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FUNDAMENTOS DE LUMINOTECNIA Y LUMINOTECNIA

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Diego Fc

on 11 April 2014

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FUNDAMENTOS DE LUMINOTECNIA Y FUENTES LUMINOSAS
Conceptos básicos
Es necesario estudiar los conceptos básicos de la luminotecnia para conocer y entender los fenómenos que trata y aplicarlos en los elementos de alumbrado que iremos estudiando.

El hombre ha empleado diversos métodos para iluminarse: hogueras, antorchas, lámparas de aceite, lámparas de carburo, velas de cera, etcétera. Cuando, en 1879, Thomas Alva Edison inventa la lámpara eléctrica, se superaron todas las formas de alumbrado artificial existentes hasta la fecha. En la actualidad, las lámparas han evolucionado tanto que existe un diseño para cada tipo de aplicación.
Magnitudes Fundamentales

Para que exista iluminación, es preciso contar con una fuente productora de luz, un objeto que iluminar y un observador. Será necesario conocer y definir las magnitudes siguientes:

Flujo luminoso.
Rendimiento luminoso.
Intensidad luminosa.
Nivel de iluminación o iluminancia.
Luminancia.

THOMAS ALVA EDISON
NIKOLA TESLA
GEORG SIMON OHM
GRUPO 6
FUNDAMENTOS DE LUMINOTECNIA
¿Qué es la luminotecnia?
La luminotecnia es la ciencia que estudia las distintas formas de producción de luz, así como su control y aplicación, es decir, es el arte de la iluminación con luz artificial para fines específicos.
La luz
Para la selección del tipo de lámparas a emplear, es necesario tener en cuenta las siguientes características:
Irradiación por efecto térmico
LAMPARAS DE INCANDESCENCIA
OTRAS DEFINICIONES QUE DEBEMOS TENER EN CUENTA
Experimentación
La luz blanca se produce cuando todas las longitudes de onda del espectro visible están presentes en proporciones e intensidades iguales.
FUENTES LUMINOSAS
Las fuentes luminosas se pueden clasificar en dos grandes categorías :
NATURALES
ARTIFICIALES

Se define como luz la parte del espectro que el ojo humano es capaz de percibir, ya que produce sensaciones visuales cuando incide sobre la retina del ojo.
Disco de Newton
Sabias que...
El ojo humano es sensible a este pequeño rango del espectro radioeléctrico. Las ondas que tienen menor frecuencia que la luz (por ejemplo la radio), tienen mayor longitud de onda, y rodean los objetos sin interaccionar con ellos. Esto permite tener cobertura en el teléfono móvil aún dentro de una casa
Por otra parte, la iluminación es la más antigua y más difusa de las aplicaciones de la electricidad. Actualmente, parece difícil concebir la vida sin la luz eléctrica. La luz eléctrica es la más cómoda, limpia, segura o higiénica de los otros tipos de luz artificial; sin embargo, requiere de una correcta utilización en forma eficiente y económica
Problema
El problema del alumbrado o de iluminación interior a exterior, es obtener una buena iluminación con un menor consumo de energía eléctrica.
Conozcamos un poco de historia ...
MAGNITUDES FUNDAMENTALES
Flujo luminoso (lumen)
Es la cantidad total de luz radiada o emitida por una fuente luminosa en todas las direcciones durante un segundo. Se representa por la letra griega fi (Φ). Su unidad es el lumen (Lm). El flujo luminoso también puede definirse como potencia luminosa.
Rendimiento luminoso (lumen/vatio)
Cuando encendemos una lámpara, no toda la energía transformada es aprovechada para la producción de luz visible, ya que gran parte se pierde en calor y en radiaciones no visibles. Si partimos de la base de que la lámpara está consumiendo una energía para producir un flujo luminoso: Se denominará rendimiento o eficacia luminosa al flujo que emite una fuente luminosa (una lámpara en el caso que nos ocupa) por cada unidad de potencia eléctrica consumida para su obtención.
Intensidad luminosa (candela)
La intensidad luminosa es la cantidad de luz emitida o radiada por una fuente luminosa durante un segundo, en una dirección dada y para un ángulo sólido de valor un estereorradián (Sr)
Se representa por la letra I. Su unidad es la candela (Cd). Un ángulo sólido se define por el volumen formado por la superficie lateral de un cono cuyo vértice coincide con el centro de una esfera de radio r y cuya base se encuentra situada sobre la superficie de la esfera.
Si el radio r vale 1 m y la superficie S de la base del cono es de 1 m2, el ángulo sólido vale un estereorradián (1 Sr).
La intensidad luminosa de una fuente se calcula mediante la expresión:
I=Φ/ω en unidades de magnitud: 1Cd=1Lm/1Sr
Siendo:
I - Intensidad luminosa en la dirección considerada, en Cd
Φ - Flujo luminoso dentro del ángulo sólido, en Lm
ω - Valor del ángulo sólido, en Sr

Nivel de iluminación o iluminancia (lux)
El nivel de iluminación es la cantidad de luz que incide sobre la unidad de superficie.
Se representa por la letra E. Su unidad es el lux (lx), que equivale a la iluminación de una superficie de 1 m2 cuando incide sobre ella un flujo luminoso, uniformemente repartido, de 1 Lm. El luxómetro es el aparato que usamos para medir el nivel de iluminación, que se calcula mediante la expresión:
E=Φ/S en unidades de magnitud: 1lx=1Lm/(1m^2 )
Siendo:
E - Nivel medio de iluminación, en lx
Φ - Flujo luminoso, en Lm
S - Superficie a iluminar, en m2

Ley inversa del cuadrado de la distancia
Cuando tenemos una superficie perpendicular a la dirección del haz luminoso producido por una fuente luminosa, se demuestra la siguiente ley:
El nivel de iluminación de la superficie es menor según se aleja del foco luminoso, de forma que el nivel de iluminación en dicha superficie es directamente proporcional a la intensidad luminosa del foco e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que lo separa de este.
Se puede comprobar mediante la expresión: E_p=l_p/d^2
Siendo:
Ep - Nivel de iluminación en el punto P, en lx
Ip - Intensidad luminosa en la dirección de la fuente al punto P, en Cd
D - Distancia entre la fuente y el punto P, en m
En la siguiente figura 8.3 podemos apreciar lo expuesto, considerando que la fuente produce una intensidad luminosa de 72 Cd en dirección al punto P.

Luminancia (Cd/m2)
Es la magnitud que mide el brillo de los objetos iluminados o fuentes de luz, tal como son observados por el ojo humano. En realidad se trata de la verdadera medida de la sensación de iluminación de un objeto. Si tenemos dos objetos igualmente iluminados, veremos con mayor claridad el que mayor luminancia tenga.
La luminancia es la intensidad luminosa por unidad de superficie aparente de una fuente de luz primaria o secundaria (la que emite luz o la que la refleja).
Se representa por la letra L.Su unidad es la candela/m2 (Cd/m2) y un submúltiplo, la candela/cm2 (Cd/cm2). La luminancia viene dada por la expresión:
L=I/(S*cos⁡β )
Siendo:
L - Luminancia, en Cd/m2
I - Intensidad luminosa, en Cd
S - Superficie real iluminada, en m2
Β - Ángulo que forma el plano normal iluminado, con la proyección visual del observador
En la siguiente tabla podemos ver los niveles de luminancia de algunas fuentes luminosas.

El rendimiento se representa por la letra griega eta (η)
y su unidad es el lumen/vatio (Lm/W). La expresión del rendimiento luminoso viene dado por la fórmula:
η=Φ/P
Siendo:
η - Rendimiento luminoso en Lm/W
Φ - Flujo luminoso en lúmenes
P - Potencia eléctrica de lámpara en vatios

Indice de reproducción cromática Ra.
Se define como la capacidad de una fuente de luz para reproducir determinados colores, en comparación con una fuente de luz de referencia de espectro cromático predeterminado.
Rendimiento de una fuente de luz.
Se define como el flujo luminoso obtenido en condiciones estandarizadas reguladas por los organismos normalizadores, tales como las prescritas en la norma DIN 5.035.
Vida media.
Se define como vida media de una fuente de luz al tiempo medio de duración bajo el cual se pierden las características válidas para el proceso a que se destinó, o bien por prescripción de sus especificaciones de seguridad (50% de bajas).
Vida útil.
En términos de rentabilidad, se define como un tiempo de funcionamiento tal, que el flujo luminoso sea igual o mejor que el 80% del valor inicial que poseía la fuente.
Temperatura de color K.
La temperatura de color de una fuente de luz, se define como la relación existente entre el color de dicha luz y la temperatura del “cuerpo negro” obtenida.
Su unidad de medida es el grado Kelvin (ºK).

Color de la luz.
Se define como el rango de temperatura de color en el que queda comprendida una determinada tonalidad de la luz.
Pese a que en función de diferentes composiciones espectrales, temperaturas de color idénticas pueden reproducir colores diferentes, generalmente la escala de colores queda delimitada por los siguientes rangos de temperatura Kelvin:
Blanco cálido: inferior a 3.300 ºK
Blanco normal: entre 3.300 y 5.300ºK
Luz día: entre 5.300 y 6.500 ºK
Luz zenital norte: entre 6.500 y 7.000 ºK.

FUENTES LUMINOSAS ARTIFICIALES
(ELECTRICIDAD)
Se dividen en:
1. Irradiación por efecto térmico.
2. Descarga eléctrica en el gas o en los metales al estado de vapor.
Dentro del primer grupo se encuentran las lámparas de incandescencia, y en el segundo grupo tenemos las lámparas fluorescentes, las lámparas de vapor de mercurio, de sodio, de neón, etc.

Potencia nominal
Eficiencia luminosa y decaimiento del flujo lumínico
Gama cromática
Temperatura de los colores
Dimensiones
LA EVOLUCIÓN DE LA ILUMINACIÓN
Su funcionamiento es el más simple de las lámparas eléctricas al circular corriente eléctrica sobre su filamento este levanta una alta temperatura hasta emitir radiaciones visibles para el ojo humano. Para que este filamento no se queme se encierra en un pequeña ampolla de vidrio en la que se practica el vació o se introduce un gas inerte como ser argón, criptón, azoe , etc.
Descarga eléctrica en el gas o en los metales al estado de vapor.
LAMPARAS DE DESCARGA
LAMPARAS FLUORESCENTES
LAMPARAS DE DESCARGA
Se clasifican según el gas utilizado o a la presión que este se encuentra, es decir, alta o baja presión, exceptuando a las lámparas fluorescentes que perteneciendo al grupo de lámparas de descarga su nombre se debe a que la cara interna del tubo de descarga esta revestida de una sutil capa de polvos fluorescente.
LAMPARAS FLUORESCENTES
Las lámparas fluorescentes tubulares es en realidad una lámpara de descarga de vapor de mercurio de baja presión, en la cual la luz se produce mediante el empleo de polvos fluorescentes que son activados por la energía ultravioleta de la descarga; la cantidad y el color de la luz emitida depende del tipo de cubierta de fósforo aplicada al interior de la lámpara.
MAGALI SILVA
ADRIAN RODRIGUEZ
JORGE OCAMPO
CARLOS FUENTES
DIEGO FREIRE
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