Apunte_Iluminacion1

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Unidad temática Nro 3 
 
Iluminación 
 
Bibliografía: 
 
 Luz, visión, comunicación de la Asociación Argentina de Luminotecnia (AADL) 
 Manual de Alumbrado (Phillips) 
 Manual de Luminotecnia (Westinghouse) 
 
 
¿Que es la luz? 
 
Históricamente siempre estuvo relacionado con lo religioso, con lo místico. 
 
Es la energía radiante capaz de excitar la retina del ojo humano y producir en consecuencia 
una sensación visual. Por lo tanto, para comprender la luz, además del conocimiento de las 
leyes físicas, implica la respuesta del ser humano. 
 
Fuentes naturales o artificiales. 
Natural es el Sol, gigantesco generador de energía radiante basado en reacciones 
termonucleares donde se transforma H en He en forma continua. Temperatura: 6000°C en 
superficie, y 40millones en su interior. 
 
A diferencia del sonido, la energía radiante y por lo tanto la luz no requiere de un medio para 
propagarse y puede viajar a través del vacío. La luz es intangible y solamente cuando 
interactúa con la materia se puede percibir y medir cuantitativamente. 
 
 
Teorías sobre la naturaleza de la luz: 
 
 Teoría electromagnética, propuesta por Maxwell (siglo XIX): 
Los cuerpos luminosos emiten luz en la forma de energía radiante. Esta energía se propaga 
en forma de ondas electromagnéticas. A su vez estas ondas actúan sobre la retina, 
estimulando una respuesta que produce sensación visual. 
 
 Teoría cuántica, es decir formulación moderna de la teoria corpuscular, propuesta por 
Planck (ppios del siglo XX): 
La energía es emitida y absorbida en cantidades discretas (fotones). 
 
 Teoría unificada propuesta por De Broglie y Heisenberg (siglo XX): 
Cada elemento de masa en movimiento tiene asociado una onda cuya longitud está dada 
por la ecuación: 
λ = h / m.v 
donde λ es la longitud de onda asociada al movimiento de onda, h es la constante de Plank 
(6,626 x 10 -34 j.s), m es la masa de la partícula y v es la velocidad de la partícula. 
Es imposible determinar en forma simultánea todas las propiedades que caracterizan una 
onda o corpúsculo 
 
Las teorías electromagnéticas y cuánticas proveen una explicación de aquellas 
características de la energía radiante que son de interés al campo de la ingeniería en 
iluminación; en su naturaleza mas intima, la luz, como una onda o como un fotón, es 
radiación producida por procesos electrónicos que se producen en un cuerpo incandescente 
(ej lámpara incandescente), en una descarga de un gas (ej tubo fluorescente) o en un 
 
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dispositivo de estado sólido (ej lámpara led), cuando al pasar electrones excitados a 
posiciones más estables en sus átomos entregan energía.. 
 
 
Espectro de radiación electromagnético: 
 
Toda forma de energía radiante se transmite en el vacío con la misma velocidad 
(299.793km/s o 3x108m/s), sin embargo, difieren en la longitud de onda (λ) y frecuencia (f). 
 
λ = c / f 
 
La longitud de onda y la velocidad pueden modificarse al propagarse a través de un medio 
material, la frecuencia permanece constante (es independiente del medio, depende de la 
emisión de origen). 
 
Analizando la long de onda es posible hacer un ordenamiento denominado espectro de 
radiación electromagnético. 
 
 
La parte visible del espectro se encuentra entre 2 longitudes de onda que varían ligeramente 
según la fuente bibliográfica consultada, pero se encuentra aproximadamente entre 380 a 
780nm (1 nm = 10-9 m). 
La sensibilidad del ojo a las distintas longitudes de onda de la luz del mediodía soleado, 
suponiendo a todas las radiaciones luminosas de igual energía, se representa mediante una 
curva denominada “curva de sensibilidad del ojo” ó “curva V λ “. 
 
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Visión escotópica visión fotópica 
El ojo tiene su mayor sensibilidad en la longitud de onda de 555 nm que corresponde al color 
amarillo verdoso y la mínima a los colores rojo y violeta. Esta situación es la que se presenta 
a la luz del día ó con buena iluminación y se denomina “visión fotópica” (actúan ambos 
sensores de la retina: los conos, fundamentalmente sensibles al color y los bastoncillos, 
sensibles a la luz). 
En el crepúsculo y la noche, (“visión escotópica”) se produce el denominado Efecto Purkinje, 
que consiste en el desplazamiento de la curva V λ hacia las longitudes de onda más bajas, 
quedando la sensibilidad máxima en la longitud de onda de 507 nm. Esto significa que, 
aunque no hay visión de color (no trabajan los conos), el ojo se hace relativamente muy 
sensible a la energía en el extremo azul del espectro y casi ciego al rojo; es decir que, 
durante el Efecto Purkinje, de dos haces de luz de igual intensidad, uno azul y otro rojo, el 
azul se verá mucho más brillante que el rojo. 
Es de suma importancia el tener en cuenta estos efectos cuando se trabaje con bajas 
iluminancias. 
 
 
Que es Color?: 
 
Dice un científico español, Mariano Aguilar, la luz y el color son primas hermanas y no deben 
ser tratadas por separado. Para los físicos luz y color van de la mano. 
Para la física, las causas del color son diversas, pero todas ellas tienen el mismo origen: 
La existencia de electrones en la materia que responden selectivamente a las diferentes 
longitudes de onda del espectro visible. Es decir que el color tiene su origen en la 
interacción de la luz con la materia. 
Es importante aclarar que la colorimetría no es una técnica exacta ya que dependerá de las 
observaciones subjetivas. 
El color percibido, se refiere a una percepción instantánea y depende de la interacción de 
factores complejos: las características del objeto y la radiación incidente sobre el mismo, los 
alrededores, la dirección de la visión, las características del observador y las condiciones de 
adaptación del observador. 
Existen 2 maneras de representar el color: el atlas del color (sistema Munsell) y el sist 
colorimétrico de la CIE. 
 
 
IRC: 
 
Se dice que un objeto es rojo porque refleja las radiaciones luminosas rojas y absorbe todos 
los demás colores del espectro. Esto es válido si la fuente luminosa produce la suficiente 
 
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cantidad de radiaciones en la zona roja del espectro visible. Por lo tanto, para que una 
fuente de luz sea considerada como de buen “rendimiento de color”, debe emitir todos los 
colores del espectro visible. Si falta uno de ellos, este no podrá ser reflejado. 
Las propiedades de una fuente de luz, a los efectos de la reproducción de los colores, se 
valorizan mediante el “Índice de Reproducción Cromática” (IRC) ó CRI (“Color Rendering 
Index”). 
Este factor se determina comparando el aspecto cromático que presentan los objetos 
iluminados por una fuente dada con el que presentan iluminados por una “luz de referencia”. 
Los espectros de las lámparas incandescentes ó de la luz del día se denominan “continuos” 
por cuanto contienen todas las radiaciones del espectro visible y se los considera óptimos en 
cuanto a la reproducción cromática; se dice que tienen un IRC= 100. En realidad ninguno de 
los dos es perfecto ni tampoco son iguales. (al espectro de la lámpara incandescente le falta 
componente “azul” mientras que a la luz del día la “roja”) 
 
 
Distribución espectral de una Distribución espectral de la 
 lámpara incandescente luz del día normal 
 
Si por el contrario el espectro muestra interrupciones, como por ejemplo el de las lámparas 
de descarga, se dice que es un espectro “discontinuo”, ya que presenta diversas “líneas 
espectrales” propias del material emisor. 
Los gráficos o curvas de distribución espectral permiten al proyectista tener una rápida 
apreciación de las características de una determinada fuente, en cuanto a su aptitud para 
reproducir los colores. 
En base a este criterio se clasifican las fuentes de luz artificial. Se dirá que una lámpara 
tiene un rendimiento cromático óptimo si el IRC está comprendidoentre 85 y 100, bueno si 
está entre 70 y 85 y discreto si lo está entre 50 y 70. 
 
 
Temperatura del Color: 
 
Como se mide el Color de una fuente?: 
El parámetro utilizado para describir el color de una fuente de luz se denomina Temperatura 
del color y se expresa en grados Kelvin. 
Consiste en comparar el color de la fuente con el color del cuerpo negro. 
Cuerpo negro: es aquel cuerpo que absorbe completamente toda la radiación que incide 
sobre el. Los sólidos incandescentes, como el tungsteno utilizado en filamentos de lámparas, 
dan una distribución espectral similar a la del cuerpo negro. 
Como cualquier cuerpo incandescente el cuerpo negro cambia de color a medida que 
aumenta su temperatura, adquiriendo al principio el tono de un rojo, luego naranja, amarillo, 
blanco y finalmente azul. Acero a 750°C(1023°K) rojo, a 1300°C (1573°K) blanco. 
Así el color de la llama de una vela es similar al color que toma el cuerpo negro cuando se lo 
calienta a 1800°K, se dice entonces que esta llama tiene una Temperatura del color de 
1800°K. 
 
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Una lámpara incandescente de 100W tiene un color similar al que tomaría el cuerpo negro 
aproximadamente a 2875°K. Un tubo fluorescente del tipo “luz de día” tiene un color similar 
al que tomaría el cuerpo negro aproximadamente a 6500°K. 
Podemos hacer una clasificación estimada: 
 Fuentes frías (> 5000°K) porque es la sensación que genera. Longitudes de onda más 
cortas (blanco / azulado). Recomendado en ambientes laborales, ya que incentiva a la 
actividad (ej tubo fluorescente luz de día, lámpara led del tipo fría). 
 Fuentes neutras o medias (3000 a 5000°K) 
 Fuentes cálidas (< 3000°K). Genera sensación calida. Longitudes de onda mas largas 
(amarillo / anaranjado). Recomendado en ambientes domiciliarios, ya que genera un 
ambiente confortable, relajado (ej lámparas incandescentes, tubo fluorescente luz 
blanca cálida, lámpara led del tipo calidad). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Magnitudes luminotécnicas o fotométricas: 
 
Según la Asociación Argentina de Luminotecnia (AADL): 
 
Magnitud 
fotométrica 
Definición Unidades 
Flujo luminoso ( F ) 
Cantidad de flujo radiante que 
produce sensación visual 
Lumen ( lm ) 
Intensidad luminosa 
( I ) 
Flujo luminoso emitido en un 
pequeño cono que contiene 
una dirección dada, dividido 
por el ángulo sólido del cono. 
I = dF/dω ( lm/sr ) 
Candela ( cd ) 
Luminancia ( L ) 
Intensidad luminosa de una 
superficie en una dirección 
dada por unidad de área 
proyectada de la superficie 
según se ve desde esa 
dirección. 
L = I/dS´ = dF/dω.dS.cosα 
( cd/m² ) 
Iluminancia ( E ) 
Flujo luminoso sobre una 
determinada área 
E = dF/dS ( lm/m² ) 
Lux ( lx ) 
 
 
Magnitudes de fuentes luminosas: 
 
1. Flujo luminoso (F): Hay muchas formas de definirlo. La más sencilla es: Cantidad de 
flujo radiante que produce sensación visual, se mide en lumen (lm). AADL 
Para otros autores: Es la cantidad de luz emitida por una fuente en la unidad de tiempo. 
Por lo tanto, para estos autores seria una especie de caudal de luz. Según manual de 
Whestinghouse, se puede despreciar al elemento tiempo, por eso se puede considerar 
como una cantidad definida. 
Ahora veamos como se definió al lumen en La Conferencia General de Pesas y Medidas 
de 1979: Un lumen es el flujo luminoso de una radiación monocromática caracterizada 
por una frecuencia de 540x1012 Hz y un flujo radiante de (1/683) W. 
La frec de 540x1012 Hz equivale a una long de onda de 555nm en el aire, y es la 
radiación de máxima eficiencia visual (el ojo humano tiene mayor sensibilidad en esta 
long de onda (espectro en el orden del amarillo verdoso)). Esto quiere decir que una 
energía radiante de 1W proporciona como máximo 683lm, que se alcanza cuando se 
utiliza una radiación monocromática de 555nm. 
Desde este punto de vista podemos definir al flujo luminoso como una potencia (potencia 
luminosa). 
Uno de los principales parámetros a la hora de definir una fuente luminosa es su 
eficiencia, que se mide lm/W (flujo luminoso/potencia), y ya sabemos que jamás puede 
superar el número 683. Por supuesto, este es el valor ideal. Las eficiencias reales de las 
 
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lámparas, están muy por debajo de este valor. No toda la energía eléctrica se transforma 
en luz, una gran parte se transforma en calor, y otra en radiación no visible. 
 
2. Intensidad luminosa (I): Flujo luminoso emitido en un pequeño cono que contiene una 
dirección dada, dividido por el ángulo sólido del cono. Se mide en candela (cd). AADL 
 
I = dF/dω ( lm/sr) Ang sólido del cono se mide en estereorradián. 
 
 Fuente luminosa 
 
 dF α 180 
 
 dω 270 90 
 
 dS’ 0° 
 α vista en planta de una fuente (ej luminaria p/ tubos) 
 dS 
 
Concepto muy importante: I depende de la dirección. Es así como en los datos 
fotométricos de una lámpara o de una luminaria (soporte físico para la lámpara) 
encontramos uno de los datos fotométricos más importantes, que son las curvas de 
distribución luminosa. 
 
 
 
 
 
 
 α 
 
 
 
 
Esta curva expresa como distribuye la iluminación una fuente luminosa, es decir que 
intensidad luminosa (I) voy a tener en cada dirección (α). Cada curva es valida para 
un plano en particular. Plano transversal 0-180 (si hay una sola curva es esta). Plano 
90-270. 
 
 
 
3. Luminancia (L) es un parámetro válido tanto para la fuente luminosa como para el objeto 
iluminado. 
 
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Intensidad luminosa de una superficie (puede ser la fuente o superficie emisora, o la 
reflejada por la superficie receptora, es decir el objeto iluminado) en una dirección dada 
por unidad de área proyectada de la superficie según se ve desde esa dirección. 
L = I/dS´ = dF/dω.dS.cosα 
Se mide con un instrumento llamado luminacímetro. 
Es un parámetro importante, porque esta relacionado con la sensación visual de claridad 
o brillo que aprecia el ojo. En definitiva, está relacionado con la luz que llega al ojo, y por 
lo tanto esta también relacionado, con el deslumbramiento o encandilamiento. 
 
Deslumbramiento: 
Se produce deslumbramiento cuando en nuestro campo visual existen superficies muy 
brillantes (de alta luminancia) en comparación con la luminancia gral. 
 
 
El deslumbramiento podrá ser directo cuando es el resultado de una luminancia 
proveniente de una ventana o luminaria. Si la L es muy alta, produce directamente 
encandilamiento. Pero también se puede provocar disconfort y fatiga visual, como 
consecuencia del continuo ajuste de las pupilas a 2 niveles de iluminación muy 
diferentes. 
En el siguiente esquema vemos como calcular la luminancia percibida al levantar la 
mirada y observar los tubos fluorescentes en el aula. 
 
 A L= I(δ)/A’ = I(δ)/A.cosδ 
 δ 
 A’ 
 δ I(δ) 
 Observ 
 
La intensidad (I) se obtiene de la curva de distribución luminosa de la luminaria en 
función de la dirección (δ) según la posición del observador, y A es la superficie 
proyectada de la luminaria según la percibe el observador de acuerdo al mismo ángulo 
(δ)El apantallamiento que tienen los tubos del aula, ya que se encuentran embutidos en la 
luminaria, constituye un elemento de protección contra el deslumbramiento en el sentido 
transversal de la observación. Las rejillas o louvers, son elementos de protección contra 
el deslumbramiento en el sentido longitudinal de la observación. 
 
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El deslumbramiento también puede ser indirecto o reflejado, es la luminancia reflejada 
por superficies brillantes. 
 
Las relaciones de luminancia admisibles se encuentran en la norma IRAM AADL j 20-04. 
Ej entre el objeto sobre el cual se trabaja y su fondo inmediato 3 a 1 max. 
 
Magnitudes del objeto iluminado 
 
4. ILuminancia o nivel de iluminación. 
Flujo luminoso sobre una determinada área. Se mide en lux (lx) 
E = dF/dS ( lm/m² ) 
Este parámetro no se calcula sino que es un valor recomendado por textos o normas en 
función de la actividad a desarrollar y es un parámetro base para el cálculo. Ver tablas de 
niveles de Iluminación de IRAM AADL j 20 06, o bibliografía similar. 
Así para trabajos de oficina o aula educacional, se recomiendan iluminancias de 300 a 
750 lx. Se mide con un aparato denominado luxómetro. Es el aparato utilizado por el 
responsable de Seguridad e Higiene en los distintos establecimientos, para controlar los 
niveles de luz en los puestos de trabajo. En este caso, controla que los valores de 
iluminacia estén por encima de los mínimos recomendados por la ley de Seg e Hig 19587 
(Dec351/79). 
Otros ej: Trabajos de ajuste requerirán 3000 lx. Camilla de cirugía > a 5000. Alumbrado 
público: 10 (calle) a 50 (autopista). 
Ej luz natural: Sol de verano a la intemperie sobre la calle 100.000lx, noche de luna llena: 
0,25, estrellas: 0,01. El ojo humano es capaz de adaptarse a estos diferentes niveles 
extremos. 
Un lux es la iluminacia o nivel de iluminación en un punto sobre una superficie que dista, 
en dirección perpendicular, un metro de una fuente puntual uniforme de una candela 
Quizás hayan jugado alguna vez a iluminar con una linterna objetos situados a diferentes 
distancias. Si se pone la mano delante de la linterna podemos ver esta fuertemente 
iluminada por un círculo pequeño y si se ilumina una pared lejana el circulo es grande y 
la luz débil. Esta sencilla experiencia recoge muy bien el concepto de iluminacia. El flujo 
que emite la linterna (fuente) es siempre el mismo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Leyes Fundamentales 
 
Ley de la inversa de los cuadrados 
 
“El nivel de iluminación es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia existente 
entre la fuente de luz y la superficie iluminada” 
El nivel de iluminación (E) en un punto ubicado sobre una superficie perpendicular a una 
fuente puntual y a una distancia D es igual a: I/D2 (ej I:36cd) 
 
 
 
Esta ley es válida únicamente tratándose de fuentes puntuales, superficies perpendiculares 
a la dirección del flujo, y cuando la distancia es grande en relación al tamaño de la fuente 
(por lo menos 5 veces la dimensión máxima de la luminaria) 
 
Para fuentes lineales: E = I / D (ej: fila continua de lámparas fluorescentes) 
 
Para fuentes superficiales: E prácticamente no cambia con la distancia (ej: cielorraso 
luminoso) 
 
 
Ley del coseno del ángulo 
 
“El nivel de iluminación es proporcional al cos del ángulo de incidencia” (Este ángulo es el 
formado por la dirección del rayo incidente y la normal a la superficie en el punto de 
incidencia) 
 
Para superficies horizontales: Ep = I(α).cosα = I(α).cos
3α 
 D2 H2 
Principio del met punto por punto 
Para superficies verticales, será: Ep = I(α).senα = I(α).senα.cos
2α 
 D2 H2 
 
Concepto: Si quisiéramos determinar el nivel de iluminación en un punto p, por ejemplo un 
punto sobre la mesa en un pupitre del aula (plano de trabajo). Debería aplicar la fórmula Ep = 
H 
α 
α D 
P 
fuente 
 
 
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I(α).cosα / D2 , para cada luminaria del aula, y luego sumar los Ep de cada luminaria sobre 
ese punto. 
Si hago esto con cada punto del aula, tendré el nivel de iluminación de todo el sistema. Esto 
que hicimos, es la base de cálculo del método punto por punto (método muy preciso). Por 
supuesto, sería imposible utilizarlo de manera eficiente sin la ayuda de un ordenador. 
Existen métodos de aplicación manual válidos y mucho más sencillos, como el método de 
las cavidades. 
 
 
 
 
 
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Con los métodos directos, toda la iluminación se emite hacia el plano de trabajo, obtengo 
entonces mayor eficiencia energética. Con los métodos indirectos la iluminación se emite 
hacia el techo y llega al plano de trabajo por múltiples reflexiones techo/pared, buscando una 
mayor uniformidad de la iluminación, disminuir efectos de deslumbramiento, o tan solo por 
motivos estéticos. 
 
 
Sistemas de iluminación 
 
En función de la disposición de las luminarias: 
 General: Uniforme 
 Localizada: Reemplaza a la general. Puestos fijos de trabajo, mayor iluminancia 
sobre ellos y menor en el resto de las zonas. Concentro luminarias en puestos de 
trabajo. 
 Local: Complemento de la general. Tengo una iluminación general uniforme y agrego 
luminarias en algún puesto en particular. Ej, matricería (en banco de ajuste agrego 
otra luminaria) 
 
 
Uniformidad 
 
Es la relación entre los niveles de iluminación (iluminancias) mínimos y máximos, que 
podemos encontrar sobre el plano de trabajo. En general se recomienda para iluminación 
interior: Emin/Emax ≥ 0,3 a 0,5. Como en los locales, la cantidad de luminarias que tenemos 
para iluminación interna suele ser importante, es habitual cumplir con esta condición. En 
iluminación externa donde los niveles de iluminación exigidos son mucho menores y por 
ende los cálculos arrojan luminarias mucho mas espaciadas, esta verificación es 
fundamental, como lo veremos más adelante. 
 
 
Selección del tipo de lámpara: 
 
1. Eficiencia luminosa: Flujo luminoso (lux) / potencia consumida (W) 
2. Vida útil: Es aquella en la cual el 80% de las lámparas funcionan con el 80% del flujo 
inicial. No es hasta que se quema. El flujo luminoso que emite la lámpara decae con el 
tiempo. 
3. Color de la fuente (Temperatura del color) 
4. Reproducción cromática. Como reproduce los colores. 
5. Altura de montaje. Hasta 4 m conviene tubos fluorescentes (hoy ya tenemos reemplazos 
led de igual eficiencia o mayor) que son las lámparas mas eficientes con buenas 
características generales. Por encima, se usan las típicas campanas industriales con 
lámparas de vapor de mercurio de alta presión, vapor de sodio de alta presión, 
halogenuros metálicos, o sistemas de luminarias especiales led. 
6. Costo inicial (circuito auxiliar). 
7. Tiempo de encendido 
 
 
Tipo de luminaria: 
 
Como comentamos la luminaria es el soporte físico que sostiene y contiene a la lámpara. 
Además puede alojar al equipo auxiliar necesario para el correcto funcionamiento de la 
lámpara. 
 
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Puede o no proteger físicamente a la lámpara. La puede proteger contra accidentes, 
ingresos de cuerpos extraños, incluso de agua. 
Puede montarse: embutida, amurada o suspendida. 
Como dijimos modifica la distribución del flujo luminoso, pudiéndola variar desde difusa 
hasta concentrarla en un haz emitido en una dirección definida (proyector/reflector). De 
hecho las curvas de distribución luminosa, mas allá de la influencia cierta de las lámparas, 
dependen principalmente de las luminarias.