Manual de Iluminacion Vial 2015

MANUAL DE ILUMINACIN VIAL

CARRETERAS, BOULEVARES, ENTRONQUES, VIADUCTOS,PASOS A DESNIVEL Y TNELES

2015

2

COPYRIGHT 2015 Secretara de Comuniaciones y Transpsortes. Quedan reservados todos los derechos.

AVISO: Este manual est protegido por la legislacin referente a propiedad intelectual e industrial y por tratados internacionales. Todo uso no autorizado ser perseguido de acuerdo con la legislacin aplicable. Se prohbe su copia, modifi cacin, reproduccin o distribucin sin permiso del titular.

Los nombres de compaas, productos marcas o servicios son marcas registradas o nombres comerciales de sus respectivos propietarios.

Primera edicin 1998Segunda edicin: 2015

SECRETARA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTESDireccin General de Comunicacin Social Centro SCOP, Xola esq. Av. UniversidadCol.NarvarteDelegacin Benito JurezCP. 03028 , Mxico, D.F.

ISBN Obra Independiente: 978-607-95879-5-6

LIC. GERARDO RUIZ ESPARZASECRETARIO DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTES

MTRO. RAL MURRIETA CUMMINGSSUBSECRETARIO DE INFRAESTRUCTURA

LIC. YURIRIA MASCOTT PREZSUBSECRETARIO DEL TRANSPORTE

MTRA. MONICA ASPE BERNALSUBSECRETARIO DE COMUNICACIONES

M. A. P. RODRIGO RAMREZ REYESOFICIAL MAYOR

ING. CLEMENTE POON HUNGDIRECCIN GENERAL DE SERVICIOS TCNICOS

SUBSECRETARA DE INFRAESTRUCTURA

IContenido

INTRODUCCIN 1

1. CONCEPTOS Y DEFINICIONES GENERALES 31.1 La Luz 3

1.2 El color 5Distribucin espectral 7Diagrama cromtico CIE 8Temperatura de color 9La visin y el ojo 12Aberracin cromtica 16Sensibilidad espectral del ojo humano 20

1.3 Deslumbramiento (Eglaire) 21Deslumbramiento molesto 22Deslumbramiento perturbador 22Luminancia de Velo 25Contraste 25Sensibilidad al contraste (G) 27Adaptacin 27

1.4 Unidades fotomtricas y magnitudes luminosas 29Flujo Luminoso (Potencia luminosa) 29

Rendimiento luminoso (efi ciencia luminosa) 30Cantidad de luz (Energa luminosa) Q 30Intensidad luminosa (I) 30Candela (cd) 31Radin (rad) 31ngulo slido () 31Estereoradin (sr) 32Iluminancia (Nivel de iluminacin) E 32Lux (lx) 32Luminancia (L) 33Otras magnitudes luminosas de inters 35

1.5 Propiedades pticas de los materiales 38Generalidades 38Refl exin 39Transmisin 43Absorsin 45Refraccin 45

Contenido

II

2. FRMULAS Y MTODOS DE ALUMBRADO 472.1 Leyes y Principios de la Luminotecnia 47

Ley de la inversa del cuadrado de la distancia 47Ley del Coseno 48Ley del cubo del coseno 49Ley del seno 50Ley de Lambert 51

2.2 Representacin Grfi ca de Magnitudes 52Curvas de distribucin fotomtrica 54Curvas Isocandelas 56Curvas Isolux 56Curvas Isoluminancias 58

2.3 Mapas de luminancia 59Imagen de Alto Rango Dinmico (HDRI. High Dinamic Range Image) 60

3. TIPOS DE FUENTES LUMINOSAS 61

3.1 Termorradiacin y Luminiscencia 61Generalidades 61Termorradiacin 62Termorradiacin natural 63Termorradiacin artifi cial 63Luminiscencia 64

Luz de descarga elctrica en el seno de un gas 66Descarga elctrica a baja tensin entre electrodos calientes 67En las de mercurio: 67En las de sodio: 67Fotoluminiscencia 68

Condiciones que deben reunir las lmparas 69Distribucin espectral de la radiacin total 69Luminancia 70Distribucin de la intensidad luminosa 70Efecto biolgico de la radiacin emitida 71Color apropiado para cada aplicacin 71Grupos de Luz 72Calidad de reproduccin cromtica 72Flujo luminoso constante 72Rendimiento luminoso 72

III

Contenido

Vida media y vida til 73Repercusiones en la red de alimentacin 73Efecto estroboscpico 73Posicin de funcionamiento 74

3.2 Lmparas para alumbrado pblico 75Lmparas de aditivos metlicos 75

Partes principales 75Lmparas de vapor de sodio 76

Lmparas de sodio a baja presin 76Lmparas de sodio a alta presin 78

Comparativas de efi ciencia de lmparas existentes en el mercado nacional 80

3.3 LED 87Defi niciones 87

Investigacin y Desarrollo 88Funcionamiento fsico 89Caractersticas de los LEDS 90

Normas Aplicables 90Especifi caciones 90

Relacin del fl ujo luminoso total nominal 91Temperatura de color correlacionada 91

ngulos de medicin del fl ujo luminosos mximo 93Descargas atmosfricas 93Efi ciencia energtica en insatalaciones de alumbrado pblico con LEDs 94

4. EQUIPOS DE ALUMBRADO 97

4.1 Luminarias 97Clasifi cacin de luminarias de acuerdo a la CIE 97

Luminarias con reparticin Cut-off 97Luminarias con reparticin Semi cut-off 98Luminarias con reparticin non cut-off 99Alcance 99Apertura 100Control de deslumbramiento 100Conclusin 102

4.2 Reactor (balastro) 102Caractersticas de los Reactores en las Diferentes Lmparas de Descarga 103

Lmparas de aditivos metlicos 103Lmparas de vapor de sodio a alta presin 103

Contenido

IV

Reactor Electromagntico 104Reactor Electrnico 104Factor de Potencia 105Efi ciencia Energtica 105Seguridad 106Calidad 106

4.3 Elementos para el diseo elctrico 107

4.4 Acometida Area 108

4.5 Acometida Subterrnea 110

4.6 Conductores elctricos 112

4.7 Clculo de la cada de tensin 112

4.8 Conexin de los equipos de alumbrado a un alimentador trifsico 114

4.9 Transformadores y equipos de media tensin 115

4.10 Frmulas elctricas 116

4.11 Unidades elctricas 117

4.12 Postes 117

4.13 Detalles de obra civil registros, bases y ductos, para baja tensin. 122Registros 122Bases 125Ductos 127

4.14 Desarrollo de planos 127Generalidades 127Plano Maestro 127Planos y documentos del proyecto de iluminacin 128Planos del proyecto elctrico 128Planos del proyecto civil 129

Incremento de Umbral (TI) 129

5. CRITERIOS PARA EL DISEO DE ILUMINACIN 133

5.1 Objetivo del alumbrado vial 133

5.2 Factores para el diseo de iluminacin 134Requerimientos para conductores 134Campo visual del conductor 135

VContenido

Visibilidad 137Deslumbramiento y contaminacin visual 138Contaminacin visual 140Inconvenientes de los recubrimientos oscuros. 142Ventajas de los recubrimientos claros 143Eleccin correcta de las lmparas 144

5.3 Contaminacin lumnica 148Defi nicin 148Causas 148Efectos 149Soluciones 150

6. ILUMINACIN DE CARRETERAS 151

6.1 Iluminacin de carreteras 151Uniformidad de luminancia de la carpeta en la carretera o calle 153

6.2 Pavimentos 158

6.3 Nivel de luminancia 161

6.4 Confort Visual 163

6.5 Nivel de Iluminacin 164

6.6 Clasifi cacin de carreteras segn la CIE 168Seleccin de clases de alumbrado 169

Clases de recubrimientos mojados 172Tramos singulares 172Cuadro comparativo de niveles de iluminancia y luminancia. 174

6.7 Tipos de Carreteras 175El tipo A1 clasifi cacin CIE corresponde al tipo A4S de la SCT con cuerpos separados 175El tipo A1 clasifi cacin CIE corresponde al tipo SCT A 4 (un cuerpo con camelln) 177Carretera Tipo A2 un cuerpo 179

6.8 Mtodo de los 21 puntos 182

6.9 Ejemplo de clculo de iluminacin y sistema elctrico 183Tramo de carretera (1 km) tipo A 2 183

6.10 Anlisis comparativo de costos 189

Contenido

VI

6.11 Iluminacin de Puentes 191Generalidades 191Iluminacin de Puentes 191Ejemplo de clculo de iluminacin de un tramo de Puente Carretero 192

6.12 Aplicacin del mtodo de los 21 puntos 194Niveles de iluminacin a piso en lux sobre los carriles de alta velocidad del puente 195

6.13 Entronques carreteros 198Entronque PSV (Paso Superior Vehicular) 198Entronque PIV (Paso Inferior Vehicular) 200

6.14 Iluminacin en Boulevard 202

6.15 Iluminacin en Viaducto 204

6.16 Iluminacin en Zonas Urbanas 205Ubicacin de postes de alumbrado 206

6.17 Recomendaciones de poda de rboles 209

6.18 Anlisis de costos de operacin y mantenimiento 210Anlisis comparativo de costos de energa elctrica mensual por Km. 211

CONCLUSIN DE ANLISIS DE COSTOS 217

6.19 NORMA APLICABLE 219Mtodo de clculo 221Consideraciones generales 221

Metodologa 222

7. ILUMINACIN DE TNELES 223

7.1 Introduccin 223

7.2 Clasifi cacin de Tneles 225Tnel Corto 226Tnel Mediano y Largo 226

7.3 Efecto Visual 228Efecto de induccin 228Efecto de adaptacin 229Luminancia de velo 229Efecto Flicker 232Deslumbramiento (TI) 234

VII

Contenido

7.4 Factores para el diseo de alumbrado 235Distancia de seguridad de frenado (DSF) 235Caractersticas del tnel 235Luminancia en Tnel 236

7.5 Tipos de alumbrado 238Simtrico 238Asimtrico 239

7.6 Luminarias 240

7.7 Alumbrado Diurno de Tneles largos 240Iluminacin de tneles largos 240Luminancia en las diferentes zonas del tnel 242Luminancia en la zona de acceso 244Luminancia en zona de umbral 247Luminancia y longitud de la zona de transicin 248Luminancia en la zona central 250Luminancia en la zona de salida 251

7.8 Alumbrado Diurno de Tneles Cortos y Pasos Inferiores 253Alumbrado diurno 254

7.9 Alumbrado nocturno 254

7.10 Casa de mquinas 257Sistema Dinmico de Energa Ininterrumpida Sin Bateras 258

7.11 Sistemas Auxiliares 259Control de incendios 259Requerimientos de tneles carreteros 259

7.12 Diseo de alumbrado de tnel 261Trminos de referencia para proyecto de tnel 261Ejemplo de iluminacin de tneles 262

REFERENCIAS 269

BIBLIOGRAFA 270

ANEXO A-1

Contenido

VIII

1Como consecuencia del avance tecnolgico en las diversas areas de la construccin en nuestro pas, el alumbrado vial y de carreteras ha tenido gran auge, por ello LA SECRETARIA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTES, consider de imperiosa necesidad publicar EL MANUAL DE ALUMBRADO VIAL, con el fi n de que las obras de alumbrado tanto en vialidades urbanas como en carreteras, sean de una mxima efi ciencia, calidad y economa.

Este MANUAL se elabor para satisfacer las necesidades de nuestro pas en esta especialidad, tomando en cuenta las recomendaciones, principios y tcnicas de los Comits Nacionales de los pases miembros de la COMISSION INTERNACIONAL DE LECLAIRAGE. (C.I.E.).

Ao 1988

INTRODUCCIN A LA PRIMERA EDICIN

2La SECRETARA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTES como eje principal del gran avance tecnolgico en la construccin de carreteras y vas terrestres que tiene nuestro pas, investiga el desarrollo internacional en el campo de la iluminacin de carreteras y vialidades exponiendo los puntos de mayor importancia en el presente manual.

El objetivo del MANUAL DE ILUMINACIN VIAL DE CARRETERAS, ENTRONQUES, VIADUCTOS, PASOS A DESNIVEL Y TNELES, es lograr que las Autoridades Gubernamentales de los Estados y Municipios, as como las empresas constructoras responsables de los proyectos y obras de alumbrado adquieran un amplio criterio y conocimiento de la especialidad; de tal manera que se logren instalar sistemas de iluminacin de mxima efi ciencia, seguridad y economa refl ejados en los costos de operacin y mantenimiento.

El presente Manual nos coloca a la altura tecnolgica de los pases miembros de la Commission Internationale de lEclairage (CIE) que es la que agrupa a los principales organismos de iluminacin a nivel mundial.

La caracterstica principal de este manual es mostrar objetivamente todos los aspectos que intervienen en el diseo de sistemas de alumbrado pblico.

Actualmente los sistemas de iluminacin con base en LEDs para alumbrado pblico en vialidades principales se encuentran en evolucin; por lo que la S.C.T. sigue de cerca el desarrollo de sta y otras tecnologas, estudiando y analizando sus posibilidades para que en su momento se apliquen de acuerdo a las normativas vigentes y as continuar a la vanguardia de la tecnologa en Iluminacin en nuestro pas.

Ao 2015

INTRODUCCIN A LA SEGUNDA EDICIN

lenovoTachado

lenovoTexto escrito a mquina

3 CONCEPTOS Y DEFINICIONES GENERALES

1

1.1 La luz

La luz es energa en forma de radiacin electromagntica de muy alta frecuencia, que el ojo detecta en el rango de longitudes de onda entre 380 nanmetros (color violeta) hasta 770 nanmetros (color rojo), a este rango se le denomina espectro visible.

Figura 1.1 Espectro de radiaciones electromagnticas (Dominio Pblico)

300 nm.Luz negra

Infrarrojos

Violeta

Ail

Azul

Verde - Azul

Verde

Verde - Amarillo

Amarillo

Naranja

Rojo

Rayos Ultravioleta790x1012 Hz

400x1012 Hz

384x1012 Hz

370x1012 Hz

320

340

360

380

400 nm.

420

440

460

480

500 nm.

1 nm.

1 .

1 m.

1 mm.

520

540

560

580

600 nm.

620

640

660

680

700 nm.

720

740

760

780

800 nm.

Dis

tribu

cin

esp

ectra

l de

la lu

z vi

sibl

e

Dis

tribu

cin

esp

ectra

l seg

n fa

bric

ante

s de

lm

para

s

RayosUltravioleta

Rayos - X

RayosGama

RayosInfrarrojos

Microondas

Onda corta

Onda larga

Radio

1 m.

1 km.

Las longitudes de onda ligeramente inferiores a la luz visible corresponden a los rayos ultravioleta y las longitudes de onda superiores a la luz visible se conocen como ondas infrarrojas.


4

Otras longitudes de onda de la radiacin electromagntica, entre las cuales se incluyen los Rayos Gamma, Rayos X, Ondas de Radio, Microondas, no son detectables para el ojo humano.

La radiacin electromagntica viaja a travs del espacio en diminutos haces llamados fotones. Un fotn es energa pura y carece de masa.

La energa de un fotn produce un campo electromagntico alrededor del fotn. El campo es invisible y no puede ser detectado a menos que exista un objeto material en el mismo sobre el que pueda ejercer algn tipo de fuerza, esto quiere decir que la radiacin electromagntica visible (la luz), no se ve, lo que se ve son los objetos iluminados.

Figura 1.2 El campo magntico que rodea al fotn fl ucta de su mximo positivo a su mximo negativo a medida que el fotn viaja (Dominio Pblico)

hh

h ORQJLWXGGHRQGD

WLHPSR

Las longitudes de onda son vibraciones y se expresan con el smbolo (lambda); a la cantidad de vibraciones que se dan en un segundo se le llama frecuencia y se expresa en Hertz (Hz).

La relacin que hay entre la frecuencia y la longitud de onda se expresa con la siguiente frmula:

= c / fEn donde "c" es la velocidad de propagacin de la luz en el vaco (300,000 km/seg = 3x108 m/seg) y "f" es la frecuencia en Hz, en esta expresin se establece una relacin inversa entre los valores de la longitud de onda y la frecuencia, ya que el valor de "" se incrementa cuando el de la frecuencia disminuye y viceversa.

Las longitudes de onda de la luz visible se miden en nanmetros. Un nanmetro o milimicra (nm o m) es la milsima parte de una micra (), por lo que corresponde a la millonsima parte de un milmetro.

1 nm = 0.001 = 0.000 001 mm = 0.000 000 001 m = 10-9 m.


1

1.2 El color

Todos los fotones viajan a travs del espacio a la misma velocidad (300,000 km/seg), pero el campo electromagntico de algunos fotones fl ucta ms rpido que el de los otros. Cuanta ms energa tiene un fotn, ms rpida es su fl uctuacin. El ojo humano puede observar el efecto de esta diferencia en los niveles de energa del fotn, as como en el ndice de fl uctuacin del campo. Este efecto recibe el nombre de color.

Figura 1.3 Longitud de onda de los colores (Dominio Pblico)

QPQPQPQPQPQPQP QP QP QP

9LROHWD

$]XO

9HUGH

$PDULOOR

1DUDQMD

5RMR

El color es la interpretacin que hace nuestro sistema visual de la composicin espectral de la luz que detecta el ojo. Todo cuerpo iluminado absorbe todas o parte de las ondas electromagnticas y refl eja las restantes. Por ejemplo la luz a 450 nm no es azul por ninguna propiedad, sino porque ese es el efecto que provoca en nuestro sistema visual.

La luz blanca puede ser descompuesta en todos los colores del espectro por medio de un prisma. En la naturaleza esta descomposicin da lugar al arcoiris cuando las gotas de lluvia funcionan como pequeos prismas al recibir la luz del sol.

Figura 1.4 Descomposicin de la luz (Dominio Pblico)


6

El color blanco resulta de la superposicin de todos los colores, mientras que el negro es la ausencia de luz, el color slo existe en la mente y no es una propiedad intrnseca de la luz.

El color con el que se percibe un cuerpo depende de la cantidad de luz que emite, refl eja, transmite y absorbe para cada longitud de onda del espectro visible. Se puede asociar un color a cada rango de longitud de onda del espectro visible. El ojo humano slo percibe el color cuando la iluminacin es abundante. Con poca luz vemos en blanco y negro.

Un objeto parece rojo porque a los ojos slo llega la luz roja que refl eja, el resto de colores del espectro son absorbidos por el objeto. Si se ilumina con una fuente de luz carente del componente rojo no se refl ejara nada y se vera negro (o no se vera).

Figura 1.5 Un objeto con superfi cie roja absorbe todos los colores del espectro a excepcin del rojo, el cual es refl ejado de vuelta (Dominio Pblico)

Luz blanca

Luz roja reflejada

La luz roja, por ejemplo, tiene menos energa que la luz azul, de manera que el ndice de fl uctuacin de su campo electromagntico es un tercio ms lenta.

Por tanto, la luz se puede entender como la suma de luces de distintas longitudes de onda.


1

Figura 1.6 Indice de fl uctuacin de un campo electromagntico (Dominio Pblico)

Distribucin espectral

Una emisin luminosa est compuesta por ondas de distintas longitudes de onda (una mezcla). La distribucin espectral, indica las diferentes longitudes de onda en nanmetros (nm) y sus valores relativos de energa respecto a la mxima radiada que se toma como el 100%.

Figura 1.7 Ejemplos de distribucin espectral visible (Fuente: CIE)

20

40

80

100%

Luz solar a las 12:00 a.m. despejado 5,000 K

Longitudes de onda en nanmetro s

400 450 500 550 600 650 700 750

20

40

80

100%

Luz solar a las 12:00 a.m. nublado 6,500 K

Longitudes de onda en nanmetro s

400 450 500 550 600 650 700 750

El sentido de la vista es integrador; percibe la luz como un todo, y no puede distinguir el color puro dentro de una mezcla. Al contrario que el sentido del odo, con el cual podemos distinguir entre varias longitudes de ondas de sonidos que se emitan a la vez.

a r

Tiempo

Frecuencia de la luz roja

Fu

erz

a d

e u

n c

am

po

m

ag

n

tic

o o

e

l

ctric

o

Frecuencia de la luz azul


8

La vista suma todas las longitudes de onda del espectro visible, hacindolas indistinguibles, el color resultante de una mezcla de luces es ms parecido al color de la luz con mayor luminancia en una relacin como la indicada en la fi gura 1.7.

La descripcin ms completa de las caractersticas de color de una lmpara slo puede ofrecerse mediante una grfi ca detallada de la potencia relativa emitida en las distintas regiones del espectro. Esta grfi ca, con barras de color para indicar los colores correspondientes a las distintas longitudes de onda, resulta muy til para obtener una impresin visual del equilibrio cromtico en una lmpara.

Figura 1.8 Distribucin espectral (Dominio Pblico)

380

nm

.

20

40

60

80

100

400

nm.

500

nm

.

600

nm.

700

nm.

780

nm.

Distribucin espectral de lmpara de vapor de sodio alta presin

%

Diagrama cromtico CIE

La Comission Internationale de lEclairage (CIE) ha defi nido como estndar para la identifi cacin de colores el Diagrama Cromtico CIE, donde cada color est representado por las coordenadas X, Y, Z, cuya suma es siempre la unidad (X + Y + Z = 1) y cuando cada una de ellas vale 0.333 corresponde al color blanco. Estas coordenadas se obtienen a partir de las potencias especfi cas para cada longitud de onda, (valor triestmulo X, Y, Z).

En este diagrama se representan todos los colores que el ojo humano es capaz de ver. (Los colores mostrados en el diagrama slo son ilustrativos y no representan el color real).


1

Figura 1.9 Diagrama cromtico de la CIE (Dominio Pblico)

.

..

..

..

..

.

;

IRC 60 Clido

IntermedioFro

Trabajo Industrial

Ofi cinas, escuelas

3 60 > IRC 40 Clido Industrias grandes

Automotriz

4 40 >IRC 20 Clido Vialidades Carreteras

La visin y el ojo

El ojo es el rgano del cuerpo humano capaz de percibir las radiaciones electromagnticas que denominamos "colores". Es el rgano fi siolgico del sentido de la vista.

Para que se realice el proceso de la iluminacin, como accin y efecto de iluminar y ver, se requieren tres agentes:

Fuente productora de luz o radiacin luminosa.

Objeto a iluminar que se necesita que sea visible.

El ojo, quien recibe la energa luminosa y la transforma en imgenes, miismas que son enviadas al cerebro para que ste las interprete.

La neurofi siologa, es la rama que estudia los componentes del ojo, as como el proceso que se realiza desde que la luz le llega y pasa por las vas y centros visuales hasta que es interpretada por el cerebro.

13

CONCEPTOS Y DEFINICIONES GENERALES

1

Figura 1.11 Corte longitudinal esquemtico de la constitucin anatmica del ojo humano (Dominio Pblico)

La parte posterior del globo ocular est recubierta casi totalmente por una capa de clulas sensibles a la luz. Esta capa fotosensible se denomina retina, y es en ella donde se perciben los estmulos visuales.

La luz entra en el ojo a travs de la crnea y es enfocada por el cristalino (una lente adaptable) en la retina. El iris de la pupila puede adaptar su tamao para dejar pasar ms o menos luz, segn su intensidad; esta capacidad disminuye con la edad.


14

Figura 1.12 Corte transversal del ojo (Dominio Pblico)

La luz que llega a la retina se convierte en seales elctricas que son transmitidas al cerebro a travs del nervio ptico. Esto se realiza gracias a las clulas fotosensibles denominadas conos y bastones, situadas en la capa ms profunda de la retina.

En cada ojo humano existen cerca de siete millones de conos y 120 millones de bastones. Dependiendo de las proporciones entre estas distintas clulas fotosensibles se tiene una mayor sensibilidad a una gama de colores o a otra.

Los conos y los bastones contienen unos fotopigmentos que absorben la luz de una determinada longitud de onda de sta. Cuando un fotopigmento absorbe un fotn luminoso cambia su estructura molecular y libera energa, sta es transmitida en forma de un impulso elctrico que contiene informacin sobre el estmulo.

Los conos y bastones actan de un modo bien diferenciado. Los bastones son muy sensibles y se activan cuando existen niveles muy bajos de iluminacin (por debajo de los 10 luxes). Su mximo de sensibilidad se halla en la zona de los 510 nm (en la zona de los verdes).

Este tipo de visin, denominada escotpica, slo utiliza un tipo de sensor, por lo que es monocromtica. Durante el da los bastones son los encargados de mandar las seales para ajustar el dimetro de la pupila segn la cantidad de luz exterior.

Para ver el color es necesario el uso de los conos, responsables de la llamada visin fotpica. Existen tres clases de conos, cada una de ellos con un pigmento fotosensible distinto. Los tres fotopigmentos tienen su capacidad mxima de absorcin hacia los 430, 530 y 560 nm de longitud de onda y por eso se los suele llamar "azules", "verdes" y "rojos", por el supuesto "color de la luz" al que tienen una sensibilidad ptima.

15


1

En realidad las luces monocromticas a 430, 530 y 560 nm no causan realmente la percepcin de azul, verde y rojo, sino la de violeta, azul verdoso y amarillo verdoso. Por eso es ms lgico denominarlos conos cortos "S", conos medios "M" y conos largos "L", por el tipo de longitud de onda a la que son sensibles comparativamente.

Figura 1.13 Absorcin ptima de conos y bastones por la longitud de onda (Fuente: CIE)

/RQJLWXGGHRQGDHQQDQyPHWURV

3RUFHQWDMHGHDEVRUFLyQ

&RQRV0 &RQRV/

&RQRV6 %DVWRQHV

La visin en color o fotpica est basada en la existencia de tres tipos de conos distintos, pues cada longitud de onda provoca una respuesta proporcional nica en cada tipo de cono, dependiendo de su sensibilidad a longitudes de onda cortas, medias o largas.

Gracias a los conos es posible distinguir con precisin pequeas diferencias en la composicin de longitudes de onda de la luz.


16

Aberracin cromtica

El ojo humano no es capaz de enfocar al mismo tiempo en las tres zonas del espectro en las que se hallan los picos de absorcin ptima de los pigmentos fotosensibles de los tres tipos de conos, ya que la refraccin en la crnea y el cristalino es mayor para las longitudes de onda corta que para las largas.

A diferencia de otros sistemas pticos como las cmaras fotogrfi cas, en donde la aberracin cromtica se reduce colocando dos lentes juntas; el ojo humano no tiene capacidad para la correccin de las aberraciones cromticas. Las longitudes de onda de los picos ptimos de sensibilidad de los conos medios y largos estn muy prximas, por lo que el enfoque ptimo del cristalino sobre la retina se halla en los 560 nm de longitud de onda.

Las longitudes de onda ms cortas (colores azules) se reciben por la retina como imgenes levemente borrosas. En la siguiente fi gura se muestra cmo el ojo no puede enfocar el color rojo y el color azul al mismo tiempo, o el color verde y azul al mismo tiempo, pero s el color verde y el color rojo.

Figura 1.14 Aberracin cromtica (Dominio Pblico)

lente o crnea

plan

o fo

cal a

zul

plan

o fo

cal r

ojo

En una carretera este fenmeno es importante para un conductor, ya que el contraste y la rpida percepcin de los objetos o personas es fundamental para la seguridad de todos; si se pretende iluminar las vialidades con "luz blanca" proveniente de leds o aditivos metlicos, se debe tomar en cuenta que su desgaste natural "corre" el espectro de color hacia el azul, ocasionando prdida del contraste al no poder enfocar los objetos con precisin y bajar as la capacidad ptica del conductor.

17


1

Debido a esto, la retina tiene 40 veces ms conos sensibles a las longitudes largas (rojos) que conos sensibles a longitudes cortas (azules). Por otro lado, los conos y bastones no estn distribuidos de manera uniforme en la retina, la fvea (parte central de la retina), nicamente contiene conos, pues en la fvea es donde se tiene la mayor resolucin visual.

Figura 1.15 Cantidad de los diferentes conos en la retina (Fuente: CIE)


6HQVLELOLGDGGH&RQRV

Al mirar un espacio iluminado con poca luz, por ejemplo, en la penumbra por la noche, la agudeza visual es baja, debido a que no actan los conos y no se distinguen los colores ni los detalles.

A esta visin nocturna se le conoce como visin escotpica, en ella intervienen esencialmente los bastones que captan con gran sensibilidad la mayor o menor cantidad de luz, as como el movimiento de los objetos.


18

En esta condicin de visin escotpica la luz blanca intensa fuerza a la vista a requerir de varios minutos para volver a adaptarse a los niveles bajos de iluminacin (deslumbramiento). En los bastones existe una sustancia llamanada rodopsina, que permite la alta sensibilidad de estas clulas, pero que es destruida por la fuerte luz y tarda ms de 15 minutos en volverse a regenerar, esta rodopsina no es sensible al rojo, razn por la cual, esta luz se utiliza en prcticas de astronoma para iluminar objetos durante la noche sin molestar la sensibilidad de la vista en la obscuridad.

La sensibilidad de los conos y bastones decrece conforme la cantidad de luz aumenta.

Ello justifi ca que en alumbrados pblicos de avenidas, carreteras y grandes superfi cies se efecte el alumbrado con lmparas de vapor de sodio que no reproducen fi elmente los colores pero aportan gran cantidad de luz. Lo cual es importante para la seguridad del conductor y del peatn, pues el cerebro reacciona ms rpido al movimiento de los objetos aunque no se aprecien con detalle los colores.

Por el contrario, con la luz diurna o cuando el nivel de iluminacin se eleva lo sufi ciente, los objetos se ven con precisin y detalle porque actan los bastones y principalmente los conos, con lo cual se pueden distinguir los colores. A la visin con luz diurna se le llama visin fotpica.

El campo de visin binocular del hombre es de aproximadamente unos 180 en el plano horizontal y de unos 130 en el plano vertical.

La persistencia de las imgenes en la retina es del orden de 0.15 segundos, esto permite tener la visin de los objetos en movimiento.

De los objetos iluminados o con luz propia parten los rayos luminosos, que atraviesan la crnea y el humor acuoso, hasta llegar al cristalino, donde se refractan y van a la retina, en la cual se forma la imagen de los objetos, invertida y de tamao ms pequeo que el natural.

El mismo efecto ocurre con una cmara fotogrfi ca. En la crnea, actan las clulas fotorreceptoras, transformando la energa en impulso elctrico envindola a travs del nervio ptico al cerebro, donde se recompone la imagen y se ve en posicin correcta y con los colores que tiene. Al captar cada uno de los ojos la imagen del objeto desde ngulos diferentes, el cerebro interpreta la percepcin de la profundidad obteniendo el relieve, lo que se denomina visin estereoscpica, que es el uso coordinado de los dos ojos para producir la visin de una sola imagen.

Tabla 1.4 Similitud entre el ojo humano y una cmara fotogrfi ca (Fuente: Philips)

Ojo humano Cmara fotogrfi caCristalino (controla

acomodacin) Objeto (ajusta distancia entre objeto y pelcula)

Pupila (controla adaptacin) Diafragma - Obturador (adapta exposicin y cantidad de luz)Pigmento de los fotorreceptores Sensor de imagen CCD (en cmaras digitales)

Retina (crea las imgenes)) Pantalla LCD (crea las imgenes)

19


1

El ojo es capaz de adaptarse a distintos niveles de iluminacin gracias a los bastones que envan la informacin para que el diafragma (formado por el iris) pueda cambiar de dimetro, proporcionando un agujero central (la pupila) que vara entre 2 mm (para iluminacin intensa) y 8 mm (para situaciones de poca iluminacin).

Figura 1.16 El Iris controla el nivel de luz que llega a la Retina (Dominio Pblico)

'LODWDFLyQ\FRQWUDFFLyQGHODSXSLODVHJ~QODLOXPLQDQFLD

'LiPHWURGHODSXSLODHQPLOtPHWURV

,OXPLQDFLDHQ/X[HV

Aquellas radiaciones de longitud de onda que estn comprendidas entre 380 nm (ultravioleta) y 780 nm (infrarrojos), son transformadas por el ojo en luz. Fuera de esta gama el ojo no percibe nada. La luz blanca del medio da soleado es la suma de todas las longitudes de onda del espectro visible.

Si dichas radiaciones se hacen llegar al ojo y con la misma energa, se obtiene una curva de sensibilidad del ojo humano (Curva elaborada por la CIE).


20

En este sentido se deduce que las fuentes de luz artifi cial (lmparas) que emitan su radiacin en las zonas centrales del espectro, tendrn mayor efi cacia que las que la emitan en los bordes del mismo, aunque su reproduccin cromtica no sea apropiada para el ojo, el cual est acostumbrado a la luz blanca del sol, con todas las radiaciones completas.

Por eso las lmparas de vapor de sodio alta presin son mucho ms efi cientes y seguras para las carreteras y vialidades rpidas, porque facilitan al ojo la captacin de mayor cantidad de luz y contraste, al contrario de las de vapor de mercurio o de aditivos metlicos, en las que con el tiempo el espectro se corre hacia el extremo azul, ocasionando la prdida de contraste.

Sensibilidad espectral del ojo humano

La sensibilidad del ojo humano a la luz de ciertas intensidades vara notoriamente entre los rangos de longitudes de onda comprendidos entre los 380 nm y los 800 nm.

En condiciones con luz de da, el ojo humano es ms sensible en promedio a la longitud de onda de 555 nm, resultando como hecho que la luz verde en esta longitud da la sensacin de mayor brillantez comparada con la luz de otras longitudes de onda.

Figura 1.17 Curva de sensibilidad del ojo a las radiaciones monocromticas (Fuete: CIE)


3RUFHQWDMHGHDEVRUFLyQ

&RQRV0 &RQRV/

&RQRV6 %DVWRQHV

21


1

En esta grfi ca se observa lo que se denomina visin fotpica que es la visin de da, en la cual los conos son los responsables de la visin, determinando gran distincin de los colores, y en dondese tiene por lo menos varias candelas por m2; cuando las luminancias son muy bajas, con niveles de centsimos de candela por m2, los que actan son los bastones, que tienen mayor sensibilidad pero no dan respuesta a los colores, a esta visin nocturna se le denomina visin escotpica.

Sin luz no puede haber visin, y en la ms completa oscuridad, el ojo no tiene actividad, por lo tanto no puede mandar al cerebro ninguna seal que se pueda detectar como visin, careciendo por tanto de informacin del medio que lo rodea. Por ello el primer elemento indispensable para la percepcin visual es la existencia de luz, pero esta luz, que llega al ojo como luminancia, emitida por las fuentes de luz primaria o bien por la refl exin en los objetos de esa luz (fuente secundaria), proporciona diferencias de luminancias en todo el escenario visual, que el ojo percibe en forma de brillo si ve la sensacin que mejor entendemos.

Este brillo es directamente proporcional a la intensidad luminosa e inversamente proporcional a la superfi cie luminosa que la emite; por ello una fuente luminosa de poca intensidad, y de poca superfi cie emisora, puede resultar ms brillante que otra de alta intensidad luminosa, pero de gran superfi cie. Como ejemplo tenemos la diferencia entre dos lmparas incandescentes, del mismo fl ujo luminoso y potencia elctrica; una con cristal transparente y la otra con cristal mate; la primera ser mucho ms brillante porque la superfi cie emisora es el fi lamento y en la segunda es todo el bulbo.

1.3 Deslumbramiento (Eglaire)

El deslumbramietno es un fenmeno de la visin que produce molestia a la vista y disminucin en la capacidad para distinguir objetos, debido a una inadecuada distribucin de luminancias, o como consecuencia de contrastes excesivos.

Este fenmeno se produce en el ojo al momento de penetrar en su interior un exceso de luz (o una gran intensidad de luz), la cual produce una enrgica reaccin fotoqumica en las clulas de la retina que impiden el paso del impulso al nervio ptico, que no transmite nada al cerebro y se pierde la visin.


22

Figura 1.18 Ejemplo de deslumbramiento perturbador (Dominio Pblico)

El deslumbramiento en los conductores se debe principalmente a los siguientes factores:

1) Los faros de los vehculos que circulan en el sentido opuesto.2) Los anuncios publicitarios excesivamente iluminados y que se encuentran dentro del campo visual del conductor.3) Las luminarias con refractor y non-cut off.

Existen dos tipos de deslumbramiento; el psicolgico y el fi siolgico.

Deslumbramiento molesto

El deslumbramiento de tipo psicolgico o molesto, produce una sensacin desagradable y aunque no se pierda la visin de los objetos, produce fatiga en el conductor, debido a que la pupila se ve forzada a estar ajustndose continuamente a los cambios de luminosidad.

Deslumbramiento perturbador

En el deslumbramiento de tipo fi siolgico o perturbador, es donde se llega a perder la visin. Todos los deslumbramientos deben ser evitados, puesto que representan una agresin para el ojo del conductor y son causa de accidentes viales.

La medicin de la prdida de visibilidadREF1 producida por el deslumbramientoREF2 pertubador, ocasionado por las luminarias, se efecta mediante el incremento de umbral de contraste. Su smbolo TI, carece de unidades y su expresin, en funcin de la luminancia de velo Lv y la luminancia media de la calzada Lm (entre 0.05 y 5 cd/m

2), es la siguiente:

23


1

Lv TI = 65 ______ (en %) (Lm)

0.8

Donde:

TI = Incremento de umbral correspondiente al deslumbramiento perturbador

Lv = Luminancia de velo total en cd/m2.

Lm = Luminancia media de la calzada en cd/m2.

Cuando los niveles de luminancia media de la calzada son superiores a 5 cd/m2, el incremento de umbral de contrasteREF3 es el siguiente:

Lv TI = 95 ______ (en %) (Lm)

1.05

Figura 1.19 Ejemplo de deslumbramiento molesto, al utilizar luminarias con refrac-tores (Dominio Pblico)


24

Figura 1.20 Deslumbramiento de fuente luminosa (Dominio Pblico)

Generalmente las fuentes luminosas producen un deslumbramiento perturbador. ste es proporcional a la iluminacin producida por la fuente de luz sobre la pupila del ojo, as como un factor dependiente del ngulo "" que forman la lnea recta "R" que une el ojo con el foco "F"y el plano horizontal "H" que pasa por el ojo en la posicin del conductor.

En la siguiente grfi ca se indican los distintos deslumbramientos en funcin de este ngulo, habindose tomado como admisible un valor mnimo de 30.

Figura 1.21 Deslumbramiento en funcin del ngulo (Fuente: INDAL)

9DORUHVGHOiQJXOR

'HVOXPEUDP

LHQWR

+

5

e

)

25


1

El deslumbramiento se puede calcular con la siguiente frmula:

I glare Eglare = cos d2

I glare = Intensidad de fl ujo luminoso en candelas (cd)

Luminancia de veloREF4

La luminancia de velo es la luminancia uniforme equivalente resultante de la luz que incide sobre el ojo de un observador y que produce el velado de la imagen en la retina, disminuyendo de este modo la capacidad que posee el ojo para apreciar los contrastes.

La luminancia de velo se debe a la incidencia de la luz emitida por una luminaria sobre el ojo de un observador en el plano perpendicular a la lnea de visin, dependiendo as mismo del ngulo comprendido entre el centro de la fuente deslumbrante y la lnea de visin, as como del estado fi siolgico del ojo del observador.

Teniendo el deslumbramiento se puede calcular la luminancia de Velo Lv (cd/m2), que es la luz parsita presente sobre el ojo de los conductores, y se calcula con la siguiente frmula:

K . E

gl Lv =

2

Donde:

Lv = Luminancia de velo (cd/m2)K = Constante

K = 10 cuando es expresada en gradosK = 0.003 cuando es expresada en radianes.el valor de K tambin depende de la edad del observador

Egl = Es la iluminancia en lux en el ojo del observador, en el plano perpendicular a la lnea de vista, producida por la fuente de deslumbramiento.

= Al ngulo (grados o radianes) entre la lnea que atraviesa al ojo y el centro de la fuente de deslumbramiento y la lnea de vista.

Contraste

Todos los objetos son percibidos por los contrastes de color y de luminancia que presentan las distintas partes de su superfi cie entre s y en relacin al fondo en que aparece el objeto.


26

El ojo normal es sensible a los colores en niveles de iluminacin sufi cientemente elevados, , mientras que para bajos niveles de iluminacin los objetos son percibidos fundamentalmente por el contraste de luminancias que presentan con relacin al fondo.

La diferencia de luminancia entre el objeto que se observa y su espacio inmediato, se conoce como contraste.

Figura 1.22 Contraste (Fuente: INDAL)

L f

L o

En la Figura 1.22 la superfi cie de objeto tiene una luminancia Lo y la superfi cie de fondo una luminancia Lf, por tanto se llama contraste K a la diferencia de estas dos luminancias, divididas por la de fondo, es decir:

Lo - Lf K= LfK es, por tanto, un valor relativo entre luminancias.

La visibilidad de un objeto situado sobre un fondo, depende de la diferencia de luminancias entre el objeto y el fondo. Un objeto claro sobre fondo oscuro tiene un contraste positivo (valores entre "0" e infi nito), mientras que un objeto ms oscuro que su fondo se ver en silueta y su contraste es negativo, variando entre "0" y (-1).

El contraste K puede ser negativo o positivo:

Si Lo > Lf K > 0 contraste positivo (objeto ms claro que el fondo).

Si Lo < Lf K < 0 contraste negativo (objeto ms oscuro que el fondo).

El contraste K puede adquirir los siguientes valores:

Contraste positivo (objeto claro) 0 < K <

Contraste negativo (objeto oscuro) -1 < K < 0

27


1

En los ejemplos de la siguiente fi gura: a) presenta un contraste fcil de distinguir, mientras que b) y c) se distinguen con mayor difi cultad.

Figura 1.23 Contraste (Fuente: AFE. Recomendactions relatives l' clairage des voies publiques)

Sensibilidad al contraste (G)

Equivale al mnimo contraste de luminancias que puede ser percibido por el ojo humano. Matemticamente sera el inverso del contraste.

Lf I

G=; G= Lo-Lf K

Por lo tanto, la mayor sensibilidad a los contrastes que puede lograrse es aproximadamente:

1 G= , es decir, G=100

0.01

En las condiciones que suelen encontrarse en la prctica, la sensibilidad a los contrastes es menor por las causas antes descritas.

Adaptacin

La capacidad que tiene el ojo para ajustarse automticamente a las diferentes luminancias de los objetos se le llama "adaptacin". Consiste en el ajuste del tamao de la pupila para que la luminancia proyectada en la retina sea de un valor tolerable por las clulas sensibles.

Comparada con una cmara fotogrfi ca, sera la mayor o menor apertura del diafragma.

Si la iluminacin es muy intensa, la pupila se contrae reduciendo la luz que llega al cristalino, en cambio si la iluminacin es escasa, la pupila se dilata para captarla en mayor cantidad.


28

En los casos de iluminaciones de valores muy altos, la pupila se reduce a un dimetro de aproximadamente 2 mm., y en iluminaciones muy bajas, se abre hasta aproximadamente 8 mm. El tamao de la pupila se va reduciendo conforme va aumentando la edad de las personas.

En un cambio de un espacio con mucha iluminacin a otro completamente oscuro, el ojo se ve sometido a un proceso de adaptacin para cuyo ajuste total necesita aproximadamente 30 minutos; mientras que por el contrario, cuando se cambia de un espacio oscuro a otro con mucha iluminacn, este periodo tarda unos segundos.

Esto es sumamente importante en el alumbrado de tneles, ya que en la entrada del tnel de da, la adaptacin el ojo pasa de una iluminacin exterior muy alta a una muy baja dentro del tnel y al salir pasa de una baja a una muy alta.

Figura 1.24 Curva de fotosensibilidad relativa del ojo respecto al tiempo de adaptacin, en espacio iluminado (Fuente: INDAL)

20

3528211470

40

60

80

100

Tiempo de adaptacin (seg.)

Foto

sens

ibilid

ad re

lativa

%

Figura 1.25 Curva de fotosensibilidad relativa del ojo respecto al tiempo de adaptacin, en espacio oscuro. (Fuente: INDAL)

20

3528211470

40

60

80

100

Tiempo de adaptacin (seg.)

Foto

sen

sibilid

ad re

lativa

%

29


1

1.4 Unidades fotomtricas y magnitudes luminosas

Las unidades fotomtricas se refi eren a la sensibilidad del ojo humano a la luz. En la tcnica de la iluminacin intervienen dos elementos bsicos: la fuente productora de luz y el objeto que se va a iluminar. En este captulo se ven las magnitudes y unidades de medida fundamentales, empleadas para valorar y comparar las cualidades y los efectos de las fuentes de luz.

Flujo luminoso (Potencia luminosa)

Se llama fl ujo luminoso de una fuente a la energa radiada que recibe el ojo humano segn su curva de sensibilidad y que transforma en luz durante un segundo.

La energa transformada por las fuentes luminosas no se puede aprovechar totalmente para la produccin de luz. Un ejemplo es una lmpara incandescente que consume una determinada energa elctrica que transforma en energa radiante, y slo alrededor del 10% es percibida por el ojo humano en forma de luz. El resto se pierde en calor.

En este sentido el fl ujo luminoso que produce una fuente de luz es la cantidad total de luz emitida o radiada en un segundo, en todas las direcciones.

La representacin del fl ujo luminoso es con la letra griega y su unidad es el lumen (lm). El lumen (lm) es el fl ujo luminoso de la radiacin monocromtica que se caracteriza por una frecuencia de valor 540 x1012 Hz y por un fl ujo de energa radiante de 1 /683 W. Un Watt de energa radiante de longitud de onda de 555 nm en el aire equivale aproximadamente a 683 lm.

Figura 1.26 Esfera de Ulbricht (Dominio Pblico)


30

El fl ujo luminoso () se mide en un laboratorio a travs de un fotoelemento calibrado segn la curva de sensibilidad fotpica del ojo a las radiaciones monocromticas, y que va incorporado a una esfera hueca. A esta esfera se le conoce como Esfera de Ulbricht (Figura 1.16) y en cuyo interior se coloca la fuente a medir. Los fabricantes dan el fl ujo de las lmparas en lmenes (lm) para medir la potencia nominal.

Rendimiento luminoso (efi ciencia luminosa)

El rendimiento luminoso de una fuente de luz, indica el fl ujo que emite dicha fuente por cada unidad de potencia elctrica consumida para su obtencin.

Expresa la efi ciancia luminosa y se representa por la letra griega "", siendo su unidad el lumen/watt (lm/W) y su frmula es la sigueinte:

=(lm/W)

w

Cantidad de luz (energa luminosa) Q

La cantidad de luz o energa luminosa se representa por la letra "Q" y se determina por la potencia luminosa o fl ujo luminoso emitido en la unidad de tiempo.

Su unidad es el lumen por segundo (lm * seg) y su frmula es:

Q = * t (lm * seg)

Intensidad luminosa (I)

La intensidad luminosa de una fuente de luz se simbliza con una "I" y es igual al fl ujo emitido en una direccin por unidad de ngulo slido en esa direccin. Su unidad es la candela (cd),

Su frmula que la expresa es:

I= (lm/sr)

31


1

Candela (cd)

La candela se representa con las letras "cd" y es la intensidad luminosa de una fuente puntual que emite un fl ujo luminoso de un lumen en un ngulo slido de un estereorradin (sr).

El Sistema Internacional (S.I.), defi ne candela como: la intensidad luminosa, en una direccin dada, de una fuente que emite una radiacin monocromtica de frecuencia 540 x 1012 Hz y cuya intensidad energtica en dicha direccin es 1/683 watts por estereorradin.

Radin (rad)

El radin es el ngulo plano que corresponde a un arco de circunferencia de longitud igual al radio (Figura 1.27).

Figura 1.27 ngulo plano (Fuente: INDAL)

r = 1

= 1 radin

(total) = 2 radianes

= 1

As como a una magnitud de superfi cie corresponde un ngulo plano que se mide en radianes, a una magnitud de volumen le corresponde un ngulo slido o estreo que se mide en estereorradianes.

ngulo slido ()

El ngulo slido de un cono es el cociente resultado de dividir el rea cortada sobre una superfi cie esfrica (cuyo centro coincide con el vrtice del cono) entre el cuadrado del radio de dicha esfera.


32

Figura 1.28 ngulo slido (Fuente: INDAL)

r = 1m.

1cd

1cd

= 1 LmE = 1 LuxS = 1 m 2

(total) = 4 estereorradianes

Estereorradin (sr)

El estereorradin se representa con las letras (sr) y es el ngulo slido que corresponde a un casquete esfrico cuya superfi cie es igual al cuadrado del radio. Figura 1.28.

Iluminancia (nivel de iluminacin) E

La iluminancia o nivel de iluminacin de una superfi cie se representa por laletra (E) y es la relacin entre el fl ujo luminoso que recibe la superfi cie y su rea. Su unidad es el lux (lx).

La frmula de la iluminancia es:

E= (lx=lm/m2)

S

Cuanto mayor sea el fl ujo luminoso incidente sobre una superfi cie, mayor ser su iluminancia, y para un mismo fl ujo luminoso incidente, la iluminancia ser mayor en la medida en que disminuya la superfi cie.

Lux (lx)

El lux es la iluminancia de una superfi cie que recibe un fl ujo luminoso de un lumen , repartido sobre un metro cuadrado de superfi cie.

33


1

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 superfi cie, genera una dbil corriente elctrica que aumenta en funcin de la luz incidente. Dicha corriente se mide con un miliampermetro, de forma analgica o digital, calibrado directamente en luxes.

Figura 1.29 Luxmetro

Luminancia (L)

La luminancia se representa por la letra "L" y es el efecto de luminosidad que produce una superfi cie en la retina del ojo, ya sea procedente de una fuente primaria que produce luz, o procedente de una fuente secundaria o superfi cie que refl eja luz.

Mide el brillo de las fuentes luminosas primarias y de las fuentes que constituyen los objetos iluminados.

La luminancia ha desplazado a los conceptos de brillo y densidad de iluminacin. Cabe recordar que el ojo no ve colores sino brillo, como atributo del color. La percepcin de la luz es realmente la percepcin de diferencias de luminancias. Por lo tanto se puede decir, que el ojo ve diferencias de luminancias y no de iluminacin, es decir, a igual iluminacin, diferentes objetos tienen luminancia distinta porque tienen distinto poder de refl exin.

La luminancia de una superfi cie iluminada es el resultado de dividir la intensidad luminosa de una fuente de luz en una direccin, entre la superfi cie de la fuente proyectada segn dicha direccin.

El rea proyectada es la que ve el observador en la direccin de observacin. Esta se calcula multiplicando la superfi cie real iluminada por el coseno del ngulo que forma su normal con la direccin de la intensidad luminosa (Figura 1.30).


34

Figura 1.30 Luminancia de una superfi cie (Fuente: INDAL)

Supercie vista o aparente

Supercie real

Supercie aparente = Supercie real x cos

La unidad de la luminancia es la candela/metro cuadrado llamada nit" (nt), con un submltiplo, la candela/centmetro cuadrado o stilb, empleada para fuentes con elevadas luminancias.

1cd 1cd 1nt= ; 1stilb =

1m2 1cm2

La frmula que la expresa es la siguiente:

I L=

S cos

donde:

S cos = Superfi cie aparente.

Cabe sealar que la luminancia es no tiene relacin con la distancia de observacin.

La medida de la luminancia se realiza por medio de luminancmetro o luminmetro basado en dos sistemas pticos, uno de direccin y otro de medicin (Figura 1.31).

En el sistema ptico de direccin, el luminancmetro se orienta de forma que la imagen coincida con el punto a medir y la luz que llega una vez orientado se ve convertida en corriente elctrica y sea leda en lectura analgica o digital. Los valores medidos son en cd/m2.

35


1

Figura 1.31 Luminmetro o luminancmetro

Otras magnitudes luminosas de inters

Coefi ciente de utilizacin ( CU )

Es la relacin entre el fl ujo luminoso recibido por un cuerpo y el fl ujo emitido por una fuente luminosa.

Unidad = % Smbolo = CU Relacin = CU = e

Refl ectancia ( )

Es la relacin entre el fl ujo refl ejado por un cuerpo (con o sin difusin) y el fl ujo recibido.

Unidad = % Smbolo = r Relacin = =


36

Coefi ciente de absorcin ( )

Es la relacin entre el fl ujo luminoso absorbido por un cuerpo y el fl ujo recibido.

Unidad = % Smbolo = Relacin = =

Coefi ciente de transmisin ( )

Es la relacin entre el fl ujo luminoso transmitido por un cuerpo y el fl ujo recibido.

Unidad = % Smbolo = Relacin = = Coefi ciente de uniformidad media ( Um )

Es la relacin entre la iluminacin mnima y la media, de una instalacin de alumbrado.

Unidad = % Smbolo = Um Emin Relacin = Um = Emed Coefi ciente de uniformidad extrema (U)

Es la relacin entre la iluminacin mnima y mxima, de una instalacin de alumbrado.

Unidad = % Smbolo = U Emin Relacin = U = Emax

37


1

Coefi ciente de uniformidad longitudinal (UL)

Es la relacin entre la luminancia mnima y mxima longitudinal, de una instalacin de alumbrado.

Unidad = % Smbolo = UL Lmin longitudinal Relacin = UL = Lmax longitudinal

Coefi ciente de uniformidad general (Uo)

Es la relacin entre la luminancia mnima y media, de una instalacin de alumbrado.

Unidad = % Smbolo = UO Lmin Relacin = UO = Lmed

Factor de mantenimiento (Fm)

Es un factor que indica el grado de conservacin de una instalacin.

Unidad = % Smbolo = Fm Relacin = Fm = Fpl * Fdl * Ft * Fe * Fc

donde:

Fpl = factor posicin lmpara Fdl = factor depreciacin lmpara Ft = factor temperatura Fe = factor equipo de encendido Fc = factor conservacin de la instalacin


38

1.5 Propiedades pticas de los materiales

Generalidades

Cuando la luz encuentra un obstculo en su camino choca contra la superfi cie de ste y una parte es refl ejada. Si el cuerpo es opaco el resto de la luz ser absorbida.

Si es transparente una parte ser absorbida como en el caso anterior y el resto atravesar el cuerpo transmitindose. As pues, tenemos tres posibilidades:

Refl exin

Transmisin / refraccin

Absorcin

Figura 1.32 Ejemplo de refIexin, refraccin y absorcin (Dominio Pblico)

39


1

Refl exin

Al fenmeno que se da cuando las ondas de cualquier tipo chocan sobre una barrera plana como un espejo provocando as que se generan nuevas ondas que se mueven alejndose de la barrera, se denomina refl exin.

De la luz que se refl eja en una superfi cie, un porcentaje de dicha luz se pierde debido al fenmeno de absorcin. La relacin entre la luz refl ejada y la luz incidente se denomina refl ectancia de la superfi cie.

Toda aquella superfi cie que no sea completamente negra puede refl ejar luz. La cantidad de luz que refl eja y la forma en que dicha luz es refl ejada se determina por las propiedades de refl exin de la superfi cie.

La refl exin se clasifi ca en cuatro tipos: refl exin especular, refl exin compuesta, refl exin difusa y refl exin mixta. En estas propiedades de refl exin se fundamentan los sistemas refl ectores.

Refl exin especular: Ocurre cuando los rayos luminosos que caen en una superfi cie refl ectora muy plana son refl ejados de modo que el ngulo incidente es igual al ngulo refl ejado. Dicha refl exin obedece a dos leyes:

1) El rayo incidente, el rayo refl ejado y la normal, se encuentran en un mismo plano.

2) El ngulo de incidencia "i" es igual al ngulo de refl exin "r".

Figura 1.33 Refl exin especular (Fuente: INDAL)

i r

N


40

Refl exin compuesta: En este caso no hay imagen de espejo de la fuente de luz, pero el ngulo de intensidad mxima refl ejada es igual al ngulo de incidencia. La refl exin compuesta ocurre cuando la superfi cie es irregular o rugosa.

Figura 1.34 Refl exin compuesta (Fuente: INDAL)

Refl exin difusa: Se produce cuando la luz que choca o incide sobre una superfi cie ordinaria y es desviado en todas las direcciones.

La refl exin difusa se produce en superfi cies como las paredes y cielos rasos de yeso, la nieve, el papel blanco mate, etc.

41


1

Figura 1.35 Refl exin difusa (Fuente: INDAL)

Refl exin mixta: Refl exin intermedia entre la especular y la difusa, en la que parte del haz de luz incidente se refl eja y parte de ste se difunde.

La refl exin mixta se presenta en el papel brillante, los metales no pulidos, las superfi cies barnizadas y pavimento mojado entre otros..

Figura 1.36 Refl exin mixta (Fuente: INDAL)


42

Figura 1.37 El pavimento mojado tiene refl exin mixta (Dominio Pblico)

43


1

Tabla 1.5 Factor de refl exin para luz blanca de da (Fuente: INDAL)

Superfi cie refl ectora % factor de refl exinPlasta brillante 92 - 97

Oro 60 - 92Plata blanca (mate) 85 - 92

Niquel pulido 60 - 65Cromo pulido 60 - 65

Aluminio pulido 67 -72Aluminio electroabrillantado 86 - 90

Aluminio vaporizado 90 - 95Cobre 35 - 80Hierro 50 - 55

Porcelana esmaltada 60 - 80Espejos 80 - 85

Pintura blanca mate 70 - 80Beige claro 70 - 80

Amarillo y crema claro 60 - 75Techos acsticos 60 - 75Verde muy claro 70 - 80

Verde claro y rosa 45 - 65Azul claro 45 - 55Gris claro 40 - 50Rojo claro 30 - 50Caf claro 30 - 40

Beige oscuro 25 - 35Marrn, verde y azul oscuros 5 - 20

Negro 3 - 4

Transmisin

La transmisin de la luz es su propagacin a travs de los cuerpos transparentes o translcidos. En este fenmeno, la direccin de los rayos luminosos queda modifi cada o se desplaza por refraccin.

Cuando la luz atravieza un cuerpo translcido o transparente, parte de sta se pierde debido a la refl exin en la superfi cie del medio, y parte de ella es absorvida. La relacin entre la luz incidente y la luz transmitida se denomina transmitancia del material.

Se distinguen tres tipos de transmisin: regular, difusa y mixta.


44

Transmisin regular: En este tipo de transmisin, el haz que incide sobre un material, lo atraviesa y sale de l sin desviarse. Los medios que cumplen esta propiedad, se les denomina cuerpos transparentes y permiten ver con nitidez los objetos colocados detrs de ellos.

Figura 1.38 Transmisin regular (Fuente: INDAL)

Transmisin difusa: En la transmisin difusa el haz de luz que choca sobre el material, saliendo de ste en mltiples direcciones. A estos materiales se les llama cuerpos traslcidos, siendo los ms conocidos los cristales esmerilados as como los vidrios orgnicos opalizados. Los objetos colocados detrs de ellos no son distinguidos con precisin.

Figura 1.39 Transmisin difusa (Fuente: INDAL)

45


1

Transmisin mixta: Es una forma transicin intermedia entre la transmisn regular y la transmisin difusa. Esta se presenta en vidrios soplados y cristales de superfi cie labrada. A pesar de que la difusin del haz de luz no es completa, los objetos no son claramente visibles detrs del mismo, pero s su posicin.

Figura 1.40 Transmisin mixta (Fuente: INDAL)

Absorcin

Absorcin es la transformacin de la energa radiante en otra forma de energa, generalmente en forma de calor. La absorsin es una caracterstica de todas las superfi cies que no son completamente refl ectoras, y de aquellos cuerpos o materiales que no son totalmente transparentes. La relacin entre la luz incidente y la luz absorbida se denomina absortancia del material.

La absorcin de algunas longitudes de onda de luz se denomina absorcin selectiva. En general, el color de los objetos le deben dicho color a la absorcin selectiva.

Refraccin

La refraccin se produce cuando un rayo de luz es desviado de su trayectoria al atravesar una superfi cie de separacin entre medios diferentes segn las leyes de la refraccin. Esto se debe a que la velocidad de propagacin de la luz en cada uno de ellos es diferente.

Existen dos leyes de refraccin:

1) El rayo incidente, la normal y el rayo refractado se encuentran en el mismo plano.


46

2) Los senos de los ngulos de incidencia i y de refraccin r son directamente proporcionales a las velocidades de propagacin v1 y v2 de la luz en los respectivos medios (ley de Snell).

Figura 1.41 Refraccin en el lmite entre dos medios (Fuente: INDAL)

sen 1 n2n1 (sen 1) = n2 (sen 2) ; = sen 2 n1

n1 = ndice de refraccin del primer medio.

n2 = ndice de refraccin del segundo medio.

1 = ngulo de incidencia.

2 = ngulo de refraccin.

Cuando el primer medio es el aire. n1 = 1 y la frmula es:

sen 1 = n2 (sen 2)

La distancia D en la fi gura 1.41 se conoce como desplazamiento. Este desplazamiento depende del ngulo de incidencia y del ndice de refraccin. Cuando el rayo de incidencia es perpendicular a la superfi cie, la refraccin y el desplazamiento equivalen a cero.

La refraccin cambia segn la longitud de onda. Las ondas cortas (como la azul y la violeta) se transmiten ms que las ondas largas (como por ejemplo las rojas). Este fenmeno se utiliza para separar la luz blanca en sus colores componentes atravesando un prisma de refraccin. El grado de la separacin del color que depende del ngulo de incidencia as como de las propiedades refractivas del material del prisma, se denomina dispersin.

47

FRMULAS Y MTODOS DE ALUMBRADO

2

2.1 Leyes y principios de la luminotecnia

Ley de la inversa del cuadrado de la distancia

Desde una misma fuente de luz, los niveles de iluminacin de distintas superfi cies colocadas normalmente a la direccin de la luz, son directamente proporcionales a la intensidad luminosa en esa direccin e inversamente proporcionales al cuadrado de las distancias entre dicha fuente y cada una de las superfi cies.

Su frmula es la siguente:

I (lx) E=

d2

donde "E", representa el nivel de iluminacin en luxes (lx) "I", representa la intensidad de la fuente en candelas (cd) y "d", (m) es la distancia de la fuente de luz al plano receptor perpendicular.

De esta manera se determina la relacin de iluminancias E1 y E2 que hay entre dos planos separados por distancia d y D, de la fuente de luz respectivamente:

E1 * d2 = E2 * D

2

E1 D2

=

E2 d2

Figura 2.1 Ejemplo de la ley inversa del cuadrado de la distancia (Fuente: IN-DAL)

F

2 m.

4 m.

E1

S1

S2

E2152 cd

48

2 FRMULAS Y MTODOS DE ALUMBRADO

Para la superfi cie que est a 2 m de distancia de la fuente luminosa, tenemos:

I 152 E1 = ; E1 = = 38 lux

d12 22

Para la superfi cie que est a 4 m de distancia de la fuente luminosa:

I 152 E2 = ; E1 = = 9.5 lux

d22 42

Ley del coseno

La iluminacin de un punto cualquiera de una superfi cie, es directamente proporcional al coseno del ngulo de incidencia de los rayos luminosos en el punto iluminado.

Cuando la direccin del fl ujo luminoso no es perpendicular a la superfi cie, se utiliza esta ley en la cual, la ley de la inversa del cuadrado de la distancia se multiplicar por el coseno del ngulo correspondiente, cuya expresin constituye la llamada ley del coseno y se expresa como:

I E = cos (lx) d

2

En el siguiente ejemplo (Figura 2.3) se representan dos fuentes de luz F y F con igual intensidad luminosa "I" y a la misma distancia "d" del punto P. A la fuente F, con un ngulo de incidencia igual a cero, corresponde un cos(0) = 1 y produce una iluminacin en el punto P de valor:

I I I Ep= cos = 1 ; Ep= (lx)

d2 d2 d2

49


2

Figura 2.2 Luminancia en un punto desde dos fuentes de luz con diferente n-gulo de incidencia (Fuente: CIE)

De igual forma F' con un ngulo = 60 al que corresponde el cos 60 = 0.5 producir en el mismo punto una luminancia de valor:

l l 1 l E'p= cos 60 = 0.5 ; E'p= (lx)

d2 d2 2 d2

En este sentido Ep = 0.5 * Ep, es decir, para obtener la misma iluminacin en el punto P, la intensidad luminosa de la fuente F debe ser el doble de la fuente F.

Ley del cubo del coseno

La iluminacin de un punto de un plano horizontal iluminado oblicuamente, es directamente proporcional a la intensidad luminosa emitida por el foco luminoso en esa direccin y al cubo del coseno del ngulo de incidencia e inversamente proporcional a la altura entre el plano horizontal donde se encuentra situado el foco y el plano horizontal que contiene el punto.

En la prctica, generalmente no se conoce la distancia "d" del foco al punto considerado, sino su altura h a la horizontal del punto.

50


Empleando una sencilla relacin trigonomtrica y sustituyendo sta en la ecuacin inicial, se obtiene una nueva relacin en la cual interviene la altura h, a esta ley se le llama ley del cubo del coseno.

h h

cos = ; d=

d cos

I I I Eh= cos = cos = cos2 cos

d2 h h2

()2

cos

I Eh = cos3 (lx)

h2

Figura 2.3 Luminancia horizontal = Eh (Fuente: Philips)

FM2

I

d

vert

ical

norm

al

h

M Mhorizontal

1

Luminancia

Lum

inan

cia

Lumina

ncia

Esta ley nos permite calcular la luminancia horizontal en cada punto de un plano iluminado, si contamos con la distribucin polar de la intensidad luminosa de la fuente, la cual deben proporcionar los fabricantes de luminarias.

Ley del seno

La luminancia de un punto situado en un plano vertical iluminado por un foco luminoso bajo un determinado ngulo de incidencia, es proporcional al seno del citado ngulo de incidencia.

Se relaciona trigonomtricamente con la ley del coseno de la siguiente manera:

51


2

Al ser los ngulos y , parte del mismo tringulo rectngulo.

+ + 90 = 180 tenemos que: = 90 -

cos = sen

Si sustituimos este valor en la ley del coseno tenemos:

I Ev= sen (lx)

d2

La misma ecuacin en funcin de la altura tenemos:

I Ev= cos

2 sen

h2

Figura 2.4 Luminancia vertical = Ev (Fuente: Philips)

FM2

M1 M

I

d

horizontal

vert

ical

norm

al

a

h

Luminancia

Lum

inan

cia

Lumina

ncia

Ley de Lambert

La luminancia de una superfi cie luminosa considerada como un punto, es constante en cualquier direccin que se considere.

Existen superfi cies emisoras o difusas, que al observarlas desde distintos ngulos se tiene la misma sensacin de claridad. A estas superfi cies se les denomina emisores o difusores perfectos.

Si Lo es la luminancia segn la normal y L la luminancia segn el ngulo de observacin , se verifi ca que L = Lo para cualquier ngulo .

lo IComo Lo= ; L= se cumple la siguiente ecuacin: I = Io cos S S cos

52


Esta relacin se conoce como Ley de Lambert y slo la cumplen los emisores o difusores perfectos.

Figura 2.5 Invariabilidad de la luminancia con el ngulo de incidencia (Fuente:

Philips)

N

Lo

Llo

la

Esta Ley de Lambert, se puede aplicar para considerar algunas superfi cies luminosas como si fueran puntos. Un ejemplo es lo que ocurre con las lmparas incandescentes, donde en lugar de considerar la superfi cie del fi lamento, se puede considerar dicha lmpara como un punto situado en el centro de gravedad de dicho fi lamento.

2.2 Representacin grfi ca de magnitudes

Todas las magnitudes luminosas producidas por fuentes de luz, se representan mediante grfi cas determinadas por los fabricantes de las lmparas y luminarias.

Se le denomina disrtibucin luminosa al conjunto de la intensidad luminosa de una fuente de luz en todas las direcciones. Las fuentes de luz utilizadas en la prctica tienen una superfi cie luminosa ms o menos grande, cuya intensidad de radiacin se ve afectada por la propia construccin de la fuente, presentando valores diversos en distintas direcciones.

Hay equipos como el Goniofotmetro con el que se puede determinar la intensidad luminosa de una fuente de luz en todas las direcciones del espacio con relacin a un eje vertical. Si se representa por medio de vectores (I) la intensidad luminosa de una fuente de luz en las infi nitas direcciones del espacio, se crea un volumen que representa el valor del fl ujo total emitido por la fuente ,el cual se defi ne con la siguiente frmula:

= I d v

53


2

El slido que se obtiene, es llamado slido fotomtrico. En la fi gura 2.6 se aprecia el slido fotomtrico de una lmpara incandescente.

Figura 2.6 Slido fotomtrico de una lmpara incandescente (Fuente: OSRAM)

020

40

80

100

120

140 160 180

60

Si se pasa un plano por el eje de simetra de la fuente luminosa, por ejemplo un plano meridional, se obtiene una seccin limitada por una curva denominada curva fotomtrica o curva de distribucin luminosa, como se observa en la siguiente fi gura.

Figura 2.7 Curva fotomtrica de una lmpara incandescente (Fuente: OSRAM)

20

40

40

60

80

180

0 30

150

90

60

120

60

80

100

120

140

cd

54


A travs de la curva fotomtrica de una fuente de luz, se puede determinar con exactitud la intensidad luminosa en cualquier direccin, aunque este dato necesario para algunos clculos de iluminacin.

Las direcciones del espacio por las cuales se irradia una intensidad luminosa, se pueden determinar por dos coordenadas. Uno de los sistemas de coordenadas ms usado para la obtencin de curvas fotomtricas es: C- que se puede ver en la siguiente fi gura.

Figura 2.8 Sistema de coordenadas C - (Fuente: AFE)

eje de inclinacin

eje

de

rota

ci

np

lan

os

"C"

= 180

= 0

= 90

Lado acera

Lado calzada

C = 0

C = 180

C =90

C =270

Curvas de distribucin fotomtrica

Las curvas fotomtricas se dan relacionadas a un fl ujo luminoso emitido de 1,000 lm y ya que el caso ms general es que la fuente de luz emita un fl ujo superior, los valores de la intensidad luminosa correspondientes se obtienen mediante una regla de tres simple.

Cuando una lmpara se aloja en un refl ector se distorsiona su fl ujo proporcionando un volumen cuya forma es distinta, ya que depende de las caractersticas propias del refl ector. Por lo tanto, las curvas de distribucin segn los distintos planos son diferentes.

Las siguientes fi guras, muestran dos ejemplos en los que se han representado las curvas de distribucin de dos refl ectores.

55


2

Figura 2.9 Curva de distribucin fotomtrica simtrica con curvas simtricas para cualquiera de los planos meridionales, por lo que una sola curva es sufi ciente para su identifi cacin fotomtrica (Fuente: CIE 132-1999)

60 o

30 o 30 o0o

225450675900

C=45 C=0C=90

Unidad = cd/1000 lm

Figura 2.10 Curva de distribucin fotomtrica asimtrica, cada plano tiene una curva diferente, por lo que es necesario conocer todos los planos (Fuente: CIE 132-1999)

C=45 C=0C=90

Unidad = cd/1000 lm

70 o

50 o

30 o 0o

080240320

10 o

56


Curvas Isocandelas

El diagrama de curvas isocandelas (Fig.2.11), es otro mtodo para representar la distribucin del fl ujo luminoso, el cual consiste en imaginar la luminaria en el centro de una esfera, en cuya superfi cie exterior se unen por una lnea los puntos de igual intensidad.

Generalmente las luminarias tienen un plano de simetra como mnimo, por lo que se desarrolla solamente una semiesfera.

Tabla 1.1. Curvas Isocandelas (Fuente: CIE 132-1999)

%001=xamI0=MG10-10

-20

-30

-40

-50

-60

-70

-80

-90C=0350 10 20 30 40 50 60 70 80340330320310300290280

20

30

40

50

60

70

80

90

15

10

20

30

9080

60 40

60

Esta representacin es ms completa, pero con el inconveniente que se necesita una mayor experiencia para ser interpretada.

Curvas Isolux

El fl ujo emitido por una fuente luminosa, ofrece un nivel de iluminacin (luminancia), en una superfi cie cuyos valores son medidos en lux.

Al ser proyectados estos valores sobre un mismo plano y se unen por medio de una lnea los de igual valor, da lugar a las Curvas Isolux.

57


2

Figura 2.11 Curvas Isolux (Fuente: Luminotecnia, iluminacin de interiores y exteriores)

h

6h 5h 4h

11

5

5

10

20

3040

5060

70

80

3h 2h h 0 h 2h 3h

0

h

2h

3h

Lmax=100%

fl=0.154

LADO ACERA

LADO CALZADA

En este tipo de curvas tambin se pueden representar varias luminarias. Ejemplo: tramos de calzadas en donde las curvas se interpolaran para dar diferentes lecturas en luxes.REF4

Figura 2.12 Curvas Isolux con varias luminarias (Fuente: Luminotecnia, ilumi-nacin de interiores y exteriores)

h

6h 5h 4h

11

5

5

10

20

3040

5060

70

80

3h 2h h 0 h 2h 3h

0

h

2h

3h

Lmax=100%

fl=0.154

LADO ACERA

LADO CALZADA

58


Curvas Isoluminancias

Por ltimo, las luminancias que dependen del fl ujo luminoso refl ejado por una superfi cie en la direccin del observador.

Los valores se miden en candelas por metro cuadrado (cd/m2) y representa a travs de las Curvas Isoluminancias.

Figura 2.13 Curvas isoluminancias (Fuente: Luminotecnia, iluminacin de inte-riores y exteriores)

h6h 5h 4h

1 5 20 30

40

50

607080

5

10

50

1

5

3h 2h h 0 h 2h 3h

0

h

2h

3h

A

POSICIN DEL OBSERVADOR: A, B Y C

B

C

LADO ACERA

LADO CALZADACalzada R2Qo = 0.07

Lmax=100%fl=0.152

Esta curva se obtiene mediante las lecturas que da el Luminancmetro o Luminmetro.

59


2

2.3 Mapas de luminancia

El uso de mapas de luminancia para medir la calidad de la luz refl ejada en el pavimento y los objetos dentro del campo visual del conductor, permiten comprobar de manera prctica un proyecto de alumbrado.

A manera de recordatorio: la luminancia y la iluminancia, son diferentes maneras de cuantifi car la distribucin de la luz en el espacio. La luminancia describe la cantidad de luz que despide o refl eja un objeto, mientras que la Iluminancia describe la cantidad de luz que llega a dicho objeto.

La luminancia, es lo que ms se aproxima a lo que ve el ojo humano, pero la mayora de los diseos y clculos de alumbrado se basan en la iluminancia, porque en el pasado era la forma ms fcil de hacer los clculos para un proyecto.

Actualmente, con el rpido desarrollo de la tecnologa y el precio relativamente barato de los equipos y programas de cmputo especializados, se pueden crear mapas de luminancia.

Un mapa de luminancia, es la representacin detallada de cientos o miles de valores de luminancia en cd/m2 en un determinado campo visual. Este anlisis permite estudiar los efectos del deslumbramiento, confort visual, el nivel de iluminacin, la uniformidad de la luminancia y contaminacin visual entre otros.

Figura 2.14 Mapa de luminancia

60


Imagen de Alto Rango Dinmico (HDRI. High Dynamic Range Image)

EL ojo humano es capaz de ver al mismo tiempo una extensa gama de niveles de luminancias, desde las ms oscuras sombras alrededor de 0.001 cd/m2, hasta la escena ms brillante iluminada por el sol, alrededor de 100,000 cd/m2, a esto se le conoce como "Rango Dinmico", que es la proporcin que hay entre la mxima oscuridad y la mxima brillantez de una imagen o escena. En este caso sera de 100,000:1.

Este Rango Dinmico representa la proporcin que hay entre dos valores de luminancia expresados en candelas por metro cuadrado (cd/m2).

Al realizar mapas de luminancias, es importante tener en cuenta que la imagen o fotografa que se utilice debe ser HDRI (High Dynamic Range Image) Imagen de Alto Rango Dinmico, por ser lo que ms se acerca a la imagen que crea el ojo humano.

61

TIPOS DE FUENTES LUMINOSAS

3

3.1 Termorradiacin y luminiscencia

Generalidades

La luz se compone de radiaciones electromagnticas en forma de ondas que pueden producirse de manera diversa, segn las causas que la provoquen. Cuando la causa se debe exclusivamente a la temperatura del cuerpo radiante, el fenmeno se llama termorradiacin, en todos los dems casos se llama luminiscencia.

En la Fig. 3.1, se indican los principales agentes fsicos que intervienen en la produccin de luz y sus respectivas fuentes.

Figura 3.1 Cuadro de los agentes fsicos que intervienen en la produccin de luz (Fuente: Philips)

PRODUCCIN DE LUZTermorradiacin Luminiscencia

Natural

Combustin Incandescencia

Sol

Descarga en el cielo de un gas

Rayo

Radiacin de un cuerpo slido

Lucirnaga

Artifi cial

LlamaLuz de gasArco elctricoLmpara incandescente

Lmpara de vapor metlicoLmpara de gas nobleLmpara de efl uviosLmpara Xenn

Sustancia luminiscentePlaca luminosaLmpara de cuerpo slidoFuente de luz radioactiva

62

3 TIPOS DE FUENTES LUMINOSAS

Termorradiacin

Termorradiacin es la radiacin (calor y luz) emitida por un cuerpo caliente. La energa de esta radiacin depende de la capacidad calorfi ca del cuerpo radiante.

El fenmeno de termorradiacin se basa en la radiacin de luz y calor por parte de un cuerpo caliente. A este sistema pertenece el alumbrado incandescente, y por tanto todas las lmparas de incandescencia generan luz a partir del fenmeno de termorradiacin.

La luz que se obtiene va siempre acompaada de una cuantiosa radiacin trmica, que por lo general constituye una fuente de prdida de energa, cuando de lo que se trata es de producir luz.

Al calentar un trozo de metal, se obtiene una radiacin visible que se aprecia por el color de incandescencia que adquiere el cuerpo y que vara segn la temperatura, tal como se muestra en la siguiente tabla. (Tabla 3.1)

Tabla 3.1 Colores de incandescencia del metal a distintas temperaturas (Fuente: Phillips)

Temperatura C Color de incandescencia400 rojo - gris incipiente700 rojo - gris900 rojo - oscuro

1,100 rojo - amarillo1,300 rojo - claro1,500 rojo - banco incipiente

2,000 en adelante rojo - blanco

El porcentaje de radiacin visible aumenta en funcin de la temperatura del radiador.

La Fig. 3.2 muestra que a los 6,500 K se obtiene el mximo nivel de radiacin visible y sera intil aumentar la temperatura del radiador, con la pretensin de conseguir un nivel mayor al 40%.

63

TIPOS DE FUENTES LUMINOSAS

3

Figura 3.2 Radiacin visible en funcin de la temperatura absoluta (Fuente:Philips)

40

50%

30

20

10

.5010 000.01000 KPorc

entaj

e de r

adiac

in vi

sible

Temperatura

Termorradiacin natural

En la naturaleza misma, se encuentra un ejemplo evidente de produccin de luz a gran escala mediante la termorradiacin que brinda tanto el Sol como las dems estrellas similares a l.

El Sol, es una enorme bola de hidrgeno en estado incandescente, en la que una radiacin nuclear est transformando constantemente hidrgeno (H2) en Helio (He). En el proceso se liberan tremendas cantidades de energa que son liberadas al Universo.

El Sol emite una gran energa y cerca de un 40% de la radiacin se transforma en luz visible, el cual corresponde al mximo rendimiento ptico a 6,500 K.

Termorradiacin artifi cial

Es posible obtener luz por termorradiacin artifi cial, calentando cualquier materia o cuerpo slido a una elevada temperatura, bien sea por combustin o incandescencia.

Luz de la llama de alumbrado: El radiador trmico ms antiguo de la historia y tambin el ms primitivo fue la llama de alumbrado, p

Manual de Iluminacion Vial 2015

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