Conceptos Basicos de Luminotecnia.

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA LAGUNA Ingeniería Eléctrica Sistemas de Iluminación Ing. Jorge Elliott Morón Monreal. Agost

Views 93 Downloads 3 File size 937KB

Report DMCA / Copyright

DOWNLOAD FILE

Recommend stories

Citation preview

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA LAGUNA Ingeniería Eléctrica

Sistemas de Iluminación Ing. Jorge Elliott Morón Monreal. Agosto 2016

Instituto Tecnológico de La Laguna Contenido Objetivo ..................................................................................................................... 3 Espectro Electromagnético ....................................................................................... 3 Luz Visible .................................................................................................................. 4 Temperatura del Color .............................................................................................. 4 Índice de Reproducción de Color .............................................................................. 4 Modelos de Color ...................................................................................................... 4 

Modelo RGB ....................................................................................................... 7



Modelo CMYK .................................................................................................... 7

La Visión .................................................................................................................... 7 

Visión fotópica ................................................................................................... 7



Visión mesópica ................................................................................................. 8



Visión escotópica ............................................................................................... 8

Flujo luminoso (Potencia lúminosa) .......................................................................... 8 Intensidad lúminosa .................................................................................................. 8 Iluminancia (E) ........................................................................................................... 9 Luminancia ................................................................................................................ 9 Conclusión ............................................................................................................... 10 Bibliografía .............................................................................................................. 10

Sistemas de Iluminación Ing. J. Elliott Morón Monreal

2

Instituto Tecnológico de La Laguna Objetivo Conocer conceptos básicos de Luminotecnia para el desarrollo del curso, con el fin de desarrollar proyectos luminotécnicos especializados. Tendremos la tarea de estudiar las distintas formas de producción de luz, así como su control y aplicación. Iniciemos su estudio examinando las variaciones electromagnéticas simples, que pueden clasificarse bien por su forma de generarse, por sus manifestaciones o efectos, o simplemente por su longitud de onda.

Espectro Electromagnético El rango de todas las posibles radiaciones electromagnéticas se le hace llamar espectro electromagnético. El espectro de un objeto es la distribución característica de su radiación electromagnética. El espectro electromagnético incluye ondas que cubren un amplio intervalo de longitudes de onda, desde las largas ondas de radio a más de 104 m, hasta los rayos gamma a menos de 10−14 m.

Fig. 34.11 El espectro electromagnético. Observe el traslape entre tipos de ondas adyacentes. La vista ampliada a la derecha muestra detalles del espectro visible. Fuente: Física para ciencias de ingeniería con Física Moderna 7° ed. Vol. 2 Serway and Jewet. Sistemas de Iluminación Ing. J. Elliott Morón Monreal

3

Instituto Tecnológico de La Laguna Luz Visible La luz visible es una de las formas como se desplaza la energía. Las ondas de luz son el resultado de vibraciones de campos eléctricos y magnéticos, y es por esto que son una forma de radiación electromagnética (EM). La luz visible es tan sólo uno de los muchos tipos de radiación EM, y ocupa un pequeño rango de la totalidad del espectro electromagnético . Sin embargo, podemos percibir la luz directamente con nuestros ojos, y por la gran importancia que tiene para nosotros, elevamos la importancia de esta pequeña ventana en el espectro de rayos EM.

Temperatura del Color La temperatura de color de una fuente de luz se puede definir comparando su color dentro del espectro luminoso con el de la luz que emitirá un cuerpo negro calentado a una temperatura determinada. Se podría explicar de manera más concreta como la siguiente: un cuerpo negro teórico llamado cuerpo negro, en el cual no absorbe ni refleja ninguna frecuencia lumínica, del cual es capaz de irradiar luz según su aumento de temperatura. Según sea su temperatura a la que se caliente dicho cuerpo será capaz de emitir una determinada longitud de onda (color). La unidad de medida son los grados Kelvin (K). Debido a la temperatura de color nosotros podemos encontrar algunas categorías que denominan a las fuentes luminosas cómo luces cálidas, neutras y frías. Las luces cálidas tienen tonos cercanos al rojo, y las frías son las que están próximos al tono azul. Las fuentes lumínicas que se encuentran entre estas dos se les consideran neutras.

Índice de Reproducción de Color Se le denomina índice de reproducción de color al intento cuantitativo de medir la capacidad de una fuente de luz para reproducir los colores conocidos de objetos y materiales.

Modelos de Color Para poder comprender los modelos de color es necesario conocer su funcionamiento y aplicación. Si hablamos del color tenemos que tener en claro su definición, ya que en varios casos el color tendrá un significado diferente, por ejemplo, en el caso subjetivo, consideramos el color como un elemento de percepción visual, mientras que en el caso del color objetivo, consideraremos al color como una característica de las radiaciones visibles. Las leyes de la mezcla de colores siempre son posibilidades de interpretación de las leyes que rigen la vista. Para entender esto es necesario hablar del color luz y color pigmento, o más bien, de la síntesis aditiva y la síntesis sustractiva del color.

Sistemas de Iluminación Ing. J. Elliott Morón Monreal

4

Instituto Tecnológico de La Laguna 

Síntesis Aditiva: es una actuación conjunta de estímulos de color sobre la retina.

Los colores obtenidos naturalmente por descomposición de la luz o artificialmente mediante fuentes de luz, se denominan colores aditivos. En la síntesis aditiva, no es necesaria la unión de todas las longitudes del espectro visible para obtener el blanco, ya que si mezclamos rojo, verde y azul, obtendremos el mismo resultado. Es debido a esto que estos colores son denominados colores percibidos fundamentales o primarios, porque la suma de los tres produce el blanco, además todo el resto de colores del espectro pueden ser obtenidos a partir de ellos. Según esto, por síntesis aditiva debería entenderse el principio que, a partir de una variación de intensidad de las luces de color azul, color verde y color rojo, permite obtener por mezcla una diversidad de colores. El principio de síntesis aditiva lo vemos aplicado en las pantallas de televisores, monitores y programas de diseño y manejo fotográfico, orientados a la creación de imágenes cuyo destino sea la publicación en la Web o sobre una pantalla de proyección. En el caso de los televisores y monitores, cada uno de los fósforos que componen la pantalla contiene un impulso de uno de los colores primarios de la luz. Los programas de diseño y fotografía optan por el modo de coloración en RGB, R (red, rojo), G (green, verde) y B (blue, azul). 

Síntesis sustractiva: La síntesis sustractiva es la cara opuesta a la ley de síntesis aditiva. Se denomina síntesis sustractiva al principio en el que por la capacidad de absorción de tres filtros juntos se puede obtener la diversidad del espacio de colores. Este fenómeno se produce al ocupar pigmentos, donde el color final de una zona va a depender de las longitudes de onda de la luz incidente reflejadas por los pigmentos de color de la misma. Por eso, los colores resultantes de una mezcla sustractiva son llamados colores pigmento. Dijimos anteriormente que cuando la luz solar choca contra la superficie de un objeto, éste absorbe diferentes longitudes de onda de su espectro total, mientras que refleja otras. Estas longitudes de onda reflejadas son precisamente las causantes de los colores de los objetos, colores que por ser producidos por filtrado de longitudes de onda se denominan colores sustractivos. Dicho de otra manera, la producción de colores por sustracción se da siempre que a una energía de radiación existente, se le sustrae algo de su absorción.

Sistemas de Iluminación Ing. J. Elliott Morón Monreal

5

Instituto Tecnológico de La Laguna

En este sentido éste será el caso cuando se contempla un paisaje nevado a través de unos anteojos de sol. Un auto es de color rojo porque absorbe todas las longitudes de onda que forman la luz solar o blanca, excepto la correspondiente al color rojo, que refleja, mientras que un objeto es blanco porque refleja todos los colores, y la mezcla de todos ellos da como resultado el blanco. Por su parte, un objeto es negro porque absorbe todas las longitudes de onda del espectro: el negro es la ausencia de luz. Los colores pigmento o sustractivos, son colores basados en la luz reflejada de los pigmentos aplicados a las superficies. Forman esta síntesis sustractiva, el color magenta, el cyan y el amarillo como colores pigmento primarios. A partir de estos tres colores podemos obtener casi todos los demás, salvo el blanco y el negro. Cuando se dice que los colores primarios de la pigmentación son el rojo, amarillo y azul, “rojo” es una forma imprecisa de decir magenta y “azul” es una forma imprecisa de decir cyan. En realidad, el azul y el rojo son colores pigmento secundarios, pero son colores luz primarios, junto con el verde. Efectivamente, la mezcla de pigmentos cyan, magenta y amarillo no produce el color blanco, sino un color gris sucio, neutro. En cuanto al negro, tampoco es posible obtenerlo a partir de los pigmentos primarios, siendo necesario incluirlo en el conjunto de colores básicos sustractivos, obteniéndose el modelo CMYK(Cyan, Magenta, Yellow y Black) Los colores sustractivos son ocupados en pintura, imprenta y, en general, en mezclas de pigmentos (tintas, acuarelas, óleos, etc). En estas composiciones se obtiene el color blanco mediante el uso de pigmentos de ese color o usando un soporte de color blanco y dejando sin pintar las zonas de la composición que deban ser blancas (imprenta). Los sistemas RGB y CMYK se encuentran relacionados, ya que los colores primarios de uno son los secundarios del otro: los colores secundarios son los obtenidos por mezcla directa de los primarios. Después de encontrar toda aquella explicación acerca de los modelos de color solo podremos definir el modelo RGB y CMYK como se encuentra a continuación:

Sistemas de Iluminación Ing. J. Elliott Morón Monreal

6

Instituto Tecnológico de La Laguna  Modelo RGB RGB es el modelo de síntesis aditiva del color, o color luz. Este es el modelo de definición de colores usado en trabajos digitales.

 Modelo CMYK CMYK corresponde a la síntesis sustractiva o color pigmento. Este modelo se aplica a medios impresos, en cuatricromía.

La Visión Se llama visión a la capacidad de interpretar nuestro entorno gracias a los rayos de luz que alcanzan el ojo. También se entiende por visión toda acción de ver. La visión o sentido de la vista es una de las principales capacidades sensoriales de los humanos y de muchos otros animales. El sentido de la vista o visión está asegurado por un órgano receptor, el ojo; una membrana, la retina, estos reciben las impresiones luminosas y las transmite al cerebro por las vías ópticas. El ojo es un órgano par situado en la cavidad orbitaria. Está protegido por los parpados y por la secreción de la glándula lagrimal. Es movilizado por un grupo de músculos extrínsecos comandados por los nervios motores del ojo. Aunque el ojo es denominado a menudo el órgano de la visión, en realidad, el órgano que efectúa el proceso de la visión es el cerebro; la función del ojo es traducir las vibraciones electromagnéticas de la luz en un determinado tipo de impulsos nerviosos que se trasmiten al cerebro. El ojo es un órgano que detecta la luz y es la base del sentido de la vista. Su función consiste básicamente en transformar la energía lumínica en señales eléctricas que son enviadas al cerebro a través del nervio óptico.

 Visión fotópica Es la percepción visual que se produce con niveles de iluminación diurnos (a plena luz del día). Este tipo de visión, hace posible la correcta interpretación del

Sistemas de Iluminación Ing. J. Elliott Morón Monreal

7

Instituto Tecnológico de La Laguna rango de colores por el ojo. Está basada en la respuesta de los conos del ojo, que son mucho menos sensibles y sólo se activan cuando los niveles de iluminación son muy elevados. 

Visión mesópica Es la visión intermedia (situada entre la fotopila y la escotopica) que se da en situación de iluminación, que sin llegar a ser de oscuridad total, no llegan a ser la luz que tenemos en un día a pleno sol. Es el tipo de visión empleada en condiciones de luz artificial, donde actúan los conos y bastones del ojo. La mayoría de espacios nocturnos exteriores y de iluminación de alumbrado público, se encuentran dentro del rango mesapico.



Visión escotópica Es el tipo de percepción visual que se produce con unos niveles de iluminación muy bajos. La agudeza visual es muy baja y la recepción de la luz se realiza principalmente con los bastones de la retina, que son muy sensibles al color azul del espectro (por lo que son completamente nulos para percibir el rojo). Este tipo de visión es monocromática. El siguiente gráfico representa de forma simple las curvas de sensibilidad del ojo humano en las regiones límite: escotópica y fotopica.

Flujo luminoso (Potencia lúminosa) El flujo luminoso que produce una fuente de luz es la cantidad total de luz emitida o radiada, en un segundo, en todas las direcciones. De una forma más precisa, se llama flujo luminoso de una fuente a la energía radiada que recibe el ojo medio humano según su curva de sensibilidad y que transforma en luz durante un segundo. El flujo luminoso se representa por la letra griega ᶲ y su unidad es el lumen (lm). El lumen es el flujo luminoso de la radiación monocromática que se caracteriza por una frecuencia de valor 540 · 1012 Hz. y por un flujo de energía radiante de 1/683 W. Un watt de energía radiante de longitud de onda de 555 nm. en el aire equivale a 683 lm aproximadamente.

Intensidad lúminosa La intensidad luminosa de una fuente de luz es igual al flujo emitido en una dirección por unidad de ángulo sólido en esa dirección. Su símbolo es I, su unidad es la candela (cd), y la fórmula que la expresa: ᶲ

I = ω (lm/sr)

Sistemas de Iluminación Ing. J. Elliott Morón Monreal

8

Instituto Tecnológico de La Laguna La candela se define como la intensidad luminosa de una fuente puntual que emite un flujo luminoso de un lumen en un ángulo sólido de un estereorradián (sr). Según el S.I.*, también se define candela como la intensidad luminosa, en una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de frecuencia 540 · 1012 Hz y cuya intensidad energética en dicha dirección es 1/683 watios por estereorradián.

Iluminancia (E) La iluminancia es un índice representativo de la densidad del flujo luminoso sobre una superficie. Se define como la relación entre el flujo luminoso que incide sobre una superficie y el tamaño de esta superficie. A su vez la iluminancia no se encuentra vinculada a una superficie real, puede ser determinada en cualquier lugar del espacio. La iluminancia se puede deducir de la intensidad luminosa. Al mismo tiempo disminuye la iluminancia con el cuadrado de la distancia de la fuente de luz (ley de la inversa del cuadrado de la distancia). Su unidad es el lux.

E=

ᶲ 𝑆

Luminancia Se llama Luminancia al efecto de luminosidad que produce una superficie en la retina del ojo, tanto si procede de una fuente primaria que produce luz, como si procede de una fuente secundaria o superficie que refleja luz. La luminancia mide brillo de las fuentes luminosas primarias y de las fuentes que constituyen los objetos iluminados. Este término ha sustituido a los conceptos de brillo y densidad de iluminación, aunque como concepto nos interesa recordar que el ojo no ve colores sino brillo, como atributo del color. La percepción de la luz es realmente la percepción de diferencias de luminancias. Se puede decir, por lo tanto, que el ojo ve diferencias de luminancias y no de iluminación (a igual iluminación, diferentes objetos tienen luminancia distinta porque tienen distinto poder de reflexión). La luminancia de una superficie iluminada es el cociente entre la intensidad luminosa de una fuente de luz, en una dirección, y la superficie de la fuente proyectada según dicha dirección. La fórmula que la expresa es la siguiente: L=

I S ∙ cos 𝛽

S ∙ cos 𝛽 = 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 La luminancia es independiente de la distancia de observación.

Sistemas de Iluminación Ing. J. Elliott Morón Monreal

9

Instituto Tecnológico de La Laguna Conclusión Entender y reconocer como actúa la física de la luz; color, sobre los distintos elementos que conforman el espacio y personas. Se estudiaron algunas propiedades y características de la luz. Saber cómo se produce la visión y las necesidades de iluminación en función de la actividad que se desarrolle. Comprendimos los modelos del color y su aplicación a lo largo de nuestras vidas.

Bibliografía 1. 2. 3. 4.

WYSZECKI, Günther & STILES, W. S. Color Science: Concepts and Methods, Quantitative Data and Formulae. Wiley-Interscience, 2000, New York – E.E.U.U. KÜPPERS, Harald. Fundamentos de la teoría de los colores. Editorial Gustavo Gili, 1978, Barcelona – ESPAÑA. Serway and Jewet. Física para ciencias de ingeniería con Física Moderna 7° ed. Vol. 2. Indalux Luminotécnica

5. 6. 7. 8.

https://es.wikipedia.org/wiki/Visi%C3%B3n https://es.wikipedia.org/wiki/Ojo_humano https://es.wikipedia.org/wiki/Luminotecnia http://www.proyectacolor.cl/teoria-de-los-colores/especificacion-delcolor/#sintesis_aditiva 9. http://lumiere-studio.blogspot.mx/2012/12/vision-fotopica-mesopica-yescotopica.html.

Sistemas de Iluminación Ing. J. Elliott Morón Monreal

10