Mediciones fotométricas de la condición de la iluminación³n... · lecturas se debe someter para...
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Mediciones Iluminancia CIEMI 2013
Ing. Luis Diego Marín Naranjo M.Sc.Catedrático
Escuela Ingeniería EléctricaUniversidad de Costa Rica
Coordinador LAFTLALaboratorio de Fotónica y Tecnología
Láser
Mediciones fotométricas de la condición de la iluminación
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Mediciones Iluminancia CIEMI 2013
Mediciones fotométricas de la condición de la iluminación
Agenda:
• Describir los conceptos, magnitudes y unidades fotométricos,
requeridos para evaluar la condición de la iluminación artificial
de diferentes fuentes
• Analizar los equipos de medición, sus factores de corrección y
la necesidad de la calibración del equipo
• Explicar los métodos de ensayo, de acuerdo a las normas
vigentes
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Las diversas formas de energía radiante
incluyen los rayos cósmicos, los rayos
gamma, los rayos X, la radiación
ultravioleta, la luz (radiación visible al ser
humano), la radiación infrarroja, las
microondas y las ondas de radio
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Medición de fenómenos naturales
Comparación de colores
en la industria
Fibras ópticas
Sistemas deiluminación
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La medición de la energía de una radiación electromagnética al
considerar todo el espectro de longitudes de onda por igual se
conoce como radiometría
La medición de aquellos aspectos de la radiación óptica que
afectan la respuesta de la visión humana se conoce como
fotometría
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Para obtener una medición de la brillantez relativa de varias fuentes
se deben usar unidades fotométricas
En tecnología de láser, seguridad y medición solar, se utilizan
unidades radiométricas
Las tablas de magnitudes y unidades de la radiometría y la fotometría
se basan en ISO 80000-7:2008
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En fotometría surge la necesidad de definir la iluminación o la
visibilidad de una superficie en términos que dependen de las
características espectrales del ojo humano
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Iluminación: acción o efecto de iluminar un área con alguna fuentede luz, para que se mejore o se contraste la visión, al realizar unaactividad (Nota: no confundir con iluminancia)
Luz: radiación electromagnética que permite la visión humana.Radiación óptica visible. (Nota: no utilizar el término luz visible yaque es reiterativo)
Iluminancia (Ev): magnitud del Sistema Internacional de Unidades,que establece la relación del flujo luminoso incidente sobre algunasuperficie por unidad de área, con unidades en lux
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Magnitud Símbolo Unidad (símbolo, nombre)Energía luminosa Qv lm s (lumen segundo)
Flujo luminoso v lm (lumen)
Iluminancia Ev lx (lux)
Intensidad luminosa
Iv cd (candela)
Luminancia Lv cd m-2 (candela por metro cuadrado)
Excitancia luminosa
Mv lm m-2 (lumen por metro cuadrado)
Magnitudes, símbolos y unidades fotométricos
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Magnitud Símbolo Unidad (símbolo, nombre)Intensidad luminosa
Iv cd (candela)
Magnitudes, símbolos y unidades fotométricos
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Magnitud usada sin cuidado en la vida cotidiana
En mediciones ópticas tiene un significado específico
Especificar la dirección desde una fuente para definir la intensidad
Intensidad de la fuente: razón del flujo que abandona la fuente en esa
dirección particular dentro de un elemento de ángulo sólido, dividido por
el tamaño del ángulo sólido
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La intensidad se define como:
ectordetel porsubtendidosólidoánguloectordetelporrecibidoflujo
ΩΦI
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El área A para definir el ángulo sólido debería ser exacto, pero una
aproximación del área plana del detector puede ser adecuado, si se mide
lo suficientemente lejos de la fuente
La magnitud radiométrica es la intensidad radiante en watt por
estereorradián (W sr-1) y la cantidad fotométrica es la intensidad
luminosa en candela (cd) unidad base del Sistema Internacional de
Unidades (SI)
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Magnitud Símbolo Unidad (símbolo, nombre)Flujo luminoso v lm (lumen)
Magnitudes, símbolos y unidades fotométricos
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Flujo (e, v): es la cantidad de energía que fluye por segundo
Es generalmente un flujo continuo de radiación
electromagnética (flujo radiante) o flujo continuo de luz (flujo
luminoso)
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o Es la magnitud básica para las mediciones, en muchas
configuraciones geométricas
o Al medir fuentes de luz, como lámparas, comúnmente se indica la
salida total de luz desde la lámpara
o Para la medición de flujo total se utiliza una esfera integradora
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Magnitud Símbolo Unidad (símbolo, nombre)Iluminancia Ev lx (lux)
Magnitudes, símbolos y unidades fotométricos
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• Esta magnitud considera la luz incidente sobre una superficie
• Se define como la razón del flujo luminoso sobre una superficie
en un punto dado, dividido por el área de esa superficie
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A A
AΦE
áreadeltamaño fv
v
áreadeelementosobreincidente luminoso lujo
• Magnitud radiométrica: irradiancia en watt por metro cuadrado (W m-2)
• Magnitud fotométrica: iluminancia en lux (lx)
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Esta ley relaciona la irradiancia/iluminancia sobre una superficie a la
distancia de la superficie irradiada/iluminada desde la fuente emisora
Es una consecuencia de la propagación de la radiación en un ángulo
sólido desde la fuente
Ley de cuadrado inverso
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• El mismo flujo pasa a través de cada área, y como las áreas se
incrementan con la distancia r, habrá menos flujo por unidad de área
sobre las superficies más allá de la fuente
• De las definiciones de intensidad, ángulo sólido e
irradiancia/iluminancia se puede derivar una relación entre E, I y r
• El flujo puede ser obtenido de la definición de intensidad de la fuente:
ΩIΦΩΦI
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22 rAIΦ
rAΩ
22 rI
rAAIE
AΦE
El ángulo sólido se define como:
La iluminancia/irradiancia se define:
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Unidades radiométricas y fotométricas
• En muchas aplicaciones, los diodos emisores de luz brindan una
alternativa confiable de bajo costo a las fuentes tradicionales de luz
como los bulbos incandescentes, los bulbos de halógeno o las
lámparas de arco
• Muchas aplicaciones dan surgimiento a las mediciones fotométricas
de flujo, intensidad, etc.
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• El objetivo de la fotometría es la medición de la luz de tal forma que
los resultados se correlacionen con la visión humana
• Mientras que la radiometría cubre todas las regiones ópticas
espectrales, desde el ultravioleta al infrarrojo, la fotometría trata solo
con la porción visible desde 380 nm a 780 nm donde los ojos
humanos son sensitivos
• La fotometría es esencial para la evaluación de fuentes de luz y
objetos usados para iluminación, señalización, despliegues luminosos
y otras aplicaciones donde la luz es vista por el ojo humano
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La curva V(λ) toma en cuenta las características de la visión humana
La responsitividad espectral del ojo humano fue primero definida por
“Commission Internationale de l'Éclairage” (CIE) o Comisión
Internacional de la Iluminación, en 1924 - se denomina eficiencia
luminosa espectral para visión fotópica, con el símbolo V(λ), definida
en el dominio desde 360 nm a 830 nm, y normalizada a la unidad
en su pico a 555 nm
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Longitud de onda
Func
ión
rela
tiva
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Filtro para curva V(λ) - características de la visión humana
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Instrumento comercial con filtro V(λ) para medición de iluminancia
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Evaluación de la calidad de la iluminación
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• Calidad de la iluminación provista por un sistema de alumbrado
• Procedimiento de toma de datos (lecturas) en posiciones en el
espacio y evaluación de las mediciones
• Se verifica la propuesta de iluminación en un diseño de cálculo
• Permite establecer confirmación de lo proyectado o solicitado en una
norma
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Fotómetros
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• Tipo manual – medir la cantidad de iluminancia
• Varían en exactitud, precio y alcance
• Aspectos: exactitud, corrección coseno, corrección de color, tipos de
mediciones, costo, posibilidad de ajuste o calibración
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Exactitud
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• Absoluta: posibilidad para medir un patrón mejor 3 %, tip. 3 % a 15 %.
• Relativa: habilidad de reproducir la misma lectura muchas veces …. o
leer diferencias en niveles
• Función de linealidad de la escala como habilidad para reprodicir la
misma lectura en dos o más escalas (0,5 % a 15 %)
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Corrección coseno
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• Corrección por incidencia diferente a 90, predecir iluminancia
horizontal, filtro cosenoidal
• Tipo interior: más uniformidad en el espacio, no muchas separación
entre lámparas y contribución de varias a un punto, min. corrección
• Tipo exterior: más separación, menos contribución en un punto, o
incidencia a ángulo pequeño, buena corrección
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Corrección de color
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• Respuesta del ojo a los colores, el medidor debe valorar por
corrección lo que se percibe, filtro V ()
• Calibración con lámpara incandescente, factor de corrección con
otras distribuciones espectrales
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Escogencia
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• Factores: tipo de medición, exactitud, propósito, portabilidad,
operación, otros
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Procedimientos de medición:
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Reflectancia
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LAFTLA: banco fotométrico 1
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LAFTLA: banco fotométrico 2
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Medidor de iluminancia (en lux)
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Lámparas patrón de LAFTLA en banco fotométrico
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Alineación con un haz láser de la lámpara FEL patrón
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Alineación desde sensor hacia la fuente
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Detalle del sensor del patrón medidor de iluminancia
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Colocación del sensor del patrón medidor de iluminancia
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Ajuste y utilización del patrón medidor de iluminancia
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Proceso de ajuste para calibración de medidor de iluminancia comercial
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Otro detalle del proceso de ajuste para calibración de medidor de iluminancia comercial
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Proceso de medición de la condición de la iluminación con medidor de iluminancia calibrado
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Otra aspecto de la medición de la condición de la iluminación en un sitio de trabajo
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CODIGO:
INTE 31-08-06-2011 (cambiar el año) Segunda Edición
Niveles de iluminancia y condiciones de iluminación en los centros de trabajo y otros interiores
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APENDICE A EVALUACION DE LOS NIVELES DE ILUMINANCIA
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A.3. InstrumentaciónA.3.1. Se debe usar un medidor de iluminancia que cuente con:a) Detector para medir iluminancia;b) Corrección cosenoidal;c) Corrección de color, detector con una desviación máxima de ± 5% respecto a la respuestaespectral fotópica, yd) Exactitud máxima de ± 5% (considerando la incertidumbre por calibración).A.3.2. Se debe verificar el medidor de iluminancia antes y después de iniciar una evaluaciónconforme lo establezca el fabricante y evitar bloquear la iluminación durante la realización dela evaluación.
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A.3.3. El medidor de iluminancia deberá contar con el certificado de calibración de acuerdo a loestablecido en la Ley vigente de sobre Metrología, Normalización y Calidad. Las lecturas seránválidas mientras los resultados obtenidos en el instrumento no cambien de acuerdo con losrequisitos establecidos en los párrafos siguientes:A.3.3.1. Debe asegurarse que se cumpla con el inciso d) de la sección A.3.1., ya que lacalibración no implica el ajuste del instrumento y por tanto, por sí sola, no garantiza que serealicen las mediciones con la exactitud requerida. Debido a lo anterior se deberá verificar yregistrar en el informe el error que comete el instrumento y aplicar el factor de corrección si esnecesario, además de corregir los resultados de la medición.
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A.3.3.2 Cuando el medidor de iluminancia tenga variaciones en la coincidencia de suslecturas se debe someter para su certificación al laboratorio.La forma de respaldar la veracidad del medidor será a través del registro de medicionesrealizadas midiendo los niveles de iluminancia que produce una lámpara incandescentepatrón, que únicamente será utilizada para este fin, a distancias conocidas. Las lecturasobtenidas durante la verificación deberán coincidir con las lecturas de referencia que deberánhaber sido obtenidas al momento de que se recibió el medidor de iluminancia después de sucertificación, una vez que se haya aplicado el factor de corrección reportado en el certificado.
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FIN
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