INTRODUCCION_A_LOS_SISTEMAS_DE_ILUMINACI

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE OAXACA 
 
 INGENIERÍA ELÉCTRICA 
 
 
 
TAREA 1. INVESTIGACIÓN DE LA UNIDAD 1 
 
DOCENTE: ING. HÉCTOR JAVIER JARQUIN FLORES 
 
 
 
 
N. CONTROL: 18160466 
 
 
GRUPO: 6EA 
 
 
HORA DE CLASE: 12:00-13:00 HRS 
 
 
 
 
 
 
 
 
INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE ILUMINACIÓN
SISTEMAS DE ILUMINACIÓN - ELC1024 - 6EA 
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ÍNDICE 
1. Introducción. 
2. Clasificación De Las Diferentes Mediciones Fotométricas. 
3. Gráficas Fotométricas. 
4. Teorías De La Generación De La Luz. 
5. Conclusiones. 
6. Referencias Bibliográficas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Introducción 
En la actualidad la medición de la luz en términos de como el ojo humano percibe 
su brillo se conoce como fotometría, que revela una sensibilidad diferente a las 
diferentes longitudes de onda de la luz visible. 
Las mediciones fotométricas sesgan la potencia radiante en cada longitud de onda 
con una función de luminosidad, que modela la sensibilidad espectral humana, para 
tener en cuenta esta variación. La función de sensibilidad fotópica es típicamente 
esta función de ponderación. 
Las mediciones fotométricas toman gran importancia en el control de calidad y el 
desarrollo de cualquier iluminación que se utilice en un entorno humano. Esto tiene 
un gran campo, desde pantallas como las que se encuentran en los tableros de 
instrumentos y televisores de los automóviles, hasta los LED y la iluminación 
genérica que se usa en los edificios. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2. Clasificación De Las Diferentes Mediciones Fotométricas. 
Las mediciones fotométricas investigan las características (por ejemplo, rendimiento 
y aspectos ergonómicos) de las fuentes de luz e Instalaciones de iluminación. Estas 
características son muy importantes por ejemplo para ingenieros y arquitectos que 
están llevando a cabo diseño de iluminación para productos o espacios. 
Las variables medidas por SGS Fimko son: 
� Distribución de intensidad luminosa 
� Distribución de luminancia de lámparas, luminarias, pantallas, símbolos con 
iluminación de fondo (cd / m^2) 
� Flujo luminoso (lm = lumen) 
� Factor de utilización (h) 
� Iluminancia de servicio (lx = lux) 
� Potencia óptica (W = Watt) 
� Índice de potencia de reproducción cromática (índice Ra) 
� Temperatura de color (K = Kelvin) 
� Coordenadas de cromaticidad (xey) 
� Onda de distribución de espectro de luz visual. 
 
Algunas mediciones fotométricas básicas diferentes, son las siguientes: 
 Intensidad luminosa: se define como la cantidad de flujo luminoso emitido 
uniformemente en un ángulo sólido. Esto evalúa la divergencia y la dirección 
de la fuente. Esta medida no es aplicable a fuentes de luz colimadas y es 
inexacta para emisores no uniformes. La unidad rudimentaria de intensidad 
luminosa es la candela y es igual a un lumen por estereorradián. Se debe 
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conocer el área del detector (o el área prescrita por la apertura frente a él) y 
su distancia a la fuente de luz para calcular la intensidad luminosa. Con ellos, 
el ángulo sólido se puede calcular y luego dividir en la lectura de flujo. 
 Flujo luminoso: La cantidad central utilizada en fotometría es el flujo 
luminoso y se describe como la energía de luz visible por segundo irradiada 
por una fuente. El flujo luminoso se transmite en lúmenes. Es una medida de 
la salida óptica total de una fuente de luz visible en todas las direcciones. El 
registro de esta medición requiere enfocar toda la potencia de una fuente en 
un detector. Esto se puede lograr utilizando una esfera integradora en 
configuración 4π o utilizando un sistema gonio. 
 Energía luminosa: La energía luminosa se define como la tasa de flujo de 
flujo y se expresa en lumen-segundos. Normalmente, se aplica a fuentes 
pulsadas o destellantes. 
 Luminancia: La luminancia o brillo fotométrico se define como el flujo de una 
superficie relativamente plana y uniforme, que puede reflejarse o emitirse. La 
luminancia tiene las unidades de candelas por metro cuadrado. Al medir la 
luminancia, se debe restringir el campo de visión del detector y calcular su 
ángulo. 
 Iluminancia: La iluminancia describe la cantidad de luz visible que incide 
sobre una superficie determinada. La unidad, lumen por metro cuadrado, 
también se conoce como lux. Las mediciones de iluminancia son propensas 
a errores introducidos por la luz fuera del eje que deben corregirse con el 
coseno. 
 
 
 
 
 
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Aplicaciones De Las Mediciones Fotométricas 
Los medidores de luminancia y los fotómetros de imágenes se utilizan para las 
pruebas precisas de uniformidad e intensidad de las pantallas en lo siguiente; 
 Paneles automotrices 
 Teléfonos móviles 
 Paneles de instrumentos 
 Dispositivos de visión nocturna 
 Ordenadores 
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 Tabletas 
 Televisores 
La luminancia de los pequeños caracteres en los paneles de instrumentos y las 
pantallas de la cabina está altamente controlada en las industrias aeroespacial y 
automotriz. Aplicaciones como estas utilizan control de calidad computarizado con 
sistemas de imágenes 2D o fotómetros puntuales. 
En otras aplicaciones, los fotómetros se utilizan para medir las relaciones de 
contraste de pantallas de panel plano OLED, tubos de rayos catódicos y pantallas 
de cristal líquido. Algunas aplicaciones fotométricas típicas incluyen la densidad 
óptica o transmitancia de los filtros, la iluminación de las pantallas de los teatros, las 
pruebas ergonómicas ISO de los monitores de computadora y la uniformidad de los 
sistemas de proyección. 
3. Gráficas Fotométricas. 
A menudo no le daremos mucha importancia a este tema, como pasa en la 
iluminación de interiores, pero será fundamental si queremos optimizar la instalación 
o en temas como la iluminación de calles, decorativa, de industrias o de 
instalaciones deportivas. 
Diagrama polar o curvas de distribución luminosa 
En estos gráficos la intensidad luminosa se representa mediante un sistema de tres 
coordenadas (I,C, ). La primera de ellas I representa el valor numérico de la 
intensidad luminosa en candelas e indica la longitud del vector mientras las otras 
señalan la dirección. El ángulo C nos dice en qué plano vertical estamos y mide 
la inclinación respecto al eje vertical de la luminaria. En este último, 0º señala la 
vertical hacia abajo, 90º la horizontal y 180º la vertical hacia arriba. Los valores de 
C utilizados en las gráficas no se suelen indicar salvo para el alumbrado público. 
En este caso, los ángulos entre 0º y 180º quedan en el lado de la calzada y los 
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comprendidos entre 180º y 360º en la acera; 90º y 270º son perpendiculares al 
bordillo y caen respectivamente en la calzada y en la acera. 
Con un sistema de tres coordenadas es fácil pensar que más 
que una representación plana tendríamos una tridimensional. 
De hecho, esto es así y si representamos en el espacio todos 
los vectores de la intensidad luminosa en sus respectivas 
direcciones y uniéramos después sus extremos, 
obtendríamos un cuerpo llamado sólido fotométrico. 
 Si la intensidad luminosa (I) de una fuente de luz está representada por 
vectores en las direcciones espaciales infinitas, se crea un volumen que representa 
el valor del flujo total emitido por la fuente. 
Dicho valor puede definirse mediante la fórmula siguiente: 
 
 
El sólido fotométrico es el sólido obtenido. La figura 1 muestra un sólido fotométrico 
de lámpara incandescente. 
 
 
 
 
 
 
Fig. 1 
 
 
 
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Si un plano pasa por el eje simétrico de una fuente de luz, por ejemplo, un plano 
meridional, se obtiene una sección limitada por una curva, conocida como curva 
fotométrica, o curva de distribución luminosa (fig.2). 
 
 
 
 
 
 
 
Diagramas Isocandela 
A pesar de que las curvas de distribución luminosa son herramientas muy útiles yprácticas, presentan el gran inconveniente de que sólo nos dan información de lo 
que ocurre en unos pocos planos meridionales (para algunos valores de C) y no 
sabemos a ciencia cierta qué pasa en el resto. Para evitar estos inconvenientes y 
conjugar una representación plana con información sobre la intensidad en cualquier 
dirección se definen las curvas isocandela. 
En los proyectores se utiliza un sistema de coordenadas rectangulares con ángulos 
en lugar de las típicas x e y. Para situar una dirección se utilizaun sistema de 
meridianos y paralelos similar al que se usa con la Tierra. El paralelo 0º se hace 
coincidir con el plano horizontal que contiene la dirección del haz de luzy el 
meridiano 0º con el plano perpendicular a este. Cualquier dirección, queda pues, 
definida por sus dos coordenadas angulares. Conocidas estas, se sitúan los puntos 
sobre el gráfico y se unen aquellos con igual valor de intensidad luminosa formando 
las líneas isocandelas. 
 
 
 
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En las luminarias para alumbrado público, para definir una dirección, se utilizan los 
ángulos C y usados en los diagramas polares. Se supone la luminaria situada 
dentro de una esfera y sobre ella se dibujan las líneas isocandelas. Los puntos de 
las curvas se obtienen por intersección de los vectores de intensidad luminosa con 
la superficie de esta. Para la representación plana de la superficie se recurre a 
la proyección azimutal de Lambert. 
 
 
 
 
 
En estos gráficos, los meridianos representan el ángulo C, los paralelos y las 
intensidades, líneas rojas, se reflejan en tanto por ciento de la intensidad máxima. 
Como en este tipo de proyecciones las superficies son proporcionales a las 
originales, el flujo luminoso se calcula como el producto del área en el diagrama (en 
estereorradianes) por la intensidad luminosa en esta área. 
Además de intensidades y flujos, este diagrama informa sobre el alcance y la 
dispersión de la luminaria. El alcance da una idea de la distancia longitudinal 
máxima que alcanza el haz de luz en la calzada mientras que la dispersión se refiere 
a la distancia transversal. 
Curvas isolux 
Las curvas vistas en los apartados anteriores (diagramas polares e isocandelas) se 
obtienen a partir de características de la fuente luminosa, flujo o intensidad 
luminosa, y dan información sobre la forma y magnitud de la emisión luminosa de 
esta. Por contra, las curvas isolux hacen referencia a las iluminancias, flujo luminoso 
recibido por una superficie, datos que se obtienen experimentalmente o por cálculo 
a partir de la matriz de intensidades usando la fórmula: 
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Estos gráficos son muy útiles porque dan información sobre la cantidad de luz 
recibida en cada punto de la superficie de trabajo y son utilizadas especialmente en 
el alumbrado público donde de un vistazo nos podemos hacer una idea de cómo 
iluminan las farolas la calle. 
Lo más habitual es expresar las curvas isolux en valores absolutos definidos para 
una lámpara de 1000 lm y una altura de montaje de 1 m. 
 
 
 
 
 
Los valores reales se obtienen a partir de las curvas usando la expresión: 
 
 
También puede expresarse en valores relativos a la iluminancia máxima (100%) 
para cada altura de montaje. Los valores reales de la iluminancia se calculan 
entonces como: 
Ereal = Ecurva · E máx 
Con 
 
Siendo a un parámetro suministrado con las gráficas. 
 
 
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4. Teorías De La Generación De La Luz. 
Las teorías propuestas por los científicos para explicar la naturaleza de la luz han 
ido cambiando a lo largo de la historia de la ciencia, a medida que se van 
descubriendo nuevas evidencias que permiten interpretar su comportamiento, como 
corpúsculo, onda, radiación electromagnética, cuanto o como la mecánica cuántica. 
Teoría Corpuscular 
Esta teoría fue planteada en el siglo XVII por el físico inglés Isaac Newton, quien 
señalaba que la luz consistía en un flujo de pequeñísimas partículas o corpúsculos 
sin masa, emitidos por las fuentes luminosas, que se movía en línea recta a gran 
rapidez. Gracias a estos fotones eran capaces de atravesar los cuerpos 
transparentes, lo que nos permitía ver a través de ellos. En cambio, en los cuerpos 
opacos, los cospúsculos rebotan por lo cual no podemos observar los que habría 
detrás de ellos. 
Esta teoría explicaba con éxito la propagación rectilínea de la luz, la refracción y la 
reflexión, pero no los anillos de Newton, las interferencias y la difracción. Además, 
experiencias realizadas posteriormente permitieron demostrar que esta teoría no 
aclaraba en su totalidad la naturaleza de la luz. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Teoría Ondulatoria 
Fue el científico holandés Christian Huygens, contemporáneo de Newton, quien 
elaboraría una teoría diferente para explicar la naturaleza y el comportamiento de la 
luz. Esta teoría postula que la luz emitida por una fuente estaba formada por ondas, 
que correspondían al movimiento específico que sigue la luz al propagarse a través 
del vacío en un medio insustancial e invisible llamado éter. Además, indica que la 
rapidez de la luz disminuye al penetrar al agua. Con ello, explica y describe la 
refracción y las leyes de la reflexión. 
En sus inicios, esta teoría no fue considerada debido al prestigio de Newton. Pasó 
más de un siglo para que fuera tomada en cuenta: se le sometió a pruebas a través 
de los trabajos del médico inglés Thomas Young, sobre las interferencias luminosas, 
y el físico francés Augeste Jean Fresnel, sobre la difracción. Como consecuencia, 
quedó de manifiesto que su poder explicativo era mayor que el de la teoría 
corpuscular. 
Teoría Electromagnética 
En el siglo XIX, se agregan a las teorías existentes de la época las ideas del físico 
James Clerk Maxwell, quien explica notablemente que los fenómenos eléctricos 
están relacionados con los fenómenos magnéticos. 
Al respecto, señala que cada variación en el campo eléctrico origina un cambio en 
la proximidad del campo magnético e, inversamente. 
Por lo tanto, la luz es una onda electromagnética trasversal que se propaga 
perpendicular entre sí. Este hecho permitió descartar que existiera un medio de 
propagación insustancial e invisible, el éter, lo que fue comprobado por el 
experimento de Michelson y Morley. 
Sin embargo esta teoría deja sin explicación fenómenos relacionados con el 
comportamiento de la luz en cuanto a la absorción y la emisión: el efecto 
fotoeléctrico y la emisión de luz por cuerpos incandescentes. 
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Lo anterior da pie a la aparición de nuevas explicaciones sobre la naturaleza de la 
luz. 
 
 
 
 
 
 
Teoría de los Cuantos 
 
 
 
 
 
Esta teoría propuesta por el físico alemán Max Planck establece que los 
intercambios de energía entre la materia y la luz solo son posibles por cantidades 
finitas o cuantos de luz, que posteriormente se denominan fotones. La teoría 
tropieza con el inconveniente de no poder explicar los fenómenos de tipo 
ondulatorio, como son las interferencias, las difracciones, entre otros. Nos 
encontramos nuevamente con dos hipótesis contradictorias, la teoría de los cuantos 
y la electromagnética. 
Posteriormente, basándose en la teoría cuántica de Planck, en 1905 el físico de 
origen alemán Albert Einstein explicó el efecto fotoeléctrico por medio de los 
corpúsculos de luz, a los que llamó fotones. Con esto propuso que la luz se 
comporta como onda en determinadas condiciones. 
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Mecánica Ondulatoria 
 
Esta teoría reúne tanto la teoría electromagnética como la de las cuantas heredadas 
de la teoría corpuscular y ondulatoria, con lo que se evidencia la doble naturaleza 
de la luz. Esta característica fue corroborada por el físico francés Luis de Broglie en 
el año 1924. Así, la luz, en cuanto a su propagación, se comporta como onda, pero 
su energía es transportada junto con la onda luminosa por unospequeños 
corpúsculos que se denominan fotones. 
Esta teoría establece, entonces, la naturaleza corpuscular de la luz en su interacción 
con la materia (proceso de emisión y absorción) y la naturaleza electromagnética 
de su propagación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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5. Conclusiones 
El conocer los conceptos básicos nos da una ventaja para comprender términos 
empleados en los sistemas de iluminación, así como el uso de cálculos que nos 
ayudaran a escoger que tipo de lámpara o iluminaria emplear ya sea para exteriores 
e interiores. Conocer las unidades de medida, características de la lámpara, índice 
de refracción, deslumbramiento, temperatura de la luz. 
Estos conceptos los debemos de tener presentes al momento de emplearlos ya sea 
para una mejor iluminación, optimización de la energía al escoger las lámparas 
adecuadas. 
Lo relatado en esta unidad 1 fue reforzar los conceptos básicos de sistemas de 
iluminación vistos con anterioridad. 
 
6. Referencias Bibliográficas. 
https://electrical-engineering-portal.com/luminous-measurement-graphic-
representation 
https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=16313 
Stimson, A. Photometry and Radiometry for Engineers. Wiley-Interscience (1974). 
CIE 41 — Light as a True Visual Quantity: Principles of Measurement. CIE, Vienna 
(1978). 
https://recursos.citcea.upc.edu/llum/fotometria/graficos.html 
Pavez, L., Jiménez, J., y Ramos, E. (2009). Física 3º año medio. Texto para el 
estudiante. Santiago, Chile: McGRAW-HILL/INTERAMERICANA DE CHILE LTDA.