TEMA IV EL COLOR 4.1.- Generalidades El color es una

TEMA IV
EL COLOR
4.1.- Generalidades
El color es una interpretación subjetiva, psicofisiológica del espectro
electromagnético visible.
Las sensaciones luminosas o imágenes que se producen en nuestra
retina, al enviarlas al celebro, son interpretadas como un conjunto de
sensaciones monocromáticas que constituyen el color de la luz.
El sentido de la vista no analiza individualmente cada radiación o
sensación cromática. A cada radiación le corresponde una denominación de
color, según la clasificación del espectro de frecuencias.
Es importante indicar que distinguimos a los objetos por el color asignado
según sus propiedades ópticas, pero en ellos ni se produce ni tienen color. Lo
que si tienen es propiedades ópticas de reflejar, refractar y absorber los colores
de la luz que reciben, es decir; el conjunto de sensaciones monocromáticas
aditivas que nuestro celebro interpreta como color de un objeto depende de la
composición espectral de la luz con que se ilumina y de las propiedades ópticas
que posea el objeto para reflejarla, refractarla o absorberla.
Fue Newton el primero en descubrir la descomposición de la luz blanca
en el conjunto de colores que forma el arco iris. Al hacer pasar un haz de luz
blanca a través de un prisma obtuvo el efecto de la descomposición de la luz en
sus siete colores básicos según su longitud de onda.
El problema del color es algo esencial para cualquier iluminador,
especialmente aquellos que se dedican a iluminaciones comerciales.
No es posible determinar que lo que una persona observa como
sensación de color determinado, es observado con la misma intensidad sensual
por otra persona. Es decir si yo digo que este limón es amarillo y otro
observador está de acuerdo, no tengo ninguna forma de saber si él siente el
mismo amarillo que yo.
Podemos decir que luz y color son inseparables ya que de hecho son la
misma cosa. El color es una frecuencia y longitud de onda en el espectro
electromagnético que causa una sensación particular en el cerebro humano a
través del ojo.
De esta forma la luz es toda la sensación del espectro visible y el color
corresponde a una frecuencia concreta de éste.
Así el negro es la ausencia de luz y el blanco es una mezcla equilibrada
de todos los colores.
4.2. Clasificación de los colores según el diagrama cromático C.I.E.
La evaluación subjetiva de las superficies de los objetos, tal y como son
percibidas por el ojo, se interpretan en función de los atributos o cualidades del
color. Éstas son:
a) Claridad o esplendor: Radiación luminosa que recibimos según la
iluminancia que posee el objeto. El objeto es más claro cuanto más se
aleja su color del negro en la escala de grises. Hace referencia a la
intensidad.
b) Tono o matiz: Nombre común del color (rojo, amarillo, verde, etc.).
Hace referencia a la longitud de onda, por lo tanto cuando nos referimos
al color azul verdoso nos referimos a la franja de radiación comprendida
entre 480 y 490 nm y dependerá de la precisión que requiera el trabajo
para que se defina con la general 480/490 o la específica de 483,6 nm.
c) Pureza o saturación: La proporción en que un color está mezclado con
el blanco, es decir la saturación depende de la cantidad de blanco,
denominándose saturado un color que no contenga blanco. Con pintura
blanca y un pigmento saturado podemos hacer gradaciones de un mismo
color. Hace referencia a la pureza espectral.
Para evitar la evaluación subjetiva del color existe el diagrama cromático
en forma de triángulo, aprobada por la C.I.E., que se emplea para tratar
cuantitativamente las fuentes de luz, las superficies coloreadas, las pinturas, los
filtros luminosos, etc.
Todos los colores están ordenados según tres coordenadas cromáticas, x,
y, z, cuya suma es siempre la unidad (x + y +z = 1) y cuando cada una de ellas
vale 0,333 corresponde al color blanco, Estas tres coordenadas se obtienen a
partir de las potencias especificas para cada longitud de onda. Se fundamenta
en el hecho de que al mezclar tres radiaciones procedentes de tres fuentes de
distinta composición espectral se puede obtener una radiación equivalente a
otra de distinto valor. El resultado es el triángulo de la Fig. 2, en el que con dos
coordenadas cualesquiera es suficiente para determinar el color de la radiación
resultante formada por la mezcla aditiva de tres componentes.
4.3. Temperatura de color (Tc)
En el diagrama cromático C.I.E. se dibuja la curva que representa el color
que emite el cuerpo negro en función de su temperatura. Se llama curva de
temperatura del cuerpo negro.
La temperatura de color es una expresión que se utiliza para indicar el
color de una fuente de luz por comparación de ésta con el color del cuerpo
negro, o sea del “radiante perfecto teórico” (objeto cuya emisión de luz es
debida únicamente a su temperatura). Como cualquier otro cuerpo
incandescente, el cuerpo negro cambia de color a medida que aumenta su
temperatura, adquiriendo al principio el tono de un rojo sin brillo, para luego
alcanzar el rojo claro, el naranja, el amarillo y finalmente el blanco, el blanco
azulado y el azul. El color, por ejemplo, de la llama de una vela, es similar al de
un cuerpo negro calentado a unos 1.800 K, y la llama se dice entonces que
tiene una “temperatura de color” de 1.800 K.
Las lámparas incandescentes tienen una temperatura de color
comprendida entre los 2.700 y 3.200 K, según el tipo, por lo que su punto de
color determinado por las correspondientes coordenadas queda situado
prácticamente sobre la curva del cuerpo negro. Esta temperatura no tiene
relación alguna con la del filamento incandescente.
Por lo tanto la temperatura de color no es en realidad una medida de
temperatura. Define solo color y solo puede ser aplicada a fuentes de luz que
tengan una gran semejanza de color con el cuerpo negro.
La equivalencia práctica entre apariencia de color y temperatura de color,
se establece convencionalmente según la tabla 1
En la definición, dada por el fabricante de cualquier lámpara, es esencial
recabar el dato referente a la temperatura de color, e igualar todas las fuentes
que hay que utilizar en una misma atmósfera en base a dichos parámetros.
Este es un asunto de gran importancia, a menudo poco cuidado,
especialmente por los técnicos a cargo del mantenimiento de instalaciones ya
que existen problemas derivados de la falta de atención a la correcta
temperatura de color de una fuente:
Dos o más lámparas adyacentes deben tener además de la misma
potencia y características de funcionamiento, idéntica temperatura de color,
pues diferentes tonos dan aspectos horrendos.
Los tubos fluorescentes deben ser necesariamente de las mismas
características y fabricante.
Ciertos tipos de lámparas se agotan progresivamente, no necesariamente
con la misma rapidez que otras adyacentes del mismo tipo y edad. Las lámparas
de un mismo tipo, en un área concreta deben sustituirse al unísono.
4.4. Índice de rendimiento de color (IRC)
El dato de temperatura de color se refiere únicamente al color de la luz,
pero no a su composición espectral que resulta decisiva para reproducción de
colores. Así, dos fuentes de luz pueden tener un color muy parecido y poseer al
mismo tiempo unas propiedades de reproducción cromática muy diferentes.
El índice de reproducción cromática (IRC), es la capacidad de una
lámpara o de una fuente de emisión de luz de reproducir los colores con
fidelidad es decir caracteriza la capacidad de reproducción cromática de los
objetos iluminados con una fuente de luz. El IRC ofrece una indicación de la
capacidad de la fuente de la luz para reproducir colores normalizados, en
comparación con la reproducción proporcionada por una luz patrón de
referencia.
Este índice tiene una escala de 1 al 100 siendo el máximo posible un
nivel de reproducción cromática de la lámpara o fuente de 100 que
generalmente corresponde a la luz blanca con espectro continuo y completo.
Por lo tanto la temperatura de color de una lámpara está estrechamente
ligada al IRC y se debe tener en cuenta sobre todo en aquellas iluminaciones
que conlleven imitaciones de color o donde la correcta percepción del color sea
esencial como industrias gráficas, químicas, textiles etc.
La luz natural blanca ideal es la que se acerca a los 5.800 ºK color de la
luz del sol en su cenit. La luz cálida desviada hacia el amarillo-rojo tiene una
temperatura de color baja 2.800-3000 ºK en tanto que la luz fría 8.000/10.000
ºK tiende hacia el azul-violeta.
Grupos de rendimiento de color de las lámparas:
En la tabla siguiente se presentan grupos de rendimiento en color de las
lámparas con sus aplicaciones recomendadas
4.5.- Efectos psíquicos de los colores y su armonía
Está comprobado que el color del medio ambiente produce en los
observadores reacciones psíquicas o emocionales aunque no se pueden
establecer reglas fijas para la elección del color apropiado con el fin de
conseguir un efecto determinado.
De acuerdo con la experiencia se puede indicar que una de las primeras
sensaciones que una determinada iluminación produce es la de calor o frío de
aquí que se hable de colores cálidos o colores fríos.
Los colores cálidos son los que en el espectro visible van desde el rojo al
amarillo verdoso y los fríos desde el verde al azul.
Un color será más calido o más frío según sea su tendencia hacia el rojo
o hacia el azul respectivamente.
Los colores cálidos suelen ser dinámicos, excitantes y producen una
sensación de proximidad, además de animar y dar sensación de ligereza,
mientras que los colores fríos calman y descansan, produciendo una sensación
de lejanía, deprimen y producen sensación de pesadez.
Cuando se combinan dos o más colores y producen un efecto agradable,
se dice que armonizan. La armonía de colores se produce, mediante la elección
de una combinación de colores que es agradable y hasta placentera para el
observador en una situación determinada.
TEMA V
MAGNITUDES LUMINOSAS
En la técnica de la iluminación intervienen dos elementos básicos: la
fuente productora de luz y el objeto que se va a iluminar.
En este capítulo vamos a ver las magnitudes y unidades de medida
fundamentales, empleadas para valorar y comparar las cualidades y los efectos
de las fuentes de luz.
Flujo Luminoso (Potencia Luminosa)
La energía transformada por los manantiales luminosos no se puede
aprovechar totalmente para la producción de luz. Por ejemplo, una lámpara
incandescente consume una determinada energía que transforma en energía
radiante, de la cual sólo una pequeña parte (alrededor del 10%) es percibida
por el ojo humano en forma de luz, mientras que el resto se pierde en calor.
El flujo luminoso que produce una fuente de luz es la cantidad total de
luz emitida o radiada, en un segundo, en todas las direcciones, siendo el
significado del flujo luminoso el de la potencia luminosa propia de una lámpara.
De una forma más precisa, se llama flujo luminoso de una fuente a la
energía radiada que recibe el ojo medio humano según su curva de sensibilidad
y que transforma en luz durante un segundo.
El flujo luminoso se representa por la letra griega Φ (Fi mayúscula) y su
unidad es el Lumen (lm). El lumen es el flujo luminoso de la radiación
monocromática que se caracteriza por una frecuencia de valor 540 . 10 12 Hz. y
por un flujo de energía radiante de 1/683 W. Un watio de energía radiante de
longitud de onda de 555 nm que en el aire equivale a 683 lm aproximadamente.
Medida del flujo luminoso
La medida del flujo luminoso se realiza en el laboratorio por medio de un
fotoelemento ajustado según la curva de sensibilidad fotópica del ojo a las
radiaciones monocromáticas, incorporado a una esfera hueca a la que se le da
el nombre de Esfera de Ulbricht, y en cuyo interior se coloca la fuente a medir.
Los fabricantes dan el flujo de las lámparas en lúmenes para la potencia
nominal.
Rendimiento luminoso (Eficacia Luminosa)
El rendimiento luminoso de una fuente de luz, indica el flujo que emite la
misma por cada unidad de potencia eléctrica consumida para su obtención.
Se representa por la letra griega ε, siendo su unidad el lumen/watio
(lm/w).
La fórmula que expresa la eficacia luminosa es:
Φ
ε = -----P
(lm/W).
Si se lograse fabricar una lámpara que transformara sin pérdidas toda la
potencia eléctrica consumida en luz a una longitud de onda de 555 nm, esta
lámpara tendría el mayor rendimiento posible, cuyo valor sería 683 lm/W.
Cantidad de Luz (Energía Luminosa)
De forma análoga a la energía eléctrica que se determina por la potencia
eléctrica en la unidad de tiempo, la cantidad de luz o energía luminosa se
determina por la potencia luminosa o flujo luminoso emitido en la unidad de
tiempo.
La cantidad de luz se representa por la letra Q, y su unidad es el lumen
por hora (lm . h)
La fórmula que expresa la cantidad de luz es:
Q = Φ . t (lm . h)
Intensidad Luminosa
Esta magnitud se entiende únicamente referida a una determinada
dirección y contenida en un ángulo sólido w.
Al igual que a una magnitud de superficie corresponde un ángulo plano
que se mide en radianes, a una magnitud de volumen le corresponde un ángulo
sólido o estéreo que se mide en estereoradianes.
El radián se define como el ángulo plano que corresponde a un arco de
circunferencia de longitud igual al radio.
El estereoradián se define como el ángulo sólido que corresponde a un casquete
esférico cuya superficie es igual al cuadrado del radio de la esfera.
La intensidad luminosa de una fuente de luz es igual al flujo emitido en
una dirección por unidad de ángulo sólido en esa dirección.
Su símbolo es I, su unidad es la candela (cd) y la fórmula que la expresa:
Φ
I = ------- (lm/sr)
ω
La candela se define como la intensidad luminosa de una fuente puntual
que emite un flujo luminoso de un lumen en un ángulo sólido de un
estereoradián (sr).
Según el S.I., también se define candela como la intensidad luminosa, en
una dirección dada, de una fuente que emite una radiación monocromática de
frecuencia 540 . 1012 Hz y cuya intensidad energética en dicha dirección es
1/683 watios por estereoradián.
Iluminancia (Nivel de Iluminación)
La iluminancia o nivel de iluminación de una superficie es la relación
entre el flujo luminoso que recibe la superficie y su área. Se simboliza por la
letra E, y su unidad es el lux (lx).
La fórmula que expresa la luminancia es:
Φ
E = ------- (lx = lm/m2)
S
Se deduce de la fórmula que cuanto mayor sea el flujo luminoso
incidente sobre una superficie, mayor será su iluminancia, y que, para un mismo
flujo luminoso incidente, la iluminancia será tanto mayor en la medida en que se
disminuya la superficie.
Según el S.l., el lux se define como la iluminancia de una superficie que
recibe un flujo luminoso de un lumen, repartido sobre un metro cuadrado de
superficie.
Medida del Nivel de Iluminación
La medida del nivel de iluminación se realiza por medio de un aparato
especial denominado luxómetro, que consiste en una célula fotoeléctrica que, al
incidir la luz sobre su superficie, genera una débil corriente eléctrica que
aumenta en función de la luz incidente.
Dicha corriente se mide con un miliamperímetro, de forma analógica o
digital, calibrado directamente en lux.
Luminancia
Se llama luminancia al efecto de luminosidad que produce una superficie
en la retina del ojo, tanto si procede de una fuente primaria que produce luz,
como si procede de una fuente secundaria o superficie que refleja luz.
La luminancia mide brillo de las fuentes luminosas primarias y de las
fuentes que constituyen los objetos iluminados. Este término ha sustituido a los
conceptos de brillo y densidad de iluminación, aunque como concepto nos
interesa recordar que el ojo no ve colores sino brillo, como atributo del color. La
percepción de la luz es realmente la percepción de diferencias de luminancias.
Se puede decir, por lo tanto, que el ojo ve diferencias de luminancias y no de
iluminación (a igual iluminación, diferentes objetos tienen luminancia distinta
porque tienen distinto poder de reflexión).
La luminancia de una superficie iluminada es el cociente entre la
intensidad luminosa de una fuente de luz, en una dirección, y la superficie de la
fuente proyectada según dicha dirección.
El área proyectada es la vista por el observador en la dirección de
observación. Se calcula multiplicando la superficie real iluminada por el coseno
del ángulo que forma su normal con la dirección de la intensidad luminosa.
Se representa por la letra L, siendo su unidad la candela/metro cuadrado
llamada “nit (nt)”, con un submúltiplo, la candela centímetro cuadrado o “stilb”,
empleada para fuentes con elevadas luminancias.
1 cd
1 nt = ------1 m2
1 cd
1 stilb = -------1 cm2
La fórmula que la expresa es la siguiente:
I
L = -----------S . cos β
Donde:
S.cos β = Superficie aparente.
La luminancia es independiente de la distancia de observación.
Medida de la Luminancia
La medida de la luminancia se realiza por medio de un aparato especial
llamado luminancímetro o nitómetro. Se basa en dos sistemas ópticos, uno de
dirección y otro de medición.
El de dirección se orienta de forma que la imagen coincida con el punto a
medir, la luz que llega una vez orientado se ve convertida en corriente eléctrica
y recogida en lectura análoga o digital, siendo los valores medidos en cd/m2
Otras magnitudes luminosas de interés
Coeficiente de utilización
Relación entre el flujo luminoso recibido por un cuerpo y el flujo emitido
por una fuente luminosa.
Unidad
Símbolo
%
η
Relación
Φ
η =-------Φe
Reflectancia
Relación entre el flujo reflejado por un cuerpo (con o sin difusión) y el
flujo recibido.
Unidad
Símbolo
%
ρ
Φr
ρ =-------Φ
Relación
Absortancia
Relación entre el flujo luminoso absorbido por un cuerpo y el flujo
recibido.
Unidad
Símbolo
Relación
%
α
Φa
α =-------Φ
Transmitancia
Relación entre el flujo luminoso transmitido por un cuerpo y el flujo
recibido
Unidad
Símbolo
%
٢
Φt
٢ =-------Φ
Relación
Factor de uniformidad media
Relación entre la iluminación mínima y la media, de una instalación de
alumbrado.
Unidad
Símbolo
%
Um
Relación
Emin
Um =-------Emed
Factor de mantenimiento
Coeficiente que indica el grado de conservación de una instalación.
Unidad
Símbolo
Relación
%
Fm
Fm = Fpl . Fdl . Ft . Fe . Fc
Fpl = factor posición lámpara
Fdl = factor depreciación lámpara
Ft = factor temperatura
Fe = factor equipo de encendido
Fc = factor conservación de la instalación
Representación gráfica de magnitudes luminosas
El conjunto de la intensidad luminosa de una fuente de luz en todas las
direcciones constituye lo que se conoce como distribución luminosa. Las fuentes
de luz utilizadas en la práctica tienen una superficie luminosa más o menos
grande, cuya intensidad de radiación se ve afectada por la propia construcción
de la fuente, presentando valores diversos en las distintas direcciones.
Con aparatos especiales (como el Goniofotómetro) se puede determinar
la intensidad luminosa de una fuente de luz en todas las direcciones del espacio
con relación a un eje vertical. Si representamos por medio de vectores (I) la
intensidad luminosa de una fuente de luz en las infinitas direcciones del espacio,
engendramos un volumen que representa el valor del flujo total emitido por la
fuente.
El sólido que obtenemos recibe el nombre de sólido fotométrico. En la
figura 7 se puede apreciar el sólido fotométrico de una lámpara incandescente.
Si hacemos pasar un plano por el eje de simetría de la fuente luminosa,
por ejemplo, un plano meridional, obtenemos una sección limitada por una
curva que se denomina curva fotométrica o curva de distribución luminosa
(Fig.8)
Mediante la curva fotométrica de una fuente de luz se puede determinar
con exactitud la intensidad luminosa en cualquier dirección, dato necesario para
algunos cálculos de iluminación.
Cuando alojamos una lámpara en un reflector, se distorsiona su flujo
proporcionando un volumen cuya forma es distinta, ya que depende de las
características propias del reflector. Por consiguiente, las curvas de distribución
según los distintos planos son diferentes.
En las dos siguientes figuras podemos ver dos ejemplos en los que se
han representado las curvas de distribución de los reflectores. El de la Fig. 10 es
simétrico, y tiene idénticas curvas para cualquiera de los planos meridionales,
por lo que una sola curva es suficiente para su identificación fotométrica. El
ejemplo de la Fig, 11 es asimétrico y cada plano tiene una curva diferente, por
lo que es necesario conocer todos los planos.
Otro método de representar la distribución del flujo luminoso es el
diagrama de curvas isocandelas (Fig. 12) el cual consiste en imaginar la
luminaria en el centro de una esfera en cuya superficie exterior se unen por una
línea los puntos de igual intensidad (curvas isocandelas). Generalmente las
luminarias tienen como mínimo un plano de simetría, por lo que se desarrolla
solamente una semiesfera.
El flujo emitido por una fuente luminosa proporciona una iluminación
(iluminancia) en una superficie, cuyos valores se miden en lux.
Si proyectamos estos valores sobre un mismo plano y unimos por medio
de una línea los de igual valor, entonces daremos lugar a las curvas isolux
(Fig.13).
Por último tenemos las luminancias, que dependen del flujo luminoso
reflejado por una superficie en la dirección del observador. Los valores se miden
en candelas por metro cuadrado (cd/m2) y su representación nos viene dada
por las curvas isoluminancias (Fig. 14)
TEMA VI
PRINCIPIOS FUNDAMENTALES
Ley de la inversa del cuadrado de la distancia
Desde los experimentos primitivos se ha comprobado que las
iluminancias producidas por las fuentes de luz, disminuyen inversamente con el
cuadrado de la distancia desde el plano a iluminar a la fuente. Se expresa por la
fórmula siguiente:
I
E = ------d2
(lx)
Donde E es el nivel de iluminación en lux (lx), I es la intensidad de la
fuente en candelas (cd), y d es la distancia de la fuente de luz al plano receptor
perpendicular.
De esta forma podemos establecer la relación de iluminancias E1 y E2 que
hay entre dos planos separados una distancia d y D de la fuente de luz
respectivamente:
E1 . d2 = E2 . D2
E1
D2
------ = ----E2
d2
Esta ley se cumple cuando se trata de una fuente puntual de superficies
perpendiculares a la dirección del flujo luminoso. Sin embargo, se puede
suponer que la ley es lo suficientemente exacta cuando la distancia a la que se
toma la medición es, por lo menos, cinco veces la máxima dimensión de la
luminaria (la distancia es grande con relación al tamaño de la zona fuente de
luz).
Ley del coseno
En el caso anterior la superficie estaba situada perpendicularmente a la
dirección de los rayos luminosos, pero cuando forma con ésta un determinado
ángulo α, la fórmula de la ley de la inversa del cuadrado de la distancia, hay que
multiplicarla por el coseno del ángulo correspondiente cuya expresión constituye
la llamada ley del coseno, que se expresa como:
I
E = ------ . cos α (lx)
d2
“La iluminancia en un punto cualquiera de una superficie es proporcional
al coseno del ángulo de incidencia de los rayos luminosos en el punto
iluminado”.
En la Fig. 2 se representan dos fuentes de luz F y F’ con igual intensidad
(l) y a la misma distancia (d) del punto P. A la fuente F con un ángulo de
incidencia a igual a cero, corresponde un cos 0 = 1, y produce una iluminación
en el punto P de valor:
I
I
I
Ep = ------ . cos 0 = ------ . 1 = Ep = ----- (lx)
d2
d2
d2
De la misma forma el F’ con un ángulo a = 60º al que corresponde un
cos a = 0,5, producirá en el mismo punto una iluminación de valor:
I
I
1
I
E’p = ----- . cos 60º = ----- . 0,5 = Ep = ---- . ---- (lx)
d2
d2
2
d2
Por lo tanto, E’p = 0,5 . Ep, es decir para obtener la misma iluminación en
el punto P, la intensidad luminosa de la fuente F’ debe ser el doble de la que
tiene la fuente F.
En la práctica, generalmente no se conoce la distancia d del foco al punto
considerado, sino su altura h a la horizontal del punto. Empleando una sencilla
relación trigonométrica y sustituyendo ésta en la ecuación inicial, obtenemos
una nueva relación en la cual interviene la altura h:
h
h
cos α =----- por lo tanto d = --------d
cos α
I
I
I
Ep = ----- . cos α = ----------- . cos α = ----- . cos2 α . cos α;
d2
(h/cos α)2
h2
I
Ep = ------- cos3 α (lx)
h2
Ley de Lambert
Existen superficies emisoras o difusas que al observarlas desde distintos
ángulos se tiene la misma sensación de claridad. A estas superficies se las
denomina emisores o difusores perfectos.
Si Lo es la luminancia según la normal y Lα la luminancia según el ángulo
de observación α, se verifica que Lα = Lo para cualquier ángulo α
Io
Como Lo = ----S
se cumple la ecuación:
y
Iα
Lα= ------------,
S . cos α
Iα= Io . cos α
Esta relación se conoce como Ley de Lambert y sólo cumplen los
emisores o difusores perfectos.