Iluminación y Fotometría: Glosario Completo

Flujo Luminoso (Φ)

El flujo luminoso (Φ) es la medida fundamental de la cantidad total de luz visible emitida por una fuente por unidad de tiempo, ponderada para coincidir con la sensibilidad del ojo humano. La unidad es el lumen (lm). A diferencia del flujo radiante, que considera toda la energía electromagnética, el flujo luminoso solo cuenta la luz que contribuye a la visión humana (utilizando la curva de respuesta fotópica V(λ)). Para fuentes de luz blanca, se calcula integrando la distribución espectral de potencia, ponderada por la sensibilidad del ojo:

Φ = 683 lm/W × ∫ P(λ) × V(λ) dλ

• Medición: Las esferas integradoras se utilizan para capturar e integrar la luz en todas las direcciones, asegurando mediciones precisas del flujo total.
• Importancia: El flujo luminoso se reporta en los productos de iluminación y es clave para comparar la salida de las lámparas: a mayor lúmenes, más luz visible se produce.

Iluminancia (E)

La iluminancia (E) mide la cantidad de flujo luminoso incidente sobre una unidad de área, indicando cuánta luz llega a una superficie. Se expresa en lux (lx), donde 1 lx = 1 lm/m².

• Fórmula: E = Φ / A (donde A es el área en m²)
• Para una fuente puntual: E = I / r² (I: intensidad luminosa, r: distancia)
• Medición: Los luxómetros con sensores corregidos al coseno aseguran lecturas precisas independientemente del ángulo de la luz.
• Aplicación: La iluminancia se especifica en normas para oficinas (300–500 lx), quirófanos (10,000+ lx), y más.

Luminancia (L)

La luminancia (L) expresa el brillo de una superficie tal como se percibe desde una dirección específica. Su unidad es candelas por metro cuadrado (cd/m²) o “nits”. La luminancia combina intensidad y área proyectada, y es la magnitud fotométrica más relacionada con la sensación visual.

• Fórmula: L = dI / (dA × cosθ)
• Ley de conservación: La luminancia permanece constante a lo largo de una línea de visión en un medio sin pérdidas.
• Medición: Los medidores de luminancia o fotómetros de imagen evalúan la luz emitida, reflejada o transmitida por una superficie.
• Uso: Esencial para evaluar el brillo de pantallas, la visibilidad en carreteras, el deslumbramiento y la iluminación ergonómica.

Intensidad Luminosa (I)

La intensidad luminosa (I) cuantifica cuánta luz es emitida en una dirección particular por unidad de ángulo sólido. Su unidad SI es la candela (cd), donde 1 cd = 1 lm/sr (estereorradián).

• Fórmula: I = Φ / Ω
• Uso: Las fuentes direccionales—focos, faros y dispositivos de señalización—se especifican por su intensidad luminosa.
• Medición: Los goniofotómetros mapean la intensidad en función del ángulo, produciendo diagramas de patrones de haz.

Ángulo Sólido (Estereorradián, sr)

Un ángulo sólido (estereorradián, sr) es el equivalente tridimensional de un ángulo plano, definiendo cuán grande parece un objeto desde un punto. El ángulo sólido total alrededor de un punto es 4π sr. Un estereorradián es el ángulo que abarca un área igual al cuadrado del radio en una esfera.

• Fórmula: Ω = A / r²
• Rol: Esencial para definir la intensidad luminosa y para cálculos fotométricos.

Eficacia Luminosa (η)

La eficacia luminosa (η) mide cuán eficientemente una fuente de luz convierte energía en luz visible, en lúmenes por vatio (lm/W).

• Fórmula: η = Φ / P
• Máximo teórico: 683 lm/W a 555 nm (la máxima sensibilidad del ojo humano)
• Valores típicos: Incandescente: 10–17 lm/W, CFL: 40–70 lm/W, LED: 100–200+ lm/W
• Significado: Mayor eficacia significa más luz por menos energía, un indicador clave de sostenibilidad.

Iluminancia vs. Luminancia

La iluminancia y la luminancia suelen confundirse, pero cumplen roles distintos:

• Iluminancia: Cantidad de luz que llega a una superficie (lux).
• Luminancia: Brillo aparente de una superficie (cd/m²), considerando emisión o reflexión.

Una superficie blanca y una negra bajo la misma iluminancia tendrán distinta luminancia debido a sus diferentes reflectancias.

Luxómetro

Un luxómetro mide la iluminancia (lux) en un punto usando un sensor ajustado a la respuesta espectral del ojo humano. Es utilizado por profesionales de la iluminación para verificar el cumplimiento y optimizar la iluminación en lugares de trabajo, escuelas y espacios públicos.

• Mejor práctica: Coloque el sensor en el plano de trabajo, asegúrese de que no haya sombras y tome múltiples lecturas para verificar la uniformidad.
• Funciones avanzadas: Registro de datos, corrección al coseno y ajustes de sensibilidad al color.

Esfera Integradora

Una esfera integradora es una esfera hueca con un interior difuso y reflectante, utilizada para medir el flujo luminoso total de una fuente de luz. La esfera dispersa la luz uniformemente y un fotodetector mide la salida integrada.

• Características: Múltiples puertos, deflectores internos y calibración según estándares.
• Uso: Medición en laboratorio de lámparas, LEDs y luminarias.

Goniofotómetro

Un goniofotómetro mide la distribución angular de la intensidad luminosa. Al rotar la fuente de luz y registrar la intensidad en diferentes ángulos, produce un diagrama polar del patrón del haz.

• Aplicación: Fundamental para certificar y diseñar focos, faros y luminarias.
• Característica: Mediciones automatizadas, sensores espectrales/colorimétricos y compatibilidad con grandes luminarias.

Medidor de Luminancia

Un medidor de luminancia mide la luminancia de una superficie (cd/m²) desde un ángulo determinado, usando una lente y un diafragma para definir el área. Los fotómetros de imagen proporcionan mapas de luminancia para escenas completas.

• Usos: Brillo de pantallas, iluminación vial, evaluación de deslumbramiento y cumplimiento ergonómico.

Normas y Regulaciones Fotométricas

La medición y el diseño de la iluminación están regidos por normas que garantizan entornos seguros, confortables y eficientes:

• EN 12464 (Europa): Iluminación en lugares de trabajo—mínimo de iluminancia, deslumbramiento, uniformidad.
• Manual de Iluminación IESNA (EE. UU.): Guías para diversas aplicaciones de iluminación.
• ISO 8995: Norma internacional para iluminación en lugares de trabajo.

El cumplimiento garantiza una iluminación adecuada para la seguridad, productividad y confort, y se verifica mediante mediciones y controles regulares.

Ejemplos de Aplicación

Cálculo de Iluminación de Oficina

Para una oficina de 30 m² que requiere 500 lux:

Φ = E × A = 500 lx × 30 m² = 15,000 lm

Con paneles LED de 3,000 lm, se requieren al menos cinco (sin contar las pérdidas del sistema).

Evaluación de Iluminación Vial

Las normas de iluminación vial exigen medir no solo la iluminancia sobre el pavimento, sino también la luminancia desde el punto de vista del conductor para asegurar visibilidad y evitar deslumbramiento. Se especifican la uniformidad y las relaciones máxima/mínima de luminancia para evitar sombras y zonas brillantes.

Tecnología de Pantallas

La luminancia de las pantallas (en cd/m²) garantiza la legibilidad y el confort. Portátiles estándar: ~400 cd/m²; monitores HDR: 1,000+ cd/m².

Comparación de Eficiencia Energética

Los LED proporcionan mucha más luz visible por vatio, mejorando el ahorro energético.

Conclusión

Comprender la iluminación y la fotometría es esencial para diseñar, medir y regular la iluminación en todos los entornos. Estas magnitudes e instrumentos fundamentales aseguran el confort visual, la seguridad y la eficiencia energética, siendo la base de la tecnología y las normas modernas de iluminación.