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Magnitudes y unidades de medida

 

En la luminotecnia se utilizan una serie de medidas para poder presentar las propiedades de fuentes de luz o su rendimiento luminoso de modo cuantitativo. Estas son las principales:

 

Flujo luminoso.

 

El flujo de una fuente luminosa es la cantidad total de luz emitida o radiada en un segundo en todas las direcciones. El flujo luminoso describe toda la potencia de luz dada de una fuente luminosa. 

 

Fundamentalmente, se podría registrar esta potencia de radiación como energía dada en la unidad vatio (W). No obstante, el efecto óptico de una fuente luminosa no se describe acertadamente de este modo, ya que la radiación se registra sin distinción por todo el margen de frecuencias y por ello no se tiene en cuenta la diferente sensibilidad espectral del ojo.

 

Mediante la inclusión de la sensibilidad espectral ocular resulta la medida lumen (lm), que se representa mediante la letra griega Φ (phi mayúscula), y es una característica propia de cada punto luminoso. Un flujo radiante dado dentro del valor máximo de la sensibilidad espectral ocular (fotópica, 555 nm) de 1 W produce un flujo luminoso de 683 lm. Por el contrario, el mismo flujo radiante en márgenes de frecuencia de menor sensibilidad, produce unos flujos luminosos correspondientemente más pequeños.

 

- Flujo luminoso.	Φ	lumen (lm)
	1W a 555 nm	683 lm

 

 

 

 

 

Por tanto el flujo luminoso podría definirse como la cantidad de energía radiante emitida en el espacio por una fuente luminosa en la unidad de tiempo, percibida y evaluada en términos de respuesta visual según el valor fijado internacionalmente para la sensibilidad del ojo humano.

Donde:

Q = cantidad de luz emitida en lúmenes por segundo (lm·s). Normalmente se indica en klm·h.

t = tiempo de duración de la emisión en segundos.

 

Un lumen se define como el flujo luminoso emitido en un ángulo sólido de un estereorradián por una fuente puntiforme de una candela, colocada en el centro de una esfera que emite una intensidad luminosa uniforme en todas direcciones.

 

El flujo luminoso es solo una parte de la energía radiante que emite un foco luminoso, puesto que la energía total se reparte entre la potencia perdida por calentamiento, el flujo radiante no luminoso y el flujo luminoso.

 

Ejemplos de flujos luminosos
- Lámpara de incandescencia de 60 W	730 Lm
- Lámpara fluorescente de 65 W "blanca"	5.100 Lm
- Lámpara halógena de 1.000 W	22.000 Lm
- Lámpara de vapor de mercurio 125 W	5.600 Lm
- Lámpara de sodio de 1.000 W	120.000 lm

 

Eficiencia o Eficacia luminosa.

 

Como en definitiva la lámpara iluminará en función de una potencia eléctrica consumida, interesa expresar sus propiedades en términos de rendimiento eléctrico, mediante la eficacia luminosa.

 

La eficacia luminosa describe el grado de acción de un iluminante. Se representa mediante la letra griega ρ (rho minúscula) y expresa como la relación del flujo luminoso dado en lumen y la potencia empleada en vatios.

 

- Eficiencia luminosa.	ρ = Φ / P	Lumen/watio
	1W a 555 nm	683 lm

 

El máximo valor teóricamente alcanzable con total conversión de la energía en luz visible sería 683 lm/W. Las eficacias luminosas reales varían según el medio de luz, pero siempre quedan muy por debajo de este valor ideal.

 

Intensidad luminosa.

 

Una fuente luminosa puntual e ideal radia su flujo luminoso de manera uniforme en todas las direcciones del espacio, su intensidad luminosa es en todas direcciones la misma.

 

En la práctica, no obstante, siempre se da una distribución espacial irregular del flujo luminoso, que en parte es condicionada por la disposición de los medios de luz y en parte originada por la conducción consciente de la luz. Por lo tanto, es conveniente indicar una medida para la distribución espacial del flujo luminoso, es decir, la intensidad luminosa de la luz.

 

La intensidad luminosa de una fuente (I) corresponde a la cantidad de luz emitida en un segundo en una determinada dirección. Esta magnitud solo se concibe referida a una determinada dirección y considerándola contenida en un ángulo solido Ω.

 

- Intensidad luminosa.	I = Φ / Ω	Lumen/estereorradián = candela (cd)

 

El estereorradián se define como el ángulo solido que corresponde a un casquete esférico cuya superficie es igual al cuadrado del radio de la esfera, Ω = S / r². Una fuente luminosa puntual de un lumen (1 lm) situada en el centro de esta esfera emite una intensidad dentro de un ángulo de un estereorradián de una candela (1 cd).

 

 

La distribución espacial de la intensidad luminosa de una fuente de luz da una superficie de distribución de intensidad luminosa tridimensional como gráfica. La sección por este cuerpo de distribución de intensidad luminosa produce la curva de distribución de intensidad luminosa, que describe la distribución de intensidad luminosa en un nivel.

 

La intensidad luminosa se anota con ello normalmente en un sistema de coordenadas polares como función del ángulo de irradiación. Para poder comparar directamente la distribución de la intensidad luminosa de diferentes fuentes de luz, las indicaciones se refieren cada vez a 1000 lm del flujo luminoso, es decir, la indicaciones se dan en cd/klm (candelas/kilolumen), siempre que no se indique lo contrario.

 

Por tanto al analizar el diagrama habrá que tener en cuenta el flujo total de la lámpara que se vaya a colocar, ya que el valor máximo de la intensidad según el diagrama de la figura para una lámpara que emite un flujo de 1000 lm es de 300 cd, pero si la lámpara emite un flujo total de 3000 lm, el valor máximo de la intensidad sería de 900 cd.

 

En caso de las luminarias simétricas de rotación, es suficiente con una sola curva de distribución de intensidad luminosa para describir la luminaria; las luminarias simétricas de eje necesitan dos curvas, que normalmente se representan en un solo diagrama.

 

 

El formato "*.ies" internacional es utilizado para la descripción de la distribución luminosa de luminarias, así como el formato Eulumdat "*.ldt". Puede ser empleado en un gran número de programas para luminotecnia, cálculos y simulaciones y puede ser importado a la mayoría de sistemas CAD como AutoCAD®, 3D Studio®, Dialux, etc. En nuestra sección de catálogos tenemos una categoría dedicada a la Iluminación para Arquitectura, donde se pueden encontrar varios catálogos de lámparas y luminarias que es posible usar con estos programas.

 

 

Nivel de iluminación o iluminancia.

 

La iluminancia (E) es una medida para la densidad del flujo luminoso. Se ha definido como la relación del flujo luminoso que cae sobre una superficie y el área de la misma. La iluminancia no está sujeta a una superficie real, se puede determinar en cualquier lugar del espacio, y puede derivar de la intensidad luminosa según la Ley fotométrica de distancia.

 

- Intensidad luminosa.	E = Φ / S	Lumen / m2 = lux
- Ley fotométrica de distancia.	E = I / d2	Solo en distancias perpendiculares
- Ley del coseno.		Si existe un ángulo horizontal

 

Ley fotométrica de distancia.

 

La iluminancia, además, disminuye con el cuadrado de la distancia desde la fuente de luz según la ley fotométrica de distancia, que dice que: el nivel de iluminación sobre una superficie situada perpendicularmente a la dirección de la radiación es directamente proporcional a la intensidad luminosa del foco e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que la separa del mismo.

 

Del ángulo solido sabemos que: Ω = S / r²

 

De la intensidad luminosa que es: I = Φ / Ω

 

Despejando Φ en la formula de nivel de iluminación o luminancia tenemos: Φ = E · S

 

Sustituyendo los valores de Φ y Ω la ecuación de la intensidad luminosa se tiene:

 

I = (E · S) / (S/r2) que simplificando queda como E = I / d², que sería otra expresión de la iluminancia pero en función de la Intensidad luminosa y de la distancia.

 

Iluminancia horizontal media.

 

La iluminación horizontal media E_M se calcula como el flujo luminoso Φ que cae sobre la superficie observada S. La iluminación en un punto EP se calcula como la intensidad luminosa I y la distancia a entre la fuente de luz y el punto observado.

 

 

Ley inversa de los cuadrados.

 

Como los flujos luminosos y las intensidades luminosas son iguales en ambas superficies tenemos que:

 

 

 

 

 En AutoCAD^®, por ejemplo, al insertar una luz, (puntual, un foco o una luz de red) si la iluminación fotométrica esta activada, el valor de atenuación de la luz será inversamente cuadrada, si la iluminación es por defecto y las unidades son genéricas se puede elegir entre ninguna, inversamente lineal o inversamente cuadrada. Para obtener resultados más realistas, es mejor usar la primera opción, estableciendo las unidades de iluminación como Internacionales o Americanas.

 

 

Ley del coseno.

 

¿Qué ocurre si el rayo no es perpendicular a la superficie? Imaginemos que queremos calcular la iluminancia en un punto determinado del suelo producida por una lámpara situada a una altura H. En este caso hay que descomponer la iluminancia recibida en una componente horizontal E_H y en otra vertical a la superficie E_V.

 

 

 

Como solo es necesario calcular la iluminancia horizontal, E = E_H:

 

 

Sustituyendo el valor de D en E_H:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Luminancia.

 

Mientras la iluminancia registra la potencia de luz que cae sobre una superficie, la luminancia describe la luz que procede de esta superficie. Esta luz, sin embargo, puede partir por sí misma de esta extensión (por ejemplo, con una luminancia de lámparas y luminarias). Aquí la luminancia se define como la relación de la intensidad luminosa y la superficie proyectada verticalmente a la dirección de irradiación.

 

No obstante, la luz también puede ser reflejada o transmitida por la superficie. Para materiales de reflexión difusa (mates) y para los de transmisión difusa (opacos), se puede calcular la luminancia desde la iluminancia y la reflectancia o transmitancia, respectivamente. Con ello, la luminancia constituye la base de la claridad percibida; la sensación real de claridad, no obstante, aún queda bajo la influencia del estado de adaptación del ojo, de las proporciones de contraste del entorno y del contenido de información de la superficie vista..

 

- Luminancia.	L = I / S	Candela / m2

 

 

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