RECOMENDACIONES PARA EL DISEÑO
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Iluminación funcional y emocional
Los especialistas en luminotecnia hanestudiado en detalle distintos tipos de actividades que se desarrollan en espacios determinados, con requerimientos diferentes en cuanto a contrastes y magnitud de los detalles, y a partir de allí produjeron las llamadas Tablas de Iluminancia, que determinan el flujo luminoso que debe recibir una superficie concreta.
La iluminancia se mide en luxes y su unidad (un lux) equivale a la distribución uniforme de un flujo de 1 lumen sobre 1 metro cuadrado de superficie.
Como puede verse en la tabla No. 9 en esta edición, los requerimientos de iluminación sobre espacios de circulación general, baños y similares son muy bajos (100 luxes), aumentan para espacios como comedores y salas de lectura (200 a 300 luxes), tienen niveles intermedios en los accesos de sitios con grandes concentraciones de gente y pueden superar los 1.000 luxes en vitrinas comerciales o zonas de trabajo de precisión.
Los niveles de iluminancia recomendados, el análisis de las dimensiones físicas del espacio, de las superficies de sus paramentos y de los niveles de mantenimiento que pueden esperarse durante su vida útil son fundamentales para calcular el tipo y la cantidad de luminarias que deben colocarse en un espacio, pero todo ello sólo responde al aspecto técnico del asunto.
Existen otras consideraciones que deben tomarse en cuenta y que expresa muy bien Hofmann1 así: "........ la disociación de la luz de sus complejas relaciones con las actividades y la sicología de la persona y de su entorno visual es uno de los errores más frecuentes en la luminotecnia. Una planeación simplificada y parcial, que sólo se centre en el cálculo de iluminancias e intensidades luminosas puede ofrecer conceptos evidentes, pero a menudo conducirá a resultados insatisfactorios por no haber tenido en cuenta la visión. Esto es válido tanto para la luminotecnia que, buscando únicamente la creación de condiciones de trabajo óptimas desde el punto de vista fisiológico, se olvida de la persona como observador, como también para la iluminación orientada principalmente al diseño, que rellena los espacios con luminarias sin estudiar detalladamente el efecto luminoso".
En efecto, la luz artificial podría satisfacer los requerimientos del trabajo de una persona en un ambiente cerrado, pero ante la ausencia de ventanas cabe preguntarse qué sucede con sus necesidades de orientación, de relación con su entorno inmediato, de información sobre la hora del día y el estado del tiempo. ¿Cómo afecta al individuo la falta de esa iluminación "innecesaria"?
Y ¿qué sucede con un espacio público que cumple con los requerimientos de cantidad de luz pero carece de acentos, de indicadores, de tonalidades que orienten al ser humano y le den pistas para reconocer visualmente el recinto, para ubicar entradas y salidas, para jerarquizar los espacios, para reconocer los locales de servicio y de descanso? En estos casos una iluminación bien diseñada crea jerarquías de percepción y facilita la lectura y la vivencia del espacio.
Nuevamente podemos acudir a Hofmann para describir el fenómeno: ".... El entorno visual es algo más que una simple configuración óptica de superficies activas. La persona no es un receptor pasivo de las señales visuales de su entorno sino el agente del proceso de la percepción, que construye la imagen... a partir de un sinnúmero de expectativas, experiencias y necesidades."
Cabe mencionar, finalmente, los efectos no funcionales de la luz como medio auxiliar para hacer visibles las estructuras arquitectónicas y ejercer sobre ellas determinados efectos (resaltarlas, ocultarlas, etc.) en lo que algunos autores han calificado como el juego de los cuerpos geométricos en la luz.
La Física de la Luz
Aproximadamente el 80% de la información que recibe el ser humano proviene del sentido de la vista. Por lo tanto no es necesario decir que la luz es imprescindible y vital para que el ojo pueda realizar sus funciones.
La luz ha sido un misterio que ha intrigado a toda la humanidad desde hace siglos. Las primeras teorías definidas por Platón y Euclides creían que el ojo producía rayos que al reflejarse en el objeto lo hacían visible.
Las primeras hipótesis científicas surgieron en el siglo XXVII. Entre ellas, las más conocidas son la teoría corpuscular y la teoría ondulatoria entre otras.
La teoría corpuscular, fue defendida por Isaac Newton (1642-1727). Afirmaba que la luz está compuesta por un haz de partículas materiales llamadas corpúsculos, que se desplazan en línea recta a velocidades muy elevadas que pueden atravesar medios transparentes y ser reflejados por superficies opacas.
Con esta teoría se pudo demostrar los fenómenos de:
- la propagación de la luz en línea recta.
- la refracción
- la reflexión
Newton demostró experimentalmente que al hacer pasar una la luz blanca a través de un prisma (ver Imagen1), esta se descomponía en todos los colores del espectro de manera que era posible descomponer la luz solar en todos los colores del arcoiris y haciendo pasar de nuevo la luz por otro prisma volver al estado original.
Imagen 1 - Prisma de Newton
Christian Huygens (1629-1695) fue el defensor de la teoría ondulatoria. Afirmaba que la luz se comporta como un movimiento ondulatorio que se propaga a través de un medio ideal, conocido como éter, que está presente tanto en el vacío como en los cuerpos materiales.
El principal problema que presentó está teoría fue la hipótesis del éter, que por una parte debía ser un medio sólido para propagar las ondas transversales y por la otra no podía oponer resistencia al movimiento de las ondas.
La teoría de Huygens también sirvió para demostrar las leyes de la reflexión y refracción.
La teoría de Huygens también sirvió para demostrar las leyes de la reflexión y refracción.
Años más tarde James Clerk Maxwell (1831-1879) desarrolla la teoría electromagnética de la luz defendiendo que la energía radiante se propaga en forma de ondas electromagnéticas. Además un poco más tarde, Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) consiguió producir radiaciones de corta longitud de onda y demostrar que eran muy semejantes a las ondas luminosas.
Estas últimas teorías no lograron explicar los fenómenos de absorción, fenómenos fotoeléctricos. Por estas razones, la teoría corpuscular cogió más fuerza que la teoría ondulatoria.
En el año 1900 Max Planck (1858-1947) dedujo una teoría que proponía que la energía de un haz luminoso se emite y absorbe por quantums, pero no creyó en su propia teoría porque contradecía las ecuaciones de Maxwell.
Unos años más tarde, Albert Einstein es quien finalmente, apoyandose en la teoría de Planck, afirma que el éter no existe y define al quanto con el nombre de fotón. De manera que un electrón necesita que absorba o emita un fotón de energía para pasar de un nivel de energía a otro.
Unos años más tarde, Albert Einstein es quien finalmente, apoyandose en la teoría de Planck, afirma que el éter no existe y define al quanto con el nombre de fotón. De manera que un electrón necesita que absorba o emita un fotón de energía para pasar de un nivel de energía a otro.
La teoría aceptada actualmente data del 1925. Es la teoría dual de Broglie y Heisenberg defienden la doble naturaleza de la luz unificando la teoría corpuscular y la teoría ondulatoria. Para los fenómenos de propagación de la luz se apoyan en la teoría ondulatoria y la interacción entre luz y materia se apoya en la teoría corpuscular.
En resumen, la luz es una forma de energía igual que las ondas de radio y los rayos X. Pero el ojo humano no es capaz de distinguir todas las radiaciones. Sino que el ojo es sensible solamente un intervalo de longitudes de onda.
Por lo tanto a partir de ahora el término luz hará referencia a las radiaciones electromagnéticas que son capaces de excitar la retina humana.
Por lo tanto a partir de ahora el término luz hará referencia a las radiaciones electromagnéticas que son capaces de excitar la retina humana.
Las ondas electromagnéticas se expresan como el producto de un campo magnético y un campo eléctrico perpendiculares entre si y a la vez perpendiculares a la dirección de la onda, tal como se muestra en la Imagen 2.
Imagen 2 - Propagación de las ondas electromagnéticas
Las ondas están definidas por las características siguientes:
- Amplitud (A): es la máxima distancia que existe entre la onda y la posición de reposo.
- Periodo(T): tiempo que tarda un punto en realizar una oscilación. Se expresa en segundos (s).
- Frecuencia (f): cantidad de periodos en una unidad de tiempo. Se expresa generalmente en Hertzios (Hz).
- Longitud de onda (λ): distancia que existe entre dos crestas o dos valles consecutivos, es una propiedad variable de las ondas. Se expresa en metros (m) recorridos.
- Velocidad de propagación: velocidad de propagación de la onda, que depende del medio por el que se propaga. Es la causante de la variabilidad de la longitud de onda.
Espectro de las radiaciones electromagnéticas
La radiación visible es el intérvalo de la banda de radiación electromagnética a la que el ojo es sensible. Esta banda está comprendida entre las longitudes de onda de 370nm (rojo) y 780nm(violeta).
Entre las radiaciones no visibles para el ojo se incluyen los Rayos Gamma, Rayos X, Radiación ultravioleta, etc. En la Imagen 3 se muestra el amplio espectro de frecuencias.
Entre las radiaciones no visibles para el ojo se incluyen los Rayos Gamma, Rayos X, Radiación ultravioleta, etc. En la Imagen 3 se muestra el amplio espectro de frecuencias.
Imagen 3 - Espectro de frecuencias (Fuente: Edison UPC)
Los colores no están definidos por una única longitud de onda, es decir una única radiación monocromática, sino que a medida que se desplaza la onda, modifica la frecuencia, los colores van apareciendo de manera que están en una mezcla constante de colores.
Imagen 4 - Espectro visible por el ojo humano
Propiedades de la Luz, interacción con la materia
Reflexión
El fenómeno de reflexión ocurre cuando la luz incide sobre un cuerpo especular, la luz se refleja y genera nuevas ondas que se alejan del cuerpo.
Imagen 5 - Reflexión especular, difusa y mixta (Fuente: PHILIPS)
La reflexión es la responsable del buen rendimiento de las luminarias, ya que utilizando reflectores adecuados, permite una conducción precisa del haz de luz hacia los lugares que se quieren iluminar.
La relación entre el flujo luminoso reflejado y el flujo incidente es el índice de reflexión o reflectancia:
Donde:
En la Tabla 1 se muestran algunos valores ejemplo del coeficiente de reflexión para distintos materiales.
Existen varios tipos de reflexión en función de la superficie sobre la que se refleja:
Imagen 6 - Tipos de reflexión (Manual de Iluminación INDAL)
- Reflexión regular o especular donde los rayos inciden sobre una superficie lisa o brillante y como resultado se produce una reflexión en una sola dirección, no existe dispersión. Un ejemplo de este tipo de reflexión se da en los espejos y las superficies duras y pulidas.
En la reflexión especular se cumple:- El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal al cuerpo están en el mismo plano.
- El ángulo de incidencia es el mismo que el ángulo de reflexión.
- Reflexión Difusa: los rayos inciden sobre una superficie mate o con rugosidad, como resultado se produce una reflexión irregular, el rayo se refleja en todas direcciones, pero siendo el rayo de mayor intensidad el normal a la superficie.
Una pared blanca rugosa es un ejemplo de reflexión difusa. - Reflexión Mixta: los rayos inciden sobre una superficie con parte regular y parte difusa, como resultado se produce una reflexión irregular pero existe una dirección preferente.
Cuando la luz incide sobre el mar se produce la reflexión mixta.
Transmisión
La transmisión se considera una doble refracción. Ocurre cuando la luz atraviesa el material y modifica su trayectoria al encontrarse con el siguiente medio.
La relación entre el flujo luminoso transmitido y el flujo luminoso incidente se conoce como factor de transmisión:
Imagen 7 - Fenómeno de transmisión (Fuente: Francisca Prat)
Donde:
En la Tabla 1 se dan valores ejemplo del coeficiente de trasmisión para algunos materiales.
Existen 3 tipos de transmisión en función de la transparencia de los materiales:
Imagen 8 - Tipos de transmisión (Manual de iluminación INDAL)
- Transmisión regular: el haz incide sobre una superficie transparente, la atraviesa y sale al siguiente medio con las mismas propiedades.
Aparece cuando un rayo atraviesa un vidrio transparente y pasa al siguiente medio sin haber modificado su trayectoria. - Transmisión difusa: el haz incide sobre una superficie translucida y se difunde por el medio saliendo en diferentes direcciones. Es el caso de los vidrios translúcidos.
- Transmisión mixta: este fenómeno es una combinación entre la transmisión regular y difusa.
Absorción
La absorción es la capacidad de un material para absorber total o parcialemente las radiaciones que le llegan a la superficie y convertirlas en otra forma de energía, normalmente en calor produciendo una pérdida de luz y disminución del rendimiento de la luminaria.
El fenómeno de la absorción se puede aprovechar para coseguir un buen confort visual gracias al apantallamiento de las fuentes de luz.
La relación entre el flujo luminoso absorvido y el flujo luminoso incidente se conoce como factor de absorción:
Donde:
En la Tabla 1 se muestran algunos valores de coeficientes de transmisión para distintos materiales.
Los factores de reflexión, absorción y transmisión nunca pueden superar la unidad. En el caso de que el material posea las tres propiedades, se debe cumplir
ρ + α + τ = 1
En el caso que solo se produzca reflexión y abosorción se debe cumplir:
ρ + α = 1
| Material | Factor de Reflexión (ρ) | Factor de Absorción (α) | Factor de Transmisión (τ) |
|---|---|---|---|
| Papel Blanco | 0,6 - 0,8 | 0,10 - 0,30 | 0,10 - 0,20 |
| Seda blanca | 0,28 - 0,38 | 0,01 | 0,61 - 0,71 |
| Vidrio opaco negro | 0,5 | 0,95 | 0 |
| Vidrio opaco blanco | 0,75 - 0,80 | 0,20 - 0,25 | 0 |
| Vidrio transparente | 0,08 | 0,02 | 0,90 |
| Vidrio deslustrado | 0,06 - 0,55 | 0,04 - 0,08 | 0,63 - 0,89 |
| Vidrio opalino blanco | 0,30 - 0,55 | 0,04 - 0,08 | 0,36 - 0,66 |
| Vidrio opalino amarillo | 0,25 - 0,30 | 0,55 - 0,58 | 0,12 - 0,20 |
Tabla 1 - Coeficientes factores de reflexión, absorción y transmisión
Refracción
La refracción se conoce como el cambio de dirección de la onda al pasar de un medio a otro, el cual tiene un índice de refracción diferente. El índice de refracción se simboliza con la letra n.
Este fenómeno se produce en medios como el agua, el vidrio, etc., donde existe una variación en la velocidad de propagación de la luz y de la dirección del rayo. La velocidad de propagación de la luz disminuye a medida que aumenta el índice de refracción.
El fenómeno más conocido de la refracción se muestra en la Imagen 7, cuando se introduce una cuchara dentro de un vaso. Desde el exterior se puede creer que la cuchara está partida, pero no es así. Esto se debe al cambio de velocidad de propagación en el agua.
El fenómeno más conocido de la refracción se muestra en la Imagen 7, cuando se introduce una cuchara dentro de un vaso. Desde el exterior se puede creer que la cuchara está partida, pero no es así. Esto se debe al cambio de velocidad de propagación en el agua.
Imagen 9 - Fenómeno de refracción
Las leyes de la refracción son conocidas como las Leyes de Snell, enunciadas a continuación:
- El rayo incidente, el rayo reflejado y el refractado están en el mismo plano.
- El ángulo de incidencia y el ángulo de refracción se relacionan mediante una constante denominada: índice de refracción (n).
Imagen 10 - Ley de Snell
El índice de refracción varia con los cambios de temperatura y la longitud de onda de la luz. El índice de refracción de un medio se calcula como:
Donde:
- c es la velocidad de la luz en el vacío
- n es índice de refracción
- v es la velocidad de la luz en el medio
La Tabla 2 muestra algunos ejemplos del índice de refracción en distintos medios:
| Material | Índice de refracción (n) |
|---|---|
| Aire | 1 |
| Agua | 1,33 |
| Cristal | 1,56 - 1,78 |
| Vidrio común | 1,50 - 1,54 |
Tabla 2 - Índices de refracción
Interacción de la luz y la materia
Los objetos por si solos no tienen color. El color del objeto está condicionado por las propiedades de la materia: absorción, reflexión,refracción y longitud de onda.
Cuando un cuerpo absorbe todas las radiaciones que le llegan se verá como un cuerpo negro. Y no importa el color con el que se ilumine que el objeto siempre se verá negro.
Cuando un objeto tiene la propiedad de reflejar todos los colores del espectro visible influye el color de la fuente de luz. El objeto tendrá el mismo color que el del haz de luz que incide sobre él.
Imagen 11 - Representación transmisión, reflexión y absorción en función de la longitud de onda
Un cuerpo no siempre absorbe, refleja o transmite toda la radiación que le llega. En estos casos el color depende de la mezcla de colores. Para más información ver apartado colorimetría
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