1

SECRETARA DE EDUCACIN PBLICA

INSTITUTO TECNOLGICO DE VERACRUZ

TRABAJO DE LA UNIDAD 1

MATERIA: SISTEMAS DE ILUMINACION

CATEDRATICO: ING. CORTES MORALES MIGUEL OTHON

CARRERA: INGENIERIA ELECTRICA

INTEGRANTES:

BENITEZ MARTINEZ JOSE ANTONIO No. DE CONTROL: E11020006

MARTINEZ LOPEZ JHONY DE JESUS No. DE CONTROL: E11020021

MATIAS JULIAN TITO No. DE CONTROL: E11020022

REYES TORRES SAMUEL No. DE CONTROL: E11020095

RUBIO ALBA JESUS ROMAN No. DE CONTROL: E11020038

SOLIS BARRAGAN ALAN ARMANDO No. DE CONTROL: E11020042

2

INDICE UNIDAD 1.- CONCEPTOS GENERALES ..................................................................................... 4

1.1.- ESPECTRO ELECTROMAGNTICO Y ESPECTRO CROMTICO ...................................... 4

1.1.1.- INTRODUCCION ....................................................................................................... 4

1.1.2.- TEORIA ELECTROMAGNETICA (MAXWELL 1865) ..................................................... 4

1.1.3.-TEORIA DE LOS CUANTOS (PLANCK 1900) ................................................................ 4

1.1.4.-MECANICA ONDULATORIA (DE BROGLIE 1924) ....................................................... 5

1.1.5.-EJEMPLO COMPARATIVO (EFECTO DOPPLER. VS RADIACIN

ELECTROMAGNTICA) ......................................................................................................... 5

1.1.6.-MECANICA ONDULATORIA ....................................................................................... 6

1.1.7.- TEORA CORPUSCULAR ............................................................................................ 6

1.1.8.-TEORA ONDULATORIA ............................................................................................. 7

1.1.9.-NATURALEZA DUAL DE LA LUZ ................................................................................. 8

1.1.10.-PROPAGACIN DE LA LUZ: NDICE DE REFRACCIN Y CAMINO PTICO ............... 9

1.1.11.-LEYES DE LA REFRACCIN ..................................................................................... 10

1.1.12.-REFLEXIN DE LA LUZ: LEY DE SNELL. .................................................................. 10

1.2.-VISIN............................................................................................................................ 12

1.2.1.-ANATOMA OCULAR BSICA .................................................................................. 13

1.2.2.-VAS PTICAS .......................................................................................................... 13

1.3.-UNIDADES DE LUMINOTECNIA .................................................................................. 14

1.3.1.-FLUJO LUMINOSO (POTENCIA LUMINOSA) ............................................................ 14

1.3.2.-INTENSIDAD LUMINOSA ......................................................................................... 15

1.3.3.-ILUMINANCIA (NIVEL DE ILUMINACIN)................................................................ 15

1.3.3.1.-MEDIDA DEL NIVEL DE ILUMINACIN ................................................................. 16

1.3.4.-LUMINANCIA........................................................................................................... 17

1.3.4.1.-MEDIDA DE LA LUMINANCIA ............................................................................... 18

1.3.5 RENDIMIENTO LUMINOSO O EFICIENCIA LUMINOSA ................................................. 18

1.4.-REPRESENTACIONES GRFICAS ..................................................................................... 19

1.4.1.-DIAGRAMA POLAR O CURVA DE DISTRIBUCIN LUMINOSA. ................................ 19

1.4.2.-DIAGRAMAS O CURVAS ISOCANDELA .................................................................... 23

3

1.4.3.-CURVAS DE ISOLUX ................................................................................................. 25

1.5.- MEDCONES FOTOMETRCAS ...................................................................................... 27

1.5.1.-LA FOTOMETRA ..................................................................................................... 27

1.5.2.-TCNCAS DE MEDCN FOTOMTRCA ................................................................ 28

BIBLIOGRAFA .................................................................................................................... 30

4

UNIDAD 1.- CONCEPTOS GENERALES

1.1.- ESPECTRO ELECTROMAGNTICO Y ESPECTRO CROMTICO

1.1.1.- INTRODUCCION

Los antiguos filsofos ya conocan algunos hechos sobre la propagacin de la luz. As se atribuye a Euclides el descubrimiento de las leyes de la reflexin de la luz. Es a mediados del XVII cuando aparecen casi conjuntamente dos teoras acerca de la naturaleza de la luz. Teora CORPUSCULAR (1666) y teora ONDULATORIA (1678)

1.1.2.- TEORIA ELECTROMAGNETICA (MAXWELL 1865)

Descubre que la perturbacin del campo electromagntico puede propagarse en el espacio a una velocidad que coincide con la de la luz en el vaco, equiparando por tanto las ondas electromagnticas con las ondas luminosas. Veinte aos despus Hertz comprueba que las ondas hertzianas de origen electromagntico tienen las mismas propiedades que las ondas luminosas, estableciendo definitivamente la identidad de ambos fenmenos.

Objeciones a sta teora:

No se da explicacin a:

Fenmenos por absorcin o emisin.

Fenmenos fotoelctricos.

Emisin de luz por cuerpos incandescentes.

Y por lo tanto es necesario volver a la teora corpuscular, como hizo Planck en 1900.

1.1.3.-TEORIA DE LOS CUANTOS (PLANCK 1900) Esta teora establece que los intercambios de energa entre la materia y la luz, solo son posibles por cantidades finitas. (cuantos) tomos de luz, que posteriormente se denominarn fotones. Esta teora tropieza con el inconveniente de no poder explicar los fenmenos de tipo ondulatorio: Interferencias, difraccin,.... Nos encontramos nuevamente con dos hiptesis contradictorias, la teora electromagntica y la de los cuantos.

5

1.1.4.-MECANICA ONDULATORIA (DE BROGLIE 1924) La teora electromagntica y la de los cuantos, herederas de la ondulatoria y corpuscular respectivamente, evidenciando la doble naturaleza de la luz. Esta teora establece as la naturaleza corpuscular de la luz en su interaccin con la materia (procesos de emisin y absorcin) y la naturaleza electromagntica en su propagacin.

1.1.5.-EJEMPLO COMPARATIVO (EFECTO DOPPLER. VS RADIACIN ELECTROMAGNTICA)

Efecto Doppler, llamado as por el austraco Christian Doppler consiste en la variacin de la

longitud de onda de cualquier tipo de onda emitida o recibida por un objeto en movimiento.

Doppler propuso este efecto en 1842 en una monografa titulada ber das farbige Licht der

Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels ("Sobre el color de la luz en estrellas

binarias y otros astros").

Su hiptesis fue investigada en 1845 para el caso de ondas sonoras por el cientfico holands

Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot, confirmando que el tono de un sonido emitido por una

fuente que se aproxima al observador es ms agudo que si la fuente se aleja. Hippolyte Fizeau

descubri independientemente el mismo fenmeno en el caso de ondas electromagnticas en

1848. En Francia este efecto se conoce como "Efecto Doppler-Fizeau"(FIGURA 1).

Imagen 1.- Efecto Doppler-Fizeau

En el caso del espectro visible de la radiacin electromagntica, si el objeto se aleja, su luz se

desplaza a longitudes de onda ms largas, desplazndose hacia el rojo. Si el objeto se acerca, su luz

presenta una longitud de onda ms corta, desplazndose hacia el azul. Esta desviacin hacia el

rojo o el azul es muy leve incluso para velocidades elevadas, como las velocidades relativas entre

estrellas o entre galaxias, y el ojo humano no puede captarlo, solamente medirlo indirectamente

utilizando instrumentos de precisin como espectrmetros. Si el objeto emisor se moviera a

fracciones significativas de la velocidad de la luz, entonces s seria apreciable de forma directa la

variacin de longitud de onda.

6

1.1.6.-MECANICA ONDULATORIA

Una onda es una perturbacin que se propaga desde el punto en que se produjo hacia el medio

que rodea ese punto. Las ondas materiales (todas menos las electromagnticas) requieren un

medio elstico para propagarse. El medio elstico se deforma y se recupera vibrando al paso de la

onda.

Imagen 2.- Representacin de la mecnica ondulatoria

La perturbacin comunica una agitacin a la primera partcula del medio en que impacta -este es

el foco de las ondas- y en esa partcula se inicia la onda.

La perturbacin se transmite en todas las direcciones por las que se extiende el medio que rodea

al foco con una velocidad constante en todas las direcciones, siempre que el medio sea istropo

(de iguales caractersticas fsico- qumicas en todas las direcciones).

Todas las partculas del medio son alcanzadas con un cierto retraso respecto a la primera y se

ponen a vibrar: recuerda la ola de los espectadores en un estadio de ftbol.

1.1.7.- TEORA CORPUSCULAR

Esta teora se debe a Newton (1642-1726). La luz est compuesta por diminutas partculas

materiales emitidas a gran velocidad en lnea recta por cuerpos luminosos. La direccin de

propagacin de estas partculas recibe el nombre de rayo luminoso.

La teora de Newton se fundamenta en estos puntos:

Propagacin rectilnea. La luz se propaga en lnea recta porque los corpsculos que la forman se mueven a gran velocidad.

Reflexin. se sabe que la luz al chocar contra unos espejos se refleja. Newton explicaba este fenmeno diciendo que las partculas luminosas son perfectamente elsticas y por tanto la reflexin cumple las leyes del choque elstico.

Refraccin. El hecho de que la luz cambie la velocidad en medios de distinta densidad, cambiando la direccin de propagacin, tiene difcil explicacin con la teora corpuscular. Sin embargo Newton supuso que la superficie de separacin de dos medios de distinto ndice de refraccin ejerca una atraccin sobre las partculas luminosas, aumentando as la componente normal de la velocidad mientras que la componente tangencial permaneca invariable.

7

1.1.8.-TEORA ONDULATORIA

Fue idea del fsico holands C. Huygens. La luz se propaga mediante ondas mecnicas emitidas por un foco luminoso. La luz para propagarse necesitaba un medio material de gran elasticidad, impalpable que todo lo llena, incluyendo el vaco, puesto que la luz tambin se propaga en l. A este medio se le llam ter.

La energa luminosa no est concentrada en cada partcula, como en la teora corpuscular sino que

est repartida por todo el frente de onda. El frente de onda es perpendicular a las direcciones de

propagacin. La teora ondulatoria explica perfectamente los fenmenos luminosos mediante una

construccin geomtrica llamada principio de Huygens. Adems segn esta teora, la luz se

propaga con mayor velocidad en los medios menos densos. A pesar de esto, la teora de Huygens

fue olvidada durante un siglo debido a la gran autoridad de Newton.

Imagen 3.- Principio de Huygens

En 1801 el ingls T. Young dio un gran impulso a la teora ondulatoria explicando el fenmeno de

las interferencias y midiendo las longitudes de onda correspondientes a los distintos colores del

espectro.

La teora corpuscular era inadecuada para explicar el hecho de que dos rayos luminosos, al incidir

en un punto pudieran originar oscuridad.

http://acacia.pntic.mec.es/jruiz27/huygens/huygens.html

8

1.1.9.-NATURALEZA DUAL DE LA LUZ

A finales del siglo XIX se saba ya que la velocidad de la luz en el agua era menor que la velocidad

de la luz en el aire contrariamente a las hiptesis de la teora corpuscular de Newton. En 1864

Maxwell obtuvo una serie de ecuaciones fundamentales del electromagnetismo y predijo la

existencia de ondas electromagnticas. Maxwell supuso que la luz representaba una pequea

porcin del espectro de ondas electromagnticas. Hertz confirm experimentalmente la existencia

de estas ondas.

Imagen 4.- Explicacin del espectro electromagntico

El estudio de otros fenmenos como la radiacin del cuerpo negro, el efecto fotoelctrico y los espectros atmicos puso de manifiesto la impotencia de la teora ondulatoria para explicarlos. En 1905, basndose en la teora cuntica de Planck, Einstein explic el efecto fotoelctrico por medio de corpsculos de luz que l llam fotones. Bohr en 1912 explic el espectro de emisin del tomo de hidrgeno, utilizando los fotones, y Compton en 1922 el efecto que lleva su nombre apoyndose en la teora corpuscular de la luz.

Apareci un grave estado de incomodidad al encontrar que la luz se comporta como onda electromagntica en los fenmenos de propagacin, interferencias y difraccin y como corpsculo en la interaccin con la materia.

No hay por qu aferrarse a la idea de incompatibilidad entre las ondas y los corpsculos, se trata de dos aspectos diferentes de la misma cuestin que no solo no se excluyen sino que se complementan.

http://acacia.pntic.mec.es/jruiz27/interf/emwaves/emWave.htmlhttp://acacia.pntic.mec.es/jruiz27/interf/fotoelectrico/fotoelectrico/fotoelectricojesus.htm

9

1.1.10.-PROPAGACIN DE LA LUZ: NDICE DE REFRACCIN Y CAMINO PTICO

Cuando una onda de cualquier tipo alcanza la frontera de dos medios distintos, una parte de su energa se transmite al segundo medio, dando lugar en el segundo medio a otra onda de caractersticas semejantes las de la onda incidente y que recibe el nombre de onda transmitida. Otra parte de la energa se emplea en generar otra onda que se propaga hacia atrs en el primer medio y que se llama onda reflejada.

En este proceso se conserva la frecuencia de la onda, lo que implica que la longitud de onda t de la onda transmitida es diferente de la longitud de onda i del incidente, pues tambin cambia la velocidad de la onda en cada medio. Para el caso de una onda luminosa:

Siendo f la frecuencia, y n1 y n2 los ndices de refraccin de cada medio. El ndice de refraccin de

un medio es el cociente entre la velocidad de la luz en el vaco (3.108 m/s) y la velocidad de la luz

en ese medio. No tiene unidades y siempre es mayor o igual que 1.

10

1.1.11.-LEYES DE LA REFRACCIN

Al otro lado de la superficie de separacin los rayos no conservan la misma direccin que los de

la onda incidente:

1. Cada rayo de la onda incidente y el correspondiente rayo de la onda transmitida forman un

plano que contiene a la recta normal a la superficie de separacin de los dos medios.

2. El ngulo que forma el rayo refractado con la normal (ngulo de refraccin) est relacionado

con el ngulo de incidencia: n1 seni = n2 sen r

Imagen 5.- explicacin de las leyes de la refraccin

1.1.12.-REFLEXIN DE LA LUZ: LEY DE SNELL.

Cada rayo de la onda incidente y el correspondiente rayo de la onda reflejada forman un plano

perpendicular al plano de separacin de los medios.

El ngulo que forma el rayo incidente con la recta normal a la frontera (ngulo de incidencia) es

igual al ngulo de esta normal con el rayo reflejado (ngulo de reflexin).

11

Imagen 6.- Ley de SNELL

Cuando la luz pasa de un medio a otro cuyo ndice de refraccin es mayor, por ejemplo del aire al agua, los rayos refractados se acercan a la normal. Si el ndice de refraccin del segundo medio es menor los rayos refractados se alejan de la normal.

En este caso si consideramos que n1>n2 y aumentamos el ngulo de incidencia, llega un momento en que el ngulo de refraccin se hace igual a 90, lo que significa que desaparece el rayo refractado. Como el seno de 90 es uno el ngulo de incidencia para el cual ocurre este fenmeno viene dado por c=n2/ n1

Este ngulo de incidencia, c recibe el nombre de ngulo crtico, ya que si aumenta ms el ngulo de incidencia, la luz comienza a reflejarse ntegramente, fenmeno que se conoce como reflexin total.

Una aplicacin de la reflexin total es la fibra ptica, que es una fibra de vidrio, larga y fina en la que la luz en su interior choca con las paredes en un ngulo superior al crtico de manera que la energa se transmite sin apenas perdida. Tambin los espejismos son un fenmeno de reflexin total.

12

1.2.-VISIN

Le denominamos visin a la capacidad de interpretar nuestro entorno gracias a los rayos de

luz que alcanzan el ojo. Tambin se entiende por visin toda accin de ver. La visin o sentido de

la vista es una de las principales capacidades sensoriales del hombre y de muchos animales.

Existen diferentes tipos de mtodos para el examen de la visin.

El sentido de la vista o visin est asegurado por un rgano receptor, el ojo; una membrana, la

retina, estos reciben las impresiones luminosas y las transmite al cerebro por las vas pticas. El

ojo es un rgano par situado en la cavidad orbitaria. Est protegido por los parpados y por la

secrecin de la glndula lagrimal. Es movilizado por un grupo de msculos extrnsecos

comandados por los nervios motores del ojo.

La visin es un fenmeno complicado que se produce en la corteza cerebral, donde se reconocen e

interpretan las imgenes que llegan desde el ojo, o receptor de la informacin. Es decir, los

estmulos luminosos recogidos por el ojo van al cerebro donde se transforman en sensaciones

visuales. El ojo ve y el cerebro interpreta lo visto.

Imagen 7.- Mecanismo de la visin humana. Fuente: Banco de imgenes del ITE

La visin se realiza en cuatro fases:

o Percepcin: La primera etapa del proceso es ptica; se puede comparar el ojo con una cmara fotogrfica: la luz entra en el ojo atravesando rganos transparentes (crnea, humor acuoso, cristalino y humor vtreo) donde se busca, sigue y enfoca la imagen.

o Transformacin: la energa luminosa llega a la retina (a la mcula), donde se activan las clulas sensoriales (conos y bastones) que transforman la luz en energa nerviosa.

o Transmisin: los impulsos nerviosos inician su camino a travs del nervio ptico hasta la

corteza cerebral.

http://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_visiblehttp://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_visiblehttp://es.wikipedia.org/wiki/Ojohttp://www.ite.educacion.es/formacion/materiales/129/cd/glosario.htm#corneahttp://www.ite.educacion.es/formacion/materiales/129/cd/glosario.htm#humor_acuosohttp://www.ite.educacion.es/formacion/materiales/129/cd/glosario.htm#cristalinohttp://www.ite.educacion.es/formacion/materiales/129/cd/glosario.htm#humor_vitreohttp://www.ite.educacion.es/formacion/materiales/129/cd/glosario.htm#retinahttp://www.ite.educacion.es/formacion/materiales/129/cd/glosario.htm#nervio_optico

13

o Interpretacin: en la corteza cerebral se interpretan los impulsos, se reconocen y se procesan para saber lo que vemos.

Para que este proceso tan complejo funcione son tambin necesarias otras funciones visuales como la acomodacin (o enfoque para ver con nitidez tanto lo lejano como lo cercano); la visin cromtica (o facultad del ojo para distinguir los colores gracias a los conos); adaptacin a la oscuridad (gracias a los bastones); la visin binocular; visin perifrica, etc. La discapacidad visual puede tener distintas causas o etiologas:

Hereditarias (congnitas, presentes al nacer, o que se desarrollan durante la vida del individuo)

Sobrevenidas por infecciones, accidentes, tumores, traumatismos, etc. Asociadas a otras enfermedades (por ejemplo, diabetes) Progresiva, que conduce con mayor o menor rapidez a la ceguera total

Pueda afectar a un ojo (monoculares) o a los dos (binoculares)

1.2.1.-ANATOMA OCULAR BSICA

Para explicar la complejidad del sentido de la vista es imprescindible conocer la anatoma y estructura del ojo.

El aparato visual est formado por los ojos y los rganos anejos (de proteccin, movimiento) Juntos recogen la informacin visual del exterior y la transmiten al cerebro, donde es elaborada. La ausencia de visin o las patologas oculares sern consecuencia de alteraciones en el ojo, de la va ptica o de los centros corticales.

El rgano de la vista se compone de tres partes:

Globo ocular. Vas pticas. Anexos.

1.2.2.-VAS PTICAS

A travs de las vas pticas, los ojos transmiten la informacin al cerebro. La luz provoca en las fotos receptores (conos y bastones) una reaccin qumica que convierte las imgenes recibidas en impulsos elctricos. Las vas pticas transmiten los impulsos nerviosos desde la retina hasta la corteza cerebral, a travs del nervio ptico, constituido por las fibras nerviosas de las clulas fotosensibles de la retina, establecindose una red de fibras nerviosas que, a travs de la coroides y la esclertica, salen del globo ocular en direccin al cerebro. Ambos

http://www.ite.educacion.es/formacion/materiales/129/cd/glosario.htm#vision_binocularhttp://www.ite.educacion.es/formacion/materiales/129/cd/unidad_1/mo1_globo_ocular.htmhttp://www.ite.educacion.es/formacion/materiales/129/cd/unidad_1/mo1_vias_opticas.htmhttp://www.ite.educacion.es/formacion/materiales/129/cd/unidad_1/mo1_anexos.htmhttp://www.ite.educacion.es/formacion/materiales/129/cd/glosario.htm#retinahttp://www.ite.educacion.es/formacion/materiales/129/cd/glosario.htm#nervio_opticohttp://www.ite.educacion.es/formacion/materiales/129/cd/glosario.htm#coroideshttp://www.ite.educacion.es/formacion/materiales/129/cd/glosario.htm#esclerotica

14

nervios pticos van hacia el crneo. La mitad de las fibras de cada nervio ptico pasa al otro lado, formando como un puente nervioso llamado quiasma. Las fibras no cruzadas junto con las del otro lado, forman un nuevo cordn (cintilla ptica) que contina su camino hasta llegar al rea visual del lbulo occipital del cerebro, donde los impulsos visuales se transforman en imagen.

1.3.-UNIDADES DE LUMINOTECNIA

En la tcnica de la iluminacin intervienen dos elementos bsicos: la fuente productora de luz y el

objeto que se va a iluminar.

1.3.1.-FLUJO LUMINOSO (POTENCIA LUMINOSA)

La energa transformada por los manantiales luminosos no se puede aprovechar totalmente para

la produccin de luz. Por ejemplo, una lmpara incandescente consume una determinada energa

elctrica que transforma en energa radiante, de la cual slo una pequea parte (alrededor del

10%) es percibida por el ojo humano en forma de luz, mientras que el resto se pierde en calor.

Se llama flujo luminoso de una fuente a la energa radiada que recibe el ojo medio humano segn

su curva de sensibilidad y que transforma en luz durante un segundo.

El flujo luminoso se representa por la letra griega F y su unidad es el lumen (lm). El lumen es el

flujo luminoso de la radiacin monocromtica que se caracteriza por una frecuencia de valor 540

1012 Hz. y por un flujo de energa radiante de 1/683 W. Un watio de energa radiante de longitud

de onda de 555 nm en el aire equivale a 683 lm aproximadamente.

Imagen 8.-Representacin del flujo luminoso

15

1.3.2.-INTENSIDAD LUMINOSA

Cantidad de flujo luminoso emitido por cada uno de los rayos que la fuente emite en una

determinada direccin por unidad de ngulo slido.

Magnitud que expresa la distribucin del flujo luminoso en el espacio.

La intensidad luminosa de una fuente de luz es igual al flujo emitido en una direccin por unidad

de ngulo slido en esa direccin.

Imagen 9.-Diferencia entre flujo luminoso e intensidad luminosa

Su smbolo es I, su unidad es la candela (cd), y la frmula que la expresa:

La candela se define como la intensidad luminosa de una fuente puntual que emite un flujo

luminoso de un lumen en un ngulo slido de un estereorradin (sr).

1.3.3.-ILUMINANCIA (NIVEL DE ILUMINACIN)

La iluminancia o nivel de iluminacin de una superficie es la relacin entre el flujo luminoso que

recibe la superficie y su rea. Se simboliza por la letra E, y su unidad es el lux (lx).

Imagen 10.-Representacion de la iluminancia

16

La frmula que expresa la iluminancia es:

Se deduce de la frmula que cuanto mayor sea el flujo luminoso incidente sobre una superficie,

mayor ser su iluminancia, y que, para un mismo flujo luminoso incidente, la iluminancia ser

tanto mayor en la medida en que disminuya la superficie.

Imagen 11.- concepto de iluminancia

1.3.3.1.-MEDIDA DEL NIVEL DE ILUMINACIN

La medida del nivel de iluminacin se realiza por medio de un aparato especial denominado

luxmetro, que consiste en una clula fotoelctrica que, al incidir la luz sobre su superficie, genera

una dbil corriente elctrica que aumenta en funcin de la luz incidente.

Imagen 12.-Luxometro

17

1.3.4.-LUMINANCIA

Se llama Luminancia al efecto de luminosidad que produce una superficie en la retina del ojo,

tanto si procede de una fuente primaria que produce luz, como si procede de una fuente

secundaria o superficie que refleja luz.

La luminancia mide brillo de las fuentes luminosas primarias y de las fuentes que constituyen los

objetos iluminados.

Se puede decir, que el ojo ve diferencias de luminancias y no de iluminacin (a igual iluminacin,

diferentes objetos tienen luminancia distinta porque tienen distinto poder de reflexin).

La luminancia de una superficie iluminada es el cociente entre la intensidad luminosa de una

fuente de luz, en una direccin, y la superficie de la fuente proyectada segn dicha direccin.

Imagen 13.- Luminancia de una superficie

La luminancia se representa por la letra L, siendo su unidad la candela/metro cuadrado llamada

nit (nt), con un submltiplo, la candela/centmetro cuadrado o stilb, empleada para fuentes

con elevadas luminancias.

La frmula que la expresa es la siguiente:

Dnde:

S cos = Superficie aparente.

La luminancia es independiente de la distancia de observacin.

18

1.3.4.1.-MEDIDA DE LA LUMINANCIA

La medida de la luminancia se realiza por medio de un aparato especial llamado luminancmetro o

nitmetro. Se basa en dos sistemas pticos, uno de direccin y otro de medicin (imagen 14).

Imagen 14.- Luminancimetro

1.3.5 RENDIMIENTO LUMINOSO O EFICIENCIA LUMINOSA

Es el cociente entre el flujo luminoso producido por la lmpara y la potencia elctrica consumida,

que viene definida con las caractersticas de las lmparas.

La frmula es la siguiente:

Unidad de medida: lumen/ watt

Imagen 15.-Rendimiento luminoso lmpara

19

1.4.-REPRESENTACIONES GRFICAS

Cuando se habla de fotometra de magnitudes y unidades de medida se describe el

comportamiento de la luz y sirven como herramienta de clculo.

Para su complemento de estas investigaciones se debe de buscar nuevas herramientas de trabajo

como son tablas, grficos o programas informticos ya que se debe de tener en cuenta la forma de

distribucin del flujo luminoso que depende de las lmparas y luminarias empleadas.

Algunos de los grficos en luminotecnia son:

Diagrama polar o curva luminosa.

Diagrama isocandela.

Curvas de isolux.

1.4.1.-DIAGRAMA POLAR O CURVA DE DISTRIBUCIN LUMINOSA.

Una curva de distribucin luminosa es el resultado de tomar medidas de intensidad luminosa a

diferentes ngulos alrededor de una fuente de luz o luminaria y representarlas en forma grfica,

normalmente en coordenadas polares. La distancia de cualquier punto de la curva al centro indica

la intensidad luminosa de la fuente en esa direccin.

La iluminacin recibida desde una sola fuente de luz sobre cualquier superficie dada puede

calcularse a partir de los datos de la curva de distribucin luminosa de dicha fuente. Cuando la

relacin entre el tamao de la fuente y distancia fuente-superficie es tal que puede aplicarse la ley

de la inversa de los cuadrados, el clculo se reduce a tomar en la curva de distribucin la lectura

de la intensidad luminosa para el ngulo requerido, dividiendo por el cuadrado de la distancia

entre metros y multiplicarlo por la funcin trigonomtrica apropiada si la superficie no es

perpendicular a la direccin de los rayos de luz que salen de la fuente. Cuando el tamao de la

fuente no permita la aplicacin directa de la ley de la inversa de los cuadrados se requiere de un

proceso de clculo ms complejo

En los casos en que la distribucin de la intensidad luminosa tiene simetra cilndrica, se puede

obtener la cantidad de la luz emitida por la fuente en lmenes a partir de una curva de

distribucin media. La curva se divide en zonas de igual amplitud normalmente en 10 cada una, y

la intensidad luminosa medida de cada zona (que suele ser el valor en el centro de la zona) se

multiplica por un factor que la convierte directamente en el nmero de lmenes en la zona.

Debido a que las zonas subtendidas por ngulos iguales en la superficie de una esfera imaginaria

que rodee la fuente tienen areas muchos mayores cerca del ecuador que de los polos, una

intensidad luminosa dada produce mucho ms lmenes en un ngulo prximo al centro de la

curva que uno cercano a la cima o a la base. Los factores de zona de conversin en lmenes estn

basados en las reas relativas de eses zonas angulares, y su suma desde 0 a 180 es 4 , o sea

20

12.57. As pues, una fuente que emita una candela en todas las direcciones producir un total de

12.57 lmenes.

Imagen 16.-solido fotomtrico de una lmpara incandescente.

Tabla 1.-constante de zona para el clculo del flujo luminoso.

CONSTANTE DE UNA ZONA PARA EL CALCULO DEL FLUJO LUMINOSO PARA ZONAS ANULARES DE 10

Zona Angulo medio de la zona

Zona Angulo medio de la zona

Constante de zona

0-10 5 170-180 175 0.095

10-20 15 160-170 165 0.283

20-30 25 150-160 155 0.463

30-40 35 140-150 145 0.628

40-50 45 130-140 135 0.774

50-60 55 120-130 125 0.897

60-70 65 110-120 115 0.993

70-80 75 100-110 105 1.058

80-90 85 90-100 95 1.091

21

A causa de esta relacin angular, el rea comprendida dentro de una curva de distribucin no es

en absoluto una medida de la cantidad total de luz emitida por una fuente. Dos unidades que

producen exactamente el mismo nmero de lmenes pueden distribuir la luz de forma muy

diferente y tener curvas de intensidad luminosa en perfiles y areas totalmente distintas.

Para una luminaria de alumbrado general la distribucin de la luz entre los hemisferios inferior y

superior constituye la base para su clasificacin como directa, semidirecta, general difusa, etc. A

este propsito, la suma de los lmenes por debajo de 90 y por encima de 90 se expresan como

porcentajes de la suma se lmenes totales desde 0 a 180.

La eficiencia de una luminaria es la relacin, expresada en tanto por ciento, entre los lmenes

totales emitidos por la luminaria y el total de lmenes generados por la lmpara desnuda.

Imagen 17.-Comparacin de curvas para un mismo tipo de lmpara.

La distribucin luminosa de unidades que no tienen simetra alrededor de un eje no admite una

representacin tan sencilla. Para efectos fluorescentes, se emplean comnmente al menos tres

curvas, una en al plano paralelo al eje longitudinal de la lmpara, otra normal a l, y una tercera

intermedia entre ambas, a 45 del eje de la lmpara.

22

Imagen 18.-Distribucin luminosa de una luminaria con iluminacin directa-indirecta.

Con algunos equipos como, por ejemplo, muchas luminarias de alumbrado de calles, es

importante la distribucin horizontal luminosa, y las medidas se hacen en planos laterales. Cuando

el grado de asimetra no es demasiado grande, como ocurre en la mayora de las instalaciones

fluorescentes, puede obtenerse una curva de distribucin luminosa media suficientemente

representativa y calcularse a partir de ella la eficacia luminosa. La eficiencia de una luminaria muy

asimtrica puede calcularse con un nmero suficiente de curvas de emisin, pero el proceso es

ms complicado.

Imagen 19.- distribucin luminosa horizontal para una luminaria de alumbrado pblico.

Los datos de distribucin luminosa de equipos productores de hacez, tales como focos y

proyectores, se suelen representar en coordenadas rectangulares en lugar de polares indicndose

sobre la base del diagrama la distancia angular desde el centro haz, y en ordenadas la intensidad

luminosa. Si la distribucin es simtrica respecto a un eje central, puede representarse el haz con

23

una sola curva. Un haz asimtrico, en cambio, requiere al menos una curva vertical y otra

transversal horizontal, y a veces ms, para que la descripcin sea completa.

Imagen 20.-curvas fotomtricas de un proyector.

1.4.2.-DIAGRAMAS O CURVAS ISOCANDELA

A pesar de que las curvas de distribucin luminosa son herramientas muy tiles y prcticas,

presentan el gran inconveniente de que solo nos dan informacin de lo que ocurre en unos pocos

planos meridionales y no sabemos a ciencia cierta que pasa en la pasa en el resto. Para evitar

estos inconvenientes y conjugar una representacin plana con informacin sobre la intensidad en

cualquier direccin se definen los diagramas o curvas isocandela.

La mejor representacin de un haz se obtiene mediante un diagrama isocandela. En l se

representan en grados las distancia al eje del haz, tanto horizontal como verticalmente, y se

recoge gran nmero de lecturas de intensidades luminosas en diferentes puntos; las curvas que se

dibujan unen puntos de igual intensidad luminosa, de forma similar a como se trazan las isobaras e

isotermas en un mapa de tiempo.

Imagen 21.-Curvas isocandela.

24

Los diagramas isocandela que se refieren a hazes notablemente dispersos se representan a veces

en proyeccin semiesfrica, en la cual las reas de las zonas estudiadas pueden verse con mayor

precisin que empleando coordenadas rectilneas.

En los diagramas isocandela se representan en un plano, mediante curvas de nivel, los puntos de

igual valor de la intensidad luminosa. Cada punto indica una direccin del espacio definida por dos

coordenadas angulares. Segn como se escojan estos ngulos, distinguiremos dos casos:

Alumbrado por proyeccin.

Alumbrado pblico. Proyeccin acimutal de Lambert

En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con ngulos en lugar de la

tpicas x e y. para situar una direccin se utiliza un sistema de meridianos y paralelos similar al que

se usa con la tierra. El paralelo 0 se hace coincidir con el plano horizontal que contiene la

direccin del haz de luz y el meridiano 0 con el plano perpendicular a este. Cualquier direccin,

queda pues, definida por sus dos coordenadas angulares. Conocidas estas, se sitan los puntos

sobre el grafico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa formando las lneas

isocandela.

Imagen 22.- Diagrama isocandela de un proyector

En las luminarias para alumbrado pblico, para definir una direccin, se utilizan los ngulos C y

usados en los diagramas polares. Se pone la luminaria situada dentro de una esfera y sobre ella se

dibujan las lneas isocandela. Los puntos de las curvas se obtienen por interseccin de los vectores

de intensidad luminosa con la superficie de esta. Para la representacin plana de la superficie se

recurre a la proyeccin acimutal de Lambert.

25

Imagen 23.- proyeccin acimutal de Lambert para una luminaria de alumbrado pblico.

En estos grficos, los meridianos representan el ngulo C, los paralelos y las intensidades, lneas

rojas, se reflejan en tanto por ciento de la intensidad mxima. Como en este tipo de proyecciones

las superficies las superficies son proporcionales a las originales, el flujo luminoso se calcula como

el producto del rea en el diagrama (en estereorradianes) por la intensidad luminosa en esta rea.

Adems de intensidades y flujos, este diagrama informa sobre el alcance y la dispersin de la

luminaria. El alcance da una idea de la distancia longitudinal mxima que alcanza el haz de luz en

la calzada mientras que la dispersin se refiere a la distancia transversal.

1.4.3.-CURVAS DE ISOLUX

Una curva o diagrama isolux es un conjunto de curvas que reciben la misma iluminacin, con el

objeto de que la informacin pueda ser fcilmente aplicable para distintas alturas de montaje las

distancias en el plano de trabajo se expresan en mltiplos de dicha altura.

La iluminacin para otras alturas de montaje distintas de la correspondiente a las curvas trazadas

se obtiene multiplicando los valores dados por estas por la relacin entre el cuadrado de la altura

de montaje dada y el cuadrado de la nueva altura de montaje.

26

Imagen 24.-curvas o diagramas isolux

El diagrama isolux que se muestra en la figura correspondiente a una solo unidad luminosa, per

pueden construirse curvas similares para una instalacin sin ms que sumar los niveles luminosos

de cada punto procedentes de cada una de las luminarias que componen la instalacin de

iluminacin.

Cada altura de montaje, o distancia entre la luminaria y el plano de trabajo, da lugar a un diagrama

isolux distinto. El diagrama isocandela por otro lado, es una caracterstica fija de la luminaria,

independientemente de la distancia o altura de montaje. Los diagramas isocandela se utilizan

quiz con ms frecuencia en la representacin de hazes de faros, focos y proyectores, y los

diagramas de isolux, por su parte, para instalaciones de alumbrado pblico, si bien unos y otros

pueden emplearse indistintamente para cualquier tipo de instalaciones de alumbrado.

La distribucin de iluminacin de una fuente de luz puede tambin representarse trazando para

distintas distancias de la fuente al plano de trabajo, las curvas de nivel de iluminacin en funcin

de la distancia al centro de la fuente. Cuando la distribucin luminosa es irregular o asimtrica,

este mtodo es mucho menos satisfactorio que el diagramas isolux, y su uso se reserva por lo

comn para equipos cuya distribucin es aproximadamente simtrica.

27

1.5.- MEDCONES FOTOMETRCAS

1.5.1.-LA FOTOMETRA

La Fotometra es la ciencia que se encarga de la medida de la luz, como el brillo percibido por el ojo humano. Es decir, estudia la capacidad que tiene la radiacin electromagntica de estimular el sistema visual. No debe confundirse con la radiometra, encargada de la medida de la luz en trminos de potencia absoluta.

Imagen 25.-Funcin de luminosidad fotpica, CIE (1931). Muestra la sensibilidad relativa del ojo a las diferentes longitudes de onda (eje horizontal, en nm)

El ojo humano no tiene la misma sensibilidad para todas las longitudes de onda que forman el espectro visible. La Fotometra introduce este hecho ponderando las diferentes magnitudes radiomtricas medidas para cada longitud de onda por un factor que representa la sensibilidad del ojo para esa longitud. La funcin que introduce estos pesos se denomina funcin de luminosidad o funcin de eficiencia luminosa relativa de un ojo modelo, que se suele denotar como , o (este modelo u observador estndar es muy similar a los de la Colorimetra). Esta funcin es diferente dependiendo de que el ojo se encuentre adaptado a condiciones de buena iluminacin (visin fotpica) o de mala (visin escotpica). As, en condiciones fotpicas, la curva alcanza su pico para 555 nm, mientras que en condiciones escotpicas lo hace para 507 nm.

28

*Las tablas de magnitudes de radiometria y fotometria se basan en ISO 80000-7:2008

1.5.2.-TCNCAS DE MEDCN FOTOMTRCA El objetivo de la fotometra es la medicin de a luz de tal forma que los resultados se

correlacionen con la visin humana.

La fotometra es esencial para la evaluacin de las fuentes de luz y objetos usados para la

iluminacin, sealizacin, despliegues luminosos y otras aplicaciones donde la luz es vista por el

ojo humano.

Medicin fotomtrica se basa en fotodetectores, dispositivos (de varios tipos) que producen una

seal elctrica cuando se expone a la luz. Aplicaciones sencillas de esta tecnologa incluyen

luminarias encendido y apagado basado en las condiciones de luz ambiental, y los medidores de

luz, que se utiliza para medir la cantidad total de luz que incide en un punto.

Las formas ms complejas de medicin fotomtrica se utilizan con frecuencia dentro de la

industria de la iluminacin. fotmetros esfrico se puede utilizar para medir el flujo direccional

luminoso producido por las lmparas, y consisten en un globo de gran dimetro con una lmpara

montada en su centro. Una fotoclula gira alrededor de la lmpara en tres ejes, la medicin de la

salida de la luz por todos lados.

Tabla 2.-Unidades de Fotometra (SI-Sistema Internacinal)

Magnitude Smbolo Unidad SI Abreviatura asociada

Cantidad de Luz / Energa Luminosa

Qv lumen segundo

lm/s energa radiante

Flujo Luminoso / Potencia Luminosa

F lumen (cd/sr)

lm flujo / potencia radiante

Intensidad Luminosa lv candela (lm/sr)

cd/m2 intensidad radiante

Luminancia Lv cadela / m2 cd/m2 radiancia

Iluminancia Ev lux (lm/m2) lx irradiancia

Emitancia Luminosa Mv lux (lm/m2) lx emitancia

Eficacia Luminosa lumen / watt

lm/W relacin flujo de luminosa a radiancia

29

Luminarias (conocido simplemente como laicos artefactos de iluminacin) se analizarn con

goniofotmetros y la rotacin de fotmetros espejo, que mantienen la fotoclula estacionaria a

una distancia suficiente de que la luminaria se puede considerar una fuente puntual. Rotacin de

fotmetros espejo utilizar un sistema motorizado de espejos para reflejar la luz que emana de la

luminaria en todas las direcciones para la fotoclula distantes; goniofotmetros utilizar una mesa

giratoria de 2 ejes para cambiar la orientacin de la luminaria con respecto a la fotoclula. En

cualquier caso, la intensidad luminosa se tabula de estos datos y se utiliza en el diseo de

iluminacin.

30

BIBLIOGRAFA

http://dis.um.es/~barzana/enlaces/luz1.htm

http://dafunica.galeon.com/cursos/fisica2/ondulatoria.pdf

http://acacia.pntic.mec.es/jruiz27/interf/young.htm

http://www.ite.educacion.es/formacion/materiales/129/cd/unidad_1/mo1_anexos.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Visi%C3%B3n http://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/12732/L%20U%20M%20I%20N%20O%20T%20E%20C%20N%20I%20A.pdf?sequence=1 http://www.usp.br/fau/cursos/graduacao/arq_urbanismo/disciplinas/aut0262/Artificial/Capitulo_4.pdf http://www.erco.com/cdn/downloaddata/2014/30_media/25_guide_pdf/es_erco_guide_6_lighti

ng_technology.pdf

http://dis.um.es/~barzana/enlaces/luz1.htmhttp://dafunica.galeon.com/cursos/fisica2/ondulatoria.pdfhttp://acacia.pntic.mec.es/jruiz27/interf/young.htmhttp://www.ite.educacion.es/formacion/materiales/129/cd/unidad_1/mo1_anexos.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Visi%C3%B3nhttp://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/12732/L%20U%20M%20I%20N%20O%20T%20E%20C%20N%20I%20A.pdf?sequence=1http://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/12732/L%20U%20M%20I%20N%20O%20T%20E%20C%20N%20I%20A.pdf?sequence=1http://www.usp.br/fau/cursos/graduacao/arq_urbanismo/disciplinas/aut0262/Artificial/Capitulo_4.pdfhttp://www.usp.br/fau/cursos/graduacao/arq_urbanismo/disciplinas/aut0262/Artificial/Capitulo_4.pdfhttp://www.erco.com/cdn/downloaddata/2014/30_media/25_guide_pdf/es_erco_guide_6_lighting_technology.pdfhttp://www.erco.com/cdn/downloaddata/2014/30_media/25_guide_pdf/es_erco_guide_6_lighting_technology.pdf