Intensidad Máxima – Nivel Más Alto de Salida de Luz en Fotometría

Definiciones Básicas y Principios Fotométricos

¿Qué es la Fotometría?

La fotometría es la ciencia de medir la luz visible tal como la percibe el ojo humano. A diferencia de la radiometría, que cuantifica la potencia absoluta de la radiación electromagnética en todas las longitudes de onda, la fotometría se centra en el espectro visible (aproximadamente 380–780 nm), utilizando la función de luminosidad (V(λ)) para ponderar cada longitud de onda según la sensibilidad humana.

Esto significa que la fotometría cuantifica no solo cuánta energía emite una fuente, sino cuánta de esa energía es visible y útil para los humanos. La unidad básica del SI para la medición fotométrica es la candela (cd), definida por una fuente que emite radiación monocromática a 555 nm (el pico de sensibilidad del ojo humano) con una intensidad radiante de 1/683 W/sr.

La fotometría es la base de la ingeniería de iluminación, desarrollo de productos, cumplimiento normativo y es fundamental en industrias como arquitectura, automoción, aviación y tecnología de pantallas.

Luz Visible y el Ojo Humano

La luz visible comprende longitudes de onda electromagnéticas desde aproximadamente 380 nm (violeta) hasta 780 nm (rojo). Las células de conos y bastones en la retina detectan estos fotones, pero su sensibilidad varía según la longitud de onda. Bajo condiciones de luz diurna (fotópica), el ojo es más sensible al verde (555 nm); en baja iluminación (escotópica), la sensibilidad se desplaza hacia el azul-verde (507 nm).

La función V(λ) es central en los cálculos fotométricos, asegurando que las mediciones reflejen la percepción humana del brillo. Los sistemas de iluminación se diseñan no solo para la salida total de energía, sino para una composición espectral óptima—crítica para la visibilidad, confort y seguridad.

Radiometría vs Fotometría

• Radiometría mide toda la radiación electromagnética, independientemente de su visibilidad, usando unidades como el vatio (W).
• Fotometría mide solo la luz visible, ponderada por la sensibilidad humana, usando unidades como lumen (lm), candela (cd) y lux (lx).

La fotometría es esencial en campos donde la percepción humana es la referencia, como el diseño de iluminación, seguridad y señalización.

Unidades y Magnitudes Fotométricas Clave

Flujo Luminoso (Lumen, lm)

El flujo luminoso mide la cantidad total de luz visible emitida por una fuente por unidad de tiempo, ponderada por la función V(λ). Su unidad SI es el lumen (lm).

• Omnidireccional vs direccional: 1000 lm de flujo total pueden estar dispersos ampliamente o enfocados en un haz—el brillo percibido en una dirección depende de la intensidad, no solo del flujo.

Cálculo:
Φv = 683 × Φe(λ) × V(λ)
Donde Φv = flujo luminoso (lm), Φe = flujo radiante (W), V(λ) = eficiencia luminosa.

Ejemplos:

• Incandescente de 60W ≈ 800 lm
• LED de alta eficiencia ≈ 1500 lm con <15W

Intensidad Luminosa (Candela, cd)

La intensidad luminosa es el flujo luminoso emitido por unidad de ángulo sólido en una dirección específica; la unidad SI es candela (cd).

Fórmula:
I = dΦ/dΩ
Donde dΦ = flujo luminoso, dΩ = ángulo sólido (esterorradián, sr).

• 1 cd = 1 lumen/esterorradián
• Vela ≈ 1 cd; faro de coche ≈ 1000–2000 cd; baliza de faro >1,000,000 cd

La OACI y otras normas especifican requisitos de intensidad para seguridad y visibilidad.

Iluminancia (Lux, lx)

La iluminancia mide cuánta luz incide sobre una superficie por unidad de área; la unidad SI es lux (lx) (1 lx = 1 lm/m²).

Fórmula:
E = I / r²
Donde E = iluminancia, I = intensidad (cd), r = distancia (m).

Estándares prácticos:

• Oficina: 300–500 lx
• Lectura: 500–1000 lx
• Luz solar: hasta 100,000 lx

Luminancia (cd/m² o nits)

La luminancia expresa el brillo percibido de una superficie desde una dirección dada; la unidad SI es candelas por metro cuadrado (cd/m²) o nits.

Fórmula:
L = I / (A × cos θ)
Donde L = luminancia, I = intensidad, A = área, θ = ángulo de visión.

Ejemplos:

• Monitor de computadora: 200–400 cd/m²
• Smartphone: 500–1000 cd/m²
• Cielo diurno: >6000 cd/m²

Eficacia Luminosa (lm/W)

La eficacia luminosa cuantifica cuán eficientemente una fuente convierte energía en luz visible.

Fórmula:
η = Φ / P
Donde η = eficacia (lm/W), Φ = flujo luminoso (lm), P = potencia (W).

Valores típicos:

• Incandescente: 10–17 lm/W
• LED: 100–200 lm/W (laboratorio: >300 lm/W)

Cantidad de Luz (lm·s)

La cantidad de luz es el flujo luminoso total entregado a lo largo del tiempo, medido en lumen-segundo (lm·s).

Intensidad Máxima: Definición y Contexto

¿Qué es la Intensidad Máxima?

La intensidad máxima es la mayor intensidad luminosa (candela) que una fuente de luz emite en cualquier dirección. Es el pico de la distribución de intensidad luminosa (candlepower), a menudo pero no siempre alineado con el eje óptico.

• No siempre en el centro geométrico—depende del diseño óptico y las lentes.
• Se utiliza para cumplimiento, declaraciones de rendimiento y adecuación en la aplicación.

Aplicaciones Prácticas

• Diseño de iluminación: Garantiza iluminación dirigida (acento, exhibición, escenario).
• Señalización: OACI y otros organismos especifican intensidades mínimas/máximas para luces de pista/rodaje, balizas y luces de obstrucción.
• Automoción/aviación: Faros, luces traseras y balizas deben equilibrar visibilidad, deslumbramiento y conformidad.
• Productos: Diferencia focos (alta intensidad máxima) de reflectores (menor, distribución más amplia).

Intensidad Máxima vs Flujo Luminoso

• Flujo luminoso (lm): Salida total de luz visible.
• Intensidad máxima (cd): Salida máxima por ángulo sólido, en una dirección particular.

Ejemplo:
Una lámpara de 1000 lm con un haz de 10° tiene una intensidad máxima mucho mayor que una lámpara de 1000 lm con un haz de 120°.

Relaciones Entre Unidades Fotométricas

Ángulo Sólido (Esterorradián, sr)

Un ángulo sólido mide cuán grande parece un objeto desde un punto, en tres dimensiones; la unidad SI es esterorradián (sr).

• Esfera completa: 4π sr (≈12.57)
• Cono de ángulo de vértice θ: Ω = 2π(1 – cos(θ/2))

Ejemplo:
Una fuente que emite 1000 lm uniformemente sobre 4π sr:
I = 1000 lm / 12.57 sr ≈ 80 cd
Si el mismo flujo se emite en 1 sr: I = 1000 cd

Fórmulas

• Intensidad Luminosa: I (cd) = Φ (lm)/Ω (sr)
• Iluminancia: E (lx) = I (cd)/r²
• Luminancia: L (cd/m²) = I (cd)/(A × cos θ)
• Eficacia Luminosa: η (lm/W) = Φ (lm)/P (W)

Ejemplo:
600 lm en 2 sr: I = 600/2 = 300 cd
A 5 m de distancia: E = 300/25 = 12 lx

Métodos de Medición

Cómo Medir la Intensidad Luminosa y la Intensidad Máxima

Para medir la intensidad luminosa (candela), especialmente la máxima:

1. Medir la salida de luz en la dirección de interés.
2. Calcular el ángulo sólido sobre el que se realiza la medición.
3. Calcular la intensidad: I = Φ/Ω.

Para mediciones precisas y angulares, se utiliza un goniofotómetro. Este dispositivo rota la fuente de luz y registra la intensidad en varios ángulos, trazando una curva de distribución de intensidad luminosa. El valor máximo en esta curva es la intensidad máxima.

Los estándares de medición están definidos por organismos como la CIE e IEC, y deben seguirse para el cumplimiento normativo (por ejemplo, OACI Anexo 14 para iluminación aeroportuaria).

Resumen

• La intensidad máxima es la mayor intensidad luminosa (en candelas) que una fuente de luz emite en cualquier dirección.
• Es esencial para aplicaciones donde la visibilidad, regulación y rendimiento son críticos, como aviación, automoción, señalización e iluminación de seguridad.
• La medición de la intensidad máxima está estandarizada y debe considerar la direccionalidad, óptica y sensibilidad visual humana.
• Comprender la intensidad máxima, junto con las magnitudes fotométricas relacionadas, es fundamental para un diseño de sistemas de iluminación efectivo, seguro y conforme.