vista para calcu-lar la intensidad:

I = 3.208 / 220 x 0,56 = 26 A

Esa intensidad es capaz de disparar el li-mitador ya que supera su capacidad.

Fue necesario compensar los aparatos ypara ello se intercalaron 23 condensadoresde 18 μf, en los distintos ramales que ali-mentaban los downlights.

Gracias a este añadido solventaron elproblema".

¿Por qué?Se consideró que con la inclusión en el

circuito de esos condensadores se elevaría

el factor de potencia a 0,95.

Aplicando de nuevo la fórmula:

I = 3.208 / 220 x 0,95 = 15,3 A

(que ya es otra cosa...)Es preciso hablar de ellos por dos moti-

vos muy importantes.

Uno, porque en iluminación se están uti-

lizando y concretamente en una aplicaciónque dio en su momento mucho que hablar:la utilización masiva de bombillas halóge-nas de baja tensión tanto en forma elemen-tal como en forma de campanilla.

Ya veremos que se denominan bi-pin ydicroicas.


U (V) x cos ϕ


U (V) x cos. ϕ


Transformadores

35

TRANSFORMADORES


Estos transformadores son necesariospara proporcionar la baja tensión necesariapara estas lámparas, normalmente 12 V, yaunque se está aprovechando la electróni-ca para fabricar otras versiones, más livia-nas, no hay duda que por simplicidad y pre-cio seguirán utilizándose muchos años.

Otra de las razones para hablar de lostransformadores es para explicar su utiliza-ción en el transporte de energía que ya he-mos apuntado.

Se trata de unos sencillos elementos,en cuanto a su concepción y cons-trucción que aprovechando las pro-piedades singulares de la corrientealterna permite que el voltaje seaelevado o reducido a voluntad.

Cuando una corriente eléctricacircula a través de una bobina de hi-lo de cobre esmaltado se crea un

campo magnético dentro y alrededor de es-ta bobina, siendo este campo magnéticomás intenso si se ha bobinado el hilo de co-bre en un núcleo de hierro.

Se puede verificar que si cambia de in-tensidad el campo magnético en el interiorde la bobina, se induce un voltaje en su in-terior.

En un transformador se devanan dos bo-binas de hilo de cobre esmaltado en el mis-mo núcleo de hierro, bien en un lado o bienen lados opuestos.

Un cambio de corriente en una de estasbobinas causará un cambio magnético enel núcleo y a su vez este cambio induciráun voltaje en la otra bobina. A la primera deestas bobinas, o sea la bobina de entrada,se le llama bobina primaria y a la otra, a lade salida, se le conoce como secundaria.También se les llama primario y secundariode un transformador. Ver figura.

Conectado un primario a una tensióncontinua (una batería, por ejemplo) crea-ría una corriente continua que no produci-ría ningún efecto en la bobina. Sin embar-

go cualquier alternancia en la intensidadinducirá otra en la bobina secundaria. Elmáximo efecto es producido cuando unacorriente alterna circula a través de la bobi-na primaria. Esta corriente comienza en ce-ro y se eleva al máximo en un sentido, re-duciéndose luego a cero y se eleva al máxi-mo en sentido opuesto, volviendo de nuevoa cero. Esta variación genera un efectomagnético que induce un voltaje en la bobi-na secundaria creador a su vez de una co-rriente alterna secundaria.

Si la bobina primaria tiene el mismo nú-mero de vueltas que la bobina secundariano conseguimos nada respecto al cambiodel valor de la tensión.

Pero hemos construido unelemento de seguridad se-parador de circuitos.

Lo lógico en iluminación es que exista uncambio de voltaje como, por ejemplo, paraobtener 12 V de tensión secundaria, y po-der encender las lámparas halógenas quehemos mencionado. Este cambio de voltaje

es proporcional a la relación entre el núme-ro de espiras de cada bobina.

Consideremos, por ejemplo, un transfor-mador que tiene 100 espiras en el primarioy 1000 en el secundario. A este tipo se lellama elevador y su relación de transforma-ción es de 10 a 1. De tal suerte que si apli-camos 220V al primario obtendremos en elsecundario 2.200 voltios. Si el transforma-dor es reductor se produce el fenómeno

Transformadores


Autotransformador


contrario. Este es el caso del modelo utili-zado para alimentar una halógena dicroicade 12 V.

Es muy importante recordar que:

• En un transformador, la potenciaque gestiona el primario es igual ala que se genera en el secundario,más pérdidas.

• El producto del número de espirasdel primario por la intensidad quecircula por él (se suele llamar am-perios vuelta) es exactamenteigual al producto del número deespiras del secundario por la inten-sidad que circule.

Y en lo referente a su otra faceta, comotransportador de energía, hay que resaltarque el uso de transformadores permite lautilización del voltaje más idóneo para cum-plir su función. De tal forma que una línea,un tendido eléctrico, se puede alimentar a15.000 voltios, elevar a 220.000 voltios,mediante el transformador adecuado,transmitir a este voltaje a través de tendi-dos entre torres de alta tensión, distribuir denuevo a 15.000 voltios, entre calles, de for-ma subterránea, y suministrar a viviendas a220 V y a fábricas a 380V.

Como es obligado hablar del autotrans-formador, diremos que es un componentemás barato, a igualdad de potencia, quetiene la forma de la figura y que presenta"ausencias importantes" como la facultadde separar circuitos.

También es importante saber que los au-

totransformadores son reversibles, es decirque podemos utilizar el secundario comoprimario siempre y cuando respetemos latensión para la que está concebido y la po-

tencia que pueda soportar.

ANECDOTARIO

TRANSFORMADORES DE RELACION 1: 1

Mencionamos al principio de esta pági-na, y además lo destacamos con KWITOincluido, que puede fabricarse un tipo detransformador que tiene un número de es-piras en el primario igual a las del secunda-rio, con unas aplicaciones muy válidas yque a la vez son muy curiosas.

Conviene aclararlas ahora que aún se-guimos en el apartado de transformadores.

Imaginemos una máquina de pulir terra-zo, por ejemplo, que presenta las siguien-tes peculiaridades:

- Va a trabajar con un elemento añadidoy peligroso: agua.


Transformadores

37

Utilización de un transformador de relación 1:1


- Se suele operar con ella en localesque se van a inaugurar y que aún notienen acometida, recurriendo por esacircunstancia, tras la obtención del co-rrespondiente permiso, a la conexión auna palomilla del tendido eléctrico o ensituaciones más avanzadas a una co-nexión en una caja general de protec-ción.

- Normalmente tienen una gran poten-cia.

- Finalmente, el riesgo de "pellizcar" el

ca-ble de alimentación es alto.

Para trabajar con cierta seguridad pode-mos arbitrar dos soluciones:

La primera es incluir un interruptor dife-rencial en la propia dotación del interruptorde la pulidora con lo cual la persona que lamaneje estará libre de percances.

Pero la más segura es incorporar al con-junto un transformador de seguridad de alto

aislamiento, de relación 1:1 que evitará lasconsecuencias derivadas de que en las re-des españolas, normalmente, el neutro es-tá conectado a tierra.

Si lo deseamos podemos seguir mante-niendo la protección añadida del interruptordiferencial

A esta forma de proceder se le denomi-na, en el argot electrotécnico, "separacióngalvánica" y tal como se indica en la figuraconviene que la parte magnética del trans-formador esté unida a tierra.

Otra aplicación interesante, para evitarque a ciertos receptores "delicados" lleguenlos espúreos de la red, es decir, sobreten-siones instantáneas y microcortes, es inter-calar en la entrada de alimentación de losmismos transformadores de este tipo y dela potencia adecuada al receptor. Con elloevitamos la llegada al secundario de susefectos y además conseguimos para estosun aislamiento adicional.

La explicación habría que buscarla en la"pereza" que presentan los devanados a si-tuaciones donde se presentan alteracionesbruscas.

NATURALEZA DE LA LUZ.

Es una manifestación de la energía en


Aspectos físicos de la luz

39

ASPECTOS FÍSICOS DE LA LUZ

Espectro electromagnético


forma de radiaciones electromagnéticassusceptibles de estimular el órgano visual.

Denominamos radiación a la transmisiónde energía a través del espacio.

Existen muchas manifestaciones deenergía en forma de radiaciones.

Para descubrirlas hemos de analizar loque se conoce como espectro electromag-nético.

De la observación del mismo obtenemoslas siguientes conclusiones:

La luz del día no es blanca, aunque asíse manifieste la que recibimos del sol, yaque en realidad está compuesta por unconjunto de radiaciones electromagnéticas.

Así hemos estudiado que una gota deagua interpuesta en un rayo de luz solar sedescompone en una serie de colores, lla-mado en su conjunto arco iris, y que sonrojo, anaranjado, amarillo, verde, azul,añil y violeta.

Esta descomposición puede realizarseexperimentalmente haciendo pasar un rayode luz blanca a través un prisma triangularde vidrio transparente.

Se puede verificar que cada uno de loscolores se corresponde con una determina-da zona de radiación del espectro:

ESPECTRO VISIBLE

La naturaleza compleja de la luz solarfue estudiada por primera vez, en 1664 porIsaac Newton, quien aislando un haz de ra-yos solares mediante un orificio en unapantalla hizo que dichos rayos incidieransobre una tela después de haber pasado através de un prisma. A esa imagen alargaday coloreada Newton la llamó espectro. Por

eso se denomina espectroscopio el disposi-tivo que permite descomponer un haz deluz en sus componentes coloreados.

¿CÓMO PUEDE GENERARSE LA LUZ?

Se puede producir de varias formas,siendo las más importantes desde el puntode vista de las lámparas artificiales:

Calentado cuerpos sólidos hasta alcanzarsu nivel de incandescencia que genera luzy cuyo exponente más claro lo tenemos enel hogar de una fragua (fundamento de laslámparas incandescentes).

Provocando una descarga eléctrica en-tre dos placas o electrodos situados en elseno de un gas o un vapor metálico (funda-mento de las lámparas de descarga).

Si nos damos cuenta, en ambos caso laluz se produce como consecuencia de unatransformación de la energía (eléctrica a lu-minosa para las lámparas que describire-mos en este tratado).

TRANSMISIÓN DE LA LUZ.

Aspectos físicos de la luz


Longitud de onda y propagación de la luz

Lo que hizo NewtonLa luz se propaga en todas las direcciones


Las radiaciones de la luz se transmiten adistancia de forma parecida a como lo haceel movimiento del agua, en un estanque, sitiramos una piedra.

Se forman ondas que tienen crestas yvalles, son concéntricas y se propagan a lolargo y ancho de la superficie del agua,amortiguándose, hasta desaparecer.

Gracias a estas ondas se aprecia su

efecto de choque lejos del lugar donde seha iniciado.

Sin embargo las ondas de luz no necesi-tan ningún medio material donde propagar-se, aunque también se transmiten a travésde sólidos y líquidos.

Por ello, la luz que recibimos del sol enforma de ondas llega hasta nosotros, atra-vesando el espacio vacío que existe entre

los planetas y al entrar en contacto con laatmósfera se transmite a través de los ga-ses que la forman.

Existe otra diferencia entre las ondas deluz y las del agua y es que las segundas so-lo utilizan un plano de dos dimensiones, lar-

go y ancho, y las de la luz pueden propa-garse en todas las direcciones del espacio,largo, ancho y alto.

Finalmente, y resumiendo podemos lle-gar a las siguientes conclusiones:


El ojo humano

41

EL OJO HUMANO

Construcción anatómica del ojo humano


La luz se transmite:

• Mediante ondas.

• A distancia.

• También en el vacío…

• Y en todas las direccione.

PARÁMETROS DE LA RADIACIÓN LUMINOSA:

La radiación luminosa presenta dos ca-racterísticas físicas fundamentales:

1. La velocidad de propagación quees de 300.000 km por segundo y...

2. La longitud de onda o distancia en-tre dos ondas consecutivas.

Esta longitud de onda se mide en lumi-notecnia en nanómetros, símbolo nm y tie-ne su correspondencia con otras unidadesque pueden resultarnos conocidas o desco-

nocidas pero que existen en física y que seexponen.

De todos los sentidos el hombre atribuyemayor valor a la visión. Más que cualquierotro, este permite la localización en el espa-cio y es el que da cuenta con mayor preci-sión de los acontecimientos que tienen lu-gar en el medio en el que el hombre se de -senvuelve.

Los ojos son órganos fotosensibles alta-mente evolucionados; cada uno de ellosestá alojado en una caja ósea protectora: laórbita. El ojo propiamente dicho, o globoocular, es de constitución bastante delica-da. Está formado por una cámara oscura,una capa de células sensoriales, un siste-ma de lentes para formar la imagen y unsistema de células y nervios que conducenlos impulsos hasta el sistema nervioso cen-tral. Aquí las señales se interpretan, com-

El ojo humano


Comparación del ojo con una cámara fotográfica


pletándose el proceso.

El ojo se puede comparar con una cá-mara fotográfica aunque mucho más evo-lucionado ya que presenta algunas diferen-cias fundamentales con ella.

En el ojo el objetivo lo componen la cór-nea, el humor acuoso y el cristalino.

El diafragma es el iris y la película foto-sensible la retina que está dotada de unoselementos fotorreceptores encargados decumplir distintas funciones y que reciben por


El ojo humano

43

Estructura de la retina


su forma el nombre de conos y bastoncillosy que son los órganos realmente sensiblesa los estímulos luminosos, siendo en ellos

donde se realiza la transformación de laenergía luminosa en sensación o energíanerviosa.

Se da la circunstancia de que los bas-toncillos son muy sensibles a la luz y casiinsensibles al color, mientras que los conosson muy sensibles a los colores y casi in-sensibles a la luz.

Se deduce, entonces, que la misión deunos es hacerse con el brillo o claridad delos objetos y la de los otros apreciar los co-lores que los visten.

En la visión a la luz del día o con sufi-

ciente luz artificial clara (llamada visión fotó-pica) interviene los bastoncillos y los conos,mientras que en la visión nocturna o conmuy poca luz (llamada visión escotópica)intervienen esencialmente los bastoncillosya que en este tipo de visión no se distingueel color de los objetos.

En el centro de la retina se encuentrauna mancha amarilla y es el lugar donde elnúmero de conos es muy superior al debastoncillos, existiendo en el centro de esta

El ojo humano


Formación de las imágenes


mancha un pequeño punto de 0,25 mm dediámetro, llamado fóvea central, que solocontiene conos y donde la sensibilidad reti-niana a la estimulación luminosa es máxi-ma.

El punto de entrada del nervio ópticoconstituye lo que se llama punto ciego, queal no contener ni bastoncillos no conos esinsensible a las impresiones luminosas.

FORMACIÓN DE LAS IMÁGENES.

El hombre tiene un campo visual limitado por un ángulo de unos 130º en sentido vertical y deunos 180º en sentido horizontal.

De los objetos iluminados o con luz pro-pia y situados en el campo visual parten ra-yos luminosos que atravesando la córneapasan por el cristalino donde se refractan yllegan a la retina en la que se forma la ima-gen de los objetos que se percibe invertiday mucho más pequeña que la natural, talcomo ocurre en una cámara fotográfica, pa-sando mediante el nervio óptico al cerebroque se encarga de procesarla y de interpre-tarla amén de rectificar su posición (ponerladerecha).

Como aclaración conviene recordar que si se deseaver con mayor nitidez la imagen de un objeto ha demirarse de tal forma que los rayos luminosos procedentes del mismo converjan exactamente sobre la retina, en la

fóvea central.

CUALIDADES DEL OJO.


El ojo humano

45

Adaptación de la pupila

Tiempo de adaptación

Acomodación del ojo


• Adaptación.

• Acomodación.

• Agudeza visual.

• Sensibilidad.

ADAPTACIÓN.

Así se denomina la capacidad que tieneel ojo para ajustarse automáticamente a lasdiferentes iluminaciones de los objetos.

Este ajuste lo realiza la pupila en su mo-vimiento de cierre y apertura y en las cáma-ras fotográficas se lleva a cabo gracias aldiafragma. Si la iluminación es muy intensala pupila se contrae reduciendo así la luzque llega al cristalino, y si es escasa la pu-pila se abre para captar la mayor cantidadposible.

Según los expertos, en iluminacionesmuy altas, la pupila se reduce a un diáme-tro de aproximadamente 2 mm y en ilumi-naciones muy bajas se abre aproximada-mente 8 mm.

Al pasar de un local bien iluminado aotro totalmente a oscuras, el ojo se ve so-metido a un proceso de "adaptación" quedura aproximadamente 30 minutos y si laacción es al contrario, esto es, de un localpoco iluminado a otro muy bien iluminado,este proceso dura sólo unos segundos.Ver figura.

ACOMODACIÓN

Se entiende por tal a la capacidad delojo para ajustarse de forma automática alas diferentes distancias de los objetos, en-focándolos de tal forma que se obtenga delos mismos una imagen nítida en la retina.

Este ajuste se lleva a cabo variando lacurvatura del cristalino y con ello la distan-

cia focal por la contracción o distensión delos músculos ciliares.

Si el objeto se encuentra cerca del ojo lacurvatura se hace mayor que sí está lejos.

En la máquina fotográfica se logra va-riando la distancia entre el objetivo y la pla-ca sensible.

La capacidad de acomodación del ojodisminuye con la edad a consecuencia delendurecimiento del cristalino.

AGUDEZA VISUAL

Se conoce por la capacidad del ojo dereconocer por separado, con nitidez y pre-cisión objetos muy pequeños y próximosentre sí, diciéndose que una persona tieneelevada o buena agudeza visual cuandopuede leer sin esfuerzo, distinguir los deta-lles de un objeto minúsculo o reconocerperfectamente una señal de tráfico a largadistancia.

La agudeza visual máxima se consideraque tiene un valor de 100 y se correspondecon una edad temprana. A medida que pa-san los años se tienen porcentajes más ba-jos.

El ojo humano


Agudeza visual respecto a la edad

efecto Purkinje


SENSIBILIDAD

El conjunto de radiaciones de la luz deldía está comprendido en una zona del es-pectro electromagnético cuyas longitudesde onda se encuentran entre los 380 nmpara el color violeta hasta los 780 nm parael color rojo, valores límites de la sensibili-dad del ojo humano.

Todas las fuentes luminosas tienen supropia radiación o mezcla de ellas dentrode dichos límites.

Como la sensibilidad de los conos de laretina es diferente para cada color, repre-sentando, mediante un gráfico la sensibili-

dad relativa del ojo humano para las distin-tas longitudes de onda de la luz del medio-día soleado, suponiendo a todas las radia-ciones luminosas la misma energía, se ob-tiene una curva en forma de campana(campana de Gauss) que llamaremos "cur-va de sensibilidad del ojo a las radiacionesmonocromáticas de longitud de onda λ", oabreviadamente "curva Vλ".

En ella podemos constatar que el ojo tie-ne la mayor sensibilidad en la longitud deonda 555 nm que se corresponde con elamarillo-verdoso, y la mínima a los coloresrojo y violeta, pudiéndose deducir de estoque los manantiales luminosos que presen-


El ojo humano

47


ten más radiación y cuyas longitudes de on-da se acerquen a los colores verde y amari-llo tendrán más eficiencia (ya veremos estacircunstancia en las páginas de este ma-nual dedicadas a las lámparas de descargade sodio baja presión y sodio alta presión),aunque una luz de tal clase no es apropia-da para nuestro ojo, acostumbrado a la luzsolar.

En la visión escotópica (en el crepúsculoy la noche) el máximo de sensibilidad sedesplaza hacia longitudes de onda meno-res, según se puede observar en la figura.

Este fenómeno se denomina "efectoPurkinje" y consiste en que las radiacionesde menor longitud de onda (violeta y azul)producen mayor intensidad de sensacióncon baja que con alta iluminación, mientrasque las radiaciones de mayor longitud deonda (anaranjado y rojo) se comportan alcontrario.

ANECDOTARIO

En lo anteriormente expuesto pode-mos justificar en qué se basa el ar-gumento de colocar en los vehícu-los faros de color amarillo (enFrancia, por ejemplo).

El mismo argumento puede servirde explicación del por qué se ilumi-nan ciertas zonas de autopistas yautovías con lámparas de sodio dealta presión (color amarillo), además

de ser lámparas con elevada eficien-cia energética (muchos lúmenesemitidos por vatio consumido) y que

representan más ahorro que otro ti-po de fuente de luz, vapor de mercu-rio, por ejemplo.

Y en lo que respecta al efecto que


Magnitudes luminosas básicas. Leyes fundamentales de la luminotécnia

49

MAGNITUDES LUMINOSAS BÁSICAS.LEYES FUNDAMENTALES DE LA LUMINOTÉCNIA.

“Todas las unidades utilizadas en la medición de la luz estan basadas en la respuesta a

los estímulos luminosos de un ojo humano sano”

Cantidad deagua que salede una duchaen un segundo.

Analogía hidráulica

Flujoluminoso


puede producirse, en pequeñas ilu-minaciones, aplicando una fuentede luz azul o violeta cerca del ojo,de mejorar la visión, podemos re-cordar una moda de hace unosaños: la consistente en colocar unpequeño aplique de este tipo de luzen el salpicadero del coche.

UNIDADES Y MEDIDAS.

En la teoría de la iluminación intervie-nen dos elementos básicos: la fuente pro-ductora de luz y el objeto a iluminar.

Las magnitudes y unidades de medidabásicas empleadas para valorar y compa-rar las cualidades y los efectos de las fuen-tes de luz, son las siguientes:

• Flujo luminoso

• Rendimiento o eficacia luminosa

• Intensidad luminosa

• Iluminancia

• Luminancia

• FLUJO LUMINOSO.Es la cantidad de luz emitida por

una fuente de luz en todas las di-recciones, en la unidad de tiempo.

También se puede definir como la potenciade radiación emitida por dicha fuente, perci-bida y evaluada según el valor fijado inter-nacionalmente para la sensibilidad del ojohumano.

Símbolo Φ

Unidad: Lumen (lm).Este concepto, un tanto etéreo, tiene la

feliz contrapartida de ser un dato que todoslos fabricantes de fuentes de luz proporcio-nan en sus catálogos.

Ejemplos:

Bombilla incandescente

60W 230V: 730 lm

Tubo fluorescente estándar

36/54: 2.500 lm

Tubo fluorescente trifósforo

36/840: 3.350 lm



La energía se transforma...

Analogía hidráulica. Intensidad de un

chorro de agua enuna determinada

dirección.

Intensidad luminosa


RENDIMIENTO O EFICACIA LUMINOSA

Una vez definido y localizado en una ta-bla el valor del flujo de una fuente de luz po-

demos obtener lo que se denomina eficacialuminosa o rendimiento luminoso, valor demucha actualidad que se obtiene dividien-do los lúmenes por los vatios que consumeesa fuente de luz, considerando las pérdi-das del equipo de encendido, de existir. Asítenemos que el tubo 36/840 tiene una efica-cia de 98 lm/W y el tubo T5 (16 mm.) puedellegar a tener 104 lm/W.

La energía transformada por los manan-tiales luminosos no se puede aprovechartotalmente para la producción de luz. Porejemplo, una bombilla incandescente con-sume una determinada energía eléctricaque transforma en energía radiante y de laque sólo una pequeña parte es percibidapor el ojo en forma de luz, mientras que elresto se pierde en calor y en flujo no lumi-noso.

Si se lograse fabricar unalámpara que transformarasin pérdidas, toda la poten-cia eléctrica consumida enluz de una longitud de ondade 555 nm, esta lámparatendría el mayor rendimiento

luminoso posible, cuyo valorsería de 680 lm/W, pero co-mo sólo una pequeña partees transformada en luz losrendimientos luminosos ob-

tenidos hasta ahora, por lasdistintas lámparas, quedanmuy por debajo de ese valor.

INTENSIDAD LUMINOSAEs la cantidad de luz emitida por una

fuente de luz en la unidad de tiempo pero"dirigida" en una determinada dirección.Puede definirse también como el flujo lumi-noso irradiado a través de un ángulo tridi-mensional dirigido por la magnitud del refe-rido ángulo.

El símbolo es I y la unidad la Candela (cd)

La candela se define también como 1/60de la intensidad luminosa por cm2 del ma-



51

Iluminancia

Luxómetro


nantial luminoso patrón (cuerpo negro) a latemperatura de fusión del platino (2.046 ºK).

El cuerpo negro es aquel capaz de emitiry absorber todas las radiaciones del espec-tro visible.

Este dato tiene mucha importancia enlas lámparas reflectoras, halógenas dicroi-

cas y proyectores, al ser fuentes de luz di-reccionales y para darnos cuenta de su re-levancia sepamos que,

¡la bombilla del faro de una bicicleta

sin reflector tiene un valor de 1 cd.,al poner el reflector, este valor llegaa 250 cd.!

Los diodos LEDʼs de señalización tienenun diseño para una emisión de luz haciadelante y en las tablas de los fabricantesaparece un valor que puede llegar hasta 9cd como elementos sueltos.

Otra cuestión es el montaje de varios en-racimados, versión multiled, que es comose le denomina y de la que se está empe-zando a hacer uso.

ILUMINANCIA.

También se llama nivel de ilumina-ción y se refiere a la cantidad de luzque incide en una determina superfi-cie, dividida por el valor en metroscuadrados de esta, considerándolauniformemente iluminada.

Su símbolo es E.

Su unidad el lux (lx)

Medida de la iluminancia.

Se mide con un aparato llamado luxó-metro, del que hablaremos más adelante.

lmlx =

m2



Luminancia


LUMINANCIA O BRILLO.

Es la sensación del reflejo de la luz enesa determinada superficie.

El símbolo es L.

Y la unidad:

Candela por metro cuadrado (cd/m2)

El tubo fluorescente tiene un valor bajode Luminancia y en contraposición la bom-billa incandescente lo tiene elevado.

Dicho de otra forma, somos capaces demirar, sin notar excesiva molestia, un tubofluorescente de 18W pero no tanto unabombilla de 75W que es su equivalente enemisión luminosa.

Valores aproximados de luminancia,

que nos servirán de referencia paracomparar unas fuentes de otras y tam-bién para adquirir la cultura necesariapara poder concretar aspectos y pro-nunciarnos sobre soluciones.



53

Esfera de Ulbricht

Sólido fotométrico

Curvas de distribución luminosa


Sol ......................................................... 150.000 cd/cm2

Cielo despejado ............ 0,3 a 0,5 cd/cm2

Cielo Cubierto .............. 0,03 a 0,1 cd/cm2

Luna .............................................................. 0,25 cd/cm2

Llama de una vela ..................... 0,7 cd/cm2

*Se utiliza cd/cm2 en fuentes de elevada lumi-nancia.

Medida de la luminancia

Se puede medir con un aparato parecidoa un luxómetro y que se llama luminancí-metro.

Actualmente los luxómetros de últimageneración son capaces, seleccionandoesta medida, de medir luminancias porqueestán preparados para ello.

Medida del flujo luminoso

Se realiza en el laboratorio mediante unfotoelemento ajustado según la curva desensibilidad fotópica del ojo a las radiacio-nes monocromáticas (curva V λ), incorpora-do a una esfera hueca a la que se le da elnombre de esfera integradora de Ulbricht,en cuyo interior se coloca la fuente a medir.

El conjunto de la intensidad luminosa de

un manantial en todas direcciones constitu-ye lo que se llama distribución luminosa.Las fuentes de luz utilizadas en la prácticatienen una superficie luminosa más o me-nos grande, donde su intensidad de radia-ción se ve afectada por la propia construc-ción de la fuente, presentando así diversosvalores en las distintas direcciones.

Con aparatos especiales se puede deter-minar la intensidad luminosa de un manan-tial en todas las direcciones del espacio conrelación a un eje vertical. Si pudiésemos re-presentar por medio de vectores la intensi-dad luminosa de un manantial, en infinitasdirecciones del espacio, obtendríamos uncuerpo llamado "sólido fotométrico".

Haciendo pasar un plano por el eje de si-metría del cuerpo luminoso se obtendríauna sección limitada por una curva que sedenomina curva de distribución luminosa ytambién curva fotométrica.

Mediante la curva fotométrica de un ma-nantial se puede determinar con exactitudla intensidad luminosa en cualquier direc-ción, dato necesario para algunos cálculosde iluminación.

Puede representarse solo un cuadrantecuando existe una simetría respecto al ejevertical, como luego podremos apreciar.

Muy importante:

Las curvas fotométricas se representanreferidas a un flujo luminoso emitido de1000 lúmenes con la intención de universa-lizarlas (para evitar repeticiones innecesa-rias) y como el caso más general es que lafuente de luz emita un flujo superior, los va-lores de la intensidad luminosa correspon-diente se extrapolarán, es decir, se hallaránmultiplicando los valores obtenidos en lacurva por un factor que represente tantasveces 1000 lúmenes tenga la fuente queestamos ensayando.

Las curvas fotométricas que se han re-presentado anteriormente se correspondencon las de distintas fuentes de luz "desnu-das" pero también se puede representar elconjunto luminaria-lámpara, quedando lafotometría tal como se aprecia en la figurasiguiente:




Se trata de la fotometría de una lumina-ria fluorescente de empotrar en techo prac-ticable de 4 tubos de 18 W cada uno y queva provista de un difusor de aluminio brillocon lamas longitudinales y transversalesparabólicas.

En ella se observa lo que hemos apunta-do anteriormente, que conviene de nuevo

reseñar y es que como las fotometrías nor-malmente son simétricas respecto al ejevertical,represen-tandosimple-mente un cuadrante habremos representa-do todos los datos que puedan interesar-nos.

LEYESFUNDA-MENTA-LES DE LA LUMINOTECNIA

• Leyde lainversadelcua-

drado de la distancia.

• Ley delcoseno.

Ley de la inversa del cuadrado de ladistancia.

Aquí también se cumple lo que es habi-tual en toda manifestación física dondeexista propagación de energía y que rela-ciona la intensidad de la fuente energéticacon la distancia.

"Para un mismo manantial luminoso lasiluminancias en diferentes superficies, si-tuadas perpendicularmente a la direcciónde la radiación, son directamente propor-cionales a la intensidad luminosa del foco,e inversamente proporcionales al cuadradode la distancia que las separa del mismo"

Esta ley se expresa por la fórmula des-crita y se cumple cuando se trata de unafuente puntual, de superficies perpendicu-lares a la dirección del flujo luminoso ycuando la distancia es grande con relaciónal tamaño del foco. Para fuentes de luz se-cundarias (luminarias) se considera sufi-cientemente exacta si la distancia es por lomenos cinco veces la máxima dimensiónde la luminaria.

Según esta ley un manantial con una in-tensidad luminosa uniforme de 36 candelasproducirá sobre una superficie situada per-pendicularmente a la dirección de la radia-ción y a las distancias de 1,2 y 3 m, las si-guientes iluminancias:

IE =

d 2



55

I E2=

d2

2

36 = = 9 lux

22

E1= 4 E2= 9 E3

I E3=

d2

3

36 = = 4 lux

32

I E1=

d2

1

36 = = 36 lux

12

Iα


En la superficie a 1 m:

En la superficie a 2 m:




En la superficie a 3 m: De donde se deduce que:

Ley del coseno.

“La Iluminancia en un punto cualquiera,alejado de la vertical, de un plano es pro-porcional al coseno del ángulo de inciden-cia (el ángulo comprendido entre la direc-ción de la luz incidente y una línea perpen-dicular al plano)”.

Su fórmula es:

Donde Iα es la intensidad luminosa quellega al punto bajo el ángulo α.

IαE = cos α

d2


Reflexión, transmisión, absorción, refracción y difusión de la luz

57

REFLEXIÓN, TRANSMISIÓN, ABSORCIÓN, REFRACCIÓN Y DIFUSIÓN DE LA LUZ


Como d es la distancia entre el foco y elpunto considerado en el plano de referen-cia, que tiene un valor desconocido y la al-tura h puede ser un valor fácilmente men-

surable, se busca, en la fórmula, la manerade incorporar esta.

Ya que el cos α

d = h / cos α,

quedando:

UTILIDAD DE ESTA FÓRMULA

Sirve para calcular la aportación de unafuente de luz a la iluminación de un puntodeterminado (Método punto por punto).

Repitiendo el cálculo para todos los pun-tos deseados y sumando las aportacionesde todas las fuentes de luz presentes se

Iα

Ep= cos3 αh

2

h = , podemos despejar

d




obtiene la iluminancia en toda la superficie.

Ya veremos de donde pueden salir losvalores que nos faltan.

Un manantial luminoso no puede utili-zarse libremente, como por ejemplo, la típi-ca bombilla colgando, de los primeros años

de la utilización de la luz artificial, siendopreciso, para un control lógico, recurrir asuperficies, o volúmenes de distintos mate-riales donde gracias a los fenómenos físi-cos, que ahora veremos, se produce la ate-nuación, difusión o la direcionalidad de la

luz.

La modificación de las característicasespecíficas de un manantial luminoso, convistas a una utilización racional y eficientede la luz emitida puede llegar a conseguirse

aprovechando uno o varios de los siguien-tes fenómenos físicos:

• Reflexión • Transmisión • Absorción• Refracción • Difusión

REFLEXIÓN

Gracias a ella si un rayo de luz incide enuna superficie especular (espejo) se refleja



59


de tal forma que el ángulo que forma con lanormal es igual al ángulo incidente.

Dicho de otra forma, el ángulo incidentees igual al ángulo reflejado.

La reflexión de la luz está condicionadapor diversas circunstancias:

1.-Características de las superficiesdonde incide la luz.

2.-La inclinación que tiene el rayode luz al incidir.

3.-El color de los rayos que incidenya que la luz blanca se reflejamejor que la luz coloreada.

Existen muchas clases de reflexión y asítenemos.

Dirigida o especular.

Es la producida por superficies comple-tamente lisas y brillantes como espejos ometales pulidos.

Difusa.

Se produce en superficies rugosas y ma-

tes, como la tela blanca y el yeso.

Semidirigida.

Contrariamente a la anterior esta se pro-duce en superficies rugosas y brillantes.

Semidifusa.

La producida en superficies blancas yesmaltadas.

Las dos últimas son formas mixtas omezcla de las dos primeras. Si somos ob-servadores comprobaremos que la mayorparte de los materiales presentan una com-binación de todas ellas.

Es de dominio común afirmar que la re-flexión difusa evita el deslumbramiento.Comparemos la molestia ocasionada poruna bombilla clara, esto es, transparente, yla misma oculta en una tulipa de cristal es-merilado u opal.

TRANSMISIÓN DE LA LUZ

Es la propagación a través de cuerpostransparentes o translúcidos. Y tal como sedesplaza por refracción la imagen introduci-da en el agua de un remo o de un palo, asílos rayos luminosos se ven desplazados.

También existen cuatro formas básicas:Dirigida, que se produce por los cuer-

pos transparentes, como el vidrio claro.

Difusa.

Que se produce por los cuerpos traslúci-dos, muy densos como el vidrio opal.

Semidirigida.

Que se produce por los cuerpos menostransparentes, como el vidrio mateado.

Semidifusa.

Que se produce por los cuerpos translú-cidos, menos densos, como el vidrio ligera-mente opal.

ABSORCIÓN

En los anteriores fenómenos es cosaevidente que parte de la luz que incide esabsorbida en mayor o menor proporción,según la naturaleza del material.

De donde se infiere que los fenómenosdescritos además del de absorción esténíntimamente ligados.



La luz incidente en un cuerpo es reflejada, transmiti-da y absorbida


La absorción juega un papel importanteen el color de los cuerpos, que veremosmás adelante.

Es importante reseñar que siempre re-

presenta una pérdida de luz.

REFRACCIÓN.

La dirección de los rayos luminosos que-



61

da modificada al pasar la luz de un medio a otro de diferente densidad. A este fenómeno físi-co se llama refracción y como ejemplo podemos verificarlo metiendo un palo dentro delagua, observaremos que la imagen se desvía. Otro ejemplo lo constituye un mineral, elEspato de Islandia, que si vemos el parrafo de un texto a su través, observaremos que las le-tras se desdoblan.

DIFUSIÓN.

Ya hemos hablado del mismo en los es-pacios dedicados a la reflexión y transmi-sión de la luz, donde hemos podido consta-tar que, debido a la rugosidad de la superfi-cie que refleja o transmite el flujo luminoso,este se esparce en todas las direccionesdel espacio.

FACTORES DE REFLEXIÓN, TRANSMI-SIÓN Y ABSORCIÓN.

Cuando iluminamos un cuerpo una partede la luz que incide sobre él se refleja, otraparte lo atraviesa, es decir, se transmite yotra parte queda absorbida.

Esto lo podemos expresar diciendo:

Φi = Φr + Φt + Φa

donde

Φi es el flujo luminoso incidente

Φr es el flujo luminoso reflejado

Φt es el flujo luminoso transmitido

Φa es el flujo luminoso absorbido

Se llama factor de reflexión Fr al co-ciente entre el flujo reflejado y el incidente.

La vela y el espejo


Fr = Φr / Φi

Se llama factor de transmisión Ft a la re-lación del flujo transmitido y el incidente.

Ft = Φt / Φi

Y llamaremos factor de absorción Fa a larelación del flujo absorbido y el incidente.

Fa = Φa / Φi




Siempre es mayor el denominador queel numerador por lo tanto siempre será infe-rior a la unidad cualquiera de los factoresque hemos reseñado, existiendo otra curio-sidad y es que en determinado cuerpo seda:

Fr + Ft + Fa = 1

De todos ellos el más utilizado en cálcu-los de iluminación es el factor de reflexión.

Nos hartaremos de dar valores del mis-mo al suelo, paredes y techos de los espa-cios que vamos a iluminar.

Pero no nos confundamos al leer indis-tintamente 0,5 ó 50% porque es lo mismo ydepende de autores el utilizar una u otra ex-presión, y significa el % de luz que se refle-ja.

Vamos a ver algún valor de los comenta-dos con la finalidad de fijar las ideas. Paraello elegimos dos materiales que nos pue-den resultar familiares, el vidrio opal blancoy la seda blanca.

MATERIAL F. DE REFLEX. F. DE

TRANS. F. DE ABS. EFECTO PRODUCIDO

Vidrio opal 0,30...0,550,66...0,36 0,04...0,08Transmisión semidirigida

Seda blanca 0,28...0,380,61...0,71 0,01 Reflexiónsemidirigida.

Transmisión difusa

Gracias a las propiedades comentadasen los párrafos anteriores tenemos ya unas

referencias que nos ayudarán a entenderalgo más lo relacionado con la luz y susefectos.

Aún así es necesario insistir en algunosconceptos mediante puntos de vista quenos van a resultar útiles y por ello vamos ahacerlo de la mano del:

ANECDOTARIO

Al encender un punto de luz en una ha-bitación oscura podemos ver los objetosque la ocupan gracias a que estos se cons-tituyen en fuentes de luz. Si así no fuera lavisión no podría percibirlos. Es por lo quelas hojas de un libro iluminado, que no tie-nen luz en su interior, la reciben de otrafuente y la difunden.

Una vela, por el contrario, genera la luz,como lo hace una bombilla.

Por eso a estas últimas se les conocecomo fuentes primarias de luz y a las pági-nas de un libro, de papel, incapaces de ilu-minar una habitación, se las conoce comofuentes secundarias, lo mismo que cual-quier elemento que se comporte igual.

Recordemos lo que hemos estudiadosobre la luna: "satélite de la tierra que refle-ja la luz que recibe del sol".

En ambos supuestos la luz se propagade la misma manera, es decir, en todas lasdirecciones. Así la luz de una vela, rodeadapor una caja de cartón se propaga igual-mente en todas las direcciones. El propiocuerpo de la vela impide que la distribuciónde la luz sea homogénea, originando som-bras. Pero si se considerase a la llama ide-almente suspendida en el espacio, aquélprincipio sería válido. Hay una excepción:


El color

63

EL COLOR


el rayo láser, que como sabemos se tratade un rayo de luz coherente y solo se trans-mite en una dirección, con una ligerísimadispersión.

Vamos a insistir de nuevo con la vela ycon una de las propiedades de la luz, la refle-xión, y nada mejor que recurrir a un dibujo.

La vela, frente al espejo, emite luz en to-das las direcciones.

Un punto P, próximo a ella, puede ser al-canzado por el rayo que se propaga en lí-nea recta a partir de la llama S, ó tambiénpor una rayo reflejado en el espejo.

Sólo alcanzará el punto P el rayo cuyotiempo de recorrido sea menor (marcadoen rojo).

Las líneas en negro no son recorridaspor la luz.

El rayo rojo forma, con la normal a la su-perficie del espejo, ángulos iguales de inci-dencia y reflexión.

Debemos recordar este pequeño ejem-plo para justificar, cuando llegue el momen-to, la necesidad de los reflectores de brilloespecular (la palabra viene de espejo) entodo aquel aparato que vayamos a incluiren un proyecto.

Durante las primeras etapas de la filoso-fía griega e incluso en el pensamiento prefi-losófico, las cualidades de la materia, y en-tre ellas el color, se interpretaban como sifuese una sustancia. Se solía hablar de loclaro, de lo oscuro, de lo liviano, de lo pesa-do y de lo rojo. Mucho después, conDemócrito de Abdera , se empieza a hacerla distinción entre las cualidades objetivas(del propio objeto) y subjetivas ("traduccio-nes", que el sujeto realiza de lo que obser-va y siente). El color deja entonces de con-siderarse como existiendo objetivamentepara interpretarse como algo dependientedel observador. Ya no es importante saberlo que es rojo; lo principal es la visión delrojo.

En estos términos se encuentra enPlatón y en Aristóteles una teoría de la vi-sión y de los colores como un aspecto de

la explicación general del conocimiento delmundo exterior. Mientras los sucesivos es-tudios condujeron a la obtención de resulta-dos definitivos con respecto a los demássentidos (oído, olfato, tacto, sabor), el me-

canismo de la visión presentó dificultadesinsuperables y sólo después de 2.000 añosde investigaciones, cada vez más intensas,se pudo llegar a una conclusión positiva.Fue en la segunda mitad del siglo XIX, des-pués del descubrimiento de los primeroscolorantes sintéticos, cuando comenzarona formularse las teorías que subordinan elcolor de las sustancias a su estructura quí-mica. Esto permitió que se abriera un nue-vo y amplio campo de estudios físico-quími-cos, de gran importancia en la práctica.

Concretando:

Es habitual consignar el color de loscuerpos como una propiedad inherente alos mismos y así hablamos de olor, sabor ycalor pero no es cierto en lo referente al co-lor ya que como tal no existe ni se produceen ellos. Los cuerpos sólo tienen unas de-

El color


Filtro de color.


terminadas propiedades de reflejar, trans-mitir o absorber los colores de la luz que re-ciben, de tal forma que si, por cualquier cir-cunstancia, en un cuerpo no se produjeranlas propiedades mencionadas, éste seríainvisible.

El Sol emite un conjunto de radiacionesque cubre una amplia franja de longitudesde onda pero el ojo humano es sólo sensi-

ble a las radiaciones con longitudes de on-da entre los 400 y 800 nm que se corres-ponden con las radiaciones luminosas. Lassituadas antes y después de estos límitesel ojo humano no tiene la facultad de perci-birlas.

Una cosa es la percepción de la luzcuando la emite un cuerpo y otra cuando laluz se refleja ya que al incidir la luz blanca


El color

65

sobre un objeto experimenta en alguna desus radiaciones la absorción y en otras lareflexión, siendo esta última la que da coloral objeto.

Un cuerpo aparece blanco cuando lasustancia que lo constituye refleja la totali-dad de las radiaciones incidentes. Y seránegro si toda la radiación incidente es ab-sorbida. Esto no significa que un cuerposea rojo porque absorbe todas las restan-tes longitudes de onda ya que el ojo, a pe-sar de distinguir los diferentes colores, notiene poder discriminatorio y de este modoel rojo es el color percibido porque el cuerpoabsorbe la luz azul; la composición de lasradiaciones luminosas reflejadas produce elcolor rojo.

En las sustancias inorgánicas la presen-cia del color se debe a la absorción de ra-diaciones por parte de los iones ó átomosde los metales de transición.

En los compuestos orgánicos la situa-

ción es más compleja ya que para que lasustancia se coloree debe poseer determi-nados grupos en la molécula, denominadoscromófonos y la molécula a que pertenecense llama cromógena.

OPERACIONES CON LOS COLORES.

El estudio del espectro de las luces decolores conduce a la comprensión de losfenómenos principales de la física del color,ya que permite razonar teniendo en cuentasu propia composición.

La luz blanca, cuando incide sobre unobjeto pierde algunas de las radiacionesque integran su espectro y es difundida conotro color, o sea, adquiere el color que seatribuye al objeto. Este comportamiento re-sulta más fácil de comprender analizandouna luz que atraviese un cuerpo de color,pero transparente.

LOS GRUPOS CROMÓGENOS

Porción de hoja impresa.


Las radiaciones luminosas que atravie-san un cuerpo transparente son absorbidasen parte por la disposición de las moléculasque lo componen, que están formadas porgrupos especiales de átomos cuya estruc-tura electrónica es capaz de absorber se-

lectivamente determinadas radiaciones vi-sibles. Ese mecanismo de filtración incitó alos químicos a separar los grupos de áto-mos por el color absorbido, surgiendo así laquímica de los colorantes, con innumera-bles aplicaciones en la vida moderna.

El color


La presencia de esos grupos de átomosen las moléculas les confiere a éstas el po-der colorear la luz y por esa razón dichosgrupos atómicos son conocidos como cro-mógenos.

La química de los colorantes consiste en

construir moléculas que posean el grupocromógeno del color deseado y que, ade-más, puedan ser combinadas fácilmentecon la substancia a la que se desea dar unacoloración determinada.

LOS FILTROS DE COLORES

Superposición de los colores.


El que aparece en el dibujo es una placadelgada, transparente, compuesta por unasubstancia que sólo deja pasar las radiacio-nes de cierto rango de frecuencias de la luzblanca incidente (aquí, el anaranjado)

Un filtro de color es un sólido transpa-rente, compuesto por una substancia capaz

de sustraer de la luz blanca alguna de susradiaciones. Respecto al color el filtro actúacomo lo haría una superficie coloreada: ab-sorbe algunas frecuencias de la luz blanca,pero permite la visión por transparencia.Así, cuando se hace incidir luz blanca sobreun filtro azul, éste sólo dejará pasar las ra-diaciones luminosas de una determinada


El color

67

frecuencia y retiene las demás, en conse-cuencia el color que pasa al otro lado del fil-tro es azul.

La incorporación de sustancias minera-les que absorben selectivamente determi-nadas radiaciones en el material con el queestá hecho el filtro (como el vidrio, porejemplo) hace que se puedan obtener se-ries enormes de filtros coloreados, que seutilizan en la ejecución de fotografías es-peciales, en muchos instrumentos paramedir frecuencias de colores y para pro-ducir haces de luz de color.

El vidrio no es el único material utilizadopara hacer filtros ya que se usan muchosplásticos transparentes desde que se pudocontrastar que el celofán podía ser colorea-do en cualquier tonalidad. Para que el filtro

permita una visión perfecta debe tener altatransparencia y caras muy bien pulidas.

LA IMPRESIÓN EN COLOR

Es posible imaginar a la tinta de impre-sión como una delgada capa de una subs-tancia casi perfectamente transparente yen la cual se encuentran partículas colorea-das de pigmento, es decir, de substanciacolorante. La luz que llega sobre el papelimpreso atraviesa la capa de tinta, incidesobre la superficie blanca del papel es di-fundida por este y vuelve a atravesar la ca-pa de tinta. De este modo su coloración sepresenta doblemente intensa, porque la luzincidente es filtrada dos veces: al incidir ydespués de ser difundida.

Si cortamos una hoja de papel impresa

Colores complementarios


en varios colores descubrimos que son lastintas depositadas sobre ella las responsa-bles de la coloración de la luz incidente. Elpapel es blanco y de no estar cubierto detinta difundiría la luz sin atenuar ninguna ra-diación. Bajo esta teoría se puede imaginara la hoja impresa en colores como una pan-talla blanca sobre la que se ha superpuestoun filtro coloreado que la luz atraviesa dosveces.

El color de las tintas depende, por ello,de las propiedades absorbentes que pose-en sus pigmentos.

SUPERPOSICIÓN DE LOS COLORES

La luz de la bombilla (S) es blanca y enconsecuencia contiene todos los coloresdel espectro visible (S1), cuyo diagrama decomposición de luz ha sido representadoinmediatamente encima de él. Al incidir so-bre la pantalla amarilla (a), la luz es difundi-da con un espectro, representado por S2,que contiene solamente rojo, naranja yamarillo y un poco de verde, porque los

otros colores ya fueron absorbidos. El dia-grama de composición de la luz difundida(Ia) está representado debajo del espectroS2.

Haciendo incidir luz blanca sobre unfiltro azul, (F) éste deja pasar apenas el

verde, el azul y el violeta (diagrama If); pe-ro como en la luz difundida por la pantalla(a) solo hay rojo, amarillo, naranja y verde,solo este último color -el verde- conseguiráatravesarlo, tal como se aprecia en el es-pectro S3. El diagrama obtenido, Ir es unacomposición de los diagramas Ia e If. Deesta forma un observador situado frente alfiltro verá solamente luz verde, que es laúnica que consigue superar los procesosde difusión y filtración.

LA SÍNTESIS SUBSTRACTIVA

Otro experimento interesante es observarlo que ocurre cuando se hace incidir sobreuna superficie coloreada, o cuando se haceatravesar un filtro, una luz de la que ya fue-ron retirados algunos componentes.

Tenemos, por ejemplo, el supuesto de ilu-minar una pantalla amarilla, para luego ob-servarla a través de un filtro azul. El resulta-do final será el siguiente: la tela amarilla,observada a través de un filtro azul, parece-rá verde.

La explicación es que la luz blanca expe-rimentó dos substracciones: al incidir sobrela pantalla amarilla perdió parte de las ra-diaciones, mientras que otra parte de ellasfue absorbida por el filtro, quedando de laluz original, al llegar al ojo humano, lo queproduce la sensación correspondiente alcolor verde.

Esta forma de colorear la luz blanca,mediante substracciones sucesivas de co-lor, recibe el nombre de síntesis substrac-tiva. Síntesis porque tuvo lugar la combi-nación de dos agentes colorantes; subs-tractiva, porque cada uno de los dos subs-trajo, sucesivamente, parte de la luz inci-dente.

El color


Síntesis aditiva


LOS COLORES COMPLEMENTARIOS

El espectro del anaranjado muestra queese color posee apenas la parte del espec-tro de la luz blanca correspondiente a lafranja que va del amarillo al rojo. El espec-tro del azul, por su parte, sólo contiene laparte que va del verde al violeta. Como loscolores que se encuentran presentes enuno de los dos espectros no figuran en elotro, una composición de ambos dará el es-pectro de la luz blanca. Dos colores quecumplen esos requisitos se denominancomplementarios ya que ambos forman laluz blanca. Esto ocurre con el azul y el ana-ranjado.

Por definición los colores complementa-rios son aquellos que al ser combinadosdan luz blanca.

De tal forma que observando un colorcualquiera a través de un filtro del color quelo complementa, no se verá luz alguna: elprimer color es el resultado de substracciónhecha al espectro de la luz blanca y el filtrose encarga de retirar de dicho espectro re-manente todos los colores que le queda-ban. Es por la misma razón que al observara través de filtros coloreados todos los colo-res del espectro del blanco, se nota que loscomplementarios de cada filtro aparecennegros, siendo consecuencia de la síntesissubstractiva de los colores complementa-rios.

Si en vez de negros apareciesen nadamás que oscurecidos querría decir que losdos colores, el impreso y el del filtro, o noson complementarios o no están completa-mente saturados, es decir, que se encuen-

tran mezclados con blanco y por lo tanto,difunden también un poco de todas las de-más radiaciones.

Es posible sumar los colores de otra ma-nera y es proyectando sobre una pantallados haces de luz de colores diferentes, porejemplo, azul y naranja. Esta forma de pro-ceder, sumando colores, se denomina sín-tesis aditiva, porque produce una luz quees la suma de aquellas que fueron super-puestas.

La síntesis aditiva de colores comple-mentarios produce invariablemente luzblanca, cuestión que puede fácilmente ve-rificarse uniendo la luz de dos proyectoresprovistos de filtros cuyos colores seancomplementarios.

LA SÍNTESIS ADITIVA


El color

69

fig. a fig. b fig. c


Colocando frente a un proyector de luzblanca un filtro azul y haciendo incidir sobreuna pantalla la luz así obtenida se verá queesta es azul.

Haciendo lo mismo con otro proyector yesta vez con filtro anaranjado, la luz conse-guida será anaranjada.

Pero si interceptamos parte de los doshaces de luz se observará que en la zonade superposición se forma luz blanca: Esque en la zona de la pantalla que difunde laluz proveniente de los dos proyectores tuvolugar una síntesis aditiva. La pantalla difun-de simultáneamente, en esa zona, las ra-diaciones correspondientes a todos los co-lores del espectro, indicando así que dosluces coloreadas son complementarias.

El mismo experimento, realizado con to-dos los otros colores complementarios dainvariablemente el mismo resultado.

Otros colores complementarios

Violeta y amarillo, rojo y verde azulado,verde y magenta, anaranjado y azul, sonpares de colores complementarios, siendoimportante su estudio para la decoración, laquímica de los colorantes y en otros mu-chos campos.

Resumiendo:

MEZCLA DE COLORES

Generalmente los colores que aparecenante nuestra vista no son los que presentael espectro visible, más bien en cada casoson una resultante de la mezcla de distintoscolores que puede tener lugar de dos for-mas distintas y que a una de ellas se llamamezcla de colores "aditiva" y a la otra, mez-cla de colores "substractiva".

En el primer caso se suman los colores

mezclados y el color mixto obtenido essiempre más claro que cualquiera de suscomponentes. Como recordatorio pense-mos en la luz blanca, resultado de la mez-cla aditiva de colores complementarios.

En la mezcla substractiva se restan loscolores y el color mixto obtenido es siempremás oscuro que cualquiera de los intervi-nientes.

Cuando en la mezcla se emplean doscolores se llama dicromática y tricomáticasi son tres.

TRIÁNGULO CROMÁTICO

Se da la circunstancia de que el color noproduce la misma sensación en los órga-nos visuales de todas las personas y con elfin de crear un denominador común se re-currió a un sistema donde los colores sepueden representar de una forma objetiva ymatemática por medio de coordenadas cro-máticas. Así se obtuvo el triángulo cromáti-co aprobado por la Comisión Internacionaldel Alumbrado, en adelante CIE:

En el sistema CIE 1931 (publicación nú-mero 15, 1971) la cromaticidad de la luz seestablece en función de las coordenadas xe y del diagrama de cromaticidad CIE 1931(ver figura).

Estas coordenadas cromáticas se calcu-lan a partir de la distribución espectral delflujo radiante emitido por la fuente de luz.

Los puntos representativos de todos loscolores están dentro del área limitada por ellugar espectral (S) que es una línea conti-nua que une los puntos que representan lacromaticidad de los colores espectrales ypor la línea (P) que une los extremos del lu-gar espectral.

El punto W indica el blanco equienergé-

El color


P.

P

C


tico de coordenadas x = 0.33, y = 0.33, querepresenta el punto de cromaticidad del es-pectro de igual energía.

El punto D indica el iluminante patrónCIE D65 representante de la luz de día me-dia.

El lugar de la cromaticidad del cuerponegro en el diagrama xy se conoce comolugar Planckiano (L).

Cualquier color puede obtenerse, por lomenos de manera aproximada, de la com-binación de los tres colores primarios adop-tados por la CIE. La proporción en que loscolores primarios entran en la formación deun color determinado se expresa mediantetres números, llamados valores triestímulosde ese color. El gráfico que hemos visto seconsigue representado los valores triestí-mulos y es el lugar geométrico de todos lospuntos que significan colores.

LA SATURACIÓN DE LOS COLORES

Todo color, que no esté sobre el contorno

del diagrama, no es saturado (como ocurrecon C y C´ en la figura a). La longitud de ondadominante en cada uno de ellos se puedesaber prolongando el segmento que une elpunto blanco (B) con el punto que repre-senta al color en cuestión, hasta que la pro-longación corte el contorno del diagrama.El color así determinado (como L ó L´) seráel dominante. La saturación del color C, porejemplo, está dada por la relación BC/BL.Cuanto más próximo esté el punto repre-sentativo del color a la periferia del diagra-ma, tanto más saturado será dicho color.

Para encontrar el color complementariode otro dado, C (figura b) se une el puntocorrespondiente al blanco (B) y se prolongael segmento así obtenido (CB). El coloropuesto a C que se halle sobre la prolonga-ción del segmento y que tenga la misma sa-turación ( C) será el complementario de (C).

En el diagrama de cromaticidad hay unsegmento, recta VR (figura c), cuyos pun-tos no están asociados a longitudes de on-


El control de la luz

71

EL CONTROL DE LA LUZ

das espectrales. Los colores que corresponden a puntos interiores al triángulo VBR no se pue-den especificar directamente por medio de una longitud de onda: se les llama magenta, ciano ópúrpura. Sin embargo lo que sí se puede es establecer una correspondencia indirecta entre es-tos colores y las longitudes de onda de colores espectrales. Así, por ejemplo, el color púrpura,representado por el punto P (figura c) tiene un complementario que es P. Esos dos colores cuan-do se combinan forman el blanco lo que significa que en P hay componentes cromáticos que Pno tiene y por ese motivo se acostumbra denominar al color magenta P, color menos verde, yse le identifica especificando la longitud de onda del color verde que "le falta" para formar elblanco.


INFLUENCIA PSICOFISIOLÓGICA DEL COLOR

Es conocido el hecho de que el color del medio ambiente puede afectarnos, es decir, que in-fluye notablemente en nuestro estado de ánimo de ahí que en un estudio avanzado de cualquiertrabajo sobre arquitectura o decoración se cuiden los detalles que afectan al color.

Aunque no hay reglas fijas en el establecimiento del color adecuado, pues influyen muchosfactores, si se pueden considerar una serie de experiencias donde se ha verificado fehaciente-mente esta influencia del color en el individuo.

Así podemos hablar de sensaciones de frío y calor en determinados ambientes y por ello po-demos hablar de "colores cálidos" y "colores fríos".

Los colores cálidos son los que en el espectro visible van desde el rojo al amarillo verdoso ylos fríos desde el verde al azul.

Considerando que un color será más cálido o más frío según sea su tendencia hacia el rojo oel azul, respectivamente.

Los colores cálidos son dinámicos, excitantes y producen una sensación de recogimiento, deaproximación, mientras que los colores fríos calman, relajan y descansan, produciendo una sen-sación de lejanía.

También se ha observado que los colores claros animan y dan sensación de ligereza, mien-tras que los colores oscuros deprimen y producen sensación de pesadez.

Se desprende de todo lo anterior la importancia que tiene conocer el espectro de las fuentesde luz que estemos proyectando, pues se pueden producir sorpresas no deseadas.

FACTORES QUE DEBEN TENERSE EN CUENTA POR INFLUIR DIRECTAMENTE EN LA VI-SIÓN.

La luz es necesaria para convivir.

Sin ella no tenemos estímulos en nuestros ojos y en consecuencia no podemos interpretar loque nos rodea.

Pero esta luz debe llegarnos en unos niveles apropiados porque en la percepción visual delos objetos influyen los siguientes factores:

• Un nivel adecuado de iluminación

• Un nivel idóneo de contraste

• Un control de las sombras

• Del deslumbramiento y

• Del nivel cromático

Todos son importantes y están interrelacionados.

NIVEL DE ILUMINACIÓN

Se han llevado a cabo análisis estadísticos sobre una población lo suficientemente amplia co-mo para establecer unos valores mínimos para iluminar distintos ambientes, donde realizar di-versas actividades teniendo en cuenta factores como el tamaño de los detalles a captar, distan-cia entre el ojo y el objeto observado, factor de reflexión del objeto deseado, contraste, tiempoempleado en la observación y finalmente la rapidez de movimiento del objeto observado.




De todos estos factores la edad significa un gran determinante del nivel de iluminación nece-sario y por ello existen tablas donde se relacionan los años con el nivel de iluminación (pág. 46).

Con el fin de disponer de más información sobre los niveles de iluminación mínimos que mar-ca la Norma DIN 5.035 para áreas de trabajo se detalla a continuación un extracto de ese valorpara diferentes ambientes.

ÁREAS DE TRABAJO NIVELES DE ILUMINACIÓN (LUX)

AMBIENTES GENERALES

• Corredores y zonas de tránsito .............................................................................................................. 100

• Almacenes y depósitos ........................................................................................................................................... 120

• Apartaderos y depósitos ........................................................................................................................................ 30

• Garajes ................................................................................................................................................................................................. 60

• Vestuarios, lavabos, duchas, WC ........................................................................................................ 120

• Embalajes y expediciones ............................................................................................................................... 250

ASCENSORES

• Interior .................................................................................................................................................................................................... 300

• Rellano .................................................................................................................................................................................................. 50

AUDITORIUMS

• Cines ......................................................................................................................................................................................................... 60

• Teatros y salas de conciertos ...................................................................................................................... 120

• Salas multiuso ......................................................................................................................................................................... 250

BIBLIOTECAS

• Estanterías .................................................................................................................................................................................... 200

• Mesas de lectura ................................................................................................................................................................ 500

• Bancos, catalogación y clasificación .............................................................................................. 300


ESCUELAS

• Aula de dibujo .......................................................................................................................................................................... 500

• Laboratorios ................................................................................................................................................................................ 500

• Biblioteca .......................................................................................................................................................................................... 500

• Aulas en general ................................................................................................................................................................. 250

• Pizarras ............................................................................................................................................................................................... 300

• Gimnasio interior .................................................................................................................................................................. 150

• Auditorio ........................................................................................................................................................................................... 250

• Duchas y servicios muy frecuentados ......................................................................................... 120



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EXPOSICIONES

• Museos y Galerías de arte ................................................................................................................................. 250

• Pabellones y ferias ......................................................................................................................................................... 500

FUNDICIONES

• Vasos de fundición ............................................................................................................................................................ 200

• Mezcla basta ............................................................................................................................................................................. 300

• Mezcla fina, control .......................................................................................................................................................... 500

FUNDICIONES DE ACERO

• Instalaciones de producción sin intervención manual ..................................... 100

• Instalaciones de producción con intervención manual .................................. 150

• Puestos de trabajo ocupados permanentemente ................................................... 300

• Puestos de prueba y control .......................................................................................................................... 500

GASTRONOMÍA

• Habitaciones de hotel .................................................................................................................................................. 120

• Restaurantes, comedores ................................................................................................................................. 120

• Vestíbulos, restaurantes con autoservicio ............................................................................ 250

• Cocinas de hotel ................................................................................................................................................................... 500

GARAJES

• Parkings ............................................................................................................................................................................................... 100

• Reparaciones ........................................................................................................................................................................... 200

HOGAR

• Escaleras .............................................................................................................................................................................................. 30

• Cocinas, cuartos de plancha ........................................................................................................................ 250


HOGAR • Costura ................................................................................................................................................................................................... 750

• Lectura .................................................................................................................................................................................................. 500

• Baños y tocadores ........................................................................................................................................................... 120

• Comedor ............................................................................................................................................................................................ 200

• Sala de estar ............................................................................................................................................................................. 150

• Dormitorios .................................................................................................................................................................................... 120

• Lavadero ........................................................................................................................................................................................... 100

HOSPITALES




• Inspección ocular .......................................................................................................................................................... 5000

• Quirófanos ................................................................................................................................................................................. 1000

• Tratamientos de urgencia .............................................................................................................................. 1000

• Visita médica ............................................................................................................................................................................. 300

• Comedores ................................................................................................................................................................................... 300

• Sala de espera ....................................................................................................................................................................... 150

• Habitación de enfermos ........................................................................................................................................ 100

IGLESIAS

• Nave de iglesia .......................................................................................................................................................................... 60

• Coro, altar, púlpito ............................................................................................................................................................ 120

INDUSTRIA ALIMENTARIA

• Areas de trabajo genéricas .............................................................................................................................. 300

• Procesos automáticos .............................................................................................................................................. 200

INDUSTRIA DE LA CERÁMICA

• Sala de hornos ....................................................................................................................................................................... 150

INDUSTRIA DE LA CONFECCIÓN

• Costura ................................................................................................................................................................................................ 750

• Control .............................................................................................................................................................................................. 1000

• Planchado ....................................................................................................................................................................................... 500

INDUSTRIA DEL CUERO

• Conformación ........................................................................................................................................................................... 300

• Acabado ............................................................................................................................................................................................. 750

• Coloreado, decoración ........................................................................................................................................ 1000


INDUSTRIA DEL CEMENTO

• Molido, hornos, procesos automáticos ....................................................................................... 150

INDUSTRIA DEL VIDRIO

• Sala de mezcla y conformación .............................................................................................................. 300

• Acabado, esmaltado, abrillantado ..................................................................................................... 500

• Coloreado, decoración ............................................................................................................................................. 750

• Amoladura de vidrios de óptica, de cristal ..................................................................... 1000

INDUSTRIA ELÉCTRICA

• Fabricación de cables ............................................................................................................................................. 250



75


• Montaje aparatos telefónicos ..................................................................................................................... 500

• Enrollamiento de bobinas ................................................................................................................................. 750

• Montaje de aparatos de radio y TV ............................................................................................ 1000

• Montaje de partes de alta precisión .......................................................................................... 1500

INDUSTRIA QUÍMICA

• Procesos automáticos ............................................................................................................................................ 100

• Instalaciones de producción con intervenciones ocasionales ........ 150

• Areas generales internas de la instalación ........................................................................ 300

• Salas de control, laboratorios .................................................................................................................... 500

• Control ............................................................................................................................................................................................ 1000

• Control color ......................................................................................................................................................................... 1000

INDUSTRIA TEXTIL

• Apertura de balas, cardado, planchado .................................................................................... 250

• Hilado .................................................................................................................................................................................................... 500

• Encanillado, bobinado .......................................................................................................................................... 500

• Peinado, tinte, hilado, torcido, tejido ........................................................................................... 750

OFICINA Y ADMINISTRACIÓN



• Trabajos livianos ..........................................

250

• Cajas y ventanillas ...................................

250

• Salas de reunión ..........................................

250

• Trabajos normales ....................................

500

• Dibujo técnico ....................................................

1000

• Oficinas diáfanas .........................................

1000

Ejemplos de contrastes


• Mecanografía .....................................................

1000

ÁREAS DE TRABAJONIVELES DE ILUMINACIÓN (LUX)

OFICINA Y ADMINISTRACIÓN

• Laboratorios ..........................................................

500

PAPELERAS

• Fabricación de papel y cartón 300

• Control, clasificación ...........................

500

PELUQUERÍAS

• Secadores ................................................................

1000

• Maquillaje ....................................................................

1000

• Peinado .........................................................................

1000

• Salón de afeitar ..............................................

500

• Corte y lavado ...................................................

500



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A Contraste debil

B Contraste equilibrado

C Contraste fuerte

Sombras suaves

Sombras fuertes


SALAS DE MONTAJE

• Ensamblaje basto, montajegrandes máquinas ..................................................................................

300

• Montaje cuerpo de vehículos,motores 500

• Ensamblaje fino .............................................

750

• Ensamblaje de precisión ...............

1500

TIENDAS Y SUPERMERCADOS

• Alumbrado general de gran-des centros comerciales ................................................................

500

• Alumbrado general de tiendas500

TIPOGRAFÍAS Y ENCUADERNACIÓN

• Sala tipográfica .................................................

500

• Sala de composición, correc-ción de galeradas .....................................................................................

750

• Corrección de galeradas deprecisión 1000

• Reproducción e impresión encolor 1500

• Encuadernación ............................................

500

• Acabado, impresión en seco ..

750

TRABAJOS EN MÁQUINA Y CON EQUI-POS

• Trabajo ocasional ........................................

200

• Trabajo basto en banco y má-quina 300

• Soldado .........................................................................

300

• Trabajo medio en banco y má-quina 500

• Trabajo fino en banco y má-quina 500

ÁREAS DE TRABAJONIVELES DE ILUMINACIÓN (LUX)

TRABAJOS EN MÁQUINA Y CON EQUI-POS

• Máquinas automáticas de pre-



Luz directa

Luz reflejada




79

cisión 750

• Trabajo automático de preci-sión 750

• Trabajo de alta precisión ...............

1500

• Comprobación y control depequeñas partes complicadas ..........................................

1500

NIVEL IDÓNEO DE CONTRASTE

Realmente el ojo aprecia diferencias deluminancias. A esto se le llama contraste, osea la diferencia de luminancia entre el ob-jeto observado y su espacio inmediato. Secomprende que los trabajos de gran preci-sión necesiten una gran agudeza visual yconsecuentemente un gran contraste.

En estos ejemplos podemos verificar queel primero presenta un contraste que permi-te distinguir la figura central. En el segundoy tercero existe mayor dificultad. Jugandobien con los grados de reflexión de las su-perficies de una habitación conseguimosuna armonía entre la luminancia de las dis-tintas paredes, alcanzándose un contrastefácil de distinguir. Se obtienen las mejorescondiciones visuales cuando existe una re-lación lógica entre la luminancia que tieneel objeto visual y las superficies que lo ro-dean.

CONTROL DE LAS SOMBRAS

Las sombras permiten apreciar el relievede los objetos y son el resultado de una di-ferencia de luminancia entre zonas. Existendos clases de sombras: fuertes y suaves.

Las primeras aparecen cuando se ilumi-na fuertemente un objeto y desde una soladirección. El resultado puede ser una ima-gen de profunda oscuridad y dureza. Lassombras suaves se producen cuando seilumina de una forma uniforme el objeto nodando excesiva sensación de relieve.

MODELADO.

Existe una clara mejoría en la aparienciageneral de un local cuando sus contornos

estructurales, los ocupantes del mismo ylos objetos que lo integran se iluminan demanera que las formas y texturas destacannítida y agradablemente. Para conseguirloel alumbrado no debe ser demasiado direc-cional para evitar la formación de sombrasduras y ásperas, como ya se ha comenta-do, ni tampoco incurrir en el otro extremo,es decir, abusar de la iluminación excesiva-mente difusa ya que se perdería totalmentela sensación de relieve.

La experiencia demuestra que con con-trol directo del brillo por medio de la luz di-reccional, descendente y concentrada sesuelen crear profundas sombras a la alturade las cejas y sobre las facciones de la ca-ra o profundas y dramáticas sombras sobrela tarea visual. Pero si recurrimos a una ilu-minación general, como la creada por te-chos luminosos y además abusamos de laluz indirecta conseguiremos bajo deslum-bramiento pero a costa de una iluminaciónplana, monótona que genera imágenes pla-nas con poca modelación. Hemos descritodos situaciones extremas que deben evitar-se, dentro de lo posible.

CONTROL DEL DESLUMBRAMIENTO.

La mejor forma de definir el deslumbra-miento es considerarlo como una satura-

ábaco de Krüitoff


ción de luz en la retina, que produce una in-sensibilización momentánea de esta, recu-

perándose con posterioridad, después deun tiempo.



El deslumbramiento puede ser directo y como ejemplo el producido por la contemplación dela fuente de luz, por encontrarse esta en el campo visual. O indirecto el recibido por la inciden-cia de la luz en alguna superficie muy reflexiva.

El valor máximo que admite el órgano visual en gestión directa es de 7.500 cd/m2.

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DESLUMBRAMIENTO:

• La luminancia de la fuente de luz o de las superficies que reflejan la luz, de tal forma queexiste una proporcionalidad directa entre el valor de estas.

• Las dimensiones de la fuente de luz en función del ángulo subtendido por el ojo a partir

de los 45º con respecto a la verticalya que un área grande, aunque seade baja luminancia, puede producirel mismo deslumbramiento que unafuente pequeña de mayor luminan-cia.

• La distancia del ojo a la fuente per-turbadora ya que disminuye la mo-lestia como también disminuye amedida que la fuente de luz quedapor encima del ángulo visual nor-mal.

• El fuerte contraste puede ser causade deslumbramiento.

• El tiempo de permanencia en eseambiente ya que hasta una lumi-nancia de bajo valor puede llegar aser molesta si el tiempo de exposi-ción a ella es largo. Y es que lo po-co agrada y...

RELACIONES MÁXIMAS DE LUMINAN-CIA ADMISIBLES EN EL CAMPO VISUALDEL OBSERVADOR, ENCAMINADAS AEVITAR EL DESLUMBRAMIENTO:

Entre la tarea visual y la superficie de trabajo . .................. 3:1

Entre la tarea visual y el espacio que nos rodea ....... 10:1

Entre la fuente de luz

y el fondo ................................................................................... 20:1

Máxima relación de luminancia en el campo visual ......................................................... 4:1

EL CONTROL DEL NIVEL CROMATICO

Temperatura de color y rendimientoen color.

Las calidades cromáticas de una lámpa-ra se caracterizan por dos cualidades dife-rentes.

• Su apariencia de color que puede estardada por su temperatura de color.

• Su capacidad de rendimiento en color,que afecta al aspecto cromático de los ob-jetos iluminados por la lámpara.

Fuentes de luz de igual apariencia decolor pueden tener una composición espec-tral completamente distinta y, por consi-guiente, presentar grandes diferencias dediscriminación cromática. Por eso es muydifícil sacar ninguna conclusión con rela-ción a las propiedades de rendimiento decolor que tiene una lámpara conociendosólo su apariencia de color.

Apariencia de color

¿Qué es?

Las fuentes de luz blancas pueden sub-dividirse en tres grupos según su aparien-cia de color (temperatura de color correla-cionada).


TEMPERATURA DE COLOR APARIENCIA

CORRELACIONADA DE COLOR

>5.000 ºK .............................. Fría (blanca azulada)

3.300-5.000 ºK ................... Intermedia (blanca)

<3.300 ºK ............................... Cálida (blanca rojiza)

Para que un alumbrado sea de buenacalidad ha de existir una relación entre latemperatura de color de las fuentes de luz

utilizadas y el nivel de iluminaciónde la instalación. La experienciademuestra que al aumentar el valorde iluminancia la temperatura decolor de las fuentes de luz debetambién aumentar, es decir, a ma-yor iluminancia el color de la fuentede luz debe tener mayor "blancu-

ra".

A continuación aparece el ábaco deKrüitoff que fue quien postuló esta teoríabasada en la observación.

Y en la tabla que se reproduce a conti-nuación se presentan las impresiones obte-nidas asociadas a diferentes niveles de ilu-minancia y colores de tubos fluorescentes.

APARIENCIA DEL COLOR DE LA LUZ

ILUMINANCIA (LUX) CÁLIDAINTERMEDIA FRÍA

≤ 500 agrada-ble neutrafría

500-1.000

1.000-2.000 estimu-lante agrada-ble neutra

2.000-3.000≥ 3.000 no natu-

ral estimu-lante agrada-ble

El calor de la luz

Al hablar de luz fría estamos definiendo



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Grupo Índice derendimiento rendimiento en Apariencia Aplicaciones

en color color Rade color

Fría Industria textil, fábricas depinturas, talleres de imprenta

1 Ra ≥ 85 Intermedia Escaparates, tiendas, hospitales

Cálida Hogares, hoteles, restaurantes

Fría Oficinas, escuelas, grandes almacenes,industrias de precisión (en climas cálidos)

Intermedia Oficinas, escuelas, grandes almacenes,2 70 ≤ Ra < 85 industrias de precisión (en climas templados)

Cálida Oficinas, escuelas, grandes almacenes,ambientes industriales críticos (en climas fríos)

Lámparas con Ra < 70 Interiores donde la pero con propiedades de discriminación cromática

3 rendimiento en color no es de gran importanciabastante aceptables para uso en locales de trabajo

S Lámparas con rendimientoAplicaciones especiales(especial) en color fuera de lo normal


una sensación puramente subjetiva quenos produce su observación.

Lo mismo si la consideramos cálida.

Una luz es fría si predominan en su es-pectro o en su emisión tonos fríos como elblanco azulado.

Es cálida si esos tonos son rojizos.

Temperatura de color.

Temperatura a la que hay que poner elcuerpo negro para que este emita la mismatonalidad de luz que la lámpara que esta-mos observando.

Para no olvidar la forma con que se valo-ra (grados Kelvin), recordemos que los gra-dos Kelvin son una medida de temperatura,que esta es una unidad fundamental comoya vimos y que si un trozo de carbón se en-ciende en una fragua pasa, en función delcalor que le aportemos, del rojo cereza, to-no cálido, baja temperatura de color (pocosgrados), al casi blanco, tono frío, alta tem-peratura de color (mayor nivel de grados).

Resumen aclaratorio sobre la tempe-ratura del color:

En la naturaleza hay colorescálidos y colores fríos

La luz también puede tenertonos cálidos y tonos fríos

—¿Con qué sistema se mi-den esos valores?

—Con la ayuda objetiva deltriángulo cromático.

—¿Con qué unidad?

—ºK (grados kelvin)

Ejemplo de luz cálida:2700 ºK

Ejemplo de luz fría: 6000 ºK

Rendimiento en color. El color de laluz

Existen muchas definiciones pero quizála que mejor se entiende es:

"La capacidad de la fuente de luz de re-producir fielmente los colores iluminadospor ella"

El máximo valor teórico del índice derendimiento cromático es 100 (correspon-diente a la luz natural o el correspondientea la iluminación incandescente). Algunosautores también lo identifican como IRC.

Indice de reproducción cromática Ra

Así también se le denomina al índice derendimiento cromático.

ANECDOTARIO

Con el fin de aclarar los dos conceptos omejor dicho, identificarlos en una fuente deluz, vamos a adelantarnos un poco en loque veremos en próximas entregas de esteMUNDO DE LA ILUMINACION poniendode manifiesto lo que define un tubo fluores-cente.

Démonos cuenta del contenido mnemo-técnico de cualquiera de las cifras que figu-ran en la serigrafía de un tubo, por ejemplo,TL 36/840: 1ª cifra: potencia, 36 vatios, 2ªcifra, rendimiento en color 8 (Ra = 80, 85),3ª cifra, temperatura del color 40 (4.000 ºK).

Resumen aclaratorio sobre el rendi-miento cromático

Es la facultad de una fuentede luz de reproducir " fiel-mente " los colores de losobjetos por ella iluminados.

Valor patrón del rendimientocromático: 100

Rendimiento cromático de laluz del sol: 100

Rendimiento cromático de labombilla incandescente: 100

Rendimiento cromático deun tubo fluorescente están-dar: 65

Rendimiento cromático deltubo fluorescente trifósforogama 80: 85




Rendimiento cromático deltubo fluorescente trifósforogama 90:90

Breve consejo para acertar con la to-nalidad según los ambientes.

En general en lugares donde predomi-nan los tonos cálidos en la decoración, utili-zaremos fuentes de luz con tonos cálidos.

Si predominan los tonos fríos actuare-mos a la inversa.

Hay que tener en cuenta que la elecciónde los tonos del color de la decoración hasido anterior a la fase de iluminación y esecriterio es el que debe predominar.

Para fines prácticos se ha propuesto cla-sificar las características de rendimientocromático en cuatro grupo, según CIE.

Recomendaciones

Conviene, al seleccionar una fuente deluz para un determinado ambiente, que suíndice de rendimiento en color se ajuste alas recomendaciones dadas en la tabla an-terior.

Debemos ser capaces de distinguir en-tre la apariencia en color y las propiedadesde rendimiento en color de las fuentes deluz. Podemos definir la primera como "fría","intermedia" y "cálida", pero esta clasifica-ción no es precisamente una guía para de-terminar sus propiedades de rendimientoen color y como existe cierta relación entrela eficacia de una lámpara y sus propieda-des de rendimiento en color es convenienteutilizar el criterio de pensar en un términomedio entre los dos aspectos.

Luz y color en interiores

Otro aspecto del color, para que influyaen el confort visual y en el acabado de unlocal, es el planteamiento del nivel del mis-mo elegido para sus superficies. En generalpara lograr una alta eficiencia del alumbra-do deberán escogerse colores tendentes aclaros para las zonas principales debiéndo-se considerar que para la mayor o menorclaridad no puede solo estimarse su poderde reflexión ya que un color blanco no refle-

jará mucho más del 80% de la luz inciden-te, un color claro aproximadamente el 50%,un color medio del 30 al 50% y un color os-curo menos del 10%.

Para obtener los mejores resultados, losmateriales y los colores deberán elegirsebajo la misma luz o muy parecida a la pre-vista para el ambiente que estemos prepa-rando. Conviene tener presente que:

• La temperatura de color y el índice derendimiento cromático de una fuentede luz dan información diferente sobrelas propiedades cromáticas de la mis-ma.

• Cuando se iluminan superficies colore-adas actúan a su vez como fuentes se-cundarias de luz coloreada, generan-do, posiblemente, otros colores.

• Aún cuando la preferencia por los colo-res varía con la personalidad, edad,sexo, clima y grupo étnico, es posibleformular algunas reglas generales aeste respecto sobre su implantaciónen las superficies y la apariencia decolor de las fuentes de luz.

• Los objetos con colores cálidos sonmás agradables a la vista con una luzcálida que con una fría. De forma in-versa, la ausencia de radiaciones delongitud de onda corta en las fuentesde luz cálidas tiende a matar los colo-res fríos de los objetos. Es conocido elhecho de que los colores de los ali-mentos se ven más favorecidos cuan-do se les ilumina con luz cálida que silo hacemos con luz fría.

• Ambientes físicamente fríos o calien-tes pueden ser contrarrestados me-diante luz cálida o fría, respectivamen-te.

• Las mejores fuentes de luz para am-bientes variables o indefinidos son lasde temperatura de color intermedia.

• Algunos colores saturados, cuandoconstituyen o forman una parte impor-tante de la ambientación visual duran-te largos periodos, pueden llegar a te-



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ner una influencia indeseable en el or-ganismo humano. Esta puede ser larazón de que los colores preferidos pa-ra fondos (suelos, paredes, techos ygrandes objetos en el campo inmedia-to de visión) son colores con poco co-lorido muy parecidos a los colores dela naturaleza o de la tierra como porejemplo el marrón, el ocre o incluso elblanco para el techo.

• Los colores preferidos para las superfi-cies de los objetos son aquellos quetienen un elevado grado de saturación,siempre y cuando no llenen de mane-ra permanente la mayor parte de la vi-sión (mesas, máquinas, etc.).

• Recordemos, como regla general, quela saturación de un color deberá ser in-versamente proporcional a la parteque ocupe en el campo normal de vi-sión, tanto en área como en tiempo.

Equipos agrupados

Si analizamos individualmente una lumi-naria la evaluaremos en función de su for-ma, color y grado de sofisticación. Si estaevaluación individual se traslada al resto deluminarias que integran la instalación curio-samente cualquier defecto descubierto enuna de ellas se supone presente en todaslas demás.

Las luminarias se perciben invariable-mente como constitutivas de un grupo cuyaforma puede acentuar o no la estructuradel espacio.

En el primer caso (visión a corta distan-cia), apreciamos las cualidades menciona-das al principio, mientras que el segundocaso (visión a larga distancia) la forma ge-neral y el color de cada una será visible,pero la impresión que recibiremos nos laproporcionará la contemplación del alum-brado general.

Individual y colectivamente, tanto apa-gadas como encendidas, deben constituirelementos que armonicen con el ambiente.

Las leyes "gestálticas"

Se ha verificado científicamente que elorganismo humano percibe un conjunto or-denado (cuyos elementos están dispuestossegún unas reglas dadas) no como un me-ro añadido de las partes que lo constituyen,sino como una única entidad compleja enque los diversos elementos están tan inte-grados entre sí que no es posible su des-composición sin que se pierdan aspectosinherentes al propio conjunto.

Por ello y basándose en estudios de si-cología, se formularon tres leyes que pue-den resultar interesantes para un mayor do-minio del diseño de las instalaciones de ilu-minación:

• La ley de contigüidad

• La ley de similaridad

• La ley de continuidad

La ley de contigüidad viene a decir quelos objetos situados muy cerca unos deotros son percibidos como unos solo y en elcaso de las luminarias si están muy juntasconviene que se complementen con otroselementos de la decoración.

La ley de similaridad determina qué for-mas o colocaciones similares son inmedia-tamente reconocidas e interpretadas comogrupos.

La interpretación, a efectos prácticos, esevitar la existencia en la misma superficie




¡Adios, amigos! Hasta la próxima...


prontuario iluminacion 1

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