3.5 Fixed Effects Results
3.5.3 Robustness Analysis
Es la parte de la óptica qua tiene por objeto medir la luminosidad o intensidad de una fuente luminosa y las iluminaciones de las superficies. Existen cuatro unidades fotométricas básicas que los profesionales en iluminación utilizan para medir cuantitativamente la luz: Flujo luminoso (ϕ), Intensidad luminosa (I), Iluminancia (E), luminancia (L)
23 Flujo Luminoso (ϕ)
El flujo luminoso describe toda la potencia de luz dada de una fuente luminosa. Fundamentalmente, se podría registrar esta potencia de radiación como energía dada en la unidad vatio (W). No obstante, el efecto óptico de una fuente luminosa no se describe acertadamente de este modo, ya que la radiación se registra sin distinción por todo el margen de frecuencias y por ello no se tiene en cuenta la diferente sensibilidad espectral del ojo. Mediante la inclusión de la sensibilidad espectral ocular resulta la medida lumen (lm).
Un flujo radiante dado dentro del valor máximo de la sensibilidad espectral ocular (fotópica, 555 nm) de 1 W produce un flujo luminoso de 683 lúmenes. Por el contrario, el mismo flujo radiante en márgenes de frecuencia de menor sensibilidad, produce, según la curva sensibilidad relativa, mostrada líneas abajo, menos lúmenes.
Imagen 14. Sensibilidad relativa a la luz de conos V y bastoncillos V’ en función de la longitud de onda λ.
Fuente: Handbook ERCO, Como planificar con Luz, Rϋdiger Ganslandt y Harald Hofmann, 30/03/17.
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En otras palabras, el flujo luminoso es la potencia emitida en forma de radiación luminosa a la que el ojo humano es sensible. Expresa la cantidad total de luz irradiada por segundo, por una fuente de luz. La unidad de flujo luminoso es el lumen (lm).
Tabla 4. Valores de lúmenes, potencia y eficacia luminosa.
Tipo de lámpara Potencia Watts.
Nominal Lúmenes Eficacia Lumínica, nominal Lum/Watts Incandescente 100 1330 13,3 Fluorescente 58,5 5420 90
Sodio Alta Presion 250 33000 127
Halogenuro metálico 400 32000 80
LED 18 2340 130
Fuente: Propia (fabricantes Phillips y GE), 21-04-2018
Imagen 15. Flujo Luminoso e Intensidad.
Fuente:http://www.ilumec.com/resources/28%20philips%20capacitacion%20en
25 Intensidad luminosa (I)
La unidad de la intensidad luminosa es la candela (cd). La intensidad luminosa es el flujo luminoso emitido o radiado en una dirección dada por una fuente de luz durante una unidad de tiempo para un ángulo sólido de valor un estereorradián.
Ejemplos (centro del rayo):
Lámpara de bicicleta de 5W sin reflector: 2,5 cd Lámpara de bicicleta de 5W con reflector: 250 cd Lámpara reflectora incandescente de 120W: 10.000 cd Faro: 2.000.000 cd
Fuente: Ilumec, Philips, 2018.
La distribución luminosa de la intensidad varía en función de los distintos tipos de ampollas, casquillos, etc. y con el uso de luminarias se podrá dirigir la intensidad en la dirección que más convenga.
Con la ayuda de un fotogoniómetro, en un laboratorio, se calcula la intensidad de la fuente en todas direcciones del espacio. Como resultado, la intensidad queda definida por un conjunto de vectores (I) si se unen todos los extremos de los vectores generan un sólido llamado sólido fotométrico.
Imagen 16. Intensidad Luminosa.
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Imagen 17. Sólido Fotométrico.
Fuente: http://grlum.dpe.upc.edu/manual/fundamentos Iluminacion- magnitudesLuminosas.php#Iluminancia, 30/04/17
Si se corta el sólido fotométrico con un plano que pase por el eje de simetría, se obtiene la curva fotométrica de la fuente de luz que representa la intensidad luminosa de la fuente de luz para cualquier dirección. En la Imagen 20 se muestra un ejemplo de curva fotométrica.
Como se verá en el siguiente capítulo la fotometría se ayuda de las curvas fotométricas o tablas para conocer la forma y dirección de luz que emite la lámpara.
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Imagen 18. Intensidad Luminosa
Fuente: http://grlum.dpe.upc.edu/manual/fundamentos Iluminacion- magnitudesLuminosas.php#Iluminancia, 30/04/17
Teniendo en cuenta la fórmula:
Donde:
I = Intensidad luminosa en Candela ω= ángulo sólido en estereorradian ϕ = Flujo luminoso en lumen
Si una lámpara tiene una fuente de luz de 1 lumen y la óptica de la lámpara se configura para enfocar toda la luz de manera uniforme en un estereorradián, el haz tendría una intensidad luminosa de 1 candela. Si se cambia la óptica para concentrar el haz en medio estereorradián entonces la fuente tendría una intensidad luminosa de 2 candelas, es decir, el haz resultante es más estrecho y más brillante, sin embargo, el flujo luminoso sigue siendo el mismo.
28 Medición del flujo luminoso
El flujo luminoso usualmente es medido en laboratorios utilizando un instrumento conocido como la “Esfera Ulbricht”. Se caracteriza por ser una esfera hueca cuyo interior es pintado de blanco mate para hacerla perfectamente difusa. La fuente de luz es localizada en el centro de la esfera. De esta manera, la iluminancia al interior de la esfera es proporcional al flujo luminoso. Una pequeña ventana en su interior permite medir esta iluminancia.
Iluminancia (E)
Iluminancia o Nivel de iluminación, Flujo lumínico que incide sobre una superficie. La unidad de medida de la iluminancia en el S.I. es el lux (lx) y se define como la iluminación que produce un lumen que incide sobre una superficie de un metro cuadrado. Se mide con un instrumento llamado luxómetro.
Donde:
E = Iluminancia en Lux S= área en m2
ϕ = Flujo luminoso en lumen Imagen 19. Iluminancia (E).
Fuente: http://grlum.dpe.upc.edu/manual/fundamentosIluminacion- magnitudesLuminosas.php#Iluminancia, 30/04/17
29 Ejemplos:
Al medio día, bajo un cielo descubierto en un día de verano, (en el Ecuador): 100.000 lux
Bajo un cielo muy nublado: 5.000 lux
Luz artificial, en una oficina bien iluminada: 800 lux Luna llena, en una noche despejada: 0.25 lux
Fuente: Ilumec, Philips, 2018.
Medición de iluminancia
Para medir la iluminancia se usa fotómetros que utilizan técnicas eléctricas para medir la corriente o el voltaje generado cuando la luz cae en una celda sensible a la luz (fotoemisora, fotovoltaica o fotoconductora).
Imagen 20. Medición de Flujo Luminoso e Iluminancia.
Esfera Ulbricht, mide flujo luminoso (lúmenes)
Fotómetro, mide iluminancia (lux) Fuente: http://www.ilumec.com/resources/28%20philips%20capacitacion%20
en%20fundamentos%20de%20iluminacion.pdf, 16/02/17. Luminancia (L)
La luminancia es la Intensidad luminosa por unidad de superficie aparente de una fuente de luz primaria o secundaria (reflejada).
Siendo la superficie aparente la proyección de la superficie para que sea perpendicular al haz de luz.
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La unidad de medida de la luminancia es la cd/m2, también conocida como NIT (nt) y se representa con la letra L. El instrumento que mide la luminancia es luminancímetro.
Imagen 21. Luminancia
Fuente: http://www.ilumec.com/resources/28%20philips% 20capacitacion%20en%20 β fundamentos%20de%20 iluminacion.pdf, 01/05/17.
La luminancia es la magnitud que el ojo puede detectar, mide el brillo de las fuentes de luz o de los objetos tal como los ve el ojo humano. A mayor luminancia mayor es la sensación de claridad. Pero se debe vigilar porque una luminancia muy elevada puede producir deslumbramiento no deseado. .
Para diseño de proyectos de alumbrado exterior existen los criterios de calidad que se basan en los parámetros, líneas abajo, que sirven para conocer si la instalación cumple con los requisitos establecidos.
L = Iluminancia en Cd/m2 S= área en m2
31 Ejemplos:
Calle bien iluminada: 2 cd/m2
Papel blanco iluminado con 400 lux: 100 cd/m2
Papel blanco iluminado con 1000 lux: 250 cd/m2
Papel negro iluminado con 400 lux: 15 cd/m2
Luminancia ideal para las paredes de oficina: 50 a 100 cd/m2
Luminancia ideal para el cielorraso de oficinas: 100 a 300 cd/m2
Máxima luminancia admitida para pantallas de video: 200 cd/m2 Fuente: Ilumec, Philips, 2018.
Uniformidad
La uniformidad hace referencia a la iluminancia proporcionada sobre la superficie de referencia, generalmente la iluminancia no será uniforme, pero es una magnitud importante para el confort y la visión.
La iluminancia media proporcionada por cualquier tipo de instalación irá disminuyendo con el tiempo debido a la depreciación luminosa que sufren las lámparas y la suciedad que acumulan tanto lámparas como luminarias con el tiempo. Por lo tanto, es imposible considerar una uniformidad en el tiempo.
La Uniformidad de la iluminación, según Proyecto de Reglamento de condiciones de iluminación en Ambientes de Trabajo del Ministerio de Salud del Perú. La distribución de la iluminación en los ambientes se evalúa con el factor de uniformidad (fu), relación de iluminación mínima sobre iluminación media; de 0.7 a1.00 es uniforme, de 0.5 a 0.69 es regular y menor de 0.49 es deficiente. La uniformidad no debe ser menor de 0.50
Deslumbramiento
El deslumbramiento es, desde el punto de vista físico, una pérdida o disminución de la capacidad visual debido al exceso de luminancia del objeto que se observa o incide sobre el ojo.
El deslumbramiento se produce cuando la elevada intensidad de la luz penetra en el ojo y las células de la retina no son capaces de generarse, a la
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velocidad suficiente como para producir los pigmentos necesarios. Esto implica que se impide el paso de impulso al nervio óptico por lo que no se transmite nada al cerebro.
Existen dos tipos de deslumbramiento:
Deslumbramiento molesto; produce fatiga
Deslumbramiento perturbador; incapacita por un instante la visión
En cuanto a la forma de producirse pueden ser: Directo; proviene de las lámparas, luminarias, etc.
Reflejado o indirecto; producido por reflectancias elevadas de las superficies de alrededor.
Imagen 22. Ejemplo de deslumbramiento
Fuente: http://www.ilumec.com/resources/28%20philips%20capacitacion% 20en%20fundamentos%20de%20iluminacion.pdf, 01/05/17.
33 Adaptación
La adaptación es el mecanismo por medio del cual el ojo cambia su sensibilidad a la luz. Esta adaptación se realiza de tres formas: ajuste del iris para alterar el tamaño de la pupila, ajuste de la sensibilidad de las terminaciones nerviosas de la retina y ajuste de la composición química de los pigmentos fotosensibles en los conos y en los bastones.
La adaptación de la oscuridad a la luz toma menos de un minuto, pero la adaptación de la luz a la oscuridad toma entre 10 y 30 minutos.
Contraste
El contraste expresa la diferencia de luminancia entre dos áreas cercanas. El contraste toma dos formas que por lo general ocurren de forma simultánea: contraste de color y contraste de luminancia. El contraste de luminancia usualmente se expresa en términos de contraste medio, el cual se determina como la proporción entre la luminancia mayor y la luminancia menor en un área. La habilidad del ojo para detectar el contraste de luminancia depende del estado de adaptación del mismo, lo cual está gobernado por la luminancia general de la escena. Por ejemplo, cuando se tiene una superficie blanca contra un fondo negro ésta se verá más blanca. En un túnel que puede no ser tan oscuro, podría verse de esa manera si afuera el día es soleado. La causa de estos efectos de contraste recae en la habilidad del ojo para adaptarse simultáneamente a luminancias muy diferentes. Por esta razón las entradas y las salidas comúnmente tienen iluminación especial para prevenir las transiciones abruptas de contraste.
El contraste entre la luminancia de la fuente de luz y la de sus alrededores. A mayor contraste de luminancia, mayor deslumbramiento. Las máximas relaciones de luminancia admisibles en el campo visual del observador, al objeto de evitar el deslumbramiento, se dan en la siguiente tabla:
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Tabla 5. Valores de contraste admisible.
Objetos Máxima relación de luminancia
admisible Tarea Visual y superficie de trabajo 3:1 Tarea visual y Espacio circundante 10:1 Fuente de Luz y Fondo 20:1
Campo Visual 4:1
Fuente: Fraga Iluminación. 23-11-2018.