LA ILUMINACIONLUMINANCIA (ILUMINACIN)El concepto de iluminacin est orientado al proyecto luminotcnico. En efecto, se puede evaluar la cantidad de luz que emitida desde una fuente de luz, est presente sobre una superficie. Por tanto, la iluminancia o iluminacin es la cantidad de flujo que incide sobre una superficie dividido por el tamao de la misma (1). As:Donde E: iluminancia en lux (lx)N: flujo que incide sobre la superficie (lm)A: rea de la superficie afectada por el flujo (m2).LEYES FUNDAMENTALES DE LA LUMINOTECNIA1. LEY DE LA INVERSA DEL CUADRADO DE LA DISTANCIAExpresa matemticamente la relacin entre la intensidad luminosa y la iluminancia. Establece que la iluminancia en un punto de una superficie es directamente proporcional a la intensidad luminosa de la luz incidente sobre el punto, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia desde la fuente. Cuando el punto se encuentra sobre una superficie normal a la luz incidente, la frmula a aplicar es:

Esta Ley se basa en el concepto de fuente puntual, que produce radiacin constante en todas direcciones. Bajo tales condiciones, el flujo contenido en un ngulo slido unitario se distribuye sobre una superficie cada vez mayor a medida que aumenta la distancia a la fuente). Por tanto, la iluminancia decrece inversamente con el cuadrado de la distancia. (1)

2. LEY DEL COSENOCuando un haz luminoso incide sobre una superficie con un determinado ngulo, cubre un rea mayor que cuando lo hace perpendicularmente. Como consecuencia, la densidad del flujo (lmenes por metro cuadrado) disminuye. El rea interceptada por el haz luminoso resulta ser proporcional al coseno del ngulo entre el plano inclinado y el normal a la radiacin. (1)

La Ley del Coseno establece que la iluminancia en una superficie es proporcional al coseno del ngulo del haz incidente. Combinando ambas leyes, la frmula anterior se convierte en:

3. LEY DEL COSENO CUBOSe trata de una extensin de la Ley del Coseno, muy utilizada en clculos. Se deriva de la ecuacin anterior, sustituyendo D por h/cos2 a la vista de la figura (1)

4. LEY DE LAMBERT Existen superficies emisoras como difusoras que al observarlas desde distintos ngulos se tiene la misma sensacin de claridad. A estas superficies se las denomina emisores o difusores perfectos. Si Lo es la luminancia segn la normal y L la luminancia segn el ngulo de observacin , se verifica que L = Lo para cualquier ngulo .Como Lo= y L = , se cumple la ecuacin I = I cos

Esta relacin se conoce como ley de Lambert y solo la cumplen los emisores o difusores perfectos.Uno de los difusores ms perfectos que se conocen es el xido de magnesio. Tambin cumple y con gran aproximacin, la superficie de color blanco mate y los metales fundidos. (2)

5. ILUMINACIN NORMAL, VERTICAL Y HORIZONTAL El valor de la iluminacin normal, vertical y horizontal para un punto se determina de la siguiente manera: Iluminacin normal: aplicando la ley de la inversa del cuadrado de la distancia

Siendo l = intensidad luminosa bajo el ngulo . Prcticamente, solo se considere la iluminacin normal de un punto en el caso que este se encuentre situado en la vertical del manantial luminoso sobre el plano horizontal, por lo que la formula anterior se convierte en:

Y tambin cuando est situado en lnea recta con el manantial sobre el plano vertical, siendo la iluminancia

Iluminacin horizontal: aplicando la ley del coseno

Y en relacin con la altura

Iluminacin vertical : aplicando la ley del coseno

En funcin de la altura h

TIPOS DE ILUMINACIN FORMAS DE PRODUCCION LUMINOSA IncandescenciaLos materiales slidos y lquidos, al calentarse, emiten radiacin visible a temperaturas superiores a 1.000 K; este fenmeno recibe el nombre de incandescencia.Las lmparas de filamentos se basan en este calentamiento para generar luz: una corriente elctrica pasa a travs de un fino hilo de tungsteno, cuya temperatura se eleva hasta alcanzar entre 2.500 y 3.200 K, en funcin del tipo de lmpara y su aplicacin.Existe un lmite para este mtodo, que viene descrito por la Ley de Planck para el comportamiento de un radiador de cuerpo negro, de acuerdo con la cual, la distribucin espectral de la energa radiada aumenta con la temperatura. A unos 3.600 K o ms, se produce un marcado aumento en la emisin de radiacin visible y la longitud de onda de la mxima energa se desplaza hacia la banda visible. Es una temperatura cercana al punto de fusin del tungsteno, que es el material utilizado como filamento, de modo en que, en la prctica, el lmite de la temperatura es de 2700 k, por encima del cual la evaporizacin del filamento resulta excesiva. a. Una consecuencia de estos desplazamientos espectrales es que una gran parte de la radiacin desprendida no se emite en forma de luz, sino en forma de calor en la regin de infrarrojos. Por consiguiente, las bombillas de filamentos pueden ser dispositivos de calefaccin eficaces y se utilizan en lmparas diseadas para secar materiales impresos, preparar alimentos y criar animales. (3) Descarga elctrica La descarga elctrica es una tcnica utilizada en las modernas fuentes de luz para el comercio y la industria, debido a que la produccin de luz es ms eficaz. Algunos tipos de lmparas combinan la descarga elctrica con la fotoluminiscencia.Una corriente elctrica que pasa a travs de un gas excita los atomos s y molculas para emitir radiacin con un espectro caracterstico de los elementos presentes. Normalmente se utilizan dos metales, sodio y mercurio, porque sus caractersticas dan lugar a radiaciones tiles en el espectro visible. Ninguno de estos metales emite un espectro continuo y las lmparas de descarga tienen espectros selectivos. La reproduccin del color nunca ser idntica a la obtenida con espectros continuos. Las lmparas de descarga suelen dividirse en las categoras de baja o alta presin aunque estos trminos slo son relativos, y una lmpara de sodio de alta presin funciona a menos de una atmsfera. (3)

Luminiscencia

1. La fotoluminiscencia se produce cuando la radiacin es absorbida por un slido y reemitida en una longitud de onda diferente. 2. Cuando la radiacin remitida est dentro del espectro visible, el proceso se denomina fluorescencia o fosforescencia. 3. La electroluminiscencia se produce cuando la luz es generada por una corriente elctrica que pasa a travs de ciertos slidos, como los materiales fosfricos. Se utiliza en cuadros de instrumentos y letreros luminosos, pero no ha demostrado ser una fuente de luz prctica para la iluminacin de edificios o exteriores. 4. La triboluminiscencia que es la accin de una corriente elctrica. 5. La quimioluminiscencia derivada de una reaccin qumica 6. la sonoluminiscencia por accin de ultrasonidos

LAS LMPARASLos principales parmetros que nos interesa considerar para comparar las caractersticas de los diferentes tipos de lmparas, a los efectos de su adecuacin a la tarea realizada, son:- La eficiencia energtica (o rendimiento luminoso)- La vida media- La tonalidad de la luz- El rendimiento en color- La estabilidad del flujo luminosoLos principales tipos de lmparas empleadas actualmente en las instalaciones de alumbrado son los siguientes: incandescentes estndar, incandescentes halgenas, fluorescentes, de vapor de mercurio y de vapor de sodio.(4)

Caractersticas de las lmparas incandescentesEn estas lmparas la luz se produce en un filamento calentado hasta la incandescencia por el paso de una corriente elctrica. (3)

Este filamento metlico, habitualmente de wolframio, se va deteriorando con el tiempo a causa de la evaporacin producida por las elevadas temperaturas hasta llegar a romperse (fundido de la lmpara). Debido al mencionado efecto la vida media de estas lmparas queda limitada a unas 1000 horas.La eficiencia energtica es bastante pequea, entre 10 y 15 lmenes/vatio para las potencias ms habituales. (Si toda la energa elctrica consumida se transformara en luz visible, a 555 nanmetros, se obtendran 680 lmenes/vatio).No obstante, estas lmparas tienen la ventaja de emitir luz en un espectro cromtico continuo y su capacidad de reproducir los colores es excelente; su rendimiento en color, Ra, es de 100. Por lo que respecta a la tonalidad de la luz emitida, la temperatura de color, Tc, es de unos 2.700 K, que corresponde a un tono de luz clido.Las lmparas halgenas son un tipo especial de lmpara incandescente. En estas lmparas se introduce un gas de relleno inerte junto con una pequea cantidad de yodo, en forma de yoduro, cuyo efecto es retardar el deterioro producido por la evaporacin del filamento. Debido a ello, estas lmparas pueden funcionar con temperaturas de filamento ms elevadas, lo que proporciona una tonalidad de la luz ms blanca y una eficiencia energtica ms elevada (se pueden obtener en torno a los 35 lmenes/vatio). Tambin la vida media de la lmpara es mayor que en las estndar.Las lmparas incandescentes, ya sean estndar o halgenas, son muy apropiadas para iluminar las tareas que requieren una buena apreciacin y discriminacin de los colores. Tambin presentan la ventaja de proporcionar un flujo de luz muy estable, casi libre de parpadeos, y un arranque inmediato. Sin embargo, su escasa eficiencia energtica hace que su empleo est muy limitado y no se utilicen apenas en las instalaciones de alumbrado para actividades permanentes o de larga duracin. (4)Caractersticas de las lmparas fluorescentesEn este tipo de lmparas la luz se genera en la pelcula fluorescente que recubre la pared interior del tubo de vidrio. La fluorescencia de dicho recubrimiento se produce al incidir en l la radiacin ultravioleta generada por la descarga elctrica en el vapor de mercurio que est encerrado en el citado tubo.

En estas lmparas la tonalidad de la luz emitida depende de la composicin del material fluorescente que recubre el interior del tubo.Las lmparas fluorescentes tienen una eficiencia energtica mucho ms elevada que las lmparas incandescentes (unos 80 lmenes/vatio) y su vida media tambin es bastante mayor (en torno a las 8.000 horas).La capacidad de reproduccin cromtica no es tan grande como en las incandescentes, su rendimiento en color, Ra, suele estar comprendido entre 70 y 90, segn el modelo de lmpara, que suele ser suficiente para la mayora de las aplicaciones. Hay que tener en cuenta que la luz emitida por estas lmparas es una combinacin de espectro cromtico continuo y un espectro cromtico discontinuo. (4)El flujo de luz emitido por las lmparas fluorescentes (como en todas las lmparas de descarga alimentadas con corriente alterna) flucta con una frecuencia igual al doble de la frecuencia de a red elctrica, que es de 50 Hz en Europa. Esto puede dar lugar a parpadeos y efectos estroboscpicos que deben ser atenuados mediante el empleo de montajes compensados o con dispositivos electrnicos auxiliares que convierten la corriente elctrica de 50 Hz en otra de varios miles de Hz. Mediante el empleo de lmparas fluorescentes se pueden disear con facilidad sistemas de iluminacin homogneos y con niveles de brillo moderados, que producen poco deslumbramiento.

Caractersticas de las lmparas de vapor de mercurioEstas lmparas estn constituidas por un pequeo tubo de vidrio de cuarzo dentro del cual se produce una descarga elctrica en vapor de mercurio con alta presin. Este tubo de cuarzo se coloca en el interior de una ampolla de vidrio de dimensiones bastante mayores. La descarga se inicia mediante un circuito elctrico auxiliar que posibilita la formacin de la descarga normal de trabajo y la emisin de un flujo importante de luz visible. Esta es la razn por la cual, dichas lmparas, una vez conectadas, necesiten un cierto tiempo hasta lograr el rgimen normal de funcionamiento. (3)

La eficiencia energtica de las lmparas de mercurio y su vida media son similares a las de las lmparas fluorescentes, pero se pueden fabricar para potencias ms elevadas.La luz emitida presenta un espectro cromtico discontinuo que se traduce en una capacidad limitada para reproducir los colores con el fin de mejorar el rendimiento en color se recubre la ampolla exterior de vidrio con una capa de polvo corrector. En otro tipo de lmparas la ampolla de vidrio contiene un filamento incandescente conectado al tubo de descarga. Estas lmparas, denominadas de luz mezcla, tambin proporcionan un mayor rendimiento en color.

Caractersticas de las lmparas de vapor de sodioA grandes rasgos, el funcionamiento de las lmparas de vapor de sodio es similar al de las de mercurio, con la diferencia de que en este caso la descarga se produce en el seno del vapor de sodio contenido en una ampolla de vidrio especial resistente al ataque qumico de este elemento. Dentro de esta clase de lmparas hay que distinguir dos tipos con caractersticas diferentes: las de sodio de baja presin y las de sodio de alta presin. (4)

Las lmparas de sodio de baja presin tienen la mayor eficiencia de todas las lmparas conocidas (hasta 200 lmenes/vatio) pero, a cambio, emiten solamente luz monocromtica, es decir, no permiten distinguir los colores. La aplicacin de estas lmparas se limita a las actividades donde es necesario iluminar grandes espacios pero no se requiere la apreciacin de los colores. Su vida media es de unas 7.000 horas.Por lo que se refiere al otro tipo de lmparas, las de sodio de alta presin, su eficiencia energtica no es tan elevada como en las de baja presin (unos 100 lmenes/vatio), pero a cambio el espectro cromtico emitido permite una cierta distincin, aunque limitada, de los colores. Se emplean principalmente en alumbrado de exteriores: reas industriales, alumbrado pblico, etc. (3) DISTRIBUCIN ESPACIAL DEL FLUJO LUMINOSOCuando se considera la distribucin espacial del flujo luminoso proporcionado por las luminarias, la iluminacin puede ser: directa, semi-directa, uniforme, semi-indirecta e indirecta. (4)Iluminacin directaCon este tipo de iluminacin todo el flujo luminoso se dirige directamente a la zona que se desea iluminar. En la prctica no se suele obtener una iluminacin totalmente directa, dado que casi siempre existe una componente indirecta procedente de la reflexin de la luz en las paredes y techo de la sala. La iluminacin directa se suele utilizar cuando se requieren altos niveles de iluminacin en la zona de trabajo; por ejemplo, con iluminacin localizada. Este sistema resulta econmico pero produce sombras duras y aumenta el riesgo de deslumbramiento. Por otra parte, el sistema de iluminacin directa presenta el inconveniente de dejar en sombra los techos y las paredes del local pudiendo originar grandes desequilibrios de luminancia. (4)Iluminacin semi-directaEn este caso la mayor parte del flujo luminoso se dirige hacia la zona que se desea iluminar pero una pequea parte se enva hacia el techo o las paredes con el fin de obtener una cierta componente de iluminacin indirecta.Con este sistema las sombras no son tan duras como en el caso de la iluminacin directa y se reduce el riesgo de deslumbramiento y el desequilibrio de luminancias entre la zona de trabajo con respecto al techo y las paredes.Un sistema de iluminacin directa puede transformarse en un sistema de iluminacin semi-directa aadiendo a las luminarias una placa o pantalla difusora de vidrio o plstico.El sistema de iluminacin semi-directa es muy utilizado en locales de oficina y de talleres en general. (4)Iluminacin uniformeCon este sistema de iluminacin el flujo luminoso se distribuye en todas las direcciones de manera que un parte de l llega directamente a la tarea mientras el resto se refleja en el techo y las paredes.La combinacin de luz directa e indirecta que se obtiene produce sombras muy suaves. En general el efecto producido por este sistema de iluminacin es agradable, dado que proporciona una distribucin armoniosa de luminancias en todo el campo visual. Este tipo de iluminacin tambin est indicado para locales de oficina y otras actividades diversas. (4)Iluminacin semi-indirectaEn este caso slo una pequea parte del flujo luminoso se dirige directamente hacia abajo, en tanto que la mayor parte del mismo sufre varias reflexiones en el techo y las paredes antes de iluminar cualquier zona.Con este sistema se obtiene una buena calidad de iluminacin, con sombras muy suaves y prcticamente sin riesgo de deslumbramiento. No obstante, el rendimiento obtenido es bajo porque una parte importante del flujo luminoso es absorbido por el techo y las paredes. Esto obliga a que dichas superficies se recubran con pinturas muy claras, que reflejen bien la luz.En las actividades que requieran una buena percepcin de la textura y del relieve de los objetos no es recomendable este tipo de iluminacin debido a la ausencia casi total de sombras, necesarias para favorecer la percepcin de los objetos en sus tres dimensiones. (4)Iluminacin indirectaEn este tipo de iluminacin todo el flujo luminoso se dirige hacia el techo, quedando las luminarias totalmente ocultas. El observador no ve ningn objeto luminoso, nicamente aprecia las reas iluminadas. Las sombras desaparecen casi por completo y tambin todo riesgo de deslumbramiento.Esta forma de iluminacin es la que presenta una menor eficiencia energtica; su utilizacin suele quedar reservada a los lugares donde no se requieran niveles relevantes de iluminacin pero sea importante conseguir un ambiente relajante y agradable.(4)

Bibliografa (1) ULPGC : Departamento de Ingeniera Elctrica A J. Romero A C. Quintana(2) Manual de luminotecnia J.A. Taboada(3) BIBLIOGRAFIA ENCICLOPEDIA DE SALUD Y TRABAJO- Juan Guasch Farrs (4) Mara Peahora Garca Sanz -Centro Nacional de Nuevas Tecnologas.Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo.