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Mediciones Iluminancia CIEMI 2013

Ing. Luis Diego Marín Naranjo M.Sc.Catedrático

Escuela Ingeniería EléctricaUniversidad de Costa Rica

Coordinador LAFTLALaboratorio de Fotónica y Tecnología

Láser

Mediciones fotométricas de la condición de la iluminación

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Mediciones fotométricas de la condición de la iluminación

Agenda:

• Describir los conceptos, magnitudes y unidades fotométricos,

requeridos para evaluar la condición de la iluminación artificial

de diferentes fuentes

• Analizar los equipos de medición, sus factores de corrección y

la necesidad de la calibración del equipo

• Explicar los métodos de ensayo, de acuerdo a las normas

vigentes

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Las diversas formas de energía radiante

incluyen los rayos cósmicos, los rayos

gamma, los rayos X, la radiación

ultravioleta, la luz (radiación visible al ser

humano), la radiación infrarroja, las

microondas y las ondas de radio

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Medición de fenómenos naturales

Comparación de colores

en la industria

Fibras ópticas

Sistemas deiluminación

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La medición de la energía de una radiación electromagnética al

considerar todo el espectro de longitudes de onda por igual se

conoce como radiometría

La medición de aquellos aspectos de la radiación óptica que

afectan la respuesta de la visión humana se conoce como

fotometría

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Para obtener una medición de la brillantez relativa de varias fuentes

se deben usar unidades fotométricas

En tecnología de láser, seguridad y medición solar, se utilizan

unidades radiométricas

Las tablas de magnitudes y unidades de la radiometría y la fotometría

se basan en ISO 80000-7:2008

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En fotometría surge la necesidad de definir la iluminación o la

visibilidad de una superficie en términos que dependen de las

características espectrales del ojo humano

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Iluminación: acción o efecto de iluminar un área con alguna fuentede luz, para que se mejore o se contraste la visión, al realizar unaactividad (Nota: no confundir con iluminancia)

Luz: radiación electromagnética que permite la visión humana.Radiación óptica visible. (Nota: no utilizar el término luz visible yaque es reiterativo)

Iluminancia (Ev): magnitud del Sistema Internacional de Unidades,que establece la relación del flujo luminoso incidente sobre algunasuperficie por unidad de área, con unidades en lux

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Magnitud Símbolo Unidad (símbolo, nombre)Energía luminosa Qv lm s (lumen segundo)

Flujo luminoso v lm (lumen)

Iluminancia Ev lx (lux)

Intensidad luminosa

Iv cd (candela)

Luminancia Lv cd m-2 (candela por metro cuadrado)

Excitancia luminosa

Mv lm m-2 (lumen por metro cuadrado)

Magnitudes, símbolos y unidades fotométricos

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Magnitud Símbolo Unidad (símbolo, nombre)Intensidad luminosa

Iv cd (candela)


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Magnitud usada sin cuidado en la vida cotidiana

En mediciones ópticas tiene un significado específico

Especificar la dirección desde una fuente para definir la intensidad

Intensidad de la fuente: razón del flujo que abandona la fuente en esa

dirección particular dentro de un elemento de ángulo sólido, dividido por

el tamaño del ángulo sólido

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La intensidad se define como:

ectordetel porsubtendidosólidoánguloectordetelporrecibidoflujo

ΩΦI

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El área A para definir el ángulo sólido debería ser exacto, pero una

aproximación del área plana del detector puede ser adecuado, si se mide

lo suficientemente lejos de la fuente

La magnitud radiométrica es la intensidad radiante en watt por

estereorradián (W sr-1) y la cantidad fotométrica es la intensidad

luminosa en candela (cd) unidad base del Sistema Internacional de

Unidades (SI)

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Magnitud Símbolo Unidad (símbolo, nombre)Flujo luminoso v lm (lumen)


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Flujo (e, v): es la cantidad de energía que fluye por segundo

Es generalmente un flujo continuo de radiación

electromagnética (flujo radiante) o flujo continuo de luz (flujo

luminoso)

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Mediciones Iluminancia CIEMI 2013 16

o Es la magnitud básica para las mediciones, en muchas

configuraciones geométricas

o Al medir fuentes de luz, como lámparas, comúnmente se indica la

salida total de luz desde la lámpara

o Para la medición de flujo total se utiliza una esfera integradora


Magnitud Símbolo Unidad (símbolo, nombre)Iluminancia Ev lx (lux)


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• Esta magnitud considera la luz incidente sobre una superficie

• Se define como la razón del flujo luminoso sobre una superficie

en un punto dado, dividido por el área de esa superficie

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A A

AΦE

áreadeltamaño fv

v

áreadeelementosobreincidente luminoso lujo

• Magnitud radiométrica: irradiancia en watt por metro cuadrado (W m-2)

• Magnitud fotométrica: iluminancia en lux (lx)


Esta ley relaciona la irradiancia/iluminancia sobre una superficie a la

distancia de la superficie irradiada/iluminada desde la fuente emisora

Es una consecuencia de la propagación de la radiación en un ángulo

sólido desde la fuente

Ley de cuadrado inverso


• El mismo flujo pasa a través de cada área, y como las áreas se

incrementan con la distancia r, habrá menos flujo por unidad de área

sobre las superficies más allá de la fuente

• De las definiciones de intensidad, ángulo sólido e

irradiancia/iluminancia se puede derivar una relación entre E, I y r

• El flujo puede ser obtenido de la definición de intensidad de la fuente:

ΩIΦΩΦI


22 rAIΦ

rAΩ

22 rI

rAAIE

AΦE

El ángulo sólido se define como:

La iluminancia/irradiancia se define:


Unidades radiométricas y fotométricas

• En muchas aplicaciones, los diodos emisores de luz brindan una

alternativa confiable de bajo costo a las fuentes tradicionales de luz

como los bulbos incandescentes, los bulbos de halógeno o las

lámparas de arco

• Muchas aplicaciones dan surgimiento a las mediciones fotométricas

de flujo, intensidad, etc.


• El objetivo de la fotometría es la medición de la luz de tal forma que

los resultados se correlacionen con la visión humana

• Mientras que la radiometría cubre todas las regiones ópticas

espectrales, desde el ultravioleta al infrarrojo, la fotometría trata solo

con la porción visible desde 380 nm a 780 nm donde los ojos

humanos son sensitivos

• La fotometría es esencial para la evaluación de fuentes de luz y

objetos usados para iluminación, señalización, despliegues luminosos

y otras aplicaciones donde la luz es vista por el ojo humano


La curva V(λ) toma en cuenta las características de la visión humana

La responsitividad espectral del ojo humano fue primero definida por

“Commission Internationale de l'Éclairage” (CIE) o Comisión

Internacional de la Iluminación, en 1924 - se denomina eficiencia

luminosa espectral para visión fotópica, con el símbolo V(λ), definida

en el dominio desde 360 nm a 830 nm, y normalizada a la unidad

en su pico a 555 nm


Longitud de onda

Func

ión

rela

tiva


Filtro para curva V(λ) - características de la visión humana


Instrumento comercial con filtro V(λ) para medición de iluminancia


Evaluación de la calidad de la iluminación

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• Calidad de la iluminación provista por un sistema de alumbrado

• Procedimiento de toma de datos (lecturas) en posiciones en el

espacio y evaluación de las mediciones

• Se verifica la propuesta de iluminación en un diseño de cálculo

• Permite establecer confirmación de lo proyectado o solicitado en una

norma


Fotómetros

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• Tipo manual – medir la cantidad de iluminancia

• Varían en exactitud, precio y alcance

• Aspectos: exactitud, corrección coseno, corrección de color, tipos de

mediciones, costo, posibilidad de ajuste o calibración


Exactitud

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• Absoluta: posibilidad para medir un patrón mejor 3 %, tip. 3 % a 15 %.

• Relativa: habilidad de reproducir la misma lectura muchas veces …. o

leer diferencias en niveles

• Función de linealidad de la escala como habilidad para reprodicir la

misma lectura en dos o más escalas (0,5 % a 15 %)


Corrección coseno

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• Corrección por incidencia diferente a 90, predecir iluminancia

horizontal, filtro cosenoidal

• Tipo interior: más uniformidad en el espacio, no muchas separación

entre lámparas y contribución de varias a un punto, min. corrección

• Tipo exterior: más separación, menos contribución en un punto, o

incidencia a ángulo pequeño, buena corrección


Corrección de color

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• Respuesta del ojo a los colores, el medidor debe valorar por

corrección lo que se percibe, filtro V ()

• Calibración con lámpara incandescente, factor de corrección con

otras distribuciones espectrales


Escogencia

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• Factores: tipo de medición, exactitud, propósito, portabilidad,

operación, otros


Procedimientos de medición:

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Reflectancia

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LAFTLA: banco fotométrico 1

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LAFTLA: banco fotométrico 2

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Medidor de iluminancia (en lux)

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Lámparas patrón de LAFTLA en banco fotométrico

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Alineación con un haz láser de la lámpara FEL patrón

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Alineación desde sensor hacia la fuente

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Detalle del sensor del patrón medidor de iluminancia

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Colocación del sensor del patrón medidor de iluminancia

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Ajuste y utilización del patrón medidor de iluminancia

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Proceso de ajuste para calibración de medidor de iluminancia comercial

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Otro detalle del proceso de ajuste para calibración de medidor de iluminancia comercial

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Proceso de medición de la condición de la iluminación con medidor de iluminancia calibrado

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Otra aspecto de la medición de la condición de la iluminación en un sitio de trabajo

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CODIGO:

INTE 31-08-06-2011 (cambiar el año) Segunda Edición

Niveles de iluminancia y condiciones de iluminación en los centros de trabajo y otros interiores


APENDICE A EVALUACION DE LOS NIVELES DE ILUMINANCIA

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A.3. InstrumentaciónA.3.1. Se debe usar un medidor de iluminancia que cuente con:a) Detector para medir iluminancia;b) Corrección cosenoidal;c) Corrección de color, detector con una desviación máxima de ± 5% respecto a la respuestaespectral fotópica, yd) Exactitud máxima de ± 5% (considerando la incertidumbre por calibración).A.3.2. Se debe verificar el medidor de iluminancia antes y después de iniciar una evaluaciónconforme lo establezca el fabricante y evitar bloquear la iluminación durante la realización dela evaluación.


A.3.3. El medidor de iluminancia deberá contar con el certificado de calibración de acuerdo a loestablecido en la Ley vigente de sobre Metrología, Normalización y Calidad. Las lecturas seránválidas mientras los resultados obtenidos en el instrumento no cambien de acuerdo con losrequisitos establecidos en los párrafos siguientes:A.3.3.1. Debe asegurarse que se cumpla con el inciso d) de la sección A.3.1., ya que lacalibración no implica el ajuste del instrumento y por tanto, por sí sola, no garantiza que serealicen las mediciones con la exactitud requerida. Debido a lo anterior se deberá verificar yregistrar en el informe el error que comete el instrumento y aplicar el factor de corrección si esnecesario, además de corregir los resultados de la medición.


A.3.3.2 Cuando el medidor de iluminancia tenga variaciones en la coincidencia de suslecturas se debe someter para su certificación al laboratorio.La forma de respaldar la veracidad del medidor será a través del registro de medicionesrealizadas midiendo los niveles de iluminancia que produce una lámpara incandescentepatrón, que únicamente será utilizada para este fin, a distancias conocidas. Las lecturasobtenidas durante la verificación deberán coincidir con las lecturas de referencia que deberánhaber sido obtenidas al momento de que se recibió el medidor de iluminancia después de sucertificación, una vez que se haya aplicado el factor de corrección reportado en el certificado.


FIN

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