luminancia

Mientras que la iluminancia nos describe la potencia luminosa que incide en una superficie, vemos que la luminancia nos describe la luz que procede de esa misma superficie.

A su vez dicha luz puede ser procedente de la superficie misma (p.ej. en el caso de la luminancia de lámparas y luminarias).

También vemos que la luminancia se encuentra definida como la relación entre la intensidad luminosa y la superficie proyectada sobre el plano perpendicularmente a la dirección de irradiación.

Pero es posible que la luz sea reflejada o transmitida por la superficie.

En el caso de materiales que reflejan en forma dispersa (mateados) y que transmiten en forma dispersa (turbios), es posible averiguar la luminancia a base de la iluminancia y el grado de reflexión (reflectancia) o transmisión (transmitancia), La luminosidad está en relación con la luminancia; no obstante, la impresión verdadera de luminosidad está bajo la influencia del estado de adaptación del ojo, del contraste circundante y del contenido de información de la superficie a la vista.

Ley del cuadrado de la distancia

Desde antiguo se ha comprobado que las iluminancias producidas por las fuentes luminosas disminuyen inversamente con el cuadrado de la distancia desde el plano a iluminar a la fuente. Esta condición se expresa mediante la siguiente fórmula:

Donde E es el nivel de iluminación en lux (lx), I es la intensidad de la fuente en candelas (cd), y d es la distancia de la fuente al plano receptor perpendicular (m).

Esta ley se cumple cuando se trata de una fuente puntual de superficies perpendiculares a la dirección del flujo luminoso y cuando la distancia de la luminaria es cinco veces mayor a la dimensión de la luminaria. Para fuentes luminosas lineales, la citada fórmula solo da una aproximación.

Nivel de iluminacion

El nivel de iluminación o iluminancia de una superficie es la relación entre el flujo luminoso que recibe la superficie y su área. Se simboliza por la letra E, y su unidad es el lux (lx)

Donde E es el nivel de iluminación en lux (lx), Φ es el flujo de la lámpara en lúmenes (lm) y A, es el rea de la superficie en metros cuadrados.

Según el SI de unidades, el lux se define como la iluminancia de una superficie que recibe un flujo luminoso de un lumen, uniformemente repartido sobre un metro cuadrado de superficie (1 lx = 1 lm/1m2 ). Es decir si un lumen incide sobre un metro cuadrado, decimos que el nivel de iluminación sobre ese metro cuadrado es de un lux.

Los niveles de iluminación son el punto de partida para el cálculo del alumbrado y vienen tabulados, según las normas de Electrotecnia y Tecnológicas de la Edificación, en función de la tarea a realizar en la estancia objeto de cálculo.

Flujo luminoso

Se denomina flujo luminoso o potencia luminosa de una fuente, a la energía radiada que recibe el ojo medio humano según su curva de sensibilidad y que transforma en luz durante un segundo. Se representa por la letra griega Φ, su unidad es el lumen (lm), que corresponde a la potencia de 1/680 W emitidos a la longitud de onda de 550 nm, que corresponde a la máxima sensibilidad. En el Sistema Internacional de unidades (SI), se define el lumen como el flujo luminoso emitido en un ángulo sólido de un esterorradián por una fuente puntual uniforme que situada en el vértice del ángulo sólido tiene una intensidad luminosa de una candela (1 lm = 1cd • 1 sr). El flujo luminoso que produce una fuente de iluminación es la cantidad total de luz emitida o radiada, en un segundo, en todas las direcciones. Obsérvese que aquí no hay una dirección determinada para su evaluación, como sucede con la intensidad luminosa. La medida de flujo se efectúa en laboratorio mediante la esfera de Ulbricht. Los fabricantes dan el flujo de las lámparas en lúmenes para la potencia nominal, o bien, el rendimiento luminoso en lm/W.

ejemplos de flujo luminoso

La intensidad luminosa es la densidad de luz que pasa por un pequeño ángulo sólido, en una dirección determinada. La intensidad luminosa que irradia una fuente en una determinada dirección, es igual a la relación entre el flujo luminosos contenido en un ángulo sólido cualquiera cuyo eje coincide con la dirección considerada y el valor de dicho ángulo sólido expresado en estereorradianes. Su símbolo es I, su unidad es la candela (cd), y tiene por expresión:

La intensidad luminosa no se distribuye por igual en el espacio debido a que las fuentes no son puntiformes, las ampollas influyen en la desviación de algunos rayos, y el casquillo intercepta un sector importante de rayos luminosos. Por ello, la forma más sencilla de hallar la distribución de la luz emitida por una fuente es representar gráficamente dicha distribución mediante las curvas fotométricas. La medida de intensidad luminosa se efectúa con el goniómetro. Las unidades fotométricas se basan

en el brillo de un radiador integral o cuerpo negro a la temperatura de radiación del platino, 2.042 ºK.

Un cuerpo ópticamente negro es aquel que absorbe toda la potencia radiante incidente. O inversamente, un cuerpo negro a una temperatura constante radia mayor potencia total y más potencia por unidad de longitud de onda (a cualquier longitud de onda dada) que cualquier otro manantial incandescente de la misma superficie a igual temperatura. De ahí que la candela como unidad de intensidad, se define como 1/60 de la intensidad luminosa por centímetro cuadrado del cuerpo negro a la temperatura de solidificación del platino de 2.042ºK.

Temperatura de color

De estos resultados se obtuvo la "Curva Internacional de Sensibilidad del ojo humano", tal y como se representa en la figura. Otro dato digno de tener presente en luminotecnia es el conocido con el nombre de "Temperatura del Color". Considerado el cuerpo negro como radiante teóricamente perfecto, este va cambiando de color a medida que vamos aumentando su temperatura, adquiriendo al principio el tono de un rojo sin brillo, para luego alcanzar el rojo claro, el naranja, el amarillo, el blanco, el blanco azulado, y finalmente el azul.

De esta idea nace la "Temperatura del Color", y se utiliza para indicar el color de una fuente de luz por comparación de esta con el color del cuerpo negro a una determinada temperatura. Así, por ejemplo, el color de la llama de una vela es similar al de un cuerpo negro calentado a 1.800 ºK, por lo que se dice que la temperatura de color de la llama de una vela es de 1.800 ºK. La temperatura de color solamente puede ser aplicada a aquellas fuentes de luz que tengan una semejanza con el color del cuerpo negro, como por ejemplo la luz del día, la luz de las lámparas incandescentes, la luz de las lámparas fluorescentes, etc. El color de las lámparas de vapor de sodio, no coincide con el color del cuerpo negro a ninguna temperatura, por lo que ni pueden ser comparadas con él, ni se les puede asignar ninguna temperatura de color. Seguidamente damos algunas temperaturas de color, con el fin de que nos familiaricemos con ellas:

El ojo humano como receptor de luz

Ya hemos indicado que de todas las radiaciones que llegan a la tierra, solo una estrecha franja resulta visible (de 380 nm, a 770 nm, aproximadamente). El ojo es el órgano fisiológico encargado de transformar estas radiaciones en el sentido de la vista. Para que se realice el proceso de la iluminación, como acción y efecto de iluminar y ver, se requieren tres agentes:

• La fuente productora de luz o radiación luminosa.

• Un objeto a iluminar visible.

• El ojo, que recibe la energía luminosa y la transforma en imágenes que son enviadas al cerebro para su interpretación.

Globo ocular. Corte sagital del ojo derecho.

El estudio y descripción de los componentes del ojo, así como el proceso que se realiza desde que la luz le llega y pasa por las vías y centros visuales hasta que es interpretada por el cerebro, nos llevaría al campo de la neurofisiología. Aquí describiremos y expondremos algunos comportamientos y conceptos del sentido de la vista, cuyo conocimiento es indispensable y contribuye a un mejor diseño de las instalaciones de iluminación.

En la Figura anterior se representa un corte sagital esquemático del ojo. Este para realizar su función necesita de unos elementos básicos:

Globo ocular: es el conjunto del ojo o más específicamente, la cámara que tiene como función principal la formación de la imagen en la retina.

Córnea: La cornea es el primer elemento con el que se encuentra la luz al incidir sobre el ojo. Está formada por fibras colágenas dispuestas en láminas transparentes. La transparencia de estas laminas depende del grado de humedad de que dispongan. Esta es la causa por la que la cornea esta constantemente humedecida con lágrimas. La misión de las cornea es doble: por una parte constituye un elemento duro capaz de proteger externamente al ojo, asimismo, también asume la misión de recibir y transmitir las impresiones visuales, constituyendo el componente óptico refractor fundamental del ojo.

1.9.- Descripción estructural del ojo

• Iris: es una lámina circular que constituye la porción anterior de la túnica media del ojo. Situado frenteal cristalino, es un diafragma muy pigmentado (azul, marrón, negro, etc dependiendo de la zona geográfica y de las razas humanas), con un músculo de esfínter circular que puede contraer la pupila hasta un diámetro tan pequeño como un milímetro. Funciona como un diafragma controlando la pupila, y por tanto la cantidad de luz que pasa al cristalino.

• Pupila: Orificio generalmente circular y oscuro, situado en el centro del iris y a través del cual pasan los rayos luminosos que han de impresionar la retina. Su diámetro oscila entre 1mm (miosis), y 4 mm (midriasis), aproximadamente. La abertura de este orificio la controla el iris, y podemos decir que esel elemento por donde penetran los rayos luminosos hacia el interior del ojo (viene a ser el diafragma de una cámara fotográfica).

• Cristalino: si la pupila ejercía las funciones de diafragma en una cámara fotográfica, el cristalino es el objetivo de la misma. Esta formado por una lente biconvexa, transparente e incolora, situada tras el iris y encapsulada por una membrana fuertemente ligada al cuerpo ciliar. Esta membrana elástica cambia su forma para enfocar automáticamente los objetos que son impresos en la retina.

• Retina: Es la túnica interna posterior del ojo constituida por una membrana nerviosa, (prolongación del nervio óptico) impregnada de elementos fotosensibles a la luz. Tiene la función de recibir y transmitir las imágenes o impresiones visuales (recibidas a través de la pupila y enfocadas por el cristalino), y contiene una delicada película de células fotosensibles, conos y bastones, que divergen del nervio óptico y que están en la parte externa de la retina, próximas a la capa pigmentada. Las imágenes impresas en la retina están dispuestas al revés (negativo), será el cerebro, a través del nervio óptico el encargado de ponerlas en la posición real.

• Mácula: Mancha amarilla situada en el polo posterior de la retina, sobre el eje óptico, donde se produce la fijación nítida y precisa de detalles y colores. En su centro, se encuentra la fóvea: una pequeña cavidad formada exclusivamente por conos. Para ver con nitidez un objeto hay que mirarlo de tal forma que los rayos luminosos procedentes del mismo converjan exactamente en la fóvea.

• Punto ciego: Punto de la retina por donde el nervio óptico conduce las impresiones visuales, imágenes o sensaciones de luz al cerebro. En este punto no hay fotorreceptores y, por consiguiente, un estímulo no produce reacción.

• Conos: Células fotosensibles de la retina o fotorreceptores que se encuentran principalmente en la fóvea. Son muy sensibles a los colores y casi insensibles a la luz. De ahí que cumplan la función de discriminar los detalles finos y la de percibir los colores.

• Bastones: Células fotosensibles de la retina o fotorreceptores que se encuentran sólo fuera de la fóvea y más concentrados en la periferia. Son muy sensibles a la luz y al movimiento, y casi insensibles al color. A medida que nos alejamos del centro del nervio óptico (fóvea), van disminuyendo los conos y van apareciendo los bastones. En la periferia del ojo prácticamente no quedan conos y los fotorreceptores estarán formados exclusivamente por bastones.