Fuente de Luz (Objeto que Emite Luz) – Fotometría

Una fuente de luz es cualquier entidad física o dispositivo diseñado que emite radiación electromagnética dentro del espectro visible (aproximadamente de 380 a 780 nanómetros). Las fuentes de luz son fundamentales tanto para la iluminación natural como artificial, actuando como puntos de origen para los fotones que interactúan con su entorno y los observadores humanos. En fotometría, estas fuentes se caracterizan por cómo su emisión es percibida en términos de brillo y color por el ojo humano, en lugar de solo por la energía física emitida.

Las fuentes de luz pueden ser:

• Naturales (ej.: el sol, estrellas, fuego)
• Artificiales (ej.: bombillas incandescentes, LED, lámparas fluorescentes, láseres)
• Biológicas/Químicas (ej.: luciérnagas, algas bioluminiscentes)

El mecanismo de emisión varía:

• Emisión térmica (incandescente, luz solar)
• Electroluminiscencia (LED, OLED)
• Descarga en gas (fluorescente, neón)
• Reacción química (bioluminiscencia)

Cada tipo de fuente presenta una distribución espectral de potencia (SPD) única, que afecta el color percibido, la eficacia luminosa y la idoneidad para aplicaciones específicas.

Figura: Función de Luminosidad Fotópica CIE 1931 (V(λ)). La máxima sensibilidad del ojo humano es a 555 nm.

Fotometría: Medición de la Luz según la Percepción Humana

La fotometría es la ciencia de cuantificar la luz visible de acuerdo con la visión humana. A diferencia de la radiometría, que mide la energía absoluta (vatios) en todas las longitudes de onda, la fotometría aplica una función de ponderación (la función de luminosidad) para tener en cuenta la sensibilidad variable del ojo a diferentes longitudes de onda.

Magnitudes Fotométricas Fundamentales

Por Qué la Fotometría es Esencial

• Ingeniería de iluminación: Garantiza espacios iluminados para la comodidad, función y seguridad.
• Aviación: Asegura que pistas, luces de aproximación y balizas sean visibles y no ambiguas en todas las condiciones.
• Cumplimiento normativo: Cumple con normas como OACI Anexo 14, FAA y CIE para color, intensidad y distribución.

Sensibilidad del Ojo Humano: La Función de Luminosidad

El ojo humano es más sensible a la luz verde-amarilla (555 nm) en condiciones fotópicas (bien iluminadas). Esta sensibilidad se modela mediante la función de luminosidad (V(λ)), estandarizada por la CIE. En condiciones de poca luz (escotópicas), la sensibilidad se desplaza hacia el azul (507 nm).

Esta función permite traducir la energía radiante física en cantidades perceptuales:

• La luz verde a 555 nm se percibe mucho más brillante que la luz roja o azul de la misma potencia radiante.
• El diseño de señales y pantallas debe considerar esto para lograr la máxima visibilidad y seguridad.

Distribución Espectral de Potencia (SPD)

La SPD describe la cantidad de luz que una fuente emite en cada longitud de onda. Determina:

• Color (apariencia de la luz)
• Eficacia luminosa (cuánta luz visible se produce por vatio de energía)
• Reproducción cromática (qué tan naturales se ven los colores bajo la fuente)

Las SPD varían:

• Amplias, continuas (luz solar, incandescentes)
• Picos estrechos (sodio a baja presión, láseres)
• Multimodales (LED blancos con fósforo)

La SPD es crítica para:

• Asegurar el cumplimiento normativo (ej.: cromaticidad específica para iluminación aeronáutica)
• Lograr los efectos visuales y la eficiencia deseados

Explicación de las Principales Magnitudes Fotométricas

Flujo Luminoso (Lumen, lm)

Mide la salida total de luz visible. Ponderado según la sensibilidad del ojo y se usa para comparar la salida general de diferentes fuentes.

Intensidad Luminosa (Candela, cd)

Mide la luz emitida en una dirección específica por unidad de ángulo sólido. Es fundamental para lámparas de señales, balizas e iluminación enfocada.

Luminancia (Candela/m², nit)

Describe el brillo percibido de una superficie en una dirección dada. Importante para pantallas, señalización e indicadores de cabina.

Iluminancia (Lux, lx)

Cantidad de luz que incide sobre una superficie. Se utiliza en el diseño de iluminación para asegurar visibilidad suficiente en tareas y seguridad.

Exitancia Luminosa

Cantidad de luz que sale de una superficie por unidad de área. Evalúa la visibilidad de superficies iluminadas o autoluminosas.

Eficacia Luminosa (lm/W)

Eficiencia de conversión de energía en luz visible. Valores más altos implican iluminación más eficiente. Los LED superan ampliamente a los incandescentes.

Radiometría vs. Fotometría

• Radiometría: Mide toda la radiación electromagnética (vatios, W/sr, W/m²). Se usa para análisis energéticos, calibración de sensores, aplicaciones no visuales.
• Fotometría: Mide solo la luz visible, ponderada por la sensibilidad humana (lúmenes, candelas, lux). Se usa donde la percepción humana es prioritaria.

Principios e Instrumentos de Medición

• Esfera de integración: Captura toda la luz de una fuente para mediciones de flujo luminoso total.
• Goniofotómetro: Mapea la distribución de intensidad en diferentes ángulos, esencial para iluminación direccional.
• Fotómetro: Mide iluminancia, intensidad luminosa y otras cantidades con filtros fotópicos que imitan la sensibilidad del ojo.
• Medidor de luminancia: Mide el brillo de la superficie, fundamental para pantallas y señalización.

Todos los instrumentos deben ser calibrados utilizando estándares trazables al SI candela para garantizar la fiabilidad de las mediciones.

Aplicación en Aviación y Entornos Regulados

La iluminación aeronáutica debe cumplir requisitos estrictos:

• Fiabilidad: Operación continua en condiciones adversas.
• Intensidad y Distribución Luminosa: Para asegurar la detección por pilotos a distancias y ángulos requeridos.
• Color y Cromaticidad: Para señalización inequívoca (ej.: rojo para obstáculos, verde para calles de rodaje, blanco para borde de pista).
• Cumplimiento: Las normas OACI y FAA definen valores mínimos y máximos para parámetros fotométricos.

Ejemplo: Cálculo del Flujo Luminoso a partir de Datos Espectrales

El flujo luminoso se calcula integrando la distribución espectral de potencia ponderada por la función de luminosidad:

[ \Phi_v = 683 \cdot \int_{380,nm}^{780,nm} V(\lambda) \cdot \Phi_{e,\lambda}(\lambda) d\lambda ]

Donde:

• (\Phi_{e,\lambda}(\lambda)): Flujo radiante espectral (W/nm)
• (V(\lambda)): Función de luminosidad estándar
• 683 lm/W: Máxima eficacia fotópica a 555 nm

Tabla Resumen: Magnitudes Fotométricas vs. Radiométricas

Conclusión

Las fuentes de luz son el origen de toda iluminación visible, y comprender sus propiedades fotométricas es esencial para una iluminación efectiva, eficiente y conforme en entornos técnicos, comerciales y regulatorios—especialmente en campos críticos como la aviación. La fotometría conecta la emisión física bruta con la experiencia visual humana, asegurando que los sistemas de iluminación cumplan tanto los requisitos objetivos como los perceptuales.

Para obtener resultados óptimos en el diseño de iluminación, considere siempre:

• La naturaleza y SPD de la fuente de luz
• La sensibilidad visual humana
• Normas y necesidades de seguridad específicas de la aplicación

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