Fundamentos de Iluminación


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Colorimetría

El primer descubridor de la descomposición de la luz blanca en un conjunto de colores fue Isaac Newton que demostró como un haz de luz blanco podía dispersarse a través de un prisma (ver Imagen 1) para crear un espectro de siete colores que se mezclaban entre ellos para formar más colores.
Entre sus descubrimientos sobre la colorimetría demostró que las longitudes de onda no se modifican por la refracción o reflexión y que combinando diferentes longitudes de onda se podía obtener la misma luz blanca.

También demostró que si se combinan dos colores de longitud de onda diferente producen un color parecido al que daría la longitud de onda intermedia, pero con diferentes composiciones espectrales.

Prisma de Newton

Imagen - Prisma de Newton (Fuente: John Roland Hans Penner)

Los colores y las mezclas

El ojo humano no es capaz de distinguir los componentes de color de la luz, solamente distingue el color que se establece por medio de los dos tipos de mezcla de colores:

Cuando se ilumina una superficie blanca, es decir, que refleja todos los colores que le llegan, se produce el efecto de mezcla aditiva. Los tres colores primarios son el rojo, verde y azul se mezclan entre ellos para dar amarillo, azul y magenta. La mezcla con las correctas composiciones de los tres colores primarios da como resultado el blanco.
La mezcla aditiva crea colores más claros, es decir tienen mayor luminancia porque es la suma de distintas radiaciones.

Mezcla Aditiva

Imagen - Mezcla Aditiva

La mezcla sustractiva produce colores más oscuros. El punto inicial es tambiés un haz de luz blanco, pero se aplican filtros para conseguir los colores deseados, sustrayendo las radiacines de longitud de onda de los demás colores. Por ejemplo, al aplicar un filtro de color amarillo a una luz blanca, la zona iluminada por ese filtro solo es amarilla. Si además se aplica un filtro magenta, la zona iluminada por el filtro magenta solamente será de ese color, en cambio, si los filtros se solapan, la luz será de color rojo. En la imagen 3 se obserba los distintos colores que se obtienen por la mezcla sustractiva de los colores secundarios.
La zona donde coinciden los tres filtros (colores) es negra debido a que no ha sido posible el paso de luz, los filtros han absorbido todas las radiaciones.

Mezcla Sustractiva

Imagen - Mezcla Sustractiva

Sistemas de clasificacion de los colores

Se calcula que existen más de diez millones de colores distintos, por lo que parece evidente la necesidad de crear un sistema de clasificación de los colores común. Pero en realidad existen muchos sistemas colorimétricos, aunque aquí solo se describiran los más utilizados: el Sistema Munsell y el Sistema CIE

Sistema Munsell

El sistema Munsell clasifica los colores en base a los criterios de tono, valor y cromaticidad. En inglés hue, value y chroma.

La escala de tonos, también tintes o matiz, se organiza de manera circular con cinco tonos principales equidistantes entre sí (rojo, amarillo, verde, azul y púrpura). Los tonos intermedios están situados entre los tintes principales y son la mezcla de los tintes principales de los extremos. Además para cada tinte principal e intermedio existe una escala comprendida entre 1 y 10, donde el valor 5 corresponde al tinte central característico.

La nomenclatura de los tonos se muestra en la Imagen 4 y corresponde a las siglas de los colores en inglés.

Donde:

  • R: rojo
  • RP: rojo-púrpura
  • P: púrpura
  • PB: púrpura-azul
  • B: azul
  • BG: azul-verde
  • G: verde
  • GY: verde-amarillo
  • Y: amarillo
  • YR: aramillo-rojo
  • Sistema Munsell

    Imagen - Sistema Munsell (Fuente: PROYECTACOLOR)

    El valor hace referencia a la luminosidad del color. Se establece una escala, llamada escala de neutros N, que corresponde a una secuencia de grises con valores desde el 0 (color blanco) hasta el 10 (color negro). Esta escala se aplica a cualquier color por comparación con el valor de gris correspondiente.

    La cromaticidad o saturación, se refiere al grado de pureza que tiene un color que pertenece a un mismo tinte y un mismo valor. La escala de cromaticidad varía desde el 0 que pertenece al color neutro y crece a medida que el color se acerca a la máxima pureza o intensidad para cada tinte. El valor máximo de esta escala no es fijo, sino que variará dependiendo del color.

    Sistema Munsell

    Imagen - Sistema Munsell (Fuente: PROYECTACOLOR)

    La nomenclatura de los colores con el Sistema Munsell es la siguiente: [tono][valor]/[cromaticidad]. Por ejemplo 5R 5/16 equivale a un rojo intenso.

    Aquí se pueden encontrar más ejemplos se pueden encontrar más ejemplos.

    La Imagen 4 muestra para un mismo tono, en este caso azul, como varía el color en función de la saturación. Varía desde el blanco hasta el azul más intenso.

    Sistema Munsell

    Imagen - Variación del color en función de la saturación (Fuente: ERCO)

    La Imagen 5 muestra para el mismo tono azul, como varía el color en función de la luminosidad. Varía desde el blanco que equivale al 0, hasta el negro que equivale al 10.

    Sistema Munsell

    Imagen - Variación del color en función de la luminosidad (Fuente: ERCO)

    Sistema CIE 1931

    Es el sistema adoptado por la CIE en 1931 consiste identificar los colores por medio tres cooredenadas de cromaticidad (X,Y,Z) que correspondería a los tres colores primarios ideales: azul, rojo y verde.
    Este metodo permite la determinación exacta de cualquier color.

    Para facilitar el trabajo se transforma el volumen generado de las tres coordenadas, en un diagrama plano llamado diagrama de cromaticidad.
    Cada punto del diagrama de cromaticidad equivale a un color definido y además se cumple que X+Y+Z=1. Por lo tanto conocidas dos variables, el color queda definido.

    El diagrama de cromaticidad representado en la Imagen 8 muestra la representación plana de este sistema.

    Diagrama Color CIE

    Imagen - Diagrama de color CIE

    La parte curva representa las radiaciones monocromáticas del espectro visible.El punto central es el punto blanco y coincide para los valores X=Y=Z=0,33.

    La mayor desventaja de este sistema de clasificación es la no uniformidad entre intervalos iguales a lo largo de los ejes de coordenadas X e Y.

    La Imagen 9 muestra algunos ejemplos de la interpretación del diagrama CIE

    Diagrama Color CIE

    Imagen - Posición de colores en el diagrama cromático

    Flujo luminoso | x

    Cantidad de luz emitida por una fuente de luz en todas las direcciones del espacio, en lumen [lm]

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    Intensidad luminosa | x

    Flujo luminoso emitido por una fuente de luz en una dirección dada, en candelas [cd]

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    Iluminancia | x

    Flujo lumínico que incide sobre la unidad de superficie, en lux [lx]

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    Luminancia | x

    Intensidad luminosa por unidad de superficie aparente de una fuente que emite luz o que la refleja, captada por el ojo humano, en candela/metro2 [cd/m2]

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    Uniformidad | x

    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.

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    Deslumbramiento | x

    Pérdida o disminución de la capacidad visual debido al exceso de luminancia del objeto que se observa o incide sobre el ojo.

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    Contraste | x

    Mide la relación entre la luminancia de un objeto y la luminancia de su fondo.

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    Equilibrio Lumínico | x

    El equilibrio lumínico es la uniformidad en 3D y de las luminancias. Es una magnitud muy compleja de calcular porque aunque el ojo humano no distingue entre los distintos niveles de iluminación del espacio, estos existen.

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    Uniformidad General (Uo) | x

    Relación entre la luminancia mínima y la luminancia media de una instalación

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    Uniformidad longitudinal (UL) | x

    Relación la luminancia mínima y máxima longitudinal de una instalación

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    Uniformidad extrema (Ue) | x

    Relación la iluminancia mínima y máxima de una instalación

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    Uniformidad media (Um) | x

    Relación la iluminancia mínima y la iluminancia media de una instalación

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    Mantenimiento | x

    La iluminancia inicial proporcionada por la instalación disminuye de manera gradual con el tiempo debido al uso, disminución de los lúmenes de las lámparas, a la suciedad del sistema, etc. Pero es posible mantener la iluminancia sobre un mínimo si se limpian las lámparas y luminarias, se reemplazan las lámparas quemadas o gastadas. Es decir, si se establece un programa de mantenimiento de la instalación.

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    Eficacia luminosa | x

    Flujo que emite una fuente de luz por cada vatio consumido, en lumen/vatio [lm/W]

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    Distribución espectral | x

    La distribución espectral representa la cantidad de energía radiada que emite la fuente de luz en las diferentes áreas visibles del espectro.

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    Temperatura del color | x

    La temperatura del color mide el grado de calidez o frialdad que reproduce una fuente de luz. Se expresa en grados Kelvin [K].

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    Índice de reproducción cromática (IRC) | x

    El IRC es la capacidad de la fuente de luz para reproducir fielmente el color, comparándola con un patrón de referencia.

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    Depreciación Luminosa | x

    La depreciación luminosa hace referencia a la pérdida de iluminancia que sufre la instalación a lo largo de uso.

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    Adaptación | x

    Habilidad del ojo para enfocar y ajustarse cuando hay cambios en el nivel de iluminación

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    Capacidades Visuales | x

    Habilidad del ojo para enfocar y ajustarse cuando hay cambios en el nivel de iluminación

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    Vida Útil | x

    La vida útil de una lámpara se define como el número de horas de funcionamiento antes de sufrir una depreciación del 30%.

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    Tiempo de encendido | x

    El tiempo de encendido es el tiempo necesario de las lámparas para llegar al nivel estable de flujo luminoso, arrancando en frío

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    Flujo hemisférico superior instalado | x

    Porcentaje de flujo emitido por encima del plano horizontal y el flujo total de la luminaria

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    Índice de reflexión | x

    Relación entre el flujo luminoso reflejado y el flujo incidente

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    Deslumbramiento directo | x

    Deslumbramiento que se produce por una luminaria situada dentro del campo visual.

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    Fuentes de luz de alta intensidad (HID)| x

    Dentro de este grupo se encuentran las lámparas de vapor de mercurio, halogenuros metálicos y vapor de sodio

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    Agudeza visual| x

    Capacidad del ojo para reconocer y distinguir detalles de objetos situados a distancias cortas.

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