Manual de Iluminacin Eficiente

NDICE 1. INTRODUCCIN : USO EFICIENTE DE LA ENERGA EN LA ILUMINACIN 2. LUZ, COLOR Y VISIN 3. ILUMINACIN EFICAZ: CALIDAD Y FACTORES HUMANOS 4. FUENTES LUMINOSAS 5. LUMINARIAS PARA LA ILUMINACIN DE INTERIORES 6. EQUIPOS AUXILIARES DE LAS FUENTES DE ILUMINACIN 7. SISTEMAS INNOVADORES DE ILUMINACIN 8. DISEO DE LA ILUMINACIN DE INTERIORES 9. USO DE COMPUTADORAS PARA EL DISEO DE LA ILUMINACIN 10. ILUMINACIN DE LOS ESPACIOS PRIVADOS 11. LUZ NATURAL Y LA ILUMINACIN DE INTERIORES

ANEXO 1 ANEXO 2

12. EL ALUMBRADO NATURAL EN LOS EDIFICIOS 13. ANLISIS ECONMICO DE LA ILUMINACIN EFICIENTE 14. AUDITORIAS ENERGTICAS DE LA ILUMINACIN RESIDENCIAL 15. POTENCIAL DE AHORRO EN EL SECTOR RESIDENCIAL 16. AUDITORIAS ENERGTICAS EN EDIFICIOS NO RESIDENCIALES 17. IMPACTO AMBIENTAL DE LOS SISTEMAS DE ILUMINACIN 18. ESTRATEGIAS DE DISEO EFICIENTE APLICADO A DIFERENTES USOS: OFICINAS Y COMERCIAL SEMINARIO Material didctico complementario

Gua para el DOCENTE Gua para el ALUMNO

Editorial de la Universidad Tecnolgica Nacional U.T.N. - Argentina

edUTecNe [Editorial Universitaria de la U.T.N.] Sarmiento 440 - (C1041AAJ) - Ciudad Autnoma de Buenos Aires Argentina

ELI (Efficient Lighting Initiative) - Argentina

ISBN (Publicacin electrnica) 978-950-42-0077-2

Buenos Aires, 2006

Captulo 1

Introduccin al Uso Eficiente de la Energa en la Iluminacin Carlos Tanides

1. Los recursos energticos en nuestra sociedad ........................................................................2

2. Uso eficiente de la energa ........................................................................................................7 2.1. Usos finales de la energa ...............................................................................................7 2.2 Estrategia energtica en base a los usos finales...............................................................8 2.3 Otras posibilidades de ahorro ........................................................................................10 2.4 Potencial de ahorro ........................................................................................................12

3. La iluminacin eficiente..........................................................................................................13 3.1 La iluminacin y la demanda de energa .......................................................................13 3.2 Iluminacin eficiente .....................................................................................................14 3.3. Potencial de ahorro .......................................................................................................15 3.4. Programas de iluminacin eficiente en el mundo.........................................................15

Referencias ...................................................................................................................................16

Anexo A. Definiciones: ................................................................................................................17

1. Los recursos energticos en nuestra sociedad Prcticamente todas las actividades que desarrolla el ser humano requieren de la utilizacin de los recursos energticos en mayor o menor grado. Comenzando con los alimentos que son la mnima cantidad de energa necesaria para vivir se puede continuar la lista con la energa utilizada para obtener materias primas, para desarrollar los procesos productivos, para impulsar el transporte, para la actividad comercial, etc. Pero a la vez, desde otra perspectiva, se aprecia que la energa tambin se relaciona de manera vital con otras dimensiones del desarrollo humano, tales como los niveles de pobreza, la seguridad alimentaria, la salud, la creacin de empleo, el desarrollo rural y urbano y el medio ambiente con sus vinculaciones con la salud humana y la de los ecosistemas por citar tan slo algunos ejemplos.

El consumo energtico se ha desenvuelto histricamente junto con el hombre moderno desde hace aproximadamente 90.000 aos cuando ste aparece tal como se lo conoce en la actualidad (Homo sapiens sapiens). Al comienzo el hombre se introdujo en la cadena trfica como un eslabn ms, obteniendo los recursos vitales alimentndose de vegetales y/o animales, y utilizando la energa acumulada en la madera al quemarla. Posteriormente, su horizonte energtico se expandi enormemente cuando comenz a aprovechar los combustibles fsiles: carbn comercialmente desde el siglo XVII, petrleo desde 1850 y gas natural aproximadamente por la misma poca.

La poblacin humana ha crecido exponencialmente hasta alcanzar en la dcada del 90 los 6.000 millones de habitantes. Pero la evolucin del consumo energtico no slo ha acompaado al incremento de habitantes sino que a ste debemos agregarle sinrgicamente el proceso de industrializacin y la transformacin cultural que ha significado la conversin hacia una sociedad de consumo. Citando al sabio griego Tanakis Somos ms, podemos ms y queremos ms. Actualmente cada uno de los 6.000 millones de habitantes consumen en promedio 8 veces ms energa que lo que haca el hombre hace 90.000 aos.

La Fig. 1 esquematiza la progresin del consumo de energa desde la Revolucin Industrial hasta nuestros das, sus fuentes principales y su relacin con los desarrollos tecnolgicos. Como medida de este vertiginoso crecimiento hacemos notar que cinco dcadas atrs (1950) el consumo mundial de petrleo era 7 veces menor que el actual.

Figura 1. Utilizacin mundial de Energa Primaria durante el ltimo siglo. (Fuente: Davis, 1990)

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El explosivo incremento en el consumo energtico conduce a un conflicto con el concepto de Desarrollo Sustentable1 conocido como trilema energtico caracterizado por tres elementos fundamentales: a) las limitaciones de los recursos energticos, b) los factores econmicos y c) los efectos ambientales asociados a la transformacin y consumo de energa. A continuacin se profundizar en cada uno de los puntos.

Energa y Recursos Energticos

Hasta hace pocos siglosantes del inicio del uso del carbn mineralla humanidad dependa casi enteramente de las energas renovables. Para obtener calor y cocinar se utilizaba la combustin de lea o carbn vegetal (es decir la biomasa) y para fuerza motriz y transporte se utilizaban animales, la energa del agua (hidrulica) y la energa del viento (elica).

El uso de carbn mineralutilizado en las calderas de las mquinas de vaporinici el cambio hacia las fuentes fsiles. En el siglo pasado se agregaron el petrleo y el gas natural. El aprovechamiento de la fisin nuclear para la generacin de electricidad comenz en la dcada del 50.

En nuestros das, las fuentes de energa primaria a partir de las cuales se impulsa la humanidad son casi en un 86% combustibles fsiles, no renovables. Por definicin, una fuente energtica no renovable es aquella cuyo stock es fijo o tiene una velocidad de renovacin sumamente lenta, y por lo tanto se encontrar disponible slo hasta que se agoten sus existencias.

Los combustibles (principalmente los fsiles) tienen aplicacin en casi todas las actividades: generacin de electricidad, procesos industriales, transporte (terrestre, acutico o areo), coccin, calefaccin, agricultura, ganadera, e infinidad de destinos ms.

Del resto de la energa empleada, un 7% aproximadamente proviene de las represas hidroelctricas y un 6% de las centrales nucleares.

En cuanto a la distribucin de estos recursos, sabemos que 2/3 de todos ellos son consumidos por tan slo el 25% de la poblacin humana que corresponde a los pases desarrollados y que alrededor de 2.000 millones de personas en todo el planeta no tienen acceso a la energa comercial.

El primer signo de que nuestra sociedad moderna tena una dependencia precaria sobre el petr-leo, y una distribucin geogrfica de la relacin recursos/consumo extremadamente desigual, fue la Crisis Energtica de 1973, en donde la OPEP2 (formada dos aos antes) aument el precio del petrleo y bloque la exportacin a ciertos pases, causando recesin econmica en aquellos importadores. Esa crisis de petrleo nos sacudi e hizo recordar que las fuentes fsiles son agotables y que el crecimiento econmico asociado con la revolucin tecnolgica de este siglo yaca sobre una base de petrleo barato. En 1979, una segunda crisis elev nuevamente los precios del crudo en un factor de cuatro.

Cada combustible o forma de energa tiene, debido a sus caractersticas, usos preferenciales: el petrleo se destina principalmente al transporte; el carbn (muy poco utilizado en la Argentina) a la generacin de electricidad y la industria; el gas natural al sector industrial, residencial,

1 Se recurrir al concepto de Desarrollo Sustentable dado por la Comisin Mundial sobre el Medio Ambiente y el

Desarrollo (de las Naciones Unidas) que lo defini como aquel desarrollo que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer las propias.

2Organizacin de los Pases Exportadores de Petrleo; no todos los pases exportadores pertenecen a esta entidad.

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generacin de electricidad y transporte y las energas hidrulica y nuclear casi exclusivamente a la generacin elctrica.

Las fuentes no renovables estn limitadas por la magnitud de su recurso. Tenemos cierta cantidad, podemos utilizarla ms o menos rpidamente, pero no podemos aumentar su existencia. Distintas razones de ndole tcnica y poltica hacen que sea dificultoso obtener cifras confiables respecto a las reservas de combustible. En 1990, se estimaba que las existencias de carbn, gas natural y petrleo podran durar 1.500, 120 y 60 aos respectivamente [Fulkerson et al., 1990]. Actualmente, se estima que hacia el final de la primera dcada del 2000 asistiremos a un lento pero inexorable descenso de los niveles de produccin del petrleo, y a la extincin de la era del petrleo barato, a no ser que la demanda del mismo decaiga abruptamente. [Campbell y Laherrere, 1998]

Para la Argentina, las reservas comprobadas de combustibles fsiles son: 9 aos para el petrleo, 18 aos para el gas natural [IAE, 1998].

Podemos estimar que al ritmo actual de crecimiento del consumo (tasa promedio anual de 1,1% entre 1989 y 1998) en un siglo el mundo habr agotado la mayor parte del recurso de los hidrocarburos (petrleo y gas natural); el carbn mineral podr durar unos siglos ms, pero a fines del siglo XXI habremos vuelto nuevamente a dependeren gran medidade las fuentes renovables. Por supuesto, las formas de esas fuentes energticas sern muy diferentes de las histricas, e incluso tendremos (posiblemente) la contribucin de la fusin nuclear.

En la Fig. 2 podemos apreciar la distribucin de las distintas fuentes de energa primarias que abastecen actualmente al mundo y en la Fig. 3 el consumo de energa secundaria para la Argentina por fuente y sector en el ao 1997.

Totales mundiales (1998) [International Energy Annual 2000]

Petrleo40%

Renov.1%

Carbn23%

Nuclear6%

Hidro7%

Gas Nat.23%

Argentina (1997) [Balance Energtico Nacional, 1997]

Gas Nat.46%

Hidro5%

Nuclear 3%

Renov. 4%

Petrleo42% Petrleo

Gas Nat.HidroNuclearCarbnRenov.

Figura 2. Consumo de Energa Primaria por fuente

Por otra parte, las fuentes renovables provienen directa o indirectamente del Sol3, que si bien por definicin es un recurso prcticamente inagotable, tiene otro tipo de limitacin que radica en que ste proporciona en forma directa cuando mucho un kilowatt de potencia por metro

3 La excepcin la constituyen la energa geotrmica y la mareomotriz.

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cuadrado de superficie terrestre. Esto implica que aunque el flujo total de potencia solar que llega hasta la tierra es inmensoalrededor de 15.000 veces el consumo mundial total de 1990 su baja densidad energtica limita o dificulta, su utilizacin.

A pesar de esto, las crisis energticas descriptas anteriormente motivaron dadas sus ventajosas caractersticas su resurgimiento desde la dcada del 70, representando hoy casi el 1% de la generacin mundial encontrndose en rpido aumento fundamentalmente la elica. La tasa promedio de crecimiento anual mundial de las energas renovables se ha ubicado, en el perodo 1989-1998, en el 5,9%.

En la Figura 2 renovables incluye biomasa, geotrmica, solar y produccin de electricidad a partir de la energa elica. En el caso de Argentina la relativamente importante participacin de esta fuente (4%) se debe fundamentalmente a la utilizacin de lea y bagazo de caa.

Energa y recursos econmicos Los combustibles fsiles permitieron a la humanidad aumentar la disponibilidad energtica y con ello su actividad econmica. Esta situacin condujo a un concepto fuertemente arraigado hasta hace poco tiempo que sostena que el uso de la energa y el crecimiento econmico estn estrechamente vinculados y que este ltimo requera constantes incrementos en el uso de la primera.

El razonamiento (desarrollado abajo) seguido es el siguiente: para obtener Desarrollo se debe crecer econmicamente, lo cual implica un mayor consumo energtico [Goldemberg et al., 1988] Desarrollo crecimiento econmico mayor PBI mayor consumo energa En particular, para el sector elctrico, la lgica se completa de la siguiente forma:

mayor consumo energa mayor consumo electricidad Generacin centralizada 4 Para los Pases en Vas de Desarrollo (PVD) cuyo consumo energtico era relativamente peque-o, este esquema implicaba un gran y rpido incremento en la disponibilidad energtica para hacer factible el desarrollo econmico. En efecto, el consumo energtico ha ido creciendo rpidamente en la mayora de los PVD, pero la proyeccin hacia el futuro de estas tendencias no es sostenible en el tiempo debido a las restricciones mencionadas en el trilema energtico.

En 1983 el Banco Mundial estim que las inversiones anuales necesarias para el sector energtico en los PVDs alcanzara un promedio de $144 mil millones anuales durante el perodo 1982-1992 [World Bank, 1983 citado en Williams, 1988]. En 1987 en un informe realizado para el Congreso Mundial de Energa se estimaba una cifra an mayor: $ 254 mil millones anuales para el perodo 1980-2000.

El mismo estudio citado indicaba que el sector elctrico totalizara alrededor del 60 % del total de los requerimientos de capital, y que para todos los pases en vas de desarrollo los gastos de capital en electricidad se incrementaran del 1,5 % del PBI que representaban en 1980, a un valor entre el 2,6 % al 5,5 % para el ao 2000. Un estudio ms reciente del Banco Mundial [1990] estimaba que las necesidades financieras del sector elctrico durante los 90 seran de $ 1 billn. Entre 1961 y 1995, 90 % de los prstamos energticos del Banco Interamericano de Desarrollo

4 Se entiende por Generacin Centralizada de la energa elctrica a aquella que se realiza en centrales elctricas de gran potencia cientos de MW y que luego se distribuye (a veces a travs de grandes distancias) hacia los centros de consumo por lneas de transmisin y redes de distribucin de la energa elctrica.

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fueron al sector elctrico [Millan, J., 1996, com. pers.]. Otro elemento agrav la situacin an ms: el incremento en los requerimientos de capital coincidi con la crisis financiera que enfrentaron los pases en vas de desarrollo desde el comienzo de los 80.

Energa y medio ambiente

Toda actividad humana interacta de alguna forma con la naturaleza. Los recursos naturales: alimentos, materias primas y recursos energticos provienen de ella; y todos los resultados de esta actividad: efluentes gaseosos y lquidos, desechos urbanos e industriales, y objetos con su vida til acabada, etc., van a parar a ella.

Por este motivo, inevitablemente, tambin todas las etapas asociadas al sector energtico: extraccin de recursos energticos, transporte, transformacin, distribucin y utilizacin se encuentran integradas en mayor o menor grado, y en forma ms o menos conflictiva, con el ambiente.

En particular siendo nuestro objeto de estudio la iluminacin elctrica se concentrar la atencin en las diversas formas de impacto ambiental asociados a la generacin de energa elctrica que, sintticamente, pueden resumirse en: contaminacin del aire por centrales trmicas que utilizan combustibles fsiles carbn

mineral, petrleo, gas natural y emiten gases y partculas a la atmsfera cambio de clima a partir de las emisiones de dixido de carbono (CO2), el principal gas del

efecto invernadero alteracin de ecosistemas (centrales hidroelctricas) contaminacin del agua y contaminacin trmica (centrales trmicas que utilizan cuerpos de

agua en su ciclo de refrigeracin) contaminacin por radioactividad (centrales trmicas nucleares), accidentes, generacin de

residuos de alta actividad etc.

El crecimiento en el uso de energa acenta los daos y los riesgos ambientales asociados.

En la Figura 3 se muestra a modo de ejemplo la evolucin en la concentracin de CO2 atmosfrico responsable del potencial calentamiento de la Tierra (cambio climtico).

Figura 3. Concentraciones de CO2 (ppm: partes por

milln). Fuente: IPCC, 1990.

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2. Uso eficiente de la energa

Para entender apropiadamente el concepto de uso eficiente de la energa y en particular los beneficios que conlleva hacer iluminacin eficiente, es conveniente en principio definir algunos trminos a emplear que tendrn un significado muy especfico a lo largo del libro.

2.1. Usos finales de la energa

La energa no representa un fin en s mismo sino un medio para conseguir algo (un servicio) por lo que en realidad la demanda de energa enmascara otra demanda, la de los servicios que la energa nos puede proveer: comida caliente, ropa limpia, iluminacin, transporte de personas y mercaderas, elevacin de agua para irrigacin, fuerza motriz en fbricas, calor de proceso, etc. A partir de esto se entiende por servicio energtico (o uso final de la energa5) a aquella prestacin, provista naturalmente o por un dispositivo, que utiliza energa para satisfacer una necesidad humana.

De este modo, la demanda de energa no tiene dinmica propia, sino que surge del requerimiento de los innumerables servicios energticos en cantidad y calidad que la energa provee.

Un anlisis completo para la provisin de servicios energticos debera tener como propsito la bsqueda de opciones que requieran poca o no requieran provisin artificial de energa, a un bajo costo, y con mnimo o nulo impacto ambiental. Para ello se debern identificar principalmente aquellos servicios que puedan ser provistos naturalmente con un adecuado diseo de instalaciones y/o procesos, en concordancia con estos requisitos. Los casos tpicos en donde esto es factible son: iluminacin y climatizacin ambiental. En otro tipo de procesos, tpicamente los industriales, estas opciones son ms escasas (aunque no inexistentes: tratamiento de efluentes6, destilacin y secado por medio del sol, etc.), debido a sus caractersticas y a la intensidad energtica requerida.

Entre los servicios energticos ms comunes encontramos el transporte (por automviles, aviones, barcos, etc.), la fuerza motriz (por medio de motores de combustin interna, elctricos, etc.), la iluminacin (mediante lmparas incandescentes, de descarga, etc., o con luz natural), la conservacin de alimentos (heladeras, freezers, etc.), la coccin de alimentos, la calefaccin (estufas a gas o elctricas), etc.

La Tabla 1 nos muestra una posible sntesis de los usos finales ms importantes a partir de la energa elctrica.

Tabla 1. Usos finales de la energa elctrica. Transporte Movimiento de materiales Procesos mecnicos Calefaccin Enfriamiento Iluminacin Manejo de la informacin Transformacin fsica/qumica

5 En general ambos trminos se usan en forma indistinta. En este libro se utilizarn como sinnimos. 6 Digestin aerbica o anaerbica.

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Los automviles, las lmparas, las heladeras, las estufas, etc., son artefactos de uso final. El nexo entre el servicio provisto y la demanda de energa es la tecnologa empleada en cada caso por el artefacto de uso final para transformarla en la forma o el servicio energtico deseado. Para todos los artefactos de uso finallmparas, ventiladores, motores elctricos, cocinas, etc.existen alternativas tecnolgicas eficientes.

Lamentablemente, los anlisis de consumo por usos finales son escasos, entre otras razones, por la dificultad tcnica que implica su realizacin. Comnmente los consumos energticos, y en particular los de energa elctrica, se hallan discriminados por regin geogrfica (lmites polticos o comerciales) y/o por sectores de consumo, entendiendo por sector de consumo a la categorizacin del consumo total de energa por similitud fsica y/o funcional. Por ejemplo, todas las residencias particulares integran el sector residencial, todas las industrias el sector industrial, y as sucesivamente encontramos el sector transporte, agropecuario, comercial y pblico, etc.

2.2 Estrategia energtica en base a los usos finales

En virtud de lo analizado en el trilema energtico, la creciente demanda de servicios energticos y consecuentemente de los recursos energticos, representa uno de los desafos ms importantes que deber enfrentar la humanidad en el futuro.

Algunos pases fundamentalmente los desarrollados reaccionaron frente a las crisis energticas de los 70 obteniendo ciertos xitos recortando la demanda de petrleo mediante una combinacin de medidas que involucraban la substitucin de combustibles y el uso eficiente de la energa. Como resultado de esta intervencin, los precios del crudo cayeron. Los aos posteriores a 1973 demostraron un quiebre en la histrica correlacin que exista entre el consumo energtico y la actividad econmica en la mayora de los pases industrializados: el Producto Bruto creci mientras que el Consumo de Energa Total se mantuvo prcticamente constante en los niveles de 1973 (hasta mediados de la dcada del 80). La Fig. 4 muestra este fenmeno para el caso de los EE.UU., existiendo grficas similares para el resto de los pases desarrollados que implementaron polticas activas al respecto.

Pero aunque se alcanz un cierto xito en la reduccin del consumo de energa total luego de la crisis del petrleo, el consumo de energa elctrica continu incrementndose y los costos de ampliacin del sistema elctrico constituyeron una pesada carga econmica, particularmente en los pases menos desarrollados. En la Fig. 4 se observa que el consumo de energa elctrica sigui creciendo despus de 1973 aunque a un ritmo mucho menor que el histrico.

Una estrategia energtica dirigida a cumplir los objetivos del desarrollo sustentable se funda-menta en el anlisis energtico por usos finales de energa, el cual estudia de forma detallada cmo se utiliza la energa, e incorpora los conceptos de uso eficiente de la energa y de gestin de la demanda (UEGD). A causa de este nfasis sobre los usos, ms que en las tcnicas de planeamiento energtico tradicional orientadas principalmente a incrementar el suministro para satisfacer un crecimiento previsto de la demanda exgena (sin indagar en los detalles de sta), se la conoce tambin como Estrategia energtica orientada a los usos finales.

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Figura 4. Evolucin de los totales de Energa Primaria y Electricidad usada en los EE.UU. (Fuente: Datos de energa y PBN del Monthly Energy Review, Energy Information Agency,

US Department of Energy.)

Se entiende por uso eficiente de la energa a la aplicacin de: a) tecnologas, sistemas o modos de uso que reduzcan la cantidad de energa consumida para conseguir el servicio energtico deseado y de b) las metodologas necesarias para la promocin de a).

La gestin de la demanda se refiere a la aplicacin de metodologas y/o tecnologas que modifiquen la forma de la curva de carga sin que esto implique necesariamente un menor consumo energtico. Esto es fundamental en el caso de la energa elctrica que no puede ser convenientemente almacenada en grandes cantidades, y en donde el suministro debe seguir a la demanda instante a instante razn por la cual la variacin temporal de la carga es tan importante como la magnitud de la energa consumida. La eficiencia energtica y la gestin de la demanda van de la mano en un futuro energtico orientado a los usos finales.

La definicin de la estrategia energtica orientada a los usos finales comprende los siguientes pasos:

a) estimar la magnitud del consumo energtico de cada uso final, por ejemplo: transporte, iluminacin, refrigeracin, fuerza motriz industrial, etc. Estudiando pormenorizadamente los usos finales de la energa a partir de relevamiento de datos, auditoras, mediciones, etc.;

b) evaluar las tecnologas relacionadas con los artefactos de uso final empleados actualmente (motores, lmparas, heladeras, etc.)particularmente su eficiencia energtica adems de los aspectos tcnicos, y los factores econmicos y ambientalesconsultando informacin tcnica, mediante ensayos, etc.;

c) recopilar datos acerca de los artefactos de uso final energticamente eficientes, sus rendimientos, costos y otras caractersticas tcnicas. Idem (b).

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d) compendiar informacin acerca de las tecnologas alternativas para la produccin de energa. Incluyendo en el estudio fuentes y tecnologas tanto convencionales como no convencionales, y especialmente aquellas basadas en fuentes renovables y/o procesos de conversin menos contaminantes.

e) estimar la demanda futura de los servicios energticos. Basndose en la expectativa de crecimiento poblacional, el incremento en la actividad econmica, y otros factores, o sea planteando un futuro escenario energtico; y

f) elaborar una metodologa para determinar la ptima combinacin de tecnologas de produccin, distribucin y ahorro de energa, con el objeto de satisfacer los futuros requerimientos de los servicios energticos al mnimo costo social7.

Utilizando toda esta informacin puede determinarse cual es la combinacin ptima de fuentes centralizadas y distribuidas, renovables y no renovables, aprovechando medidas rentables de eficiencia energtica, gestin de la demanda y otras oportunidades identificadas en el anlisis por usos finales.

Como se aprecia, esta estrategia cuestiona la correlacin entre desarrollo y consumo energtico con todas las consecuencias ya descriptas conduciendo a una identificacin de escenarios energticos futuros que son mucho menos intensivos en capital y recursos (adems de ser menos costosa en general), y ambientalmente menos conflictiva.

2.3 Otras posibilidades de ahorro

Las alternativas para hacer uso eficiente de la energa no se limitan a las tecnologas aplicadas a los artefactos de uso final. En rigor, estos artefactos integran, generalmente, un sistema que deber ser estudiado en su totalidad. Por lo tanto se puede aumentar la eficiencia en algn otro componente del sistema que constituye la conversin energtica para satisfacer un servicio. Estos otros componentes se denominan elementos asociados y pueden ser activos o pasivos. Los sistemas de control, tambin, pueden jugar un papel importante a la hora de disminuir los consumos.

El cambio en los procesos industriales constituye otra alternativa que ha conseguido disminuir significativamente la necesidad energtica.

La Tabla 2 resume una posible clasificacin de las posibles medidas descriptas hasta aqu.

7Costos econmicos directos mas costos indirectos, principalmente los costos ambientales.

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Tabla 2. Medidas de uso eficiente de la energa elctrica a nivel de uso final

Mejora en Ejemplos aparatos de uso final motores, lmparas, etc. elementos activos asociados

bombas, ventiladores, balastos para lmparas fluorescentes, etc.

elementos pasivos asociados

caeras, conductos, vlvulas, acoplamientos, pinturas claras, aislacin de heladeras, etc.

sistemas de control iluminacin, aire acondicionado de edificios, velocidad de motores, etc.

procesos industriales electromecnicos, termodinmicos, electrnicos, etc. medidas arquitectnicas luz natural, aislacin de edificios, calentamiento solar pasivo,

pelculas aislantes en ventanas, etc. contribucin de la energa solar a nivel de uso final

colectores para calentamiento de agua, lmparas solares (con acumulacin), vehculos solares, etc.

recuperacin de energa frenado regenerativo en traccin elctrica.

Pero las posibilidades de ahorro energtico tampoco se limitan exclusivamente a las tecnologas utilizadas en los artefactos de uso final o en los elementos asociados al proceso de conversin final. El resto de los elementos de la cadena energtica tambin puede ser optimizado. Por ejemplo, una central generadora puede ser ms eficiente, pueden reducirse las prdidas por transmisin y distribucin de energa elctrica, etc.

Cambiar la fuente energtica puede conducir tambin a ahorros energticos y beneficios econ-micos y ambientales. Histricamente, el reemplazo de lea y traccin animal por el carbn y, posteriormente, por petrleo y gas natural ha sido acompaado generalmente por ahorros substanciales de energa para desarrollar las mismas tareas. En bombeo para riego o en el calentamiento de agua para el sector residencial puede tener sentido reemplazar la electricidad por alguna otra forma de energa. La iluminacin elctrica es mucho ms eficiente que las lmparas de kerosene (ampliamente utilizadas en muchas partes del mundo donde no llega la electricidad). Una poltica energtica y elctrica racional debera considerar el incremento de la iluminacin elctrica en aquellas reas donde se utilice kerosene para iluminacin.

Los cambios estructurales dentro de la economa, asimismo, pueden modificar el patrn de consumo energtico. En sociedades industrializadas, las ltimas dcadas han visto un decrecimiento en la utilizacin de materias primas que eran energticamente intensivas para su fabricacin, y un incremento en el uso de materiales ms especializados necesarios en menores cantidades.

La urbanizacin, de igual modo, tambin afecta notablemente el consumo energtico dado que el desempeo del transporte, o la posibilidad de captar energa solar, se vinculan con la estructura de las ciudades. El enorme consumo de energa en el transporte particular en Norteamrica proviene de la distribucin difusa de poblacin la cual a la vez aumenta los recorridos y reduce la factibilad del transporte pblico. En el otro extremo, tenemos el paradigma de la ciudad de Curitiba (Brasil), donde un desarrollo urbano bien planificado y mantenido a lo largo de las dcadas conjuntamente con la creatividad de un sistema de transporte ejemplar han logrado uno de los xitos ms importantes en todo el planeta.

La informtica desempea un papel importante en la utilizacin de la energa. En la actualidad, se asiste a la llamada Revolucin Informtica, ya no se requiere mover materiapersonas,

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papeles, documentos, etc.de un sitio a otro sino que comunicamos ideas, sonidos, imgenes, etc. gracias a las espectaculares posibilidades que nos proporcionan las modernas tecnologas de telecomunicacin: fax, mdem, correo electrnico, televisin satelital, Internet, etc. Esta facilidad para transmitir informacin conjuntamente con su abundancia, adems de disminuir las necesidades de transporte y consecuentemente el consumo energtico derivado, permite tomar decisiones ms acertadas, seleccionar convenientemente entre un mayor nmero de alternativas, operar con mayor velocidad, etc., posibilidades stas que impactan sobre la eficiencia con la que usamos la energa.

Por ltimo, el consumo energtico se encuentra vinculado tambin con aspectos tales como hbi-tos y/o comportamientos, conocimientos, creencias, smbolos de estatus, etc., de los consumidores, elementos stos que podemos denominar dimensin humana del consumo de energa o ineficiencia energtica cultural segn algunos autores [Kempton et al., 1994]. Esta categora va ganando importancia en el anlisis del uso eficiente de la energa, constituyndose gradualmente en un rea de estudio especfica.

2.4 Potencial de ahorro

Finalizando esta introduccin relacionada con el uso eficiente de la energa resta mencionar la posibilidad de cuantificar la magnitud de los beneficios a obtener por el uso eficiente de la energa y gestin de la demanda. Esta estimacin es conocida como potencial de ahorro, y dada su importancia se describir en profundidad el proceso para evaluarlo en el Captulo 15.

El potencial de ahorro de la energa elctrica, o sea la cantidad de energa que es posible ahorrar tcnica y econmicamente hablando en funcin del actual estado del arte surge, para la Argentina, a partir de algunas cifras reales y de aproximaciones realizadas sobre la base de los datos de otros pases. La evolucin de la demanda de energa elctrica en la Argentina, correspondiente a la eficiencia congelada (sin ninguna mejora en la eficiencia en el futuro) y al futuro eficiente donde las tecnologas eficientes existentes se incorporen en todos los casos en donde son rentables, determina una diferencia (potencial de ahorro) del 39% para el ao 2020, respecto un consumo de 196 TWh con la eficiencia congelada. O sea una reduccin del consumo de energa elctrica de 76 TWh mayor que el valor del consumo actual 60 TWh en el ao 1996 [Informe de Prospectiva 1997, Secretara de Energa].

Este ahorro energtico se traduce directamente en menores gastos para la sociedad que segn se ha estimado alcanzaran tan slo para dos usos finales la iluminacin y las heladeras domsticas un ahorro neto para los usuarios del sector residencial del orden de los 8.600 millones de $ (1994) en un lapso de 20 aos. [Dutt et al., 1995]

Actualmente, el crecimiento en la demanda elctrica se abastece con la incorporacin de potencia a la represa hidroelctrica Yacyret y la construccin de nuevas centrales trmicas a gas natural. Una reduccin en la demanda reducira la generacin en las plantas trmicas, ya que la generacin hidrulica y nuclear, seguiran funcionando. Por lo tanto, se puede estimar la disminucin en la contaminacin atmosfrica considerando una reduccin en la generacin trmica de esta magnitud. Pero en el mediano o largo plazo un descenso de la demanda puede significar tambin postergar la necesidad de construir nuevas centrales de todo tipo (incluyendo hidroelctricas y nucleares).

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3. La iluminacin eficiente

3.1 La iluminacin y la demanda de energa

A partir de los temas desarrollados en el punto 3 surge con claridad que podemos categorizar a la la iluminacin como un uso final de la energa. Continuando la lnea conceptual all seguida una de las primeras opciones que deberan considerarse frente a la necesidad de luz es la posibilidad de aprovechar adecuadamente la luz natural a partir de un conveniente diseo arquitectnico y/o de la utilizacin de sistemas de control que desactiven aquellas lmparas en donde la luz aportada por el Sol alcance para satisfacer la necesidad de iluminacin. En particular estos temas se desarrollarn en el/los Captulos 13 y 14 respectivamente.

Para la provisin de luz por medios artificiales la mejor forma que tenemos (en el presente y dentro del futuro previsible), es a partir de la energa elctrica. A excepcin de las reas rurales y aquellas fuera del alcance de las redes de electricidad, el resto de la iluminacin en los sectores industrial, comercial y pblico, residencial urbano y el alumbrado pblico se basan en el uso de energa elctrica, por lo que de ahora en ms este texto se limitar pura y exclusivamente al anlisis de este tipo de iluminacin.

En una primera aproximacin al sector energtico de la Argentina se observa que desde un punto de vista del consumo final de energa por sector, estos se ordenan de mayor a menor de la siguiente manera: transporte, industrial, residencial y comercial y pblico (Fig. 6a). Sin embargo, al repetir la comparacin pero a partir del consumo final de energa elctrica por sector, ahora el sector transporte prcticamente pierde toda relevancia y tan slo tres sectores acaparan casi el 98% del consumo. Estos son sector industrial, residencial y comercial y pblico (ver Fig. 6b).

a) Energa Total (1997)

Resid.21%Industria

31%

Agrop.7%

Transp.34%

Com y Pub.7%

b) Electricidad (1997)

Com y Pub.22%

Transp.1%

Agrop.1%

Industria47%

Resid.29%

Figura 6. Consumo final de energa por sector en la Argentina (sin incluir los no energticos)

Fuente: Balance energtico nacional (1997)

Ahora bien, realizando un anlisis por usos finales de la electricidad dentro de cada sector de consumo para la energa elctrica (considerando tan slo los tres sectores ms importantes), se observa que la iluminacin tiene una participacin destacada fundamentalmente en el sector comercial y pblico, luego en el residencial y en menor grado en el industrial. En la Figura 7 se

13

grafica la distribucin del consumo por usos finales de energa elctrica en cada uno de los sectores y en el total del pas.

INDUSTRIAL 30,7 TWh

Otros6%

Ilum.7%

Motores elcricos

75%

Electroqumica12%

RESIDENCIAL 18,9 TWh

Ilum. 35%

Cons. alimentos

30%

TVs y asoc.14% Otros

21%

COM. Y PUBLICO 14,1 TWh

Otros25%

Ilumin.53%

Motores elcricos

10%

Refrig.12%

TOTAL 64,7 TWh

Ilumin.25%

Cons. alimento

s9%

Motores elctricos

37%

Otros29%

Figura 7. Consumo final de energa elctrica en Argentina (1997) por sector y uso final.

En la Figura 7 se puede apreciar que en el total del consumo de energa elctrica la iluminacin representa el 25% ubicndose como segundo uso final en importancia luego de los motores elctricos. Este porcentaje es alto en relacin con otros pases donde la iluminacin representa menos del 20% del consumo total de energa elctrica. Esto se debe, bsicamente, a que se utiliza el gas como substituto de la energa elctrica para muchos usos finales.

3.2 Iluminacin eficiente

En funcin de lo visto, podemos analizar la eficiencia en la provisin del servicio de iluminacin en los distintos niveles.

El primero de ellos lo constituyen las lmparas que son el artefacto de uso final que transforma la energa elctrica en luz. Existen miles de lmparas distintas, que utilizan diferentes tecnologas para conseguir su propsito, y que brindan prestaciones diversas con distintos niveles de eficiencia en la conversin de energa elctrica en energa lumnica. La descripcin de los dispositivos ms eficientes que existen en la actualidad se desarrolla en el Captulo 4 de este libro.

14

Completando el anlisis hacia el resto del sistema de provisin de luz se tienen los elementos asociados a las lmparas que son bsicamente las luminarias (elementos pasivos) que son los artefactos encargados de distribuir adecuadamente el flujo luminoso emitido por stas; y los balastos (elementos activos) necesarios para el encendido y el correcto funcionamiento de las lmparas del tipo de descarga. El estudio de la eficiencia asociada a estos elementos se profundiza en los Captulos 5, 6 y 7.

3.3. Potencial de ahorro

En un trabajo realizado para la Argentina para el ao 2000, se estim que tan slo el recambio de lmparas por sus equivalentes ms eficientes en donde esto fuera posible y econmicamente rentable redundara en una disminucin de alrededor del 28% del consumo energtico en iluminacin y el 7% de todo el consumo de energa elctrica de nuestro pas. [Assaf y Dutt, 2001] Esta evaluacin establece una hiptesis de ahorro mnimo pues slo considera la substitucin de lmparas sin tener en cuenta, como hemos visto, muchas otras medidas para mejorar la eficiencia del sistema.

Para poder determinar en forma ms o menos precisa el potencial de ahorro en iluminacin se requiere en primera instancia conocer el consumo elctrico para este uso final en forma desagregada para poder evaluar las alternativas ms eficientes. La descripcin de la determinacin del potencial de ahorro se realiza en el Captulo 15.

3.4. Programas de iluminacin eficiente en el mundo

Diversos factores contribuyen a que la iluminacin sea uno de los primeros usos finales donde se haya comenzado a trabajar aplicando medidas de eficiencia energtica [Tanides, 1998]

1. El potencial de ahorro para este uso final demuestra ser muy elevado.

2. Algunas alternativas de eficiencia en iluminacin no representan costo adicional alguno y en otros casos el uso eficiente de la energa elctrica en la iluminacin es una medida altamente rentable.

3. Debido a su alta coincidencia con la demanda pico vespertina de electricidad, una reduccin en el consumo energtico se reflejara tambin en una disminucin de la demanda de punta, permitiendo importantes ahorros en las inversiones necesarias para suministrar dichos picos.

En particular para el sector residencial,

4. Pocos puntos luminosos de las residencias concentran la mayor parte del consumo, lo que permite un gran aprovechamiento del potencial de ahorro cambiando pocas lmparas.

5. Debido a la corta vida til, al bajo costo de las lmparas a reemplazar (incandescentes) y a que la tecnologa para efectuar el cambio se halla disponible en el mercado, la substitucin puede realizarse en plazos relativamente breves.

La mayor parte de las ventajas enumeradas se repiten en una considerable cantidad de pases, razn por la cual, muchos de ellos han puesto en marcha diversos tipos de programas de iluminacin eficiente. Estos programas contemplan campaas de informacin, difusin y demostracin, normativas de eficiencia, sistemas de etiquetado, distintas metodologas de financiacin de los productos, etc.

15

Uno de ellos es el Programa de Iluminacin Eficiente (Efficient Lighting Initiative, ELI), que est en funcionamiento en Argentina, Filipinas, Hungra, Letonia, Per, Repblica Checa y Sudfrica.

Referencias

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Dutt, G.S., 1993. Electricity at Least Cost, The Center for Energy and Environmental Studies, Princeton University.

Dutt, G.S., M. Brugnoni y C. Tanides, 1995. Megawatts o Negawatts: alternativas para minimizar inversiones en el sector elctrico, presentado en el II Congreso Latinoamericano Generacin y Transporte de Energa Elctrica, Mar del Plata, nov.

Fulkerson, W., R.R. Judkins y M.K. Sanghvi, 1990. Energa de combustibles fsiles, Investigacin y Ciencia, Nro. 170, pp. 84-92, noviembre.

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Johansson, T. B., et al., 1993. Renewable Energy - Sources for Fuels and Electricity, Island Press, Washington, DC.

Kempton, W. y L. Schipper, 1994. Expanding the human dimensions research agenda, Proceedings of the 1994 ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Buildings, Vol. 1, pp. 1.85-90.

OLADE, 1994. Energa en cifras, versin No. 6, Organizacin Latinoamericana de Energa, Quito, julio.

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World Bank, 1983. The Energy Transition in Developing Countries, Washington, DC.

World Bank, 1990. Capital expenditure for electric power in the developing countries in the 1990s, Energy series paper 23, Industry and Energy Department, World bank, Washington, DC.

16

Anexo A. Definiciones:

Artefacto de uso final (end-use device): se denomina de esta manera al artefacto en el cual se consume energa para proveer un servicio energtico. Ejemplos de artefactos de uso final son lmparas, motores, heladeras, etc.

Servicio energtico (end-use service category): los usos finales de la energa pueden ser clasificados de diferentes maneras. Una de estas formas es por categora de servicio, p.e. calefaccin, refrigeracin, iluminacin, transporte, etc.

Desarrollo Sustentable: La Comisin Mundial sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo (de las Naciones Unidas) defini el desarrollo sustentable como un desarrollo que satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer las propias

Energa Primaria: segn OLADE Se entiende por energa primaria a las distintas fuentes de energa, tal como se obtienen en la naturaleza, ya sea en forma directa como en el caso de la energa hidrulica o solar, la lea y otros combustibles vegetales o despus de un proceso de extraccin como el petrleo, carbn mineral y geotermia. Se han considerado las siguientes fuentes primarias: Petrleo Crudo, Gas Natural, Carbn Mineral, Hidroenerga, Geoenerga, Combustibles Fisionables, Lea, Productos de Caa, Otras fuentes energticas primarias.

Escenario energtico: se denomina de esta manera al conjunto de suposiciones necesarias para realizar una proyeccin de la demanda energtica. Entre las consideraciones a realizar, podemos citar:

Clima: es el conjunto estadstico de la condiciones del tiempo (meteorolgico) para un rea dada especificado durante un intervalo de tiempo (usualmente dcadas).

Cambio Climtico: se denomina as a la variacin de las caractersticas del Clima, de origen antrpico o no, por ejemplo la alteracin del balance trmico terrestre debido al crecimiento de los gases de invernadero (CO2, CH4, etc.), o el adelgazamiento de la capa de ozono en la estratosfera.

17

Captulo 2

Luz, Color y Visin Elisa Colombo y Beatriz O`Donell

1. Magnitudes fotomtricas

2. Magnitudes colorimtricas

3. Instrumentos de medicin

4. Caractersticas funcionales del sistema visual humano

5. Efectos de las condiciones de iluminacin sobre las capacidades del sistema visual

5.1. El estmulo visual y sus caractersticas 5.2. Agudeza visual 5.3. Contraste umbral y Funcin Sensibilidad al contraste 5.4. Funcin de sensibilidad temporal 5.5. Discriminacin de color 5.6. Alternativas para mejorar la eficiencia visual umbral

Bibliografa

1

La luz es la parte de la energa radiante evaluada visualmente, es decir, la energa que, al interactuar con alguna superficie, se refleja o se trasmite hacia el sistema visual y produce la respuesta de los fotoreceptores, dotando al ser humano del sentido de la visin. Una comprensin integral de la luz implica, adems de una aproximacin desde la fsica, la consideracin de la respuesta del ser humano, tanto psicolgica como fisiolgica, ya que la iluminacin tiene un propsito ms amplio que el de asegurar que los objetos sean vistos. La naturaleza de los vnculos y relaciones existentes entre las condiciones de iluminacin y las caractersticas del objeto visual, as como los requerimientos que deben cumplirse para optimizar la habilidad y capacidad humana, son complejos y no existen frmulas mgicas para resolver una dada situacin. Esto se pone de manifiesto en la complejidad de estos estudios y la cantidad de variables involucradas, la mayora de ellas no controlables. El anlisis se hace ms complejo si se tienen en cuenta las diferencias individuales, que pueden deberse a la edad de las personas o a las condiciones de la visin, y el peso que tiene la componente visual en la totalidad de la tarea. Mientras la eficiencia visual se cuantifica a travs de la velocidad y la precisin con que se realiza una tarea, el confort visual es una medida del grado en que las condiciones de iluminacin predisponen favorablemente a las personas para realizar la tarea. Los aspectos que afectan a la eficiencia estn relacionados con la tarea y su entorno inmediato, mientras que aquellos que influyen sobre el confort involucran aspectos ms generales del medio ambiente iluminado. Por ejemplo, puede ocurrir que en una oficina el nivel de iluminacin corresponda al valor recomendado pero la fuente luminosa presente un parpadeo molesto, o la presencia de una ventana dentro del campo visual del usuario constituya un foco de distraccin debido al deslumbramiento. En resumen, una buena solucin en el diseo de un sistema de iluminacin debe asegurar eficiencia visual, confort visual y un medio ambiente apropiado a las personas que utilizarn ese espacio, as como consideraciones energticas, condiciones trmicas, acsticas y visuales, ya que todas en conjunto conducirn a una mayor productividad en los usuarios de ese espacio.

1. Magnitudes fotomtricas

Las fuentes de luz emiten energa en forma de ondas electromagnticas. Esta radiacin se cuantifica con la ayuda de las magnitudes radiomtricas. Si interesa cuantificar solamente la radiacin a la que es sensible el ojo humano estas magnitudes radiomtricas se transforman en magnitudes fotomtricas.

2

La luz corresponde a la pequea parte del espectro electromagntico comprendida entre las longitudes de onda de 380nm (nm: nanometros; 1nm=10-9m) y 760nm, aproximadamente, cuya energa es absorbida por los fotoreceptores del sistema visual humano, iniciando as el proceso de la visin (Figura 1).

Rayos gamma

Rayos X

-1 4

-1 2

-1 0

- 8

- 6

- 2- 4

6

4

21

10

10

10

1010

1010

10

10

10

10

Rayos U.V.

Rayos I.R.

RadarF.M.T.V.

A.M.Ondacorta

Visible

Figura 1.- Pequea parte del espectro electromagntico que al incidir en el ojo humano provoca las sensaciones de claridad y color

El efecto v la longitud de onda. Las m corresponden a la sensibilidde claridadindividualeexperimentinternacionComisin ILa CIE (19observador en el ao 19ao 1951. sistemas defundamentaescotpicasmientras qu

isual de la radiacin, en el rango visible, depende fuertemente deagnitudes fotomtricas se obtienen mediante factores de peso que

ad espectral relativa del sistema visual humano, basada en la diferente percepcin para cada longitud de onda en la regin visible. Debido a las diferencias s, y a la dependencia de esta curva de sensibilidad espectral de las condiciones ales, y en especial del nivel de iluminacin, ha sido necesario lograr acuerdos ales entre representantes de los distintos pases, los que han sido canalizados por la nternacional de la Iluminacin (CIE: Commission Internationale de lEclairage). 70, 1978) adopta dos curvas de sensibilidad espectral relativa, V(), para el

CIE estndar, en condiciones fotpicas, es decir para niveles de iluminacin altos, 24, y en condiciones escotpicas, es decir para niveles de iluminacin bajos, en el

En la Figura 2 se muestran estas dos curvas, que estn relacionadas a los dos fotoreceptores que tiene el sistema visual humano, el de los conos, que opera lmente en condiciones fotpicas, y el de los bastones, que opera en condiciones . El ojo muestra su mxima sensibilidad para 555nm en condiciones fotpicas, e para condiciones escotpicas este mximo se desplaza hacia los 507nm.

3

400

0.0

0.5

Eficiencialuminosarelativa

1.0( )V

b)

a)

450 500 550 600 700650

Longitud de onda (nm)

Figura 2.- Curvas de sensibilidad espectral para (a) el observador CIE en condiciones fotpicas(b) el observador CIE en condiciones escotpicas (CIE, 1970, 1978)

La medida fundamental de la radiacin electromagntica emitida por una fuente es el flujo rad ide en wat l Flujo Lumpor hum(lm)

donwatestcorrescolumincabala iante (rad), es decir, la cantidad de energa emitida por unidad de tiempo, y se mt (W). La magnitud fotomtrica derivada, usada para medir el efecto de la luz, es einoso (lum), que se esquematiza en la Figura 3a, es decir la cantidad de energa radiante unidad de tiempo multiplicada por la sensibilidad espectral relativa del sistema visual ano integrada sobre el rango de longitudes de onda del visible, y se mide en lmenes . As, el flujo luminoso se expresa por la ecuacin:

760380mlum d K= radV (1) de rad d es el flujo radiante en un pequeo intervalo de longitud de onda d, medido en t, y lum el flujo luminoso expresado en lmenes. El valor de V() depende del observador ndar apropiado al nivel de iluminacin, lo mismo que el valor de la constante Km, que esponde a 683lm W1 para condiciones fotpicas y 1699lm W-1 para condiciones tpicas. La relacin entre el flujo luminoso y el flujo radiante, que define la eficiencia inosa, depende del tipo de fuente, por ejemplo, el flujo luminoso de una lmpara ndescente de 100W es 1380lm y el de una lmpara fluorescente compacta de 20W con sto electrnico es de 1200lm.

4

El Flujo Luminoso caracteriza la cantidad de luz total emitida por una fuente luminosa en todas direcciones. Sin embargo, para aplicaciones prcticas muchas veces es necesario cuantificar el flujo luminoso emitido en una dada direccin, para lo cual se define la Intensidad Luminosa (I) (Figura 3b) como el flujo emitido por unidad de ngulo slido en una direccin especificada. La misma deriva de la magnitud radiomtrica denominada Intensidad de Radiacin. La unidad de medida de la intensidad luminosa es la candela, que es equivalente a un lumen/estereorradin. Esta magnitud fotomtrica se usa para describir la distribucin de luz proveniente de una fuente o una luminaria. El modo en como se distribuye la intensidad luminosa, de una lmpara o una luminaria, se indica mediante grficas de isocandelas, es decir curvas de igual valor de intensidad. Estos diagramas, representados en coordenadas polares o cartesianas, permiten elegir una luminaria de acuerdo a las funciones p

Su(s ara las cuales se utilizar. a) Flujo luminoso b) Intensidad luminosa

c) Iluminancia d) Luminancia

Figura 3.- Grficos ilustrativos de los conceptos de (a) flujo luminoso, (b) intensidad luminosa, (c)iluminancia y (d) luminancia.

i una lmpara fluorescente compacta con balasto convencional de 7W que emite 400lm fuera na fuente puntual, iluminando por igual en todas las direcciones, su intensidad sera 400lm/ 4 sr), es decir 33 candelas, ya que el flujo luminoso total se divide por el ngulo slido total ubtendido por una esfera, 4 estereorradin.

5

Las otras dos magnitudes fotomtricas fundamentales son: iluminancia (Figura 3c) y luminancia (Figura 3d). La Iluminancia (E), que deriva de la Irradiancia, se define como el flujo luminoso que incide por unidad de rea de una superficie dada. Se mide en lux (lux (lx) = lm/m2). En general, cuando se mide la iluminancia sobre el plano de trabajo o Iluminancia Horizontal, se fija convencionalmente una altura de 0,85m. Cuando se necesita especificar la iluminancia sobre paredes o pantallas de video, las mediciones se hacen sobre planos verticales, lo que se conoce como Iluminancia Vertical. Su aplicacin prctica es cuantificar

es la caso la cantidad de luz que llega a una superficie y por la simplicidad de su medicin magnitud que ms se usa. La iluminancia sigue la ley inversa de los cuadrados, que en el

de una fuente puntual toma la forma:

E = I / d2 (2) donde d es la distancia desde la fuente luminosa a la superficie a la que llega el flujo luminoso y la superficie es perpendicular a la direccin de propagacin de la radiacin incidente (Figura 4a). Cuando la superficie no es perpendicular a la direccin de propagacin del flujo luminoso (Figura 4b) la ecuacin debe ser modificada y se obtiene:

E = ( I / d2) cos (3) donde es el ngulo de inclinacin de la superficie.

dI

Superficie (b)

(a)SuperficieSuperficie

Figura 4.- Clculo de la iluminancia para el caso de a) una superficie perpendicular a la direccin de la intensidad y b) una superficie que forma un ngulo con la direccin de la intensidad.

6

La luminancia (L), que deriva de la radiancia, de una fuente o de una superficie, se define como la intensidad luminosa emitida, por la fuente o la superficie, en la direccin de un observador, dividida por el rea de la fuente o la superficie vista por el observador, es decir por unidad de rea proyectada. Su unidad es la candela por metro cuadrado (cd / m2). Esta magnitud se ilustra en la Figura 5a para el caso de una lmpara fluorescente compacta. La lnea de visin, desde el observador a la lmpara, forma un ngulo con la lnea perpendicular al frente de la lmpara. La luminancia en la direccin del observador (L) se calcula de la siguiente manera:

L = I / A cos (4) donde I es la intensidad de la fuente en la direccin del ngulo y el producto de A po . En la Figura 5b se ilu

Endepr

EsncoapsoCur cos es el rea proyectada perpendicular a la direccin de visinstra un ejemplo similar para una superficie que refleja luz. Superficieiluminada

Figura 5.- La direccin de visin del observador forma un ngulo con la normal (a) una lmpara fluorescente compacta y (b) superficie que refleja luz

el caso de una superficie difusora perfecta la luminancia es independiente de la direccin observacin. Si se simboliza con Io a la intensidad segn la normal, y con I a la que esenta en la direccin de observacin, se tiene que:

I = Io cos (5)

decir que, en los emisores y difusores perfectos, la intensidad vara con el coseno del gulo que forma la direccin de emisin con la normal, y se dice que emite segn una ley del seno o ley de Lambert. Los metales fundidos cumplen con la ley del coseno con bastante roximacin por lo que se suele usar como difusor patrn al xido de magnesio. Tambin n buenos difusores los vidrios esmerilados, las porcelanas blancas esmeriladas, el yeso, etc. ando se supone un emisor o un difusor perfecto se emplea para el valor de luminancia

7

constante el smbolo L, sin necesidad de especificar el ngulo. En la Figura 6 se representan las distintas posibilidades, en a) la situacin de una superficie que refleja en forma especular, en b) el caso de un difusor perfecto y en c) la de un reflector que en parte es especular y en parte difusor. En el caso de una superficie que refleja perfectamente en forma difusa se puede demostrar que, si su factor de reflectancia es , la relacin entre la iluminancia, es decir la radiacin de

l

Sdui

Lalcuz incidente, y la luminancia, es decir la reflejada desde ella, viene dada por la expresin:

Figura 6.- a) reflector especular, b) reflector difuso, c) reflector en parte especular y en parte

a b

c

difusor

L = E / (6)

i la superficie no es perfectamente difusora en lugar del factor de reflectancia se usa el factor e luminancia q que es el cociente entre la luminancia de la superficie reflectora, vista desde na dada direccin, a la luminancia de una superficie blanca difusora iluminada dnticamente, en este caso la ecuacin es:

L = q E (7)

a luminancia es una magnitud fotomtrica de excepcional importancia por ser la variable que precia el ojo. La luminancia de una superficie tiene su correlato perceptual en la claridad de a misma, aunque la relacin no es directa ni independiente de otras variables, como la omposicin espectral de la radiacin o las condiciones de adaptacin. Es la magnitud que

8

mejor permite indicar la calidad de la iluminacin desde el punto de vista del usuario, la cual, junto a la iluminancia son las dos magnitudes ms usadas por los diseadores de sistemas de iluminacin para cuantificar fotomtricamente el medio ambiente visual. En la Tabla 1 se resumen las definiciones de las magnitudes fotomtricas. Tabla 1.- Magnitudes fotomtricas Magnitud fotomtrica Definicin Unidades Flujo luminoso: cantidad de flujo radiante que produce sensacin visual 760380mlum d K= radrV lumen (lm) Intensidad luminosa: flujo luminoso emitido en un pequeo cono que contiene una direccin dada dividido por el ngulo slido del cono

I = d lum / d

candela (cd)

Iluminancia: flujo luminoso sobre una determinada rea

E = d lum / dS

lux (lumen/m2)

Luminancia: flujo luminoso emitido en una dada direccin dividido por el producto del rea proyectada de una fuente puntual perpendicular a la direccin y el ngulo slido que contiene esa direccin

L = d lum / d dS cos

cd/ m2

2. Magnitudes colorimtricas

Las cantidades fotomtricas descriptas hasta aqu no tienen en cuenta la composicin espectral de la luz recibida por el ojo. Dos campos con igual luminancia pero con diferentes combinaciones de longitudes de onda se diferenciaran por su color. El color depende de la distribucin espectral de la luz. Si prevalecen longitudes de onda largas del espectro visible, la luz se percibir roja, si prevalecen las del medio el espectro la luz se percibir amarilla/verde o si esta concentrado en las bajas longitudes de onda se percibir un azul. Si se combinan todas las longitudes de onda del espectro visible, en aproximadamente cantidades iguales, el ojo percibe una luz color blanca, como la del sol. La suma de tres luces de colores, roja, azul y verde, en proporciones apropiadas, da blanco, verde con rojo da amarillo, verde con azul el cian y finalmente rojo con azul el color magenta, es decir prpura, un color no espectral. Dos colores que, sumados dan blanco se llaman colores complementarios. As el azul y el amarillo, el rojo y el cian, y el verde con el magenta, son complementarios. En la Figura 7 se muestran curvas de distribucin de intensidad para fuentes de distintos colores, a) azul, b) verde, c) rojo, luego suma de luces, d) el amarillo, e) el cian y en f) el prpura, para mostrar finalmente el blanco como la suma de las tres luces en el diagrama g).

9

l w/c

m2

w/c

m2Via e

spec

tra

ia e

spec

tral500

500

500

500

500

500

500

Longitud de onda (nm)

Longitud de onda (nm)

Longitud de onda (nm)

Longitud de onda (nm)

Longitud de onda (nm)

Longitud de onda (nm)

Longitud de onda (nm)

700

700

700

700

700

700

700

600

600

600

600

600

600

600

400

400

A

R

A

V R

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

400

CM

B

RA V

RA

A

V

400

400

400

400

Irrad

ianc

Irrad

ianc

ia e

spec

tral w

/cm

2Irr

adia

ncia

esp

ectra

l w/c

m2

Irrad

ianc

ia e

spec

tral w

/cm

2

Irrad

ianc

ia e

spec

tral w

/cm

2

Irrad

ianc

ia e

spec

tral w

/cm

2Irr

adia

nc

10

Figura 7.- Luces de colores. Curvas de distribucin de intensidad de a) luz azul, b) luz verde, c) luz roja, d)mezcla aditiva de verde y rojo dando amarillo, e) mezcla aditiva de azul y verde, dando cian f) mezclaaditiva de rojo y azul, dando magenta g) mezcla aditiva azul, verde y rojo, obtenindose el blanco.

La apariencia de un campo iluminado coloreado puede ser descripto por tres atributos perceptuales: tono, saturacin y claridad. Las Figuras 8 ejemplifican estos conceptos

AmarilloVerde

Rojo

Violeta Purpura

Azul

AzulVerde Naranja

(b)saturacin

(a) tono

Fig 8.- a) Tono b) saturacin y c) claridad (c ) claridad Ellleadpo Codepuco9 sa moy e ElasEnlasresel color est definido, en buena medida, por la composicin espectral de la radiacin que ga al ojo. Decimos en buena medida pues, adems, hay que tener en cuenta los procesos de aptacin del sistema visual que conducen a los fenmenos de contraste simultneo y efectos steriores.

mparar diferentes distribuciones espectrales no es una tarea sencilla, dos colores iguales sde el punto de vista perceptual, es decir dos colores que el ojo no es capaz de diferenciar, eden tener composiciones espectrales distintas. Dos colores que parecen iguales, pero cuyas mposiciones de intensidad espectral son diferentes, se denominan metmeros. En la Figura e muestran tres distribuciones de intensidad espectral que podran percibirse como iguales un amarillo. En (a) se trata de la distribucin espectral de una fuente amarilla nocromtica, en (b) la mezcla aditiva de dos fuentes monocromticas, una verde y otra roja n (c) la mezcla aditiva de dos fuentes roja y verde no monocromticas.

tono est asociado al color predominante, sea este espectral o no, es decir es el atributo ociado con el nombre de los colores bsicos: rojo, amarillo, naranja, verde, azul o prpura. general, se describe el tono por la longitud de onda del color dominante, aunque como en Figuras 9b y c no est presente. En el caso de un color no espectral como el prpura, que ulta de una suma de luces rojas y azules, que no se corresponde con una longitud de onda, tono se describe como la longitud de onda de su color complementario.

11

500 500Longitud de onda (nm) Longitud de onda (nm)

700 700600 600400

ARV

(a) (b)

400

Irrad

ianc

ia e

spec

tral w

/cm

2

Irrad

ianc

ia e

spec

tral w

/cm

2

La moncomluz obte El tpuepercpropest ral w

/cm

2500Longitud de onda (nm)

700600

A

V R

(C)

400

Irrad

ianc

ia e

spec

t

Figura 9.- Curvas de distribucin de intensidad a) fuente amarilla monocromtica, b) mezcla aditiva de dos fuentes monocromticas, una verde y otra roja, c) mezcla aditiva de dos fuentes no monocromticas, verde y roja.

saturacin corresponde a la pureza del color que determina el tono. Un color ocromtico espectral tiene la mayor saturacin, mientras la luz blanca, es una luz pletamente no saturada, como se indica en la Figura 10a. En la Figura 10b se muestra una roja saturada, y en la Figura 10c se muestra una mezcla de esta luz roja con blanco nindose un color rojo muy poco saturado, es decir un color rosa.

ercer atributo del color, la claridad, se refiere a la cantidad de luz. Un mismo objeto sto al sol o a la sombra solamente se diferencia por su claridad. Es una magnitud eptual asociada al nivel de la intensidad que emite una fuente de luz (Figura 11a), o a la orcin de la luz incidente que es reflejada en el caso de objetos (Figura 11b). La claridad

asociada con la luminancia.

12

500Longitud de onda (nm)

700600

(a)

400

Irrad

ianc

ia e

spec

tral w

/cm

2

500

rosa

Longitud de onda (nm)700

(c)

600400

Irrad

ianc

ia e

spec

tral w

/cm

2

500

R

Longitud de onda (nm)700

(b)

600400

Irrad

ianc

ia e

spec

tral w

/cm

2

Figuras 10.- Saturacin: a) luzblanca, completamente no saturada,b) luz roja saturada, c) luz rojamenos saturada

claro

1

al w

/cm

2

Porc

enta

je d

e lu

z re

fleja

da

Figura 11.- a) Curvas dedistribucin de intensidad de unafuente para tres niveles distintos, b)curvas que representan el porcentajede luz reflejada por tres superficiesdistintas, en funcin de la longitud deonda.

13 ncia

esp

ectrblanco500

blanco

gris

oscuro

oscuro

500

Longitud de onda (nm)

Longitud de onda (nm)

700

700

(b)

(a)

600

600

400

4000

00

Irrad

ia

Existen dos maneras de representar el color de la luz: el atlcolorimtrico de la CIE. La primera, el atlas de color, es unadimensiones del espacio de color, asociadas a los tres atributos perobjetivo es clasificar los colores de manera que puedan ser evaluad Si bien hay distintos atlas de color propuestos, posiblemente el mcolor Munsell (IES, 1993). En el mismo la posicin de cualquiercdigo alfanumrico que tiene tres trminos que indican el tono,nivel de saturacin. La escala de los tonos consiste de 100 divcontiene cinco tonos principales (rojo, amarillo, verde, azul y p(rojo/amarillo, amen el eje verticalFinalmente, la escala de saturacin, que se indica radialmente, crvalor de cero, saturacin neutral, hasta alcanzar la saturacin mvalor 20 (Figura 12).

Figura 12.- Diagrama de representacin del color

dimensiones. Se podra pensar en tener un catlogo de colores derivado del slicon tantas subdivisiones de sus escalas como sea necesario, entoncun color bastara comparar la muestra con los del catlogo y asignigual. Esto es lo que se hace corrientemente en la industria cexactitud. En general, para identificar pinturas, materiales dcermicos se usa un atlas del tipo descripto. Sin embargo, sera icon todos los colores diferentes que puede distinguir el ob

14 as de color y el sistema representacin en las tres ceptuales mencionados y su os y comunicados.

s conocido es el Sistema de color se identifica con un un valor de claridad y un isiones en un crculo que rpura), cinco intermedios

a escala de claridad e indica el blanco. arillo/verde, verde/azul, azul/prpura, prpura/rojo). L va desde 1, que corresponde al negro, hasta el 10, quece desde el centro con un xima, que se indica con el

en tres

do de color mencionado, y es, si se quisiera especificar arles las coordenadas de su uando no se requiere gran e construccin, plsticos, mposible hacer un catlogo servador humano normal,

pues subdividiendo las tres escalas del atlas en todos los escalones perceptibles, se calcula que el hombre puede distinguir hasta 10 millones de colores. Por e se le ita repr de las desdla gpor azul(Wy Dad(=coloen ramael gbuscverd

En rLa reprneceello, cuando se quiere caracterizar el color de una luz o una superficie, de manera qupueda asignar una denominacin inequvoca, y que esta denominacin permoducirlo con toda exactitud, se recurre a las mediciones del color a partir del mtodo

mezclas, que conducen a los diagramas de cromaticidad. El sistema colorimtrico CIE, e el ms complejo al ms simple (CIE, 1971, 1972, 1978a), se basa en que la mayora de

ente tiene respuestas al color muy similares y que casi cualquier color puede ser igualado una combinacin de no ms de tres longitudes de onda que descansan en las regiones del , el verde y el rojo. Si bien, el desarrollo completo de este sistema es complicado szecki y Stiles, 1982; IES 1993) haremos una presentacin simplificada.

os tres colores monocromticos: un rojo ( = 650nm), un verde (=530nm) y un azul 460nm), la Figura 13 da las cantidades relativas que se necesitan para igualar cualquier r monocromtico. Ntese que en algunos puntos se necesitan cantidades negativas, lo que ealidad implica sumar estas cantidades al color que se busca. Por ejemplo, para obtener un rillo con =570nm, debe agregrsele una pequea cantidad de azul (un valor negativo en rfico) y entonces, sumando un porcentaje de rojo y de verde, se obtendr el color ado. Estos porcentajes pueden extraerse de la figura, obtenindose: 36% de rojo, 66% de e y 2% negativo para el azul para igualar al particular amarillo seleccionado.

406-20

100

80

60

530460 650

Cantidad de azul 460

Cantidad de verde 530

Cantidad de rojo 650

Cantidadrelativade cadacolor

40

20

0

%

418 431 447 465 488 515 550 596 659

Longitud de onda (nm)

747

Figura 13.- Cantidades relativas de tres colores ( = 460nm azul, = 530nm verde, = 650nm rojo)necesarias para igualar cualquier color monocromtico (espectral). Son curvas estandarizadas pues losdatos reales varan segn el observador y la intensidad de la luz.

ealidad, bastara con conocer dos de estas curvas, pues la suma tiene que dar 100%. Figura 14 muestra otra manera de graficar la cantidad relativa de un rojo de 650nm esentada en el eje horizontal y un verde de 530nm representada en el eje vertical sarias para igualar cualquier color. A su vez, de estos valores se puede calcular la

15

cantidad relativa del azul de 460nm. Los puntos sobre la herradura corresponden a la ubicacin de los colores espectrales y eligiendo uno cualquiera, por ejemplo el mismo amarillo de =570nm, se tienen sus componentes: en el eje horizontal se encuentra el valor de 0.36 (36% del rojo) y en el eje vertical el valor de 0.66 (66% del verde), obtenindose un valor negativo del 2% para el azul. Esta curva contiene toda la informacin de la Figura 13. Se elige esta representacin, que puede parecer ms complicada, pues en este nuevo diagrama las reglas aditivas del color son fcilmente expresadas: las mezclas aditivas de dos colores descansa sobre una lnea recta que une los mismos. Las regiones dentro de la herradura corresponden a los colores no saturados. Adems, la mezcla de rojo con azul, que da, como ya se mencion, el color no espectral prpura, corresponde a la parte transversal en la base inferio

Crdd

r de la herradura. 0.1 0.2

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5490

510

500

520 530 Verde

540

550

570 Amarillo

560

580

590

F

600 Naranja

610

650 Rojo680

640630

620

700

480

470

460410440Azul

Blanco0.4

0.3

0.2

0.1

0.66

1.0

0.3 0.40.36

0.5

Cantidad relativa de rojo de 650 nm

antidad elativa e verde e 530 nm

0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

Figura 14.- Curva con forma de herradura de caballo que muestra la ubicacin de los colores espectrales y no espectrales a ser igualados.

16

Supongamos que a partir de un amarillo de = 570nm se va sumando un azul de =460nm. El color resultante descansa en la lnea recta que une estos dos puntos y depende de la proporcin de cada uno. En algn lugar entre estos dos puntos descansa el punto correspondiente al blanco, ya que amarillo y azul son complementarios. Por lo tanto, una mezcla apropiadamente balanceada de los dos da el blanco, que de esta manera descansa en la zona central del diagrama. Conociendo la ubicacin del blanco, podemos encontrar el complementario de cualquier color con la siguiente regla: el complementario de cualquier color se encuentra en el lado opuesto de la herradura siguiendo la lnea que pasa por el blanco. El punto blanco descansa aproximadamente donde los tres colores, el rojo, el verde y el azul, contribuyen igual, y, su exacta ubicacin depende del blanco elegido. Para superar cualquier tipo de ambigedad se elige un iluminante blanco estndar. Para ello se ha establecido un acuerdo internacional sobre los iluminantes patrones (CIE, 1972, 1978a). Por ejemplo, si se quiere conocer el tono de un color F en el diagrama, se dibuja una lnea recta desde el blanco, a travs del F, hacia la zona espectral de la herradura. La interseccin de aquella lnea con la herradura es la ubicacin del color saturado correspondiente, la longitud de onda dominante o tono. Si el tono de F es prpura, siguiendo la lnea a travs del blanco, cortar a la herradura en el verde, y dar la ubicacin de la longitud de onda del complementario, el que define el tono del color prpura. Es interesante notar que cualquier color dentro del tringulo, inscripto en la herradura, se puede obtener, usando los tres colores, 650nm rojo, 530nm verde y 460nm azul, sin usar contribuciones negativas. En este sentido el rojo, el azul y el verde constituyen la mejor eleccin de un conjunto de tres colores para obtener fsicamente la mayor cantidad de colores pues dan el tringulo ms grande que se puede obtener dentro de la herradura, de manera de tener la mayor variedad de colores sin contribuciones negativas. Esta es la explicacin de por qu los colores rojo, azul y verde se llaman los colores primarios aditivos. Esta es la razn tambin por la que se eligen estos colores para los fsforos de la TV, ya que trabaja por mezcla aditiva de colores, tan saturados como los fsforos lo permiten. Por supuesto, an usando los colores primarios, no se pueden igualar todos los colores espectrales. Sin embargo, para la mayora de los propsitos esto no es importante, porque la mayora de los colores de la naturaleza son no saturados. A partir de estas ideas la CIE (1971) ha desarrollado el sistema colorimtrico CIE basado en tres colores imaginarios, posibles matemticamente aunque no fsicamente, llamados valores triestmulos, en lugar del rojo, el azul y el verde. Con ellos se puede obtener el diagrama de la Figura 15, correspondiente al mostrado en la Figura 13 usando los tres colores primarios. La caracterstica fundamental de este nuevo sistema es que permite igualar cualquier color con combinaciones positivas de estos tres nuevos primarios x, y, z, sin tener que recurrir a porcentajes negativos.

17

500Longitud de onda (nm)

700600

xy

z

4000

Cantidadrelativade cadacolor

Fig 15.- Valores triestmulos paraigualar un dado color espectral.

Con estos tres colores imaginarios se obtiene el diagrama de cromaticidad de la CIE, que se muestra en las Figuras 16 y 17, en cuyos ejes horizontal y vertical se representan las cantidades relativas x e y, de dos de los primarios, necesarios para igualar cualquier color. Este par de valores (x,y) es llamado cromaticidad del color y a partir de ellos se puede calcular la cantidad relativa, z, del tercer primario. Dejando de lado estos detalles, el diagrama presentado en las Figuras 16 y 17 tiene las mismas propiedades que el de la Figura 14: 1. el blanco se encuentra en la vecindad del punto equienergtico, dependiendo su ubicacin

exacta del estndar elegido, 2. las mezclas de colores se encuentran en la lnea recta que une los dos colores de inters, 3. los colores complementarios se encuentran extendiendo una lnea desde el color en

cuestin hacia el lado opuesto de la herradura espectral pasando a travs del blanco, 4. los colores saturados estn sobre el permetro de la herradura 5. los colores no saturados estn en la zona interior de la herradura 6. los colores prpuras saturados estn en la lnea que cierra Este diagrama, adems, brinda reglas precisas de mezcla de cy. Queda por especificar la claridad del color. Un diagrampara un dado valor de claridad, y la identificacin de depender de la claridad del diagrama particular.

18 en la base a la herradura olores, a travs de los ndices x e a de cromaticidad est dibujado puntos con colores especficos

xy

460440

520

500

480

540

Fig 16.- Diagrama de cromaticidad de la CIE. Adems, la CIE, con el propsito de proveer una caracterizacin precisa del color, ha desarrollado dos espacios del color de tres dimensiones (CIE, 1978a) basados en relaciones matemticas aplicadas a las distribuciones espectrales, que se simbolizan por Lab y L, que permiten cuantificar el color. El primero se usa para cuantificar el color de objetos y el segundo para fuentes luminosas u objetos autoluminosos. Si dos colores tienen las mismas coordenadas en uno de estos espacios de color ellos se percibirn iguales. La distancia entre dos colores en este espacio est relacionada con la facilidad con que estos dos colores pueden ser diferenciados. La apariencia de temperatura de col(radiador caliente) CIE 1931 (Wyszecfuentes incandescefuentes estndaresmedioda (4.870Kmanera convenientemperaturas de cose consideran fuenfuentes con tempelmparas incandesclos naranjas. Por ejdel flujo luminoso hacerlo simplemenAunque estas varias lo seran para loiluminacin de suscontrolan usando exteriores las cma

color de las fuentes luminosas se describe convencionalmente por su or correlacionada, es decir, la temperatura de color de un cuerpo negro cuyas coordenadas estn ms cerca en el diagrama de cromaticidad de la ki y Stiles, 1982). En la Figura 17 se muestra la ubicacin de los colores de ntes para distintas temperaturas y se muestran las ubicaciones de tres blancos: A: incandescente de tungsteno (2.854K), B: luz del sol al ) y C: filamento de tungsteno filtrado a luz da (6.770K). Esta es una te de estandarizar las fuentes de luz. En general aquellas fuentes con lor altas, mayores de 5000K se consideran con bajo rendimiento de color y tes fras, como las lmparas fluorescentes luz da. En cambio aquellas raturas de color menores de 3000K son fuentes clidas como las entes, con mayor presencia de longitudes de onda ms largas, los rojos y emplo, en un estudio de TV las cmaras se balancean para una temperatura de 3.200K, si uno quisiera oscurecer la iluminacin del estudio, no puede te enfrindola pues cambiara el balance de color hacindose ms rojiza. ciones podran no ser evidentes para los actores, pues sus ojos se adaptan, s usuarios de TV en sus casas que compararan este color con el de la casas. Consecuentemente las luces en un estudio de filmacin de TV se diafragmas neutros delante de las fuentes de luz. Para filmaciones en ras de color deben balancearse en forma diferente.

19

0.8

520

540

500

CB

A

560

580

590

480

470

620700

0.6

0.4

0.4 0.6 0.8x

y

0.2

0.20.0

Figura 17.- Ubicacin de diferentes fuentes luminosas en el espacio de color: A)incandescente de tungsteno B) luz del sol a medioda C) filamento de tungsteno filtradopara simular luz diurna

El efecto de la luz sobre la apariencia del objeto se indica mediante un Indice General de Rendimiento de Color CIE, el cual es un nmero simple que indica, para una fuente de luz, con qu precisin reproduce los colores con relacin a una fuente estndar (CIE, 1974). Especficamente, se calculan las posiciones en un espacio de color de 8 colores de prueba, bajo una fuente de luz de referencia y bajo la fuente de luz de inters. Luego se calcula la separacin entre las dos posiciones correspondientes al mismo color de prueba, se suman las separaciones para los ocho colores de prueba y se escalan para dar un valor de 100 cuando no hay separacin para ninguno de los colores de prueba, lo que indica un ndice de reproduccin de color perfecto. Este es un sistema muy rudimentario y, es sabido que, dos fuentes de luz que tengan un mismo ndice general de rendimiento de color pueden reproducir en forma distinta dos colores, sin embargo, este ndice es muy usado para clasificar el rendimiento de fuentes de luz, en relacin con la reproduccin del color.

3. Instrumentos de medicin

Los instrumentos para medir cantidades fotomtricas o colorimtricas se dividen en instrumentos de laboratorio y de campo (CIBSE, 1994; IESNA, 1993). Los primeros son mas sofisticados y por tanto ms caros, mientras los segundos son pequeos y manuables. El flujo luminoso y las propiedades de color de una fuente de luz, as como la distribucin de intensidad luminosa de una luminaria, se miden generalmente en un laboratorio ya que implican la disponibilidad de equipamiento sofisticado y del desarrollo de metodologas complejas. De todos modos, las cantidades que en general se necesitan medir en trabajos de

20

campo son la iluminancia y la luminancia, las cuales se miden con el luxmetro y el luminancmetro. Un medidor de iluminancia (luxmetro) tiene tres caractersticas importantes: sensibilidad, correccin de color y correccin coseno. La sensibilidad se refiere al rango de iluminancia que cubre, dependiendo si ser usado para medir luz natural, iluminacin interior o exterior nocturna. Correccin de color se refiere a que el instrumento tiene un filtro de correccin V(), para que el instrumento tenga una sensibilidad espectral igual a la del Observador Standard Fotpico de la CIE. La correccin coseno significa que la respuesta del medidor de iluminancia a la luz que incide sobre l desde direcciones diferentes a la normal sigue la ley de coseno. El luminancmetro est diseado para medir la luminancia media sobre un rea especificada. Posee un sistema ptico que enfoca la imagen sobre un detector. Mirando a travs del sistema ptico el operador puede identificar el rea sobre la que est midiendo la luminancia, y usualmente muestra la luminancia promedio sobre esta rea. Las caractersticas ms importantes de los luminancmetros son su respuesta espectral, su sensibilidad y la calidad de su sistema ptico. Al igual que un luximetro, un buen luminancmetro tiene una respuesta espectral acorde con la curva de sensibilidad espectral del observador standard de la CIE. La sensibilidad exigida al instrumento depende de las condiciones bajo las cuales se usar el mismo. La calidad de su sistema ptico puede ser medido por su sensibilidad a la luz del rea exterior al rea de medicin (CIE, 1987). Recientemente han comenzado a aparecer luminancmetros basados en cmaras de video que capturan la imagen en forma digitalizada (Rea y Jeffrey, 1990). Si bien estos instrumentos todava son caros proveen una manera de medir luminancias de escenas que cambian espacialmente y en el tiempo.

4. Caractersticas funcionales del sistema visual humano

La iluminacin es importante para el hombre, no solamente porque altera el estmulo que llega al sistema visual, sino porque, al mismo tiempo, modifica el estado de operacin del sistema visual. Por lo tanto, para comprender los efectos de la iluminacin, es necesario conocer cules son las capacidades del sistema visual y cmo varan con la iluminacin. El sistema visual est compuesto del ojo y del cerebro operando en forma conjunta. La luz que llega al ojo es enfocada sobre la retina por el efecto combinado de la crnea y el cristalino del ojo (Figura 18). La retina, considerada por algunos autores como una extensin del cerebro, consiste de dos tipos diferentes de fotoreceptores y numerosas interconexiones nerviosas. En los fotoreceptores, los fotones de luz incidentes son absorbidos y convertidos en seales elctricas. La imagen, luego de una primera etapa de procesamiento bsico realizado por las interconexiones nerviosas, es transmitida a travs del nervio ptico de cada ojo al quiasma ptico, donde las fibras nerviosas provenientes desde los dos ojos son combinadas y transmitidas a las partes izquierda y derecha a la corteza visual. En la corteza visual, estas seales son interpretadas en trminos de la experiencia pasada.

21

retina fovea

msculociliar

puntociego

esclera

pupila

iris

crnea

cristalino

nervio ptico

Figura 18.- Seccin del ojo donde se muestran sus distintos componentes y el cristalino modificado paravisin cercana y distante

Muchas capacidades del sistema visual pueden ser comprendidas conociendo la organizacin de la retina. Los dos tipos de fotoreceptores, llamados bastones y conos por su apariencia anatmica, tienen diferentes sensibilidades a la longitud de onda, diferentes sensibilidades absolutas a la luz y poseen diferente distribucin en la retina. Los bastones tienen mayor sensibilidad absoluta a la luz y en consecuencia son los responsables de la visin nocturna. Los conos, menos sensibles a la luz, se clasifican, segn su sensibilidad espectral a diferente longitud de onda, en tres tipos diferentes identificados por rojos, verdes y azules, segn estn asociados a longitudes de onda largas, medias o cortas. Estos tres tipos de conos son