CONDICIONES QUE DEBEN REUNIR LAS FUENTES DE LUZ Generalidades Las condiciones que deben reunir se pueden resumir en las siguientes: 1.- Luminotécnicas Luminotécnicas 2.- Económicas 3.- Técnica de funcionamiento funcionamiento 4.- Tecnológico de fabricación
Distribución espectral de la radiación total Hemos visto que las fuentes de luz son transformadoras de energía. Para que estos transformadores puedan trabajar con un alto rendimiento, casi toda la energía absorbida tendrían que transformarla en radiación visible, lo cual quiere decir que no deberían emitir ninguna radiación invisible ultravioleta o infrarroja, ya que las mismas no contribuyen a la visión. Por otra parte su luz debería ser blanca como la del día y con buena reproducción cromática, lo cual exige un espectro que contenga todos los colores desde el violeta al rojo, pero como la sensibilidad del órgano visual para la radiación verde-amarilla (valor máxima de la curva), lo más favorable en cuanto a rendimiento luminoso se refiere, será obtener e porcentaje de radicación mayor en la zona de 555 nm. Correspondiente a dicha radiación. Entre las más populares se destacan dos fuentes a vapor de mercurio halogenado de dimensiones sumamente reducidas. Se trata de los modelos tipo Bi-pin y Doble contacto. Estas pequeñas lámparas se presentan en potencias de 35, 70 y 150 W con flujos luminosos de 3400, 6600 y 14000 lúmenes respectivamente en la nueva versión con quemador cerámico.
Vienen en temperaturas de color de 3000 y 4000 K y funcionan en cualquier posición. Por su reducido tamaño, son ideales para luminarias de dimensiones Gráfico de distribución compactas como spots, espectral del tipo Blanco asimétricos, wall eutro washers, etc. Las compactas de doble contacto se presentan en potencias de 70, 150 y 250W. Los flujos luminosos son de 5000, 11000 y 20000 lúmenes Gráfico de distribución dependiendo de la espectral del tipo Blanco temperatura de color. Cálido También vienen en temperaturas de color de 3000 y 4000 K, pero tiene limitaciones en la posición de funcionamiento; solo horizontal con tolerancia de 45º hacia arriba y abajo. Como las anteriores, son ideales para pequeñas luminarias pero en este caso con la posibilidad de mayor potencia disponible en el caso de la de 250W. Los espectros de las lámparas incandescentes ó de la luz del día se denominan “continuos” por cuanto contienen todas las radiaciones del espectro visible y se los
considera óptimos en cuanto a la reproducción cromática; se dice que tienen un IRC= 100. En realidad ninguno de los dos es perfecto ni tampoco son iguales. (al espectro de la lámpara incandescente le falta componente “azul” mientras que a la luz del día “roja”).
Vienen en temperaturas de color de 3000 y 4000 K y funcionan en cualquier posición. Por su reducido tamaño, son ideales para luminarias de dimensiones Gráfico de distribución compactas como spots, espectral del tipo Blanco asimétricos, wall eutro washers, etc. Las compactas de doble contacto se presentan en potencias de 70, 150 y 250W. Los flujos luminosos son de 5000, 11000 y 20000 lúmenes Gráfico de distribución dependiendo de la espectral del tipo Blanco temperatura de color. Cálido También vienen en temperaturas de color de 3000 y 4000 K, pero tiene limitaciones en la posición de funcionamiento; solo horizontal con tolerancia de 45º hacia arriba y abajo. Como las anteriores, son ideales para pequeñas luminarias pero en este caso con la posibilidad de mayor potencia disponible en el caso de la de 250W. Los espectros de las lámparas incandescentes ó de la luz del día se denominan “continuos” por cuanto contienen todas las radiaciones del espectro visible y se los
considera óptimos en cuanto a la reproducción cromática; se dice que tienen un IRC= 100. En realidad ninguno de los dos es perfecto ni tampoco son iguales. (al espectro de la lámpara incandescente le falta componente “azul” mientras que a la luz del día “roja”).
Distribución espectral de una Distribución espectral de la luz mpara incandescente iluminante del día normal iluminante standard CIE tipo A standard CIE D65 Si por el contrario el espectro muestra interrupciones, como por ejemplo el de las lámparas de descarga, se dice que es un espectro “discontinuo”, ya que presenta diversas “líneas espectrales” propias del material emisor.
Clases de lámparas de descarga Las lámparas de descarga se pueden clasificar según el gas utilizado (vapor de mercurio o sodio) o la presión a la que este se encuentre (alta o baja presión). Las propiedades varían mucho mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas adecuadas para unos usos usos u otros. Lámparas de vapor de mercurio: Baja presión: Lámparas fluorescentes fluorescentes Alta presión: Lámparas de vapor de mercurio a alta presión Lámparas de luz de mezcla Lámparas con halogenuros metálicos Lámparas de vapor de sodio: Lámparas de vapor de sodio a baja presión Lámparas de vapor de sodio a alta presión o
o
o o
Lámparas de vapor de mercurio Lámparas fluorescentes Las lámparas fluorescentes son lámparas de vapor de mercurio a baja presión (0.8 Pa). En estas condiciones, en el espectro de emisión del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en la banda de 253.7 nm. Para que estas radiaciones sean útiles, se recubren las paredes interiores del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles. De la composición de estas sustancias dependerán la cantidad y calidad de la luz, y las cualidades cromáticas de la lámpara. En la actualidad se usan dos tipos de polvos; los que producen un espectro continuo y los trifósforos trifósforos que emiten un espectro de tres bandas con los colores primarios. De la combinación estos tres colores se obtiene una luz blanca que ofrece un buen rendimiento de color sin penalizar la eficiencia como ocurre en el caso del espectro continuo.
Lámpara fluorescente Las lámparas fluorescentes se caracterizan por carecer de ampolla exterior. Están formadas por un tubo de diámetro normalizado, normalmente normalmente cilíndrico, cerrado en cada extremo con un casquillo de dos contactos donde se alojan los electrodos. El tubo de descarga está relleno con vapor de mercurio a baja presión y una pequeña cantidad de un gas inerte que sirve para facilitar el encendido y controlar la descarga de electrones. La eficacia de estas lámparas depende de muchos factores: potencia de la lámpara, tipo y presión del gas de relleno, propiedades de la sustancia fluorescente que recubre el tubo, temperatura ambiente... Esta última es muy importante porque determina la presión del gas y en último término el flujo de la lámpara. La eficacia oscila entre los 38 y 91 lm/W dependiendo de las características características de cada lámpara.
Balance energético de una lámpara fluorescente La duración de estas lámparas se sitúa entre 5000 y 7000 horas. Su vida termina cuando el desgaste sufrido por la sustancia emisora que recubre los electrodos, hecho que se incrementa con el número de encendidos, impide el encendido al necesitarse una tensión de ruptura superior a la suministrada por la red. Además de esto, hemos de considerar la depreciación del flujo provocada por la pérdida de eficacia de los polvos fluorescentes y el ennegrecimiento de las paredes del tubo donde se deposita la sustancia emisora. El rendimiento en color de estas lámparas varía de moderado a excelente según las sustancias fluorescentes empleadas. Para las lámparas destinadas a usos habituales que no requieran de gran precisión su valor está entre 80 y 90. De igual forma la apariencia y la temperatura de color varía según las características concretas de cada lámpara.
Apariencia de color Tcolor (K) Blanco cálido 3000 Blanco 3500 Natural 4000 Blanco frío 4200 Luz día 6500 Las lámparas fluorescentes necesitan para su funcionamiento la presencia de elementos auxiliares. Para limitar la corriente que atraviesa el tubo de descarga utilizan el balasto y para el encendido existen varias posibilidades que se pueden resumir en arranque con cebador o sin él. En el primer caso, el cebador se utiliza para calentar los electrodos antes de someterlos a la tensión de arranque. En el segundo caso tenemos las lámparas de arranque rápido en las que se calientan
continuamente los electrodos y las de arranque instantáneo en que la ignición se consigue aplicando una tensión elevada. Más modernamente han aparecido las lámparas fluorescentes compactas que llevan incorporado el balasto y el cebador. Son lámparas pequeñas con casquillo de rosca o bayoneta pensadas para sustituir a las lámparas incandescentes con ahorros de hasta el 70% de energía y unas buenas prestaciones.
Lámparas de vapor de mercurio a alta presión A medida que aumentamos la presión del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga, la radiación ultravioleta característica de la lámpara a baja presión pierde importancia respecto a las emisiones en la zona visible (violeta de 404.7 nm, azul 435.8 nm, verde 546.1 nm y amarillo 579 nm).
Espectro de emisión sin corregir En estas condiciones la luz emitida, de color azul verdoso, no contiene radiaciones rojas. Para resolver este problema se acostumbra a añadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona del espectro. De esta manera se mejoran las características cromáticas de la lámpara. La temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con índices de rendimiento en color de 40 a 45 normalmente. La vida útil, teniendo en cuenta la depreciación se establece en unas 8000 horas. La eficacia oscila entre 40 y 60 lm/W y aumenta con la potencia, aunque para una misma potencia es posible incrementar la eficacia añadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes que conviertan la luz ultravioleta en visible.
Balance energético de una lámpara de mercurio a alta presión Los modelo más habituales de estas lámparas tienen una tensión de encendido entre 150 y 180 V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares. Para encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar próximo a uno de los electrodos principales que ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos principales. A continuación se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos, caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado, en el que se produce la vaporización del mercurio y un incremento progresivo de la presión del vapor y el flujo luminoso hasta alcanzar los valores normales. Si en estos momentos se apagara la lámpara no sería posible su reencendido hasta que se enfriara, puesto que la alta presión del mercurio haría necesaria una tensión de ruptura muy alta.
Lámpara de mercurio a alta presión
Lámparas de luz de mezcla Las lámparas de luz de mezcla son una combinación de una lámpara de mercurio a alta presión con una lámpara incandescente y, habitualmente, un recubrimiento fosforescente. El resultado de esta mezcla es la superposición, al espectro del mercurio, del espectro continuo característico de la lámpara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia.
Espectro de emisión de una lámpara de luz de mezcla Su eficacia se sitúa entre 20 y 60 lm/W y es el resultado de la combinación de la eficacia de una lámpara incandescente con la de una lámpara de descarga. Estas lámparas ofrecen una buena reproducción del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K. La duración viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo. Respecto a la depreciación del flujo hay que considerar dos causas. Por un lado tenemos el ennegrecimiento de la ampolla por culpa del wolframio evaporado y por otro la pérdida de eficacia de los polvos fosforescentes. En general, la vida media se sitúa en torno a las 6000 horas.
Lámpara de luz de mezcla
Una particularidad de estas lámparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento actúa como estabilizador de la corriente. Esto las hace adecuadas para sustituir las lámparas incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones.
Lámparas con halogenuros metálicos Si añadimos en el tubo de descarga yoduros metálicos (sodio, talio, indio...) se consigue mejorar considerablemente la capacidad de reproducir el color de la lámpara de vapor de mercurio. Cada una de estas sustancias aporta nuevas líneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio, verde el talio y rojo y azul el indio).
Espectro de emisión de una lámpara con halogenuros metálicos Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K dependiendo de los yoduros añadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85. La eficiencia de estas lámparas ronda entre los 60 y 96 lm/W y su vida media es de unas 10000 horas. Tienen un periodo de encendido de unos diez minutos, que es el tiempo necesario hasta que se estabiliza la descarga. Para su funcionamiento es necesario un dispositivo especial de encendido, puesto que las tensiones de arranque son muy elevadas (1500-5000 V).
Lámpara con halogenuros metálicos
Las excelentes prestaciones cromáticas la hacen adecuada entre otras para la iluminación de instalaciones deportivas, para retransmisiones de TV, estudios de cine, proyectores, etc.
Lámparas de vapor de sodio Lámparas de vapor de sodio a baja presión La descarga eléctrica en un tubo con vapor de sodio a baja presión produce una radiación monocromática característica formada por dos rayas en el espectro (589 nm y 589.6 nm) muy próximas entre sí.
Espectro de una lámpara de vapor de sodio a baja presión La radiación emitida, de color amarillo, está muy próxima al máximo de sensibilidad del ojo humano (555 nm). Por ello, la eficacia de estas lámparas es muy elevada (entre 160 y 180 lm/W). Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual, además de una buena percepción de contrastes. Por contra, su monocromatismo hace que la reproducción de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible distinguir los colores de los objetos.
Balance energético de una lámpara de vapor de sodio a baja presión La vida media de estas lámparas es muy elevada, de unas 15000 horas y la depreciación de flujo luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida útil es de entre 6000 y 8000 horas. Esto junto a su alta eficiencia y las ventajas visuales que ofrece la hacen muy adecuada para usos de alumbrado público, aunque también se utiliza con finalidades decorativas. En cuanto al final de su vida útil, este se produce por agotamiento de la sustancia emisora de electrones como ocurre en otras lámparas de descarga. Aunque también se puede producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior.
Lámpara de vapor de sodio a baja presión En estas lámparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir las pérdidas por calor y reducir el tamaño de la lámpara. Está elaborado de materiales muy resistentes pues el sodio es muy corrosivo y se le practican unas pequeñas hendiduras para facilitar la concentración del sodio y que se vaporice a la temperatura menor posible. El tubo está encerrado en una ampolla en la que se ha practicado el vacío con objeto de aumentar el aislamiento térmico. De esta manera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamiento necesaria en la pared del tubo (270 ºC). El tiempo de arranque de una lámpara de este tipo es de unos diez minutos. Es el tiempo necesario desde que se inicia la descarga en el tubo en una mezcla de gases inertes (neón y argón) hasta que se vaporiza todo el sodio y comienza a emitir luz.
Físicamente esto se corresponde a pasar de una luz roja (propia del neón) a la amarilla característica del sodio. Se procede así para reducir la tensión de encendido.
Lámparas de vapor de sodio a alta presión Las lámparas de vapor de sodio a alta presión tienen una distribución espectral que abarca casi todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho más agradable que la proporcionada por las lámparas de baja presión.
Espectro de una lámpara de vapor de sodio a alta presión Las consecuencias de esto es que tienen un rendimiento en color (Tcolor = 2100 K) y capacidad para reproducir los colores mucho mejores que la de las lámparas a baja presión (IRC = 25, aunque hay modelos de 65 y 80 ). No obstante, esto se consigue a base de sacrificar eficacia; aunque su valor que ronda los 130 lm/W sigue siendo un valor alto comparado con los de otros tipos de lámparas.
Balance energético de una lámpara de vapor de sodio a alta presión La vida media de este tipo de lámparas ronda las 20000 horas y su vida útil entre 8000 y 12000 horas. Entre las causas que limitan la duración de la lámpara, además de mencionar la depreciación del flujo tenemos que hablar del fallo por
fugas en el tubo de descarga y del incremento progresivo de la tensión de encendido necesaria hasta niveles que impiden su correcto funcionamiento. Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000 ºC), la presión y las agresiones químicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de descarga. En su interior hay una mezcla de sodio, vapor de mercurio que actúa como amortiguador de la descarga y xenón que sirve para facilitar el arranque y reducir las pérdidas térmicas. El tubo está rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vacío. La tensión de encendido de estas lámparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve.
Lámpara de vapor de sodio a alta presión Este tipo de lámparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminación de interiores como de exteriores. Algunos ejemplos son en iluminación de naves industriales, alumbrado público o iluminación decorativa.
Escala de potencias eléctricas La construcción de cualquier fuente de luz tiene que permitir mediante la adaptación del cuerpo luminoso (que puede ser una espiral, un reciente de descarga o quemador), el disponer de una amplia escala de potencias en vatios, desde pequeñas a altas potencias, de acuerdo con las necesidades de uso. Esta escala de potencias no consta siempre de los mismos valores normalizados en vatios para todas las fuentes de luz. Estos varían según la necesidad y la posibilidad de desarrollo respecto a la naturaleza física y tecnológica de la fuente de luz en cuestión.
Escala de potencias eléctricas (ejemplos) Lámpara incandescente para señalización Lámpara para bicicleta Lámpara incandescente clara de 40W Tubo fluorescente de 36W Lámpara a Vapor de Mercurio de 400W Lámpara a Vapor de Sodio de Alta Presión de 400W Lámpara a vapor de mercurio halogenado de 2000W
1 Lm 18 Lm 430 Lm 3000 Lm 22000 Lm 47000 Lm 170000 Lm
Principios y características de las fuentes de luz Las fuentes de luz son las herramientas principales de las que los profesionales del audiovisual nos valemos para nuestro trabajo; independientemente de cómo las use cada uno, lo cierto es que es fundamental conocer de las herramientas de las que disponemos. La herramienta fundamental es la luz, y por lo tanto nos podemos valer de cualquier cosa que emita, transforme o elimine luz. En la profesión, y para cada caso, se han estandarizado una serie de luminarias, por su eficacia y consumo, facilidad de manipulación y transporte o alguna característica especial, más adecuadas que otras para determinadas funciones, pero esto no quiere decir que cualquiera de ellas no nos pueda servir para cualquier caso, convenientemente utilizada. Una forma de abordar las características de las fuentes de luz es clasificarlas en función de distintas razones.
Por su procedencia La luminotecnia es la ciencia encargada del estudio de las distintas formas de producción de luz. La luz se produce por la llegada a nuestros ojos de una pequeña parte de todo el espectro de radiaciones electromagnéticas que el sol emite. Dentro de las radiaciones de luz, y de mayor a menor longitud de onda, están las infrarrojas, el espectro visible y las ultravioletas.
No olvidemos que de lo que se trata es de que ondas electromagnéticas de determinadas frecuencias producen sensación de luz en nuestra retina, pero, algunas de las que no producen esta sensación, y que nosotros no vemos, sí pueden ser vistas por algún sistema de captación de imágenes, sea electrónico -target de vídeo- o químico -película fotográfica y cinematográfica-. Como ejemplo, baste decir que si tomamos con una cámara de vídeo la imagen de cualquier equipo electrónico de rayos infrarrojos funcionando, nosotros, evidentemente, no veremos nada, pero la cámara sí puede detectar algo que excite el target, y que traduce en un color imprevisible -probablemente verde-; en el caso de la captación química, todos cuantos alguna vez han hecho fotografías en el exterior saben que la luz ultravioleta puede incidir directamente en el color de los cielos, y por tanto muchos colocan habitualmente filtros de ultravioleta en sus cámaras, tratando de obtener cielos azules puros. Dentro de las radiaciones infrarrojas estaría lo que conocemos como calor radiante, y dentro de las ultravioletas lo que conocemos como luz negra.
Natural Día La luz día solar es policromática, contiene todas las longitudes de onda. Esto quiere decir que nos dará una reproducción fiel de los colores de los objetos que ilumine. Pero, cuidado, la luz solar no es constante, ni con el clima, ni con la hora del día, ni con la estación del año. Un cielo nuboso no sólo nos quitará luz, aunque menos que la que nos parece, sino que filtrará notablemente determinadas longitudes de onda, aumentando la temperatura de color. Durante el día solamente podemos contar con una luz constante en un determinado margen horario, aproximadamente (dependiendo de la latitud donde nos encontremos) entre las 10:00 y 17:00 horas en verano y 11:00 y 15:00 horas en invierno, teniendo en cuenta el arco que desarrolla el sol sobre el horizonte en cada una de las estaciones. Fuera de esos horarios, y dentro del día, la luz variará en intensidad, temperatura de color y dirección. Debemos también tener en cuenta la dificultad de igualar una luz de exteriores con iluminación artificial, pues, aún superado el problema de la temperatura de color (con filtros CTB o lámparas HMI de alta potencia), el coste de la potencia necesaria hace que sea impracticable en la mayoría de los casos, salvo para espacios muy reducidos. Pero esto no quiere decir que esta iluminación no sea controlable. La manipulación de la luz exterior día pasa por el uso de
determinados instrumentos para difundirla (palios, grandes pantallas) recortarla (banderas de cualquier tamaño) o reflejarla (espejos o reflectores). Hay que tener también en cuenta que en grandes espacios las dominantes se ven afectadas por las grandes superficies reflectantes que suponen lagos, arenas y grandes bosques, lo que implicará posiblemente la utilización de filtros en cámara, como degradados, coloreados, filtros promist (se usan como suavizadores) y polarizadores, y controlaremos la cantidad de luz con filtros de densidad neutra. Habría tal vez que hacer una precisión con respecto a la luz día bajo el agua, caso en el que, conforme vamos aumentando profundidad, se van perdiendo longitudes de onda, primero las rojas y luego todas hasta la azul, por lo que a una determinada profundidad -tal vez un par de metros- ya no se reproducirán los colores rojos. La temperatura de color estándar de la luz día es de 5.600 K, con cielo despejado, y hasta 7.500 K con cielo nublado; en exteriores de verano en la playa o en la nieve también puede subir la temperatura de color considerablemente. Nivel de iluminación: Mediodía de verano, aire libre, cielo despejado, 100.000 lux; lo mismo con cielo encapotado, 20.000 lux. Luminancia: Sol, 150.000 cd/m2; cielo despejado, 0'3 a 0'5; cielo encapotado, 0'03 a 0'1.
Noche La luz nocturna es necesario dividirla en dos: con luna y sin ella. En luna llena o noches próximas a ella, con cielo despejado, hay suficiente luz como para realizar cualquier trabajo, dado que es policromática, aunque no contiene todas las longitudes de onda; buena parte de las longitudes cálidas se han difundido al reflejarse la luz del sol en la luna; pero a pesar de tratarse de luz reflejada produce sombras definidas, debido a la cercanía relativa de los objetos que nosotros podamos manipular respecto al foco de luz. Sin luna, es decir, con sólo la luz de las estrellas, aún con cielo despejado, es difícil conseguir lugares con suficiente luz para realizar una grabación o rodaje con suficiente gama tonal; el rendimiento cromático es muy bajo, por lo que los colores se reproducirán bastante mal.
La luz lunar es difícil de manipular, pues cualquier reflector o filtro la dispersa rápidamente; es necesario recurrir a luz auxiliar, que habrá que filtrar adecuadamente. No hay que olvidar ciertos elementos característicos, como farolas, faros de coches, etc., que ya forman parte de nuestra percepción de la noche y proporcionan luz. Luminancia: luna, 0'25 cd/m2. Nivel de iluminación: luna llena, 0'25 lux; luna nueva (estrellas), 0'01 lux.
Amanecer/atardecer Si bien se trata de momentos muy fugaces, su riqueza tonal merece que los tengamos en cuenta. Algunos directores de fotografía sueñan con hacer una película en la que sólo utilicen estas luces, y Néstor Almendros lo hizo en una ocasión ("Días del cielo"). Esto, por supuesto, encarece notablemente la producción, puesto que solamente se dispone de unos minutos (menos de una hora) para el rodaje, y se limita seriamente la posibilidad de repetir tomas; sin embargo, los resultados pueden ser espectaculares: al principio no hay sombras, sino una luz ambiental que va cobrando gama tonal rápidamente; a continuación las sombras se producen muy grandes y, aparte de los consabidos contraluces, hay una posibilidad de tomar imágenes duras y directas, rellenando con simples reflectores pequeños. Todo esto es más aplicable al amanecer que al atardecer, momento en que la luz va perdiendo mucho más rápidamente determinadas longitudes de onda, yéndose hacia bajas temperaturas de color. Incluso el final de este momento dio título a una película, "El rayo verde", de Eric Rohmer, basada en el fenómeno que se produce al final del crepúsculo, por una refracción de las longitudes de onda verdes, en algunos parajes tropicales.
Artificial Por combustión Los fuegos, brasas, etc., son interesantes fuentes de luz, aunque la mayoría de las veces hay que añadir luz artificial justificada por la fuente de calor. La gama de
temperaturas de color posibles es enorme, mucho más de lo que parece, yendo desde, por ejemplo, la corteza de pino (muy baja) a la madera de sarmiento (parra), que produce algo menos de luz pero de una temperatura de color más alta; incluso los fuegos producidos por gas pueden llegar a tonalidades verdes, dependiendo del combustible. Es curioso que a veces utilicemos fuego para determinados ambientes, mientras los técnicos de efectos especiales utilicen canalizaciones de gas y butano o propano para producir efectos de incendios y explosiones. En cualquier caso, un accesorio necesario para conseguir el tipo de luz deseada en un fuego es una pequeña bombona de oxígeno (con las precauciones necesarias) que no sólo acelerará o disminuirá la combustión, sino que variará la temperatura de color. Aparte de esto, hay determinadas sustancias especializadas para cambiar el color de un fuego.
Iluminantes eléctricos Hago a continuación un pequeño repaso de las principales características de los iluminantes eléctricos, es decir, fuentes de luz producidas por electricidad. Son muchos, y todos ellos pueden ser utilizados en un momento dado, pero es necesario conocer su funcionamiento y, sobre todo, su rendimiento y características lumínicas, por lo que se debe prestar atención a los datos sobre flujo luminoso, eficacia con respecto al consumo, vida media y temperatura de color que proporcionan. La comparación entre estos datos será determinante para la elección de unos u otros iluminantes, y nos ayudar a evitar la frecuente y desagradable situación y de no saber qué necesitaremos en una grabación o rodaje determinado, para al final comprar, alquilar o llevar más de la necesaria o simplemente inadecuada y, en el momento del rodaje, no utilizar prácticamente nada de lo alquilado e, incluso, no encontrar en el momento lo que necesitamos.
1.2.1. Por incandescencia Son las más comunes en iluminación de vídeo y, en gran parte, en cine. Producen luz por la radiación desprendida de filamentos a través de los cuales se hace pasar una corriente eléctrica, que los calienta hasta que emiten luz. Las cosas que más diferencian unas de otras son el filamento, la ampolla, el gas de relleno y el casco.
1.2.1.1 Estándar Se trata de ampollas de vidrio soplado que protegen del medio ambiente un filamento de wolframio o tungsteno; es necesaria la protección para que el filamento no entre en contacto con la atmósfera, cuyo oxígeno produciría la fusión del mismo. A medida que el filamento se calienta, el filamento se va vaporizando, es decir, va perdiendo partículas de wolframio, el filamento va adelgazando y termina por romperse. Para paliar este fenómeno, la ampolla se llena de un gas inerte, normalmente una mezcla de argón y nitrógeno, y en muchos casos el filamento se enrolla en forma de hélice. a) Normal :
Hay muchas variaciones sobre la conocida bombilla estándar, dependiendo del tipo de filamento (recto, en espiral, axial...) y del acabado de la ampolla: Clara, transparente; mate interior, esmerilada por dentro, que produce una luz más difusa; blanca, pintada por fuera, con una mayor difusión de luz, y coloreada, ya sea por dentro o por fuera. La última característica que diferencia unas lámparas de otras es el casquillo, que puede ser el conocido de rosca Edison, el de bayoneta o Swan, con dos contactos, que se coloca empujando sobre un muelle y bloqueándolo, y el de espigos, con dos terminales que se "clavan" en la hembra. Tienen poca eficacia luminosa, entre 6 y 20 lm/W, por lo que tienen un alto coste de funcionamiento, y pierden excesiva energía en forma de calor. Pero son baratas y pequeñas. Su duración media es de unas 1.000 horas. Las hay de tensiones nominales de 125 y 220 V, y también para 12, 24 y 60 V. A veces las podemos utilizar sobrevoltadas, con lo que reduciremos notablemente su vida media. Las hay de 15, 25, 40, 60, 100, 150, 200, 300, 500, 1.000 y 1.500 W, aunque a partir de los 300 ó 500 W su precio, en relación con su eficacia, empieza a hacer recomendable la utilización de otro tipo de lámpara. Si bien estas lámparas son de uso habitualmente doméstico, pueden solucionar serios problemas en la construcción de iluminaciones de interior, teniendo siempre en cuenta su baja temperatura de color con respecto a otras luminarias profesionales y su pérdida de la misma con su envejecimiento o con la falta de tensión.
Un tipo especial de estas lámparas es la reflectora que, si bien es similar en todo a la estándar, incorpora un reflector en la ampolla, que tiene una forma distinta, pudiéndose conseguir cierta directividad en la luz. Las hay de dos tipos: b) Con reflector pintado : Son de vidrio soplado. Su forma es parabólica o elíptica,
y el material reflector interior es aluminio o plata. Producen un ángulo de concentración que, por fabricación, depende de la potencia: Las de 25, 40 y 60 W dan un ángulo de 35 grados, mientras que algunas de 40 y 60 y las de 100, 150 y 200 W producen un ángulo de 80 grados, con una iluminación bastante uniforme. (Parabolic Alumined Reflector): Son de vidrio prensado, un vidrio duro especial, y su ampolla tiene dos piezas: una de forma parabólica y otra una lente que regula la abertura del haz. Las lámparas PAR, sí son muy utilizadas en iluminación de espectáculos, así como en iluminación profesional de cine y vídeo, en muchos casos formando baterías; en uso común se utilizan sobre todo en salas de exposiciones. Las hay de 75, 100 y 150 W, con ángulos de 15 grados y 40 grados; y en iluminación profesional las hay también de mayores potencias, con ángulos que dependen del fabricante. c) Lámparas PAR
1.2.1.2. Halógenos Son lámparas más pequeñas que las estándar, de mayor eficacia luminosa y mayor vida media. Su fundamento está en incorporar al gas de relleno una pequeña cantidad de iodo para evitar, o retrasar, la vaporización. Vulgarmente los conocemos como cuarzos, y son de los focos más utilizados en iluminación profesional. La ampolla es cilíndrica, de cuarzo, su filamento es una espiral de volframio y el gas de relleno está compuesto por argón, nitrógeno (como las estándar) y un halógeno, habitualmente iodo. Los contactos están uno a cada lado de la ampolla, y están protegidos por una envoltura cerámica. Dos precauciones fundamentales deben tomarse al utilizarlos: por un lado, procurar la horizontalidad de las lámparas y, por otro, no tocar la ampolla con los dedos, pues la grasa o el sudor pueden desvitrificar el cuarzo, perdiendo éste transparencia, e incluso llegando a producir su rotura cuando se calienta. Para su consumo doméstico, hay también en el mercado lámparas de este tipo con una segunda envoltura de vidrio, que facilita su manipulación y hace más fácil la colocación horizontal del cuarzo, además de proporcionar un contacto con casquillo estándar.
La eficacia luminosa es de 22 lm/W, siendo por tanto su flujo luminoso superior al de las lámparas estándar (Por ejemplo, una de 1.000 W produciría 22.000 lm; mientras que una de incandescencia estándar solamente 18.800). Hay toda una gama de potencias en iluminación profesional, dependiendo del tipo de foco en que van colocadas, desde los 200 W de las antorchas a los 10.000 0 12.000 de un fresnel grande. Las más habituales son, de todos modos, las de 800 y 1.000 W en los conocidos "butanitos" y de 2.000, 4.000, 5.000 y 6.000 W en focos spot, fresnel o soft de tipo plató. Su vida media es, aproximadamente, de 2.000 horas, aunque depende en gran medida de los fabricantes. Su temperatura de color es, originariamente, de 3.200 o 3.400 K, aunque hay que tener en cuenta que pierden bastante cuando se utilizan a bajas intensidades, y cuando se van gastando, por lo que hay que tener cuidado cuando se utilizan con dimmers y reguladores y cuando están viejas.
1.2.1.3. Otras lámparas de incandescencia Hay algunas lámparas específicas para determinadas utilizaciones que también son de incandescencia, como por ejemplo, las de fotografía y proyectores de diapositivas o cine; las lámparas miniatura para linternas, juguetes, etc.; las de los coches (aunque cada vez se imponen más las halógenas para esta utilización) y las tubulares, que, aunque van metidas en ampollas cilíndricas, no deben ser confundidas con los tubos fluorescentes. Todas ellas son para empleos específicos, y en la mayoría de los casos encontraremos en nuestro trabajo otras de mayor eficacia y más fáciles de manipular para obtener similares resultados.
1.2.2. Por descarga Los primeros ejemplos de este tipo de luz los tenemos en los arcos de carbón utilizados en los antiguos proyectores de cine o de teatro, en los que se aplica una corriente a dos carbones de grafito enfrentados, y se les mantiene a una distancia constante, la justa para que salte el arco voltaico entre ellos. Los antiguos proyeccionistas tenían, por lo tanto, que estar continuamente acercando los carbones, puesto que estos se iban gastando. El arco sólo salta a una distancia
justa; a mayor distancia el campo eléctrico no tiene efectividad, y a menor los carbones se convierten en simples conductores. La luz se produce por un fenómeno de luminiscencia, es decir, por la radiación luminosa producida por la descarga eléctrica en un medio gaseoso (los electrones de un átomo excitados por una descarga eléctrica suben de nivel y adquieren una energía que al volver a su nivel en el átomo, sueltan en forma de radiación electromagnética). Si colocamos en un tubo un ánodo (+) en un extremo y un cátodo (-) en el otro, los electrones son atraídos por el ánodo, y en su camino chocan con los átomos del gas produciendo luminiscencia; algunos átomos se ionizan por el choque (pierden electrones), con lo que el número de electrones aumenta y el fenómeno continúa, aunque atenuemos la corriente original. Los primeros electrones provienen de los electrodos, recubiertos de cesio o bario (altamente emisivos al calentarlos, efecto termoiónico). Luego hay que hacer un circuito exterior para limitar la intensidad de la corriente y controlar el proceso de multiplicación de electrones en el interior del tubo.
1.2.2.1. Fluorescentes El tubo de descarga suele ser de cuarzo, recubierto en su interior por polvos fluorescentes, sobre los cuales inciden radiaciones ultravioletas producidas por la descarga eléctrica en el gas del interior, produciendo la fluorescencia (transformación de radiación no visibles en visibles). El diámetro del tubo suele ser de 16, 26 o 38 mm. y las longitudes de 600, 1.200 y 1.500 mm. (20, 40 y 65 W). Los electrodos son de hilo de volframio enrollado, y recubiertos de material emisivo, y trabajan a altas temperaturas. El gas de relleno suele ser argón o neón, fácilmente ionizables e inertes. Los polvos fluorescentes son especialmente interesantes para nosotros, ya que del tipo de polvo depender el color dominante de la luz emitida, a pesar del aspecto aparentemente blanco de la misma: El más común es el silicato de cinc, cuya dominante es amarillo-verdosa; el borato de cadmio da rosa clara; el silicato de cadmio, amarillo-rosa; el silicato de cinc y berilio, amarilla, y el tungstato de magnesio, azul.
Los tubos pueden encenderse de diferentes modos: a) Precalentamiento con cebador: hace falta una reactancia o balastro y un cebador. La reactancia da una tensión inicial superior a la que recibe para iniciar el proceso en el tubo, y limita la intensidad que circula a su través. El cebador, compuesto de dos láminas, una de ellas bimetálica, dentro de una ampolla, es el encargado de cerrar el circuito de caldeo: al conectar, entre sus dos láminas se produce un arco que calienta la ampolla; la lámina bimetálica se curva y cierra el circuito, con lo que se calientan los filamentos hasta su incandescencia. Luego la temperatura disminuye y la lámina vuelve a su posición, con lo que el circuito se abre de golpe, produciendo una sobretensión en la reactancia, y encendiéndose la lámpara. b) Precalentamiento sin cebador: La lámpara se enciende mediante un circuito auxiliar, que calienta la lámpara mientras está en funcionamiento, y un transformador que al ser conectado calienta los electrodos rápidamente hasta que alcanzan la temperatura de emisión y la lámpara enciende espontáneamente. Sigue siendo necesaria una reactancia estabilizadora. c) Encendido instantáneo: Son las llamadas "de cátodo frío", ya que no necesitan calentar el mismo; consisten en proporcionar una diferencia de potencial suficiente entre los electrodos, mediante un autotransformador, para que la lámpara encienda instantáneamente. Habitualmente las podemos distinguir por llevar sólo un espigo de contacto en cada casco, mientras que los demás fluorescentes llevan dos. Son los utilizados, entre otras cosas, para rótulos luminosos; se construyen de tubo estrecho, con formas determinadas, para rótulos luminosos, con diámetros de 13, 17 y 22 mm. Producen diferentes colores según el gas que se introduzca: verde con helio, azulado-verdoso con mercurio... d) Encendido electrónico: llevan una reactancia electrónica o circuito inversor, que convierte la corriente continua en alterna. Suelen ir alimentadas con pequeñas tensiones, de 12 ó 24 V. Existen algunos tipos de fluorescentes especiales: algunos de tamaño miniatura, otros de colores, en que el tubo está hecho de un cristal de determinado color, y éstas se utilizan en discotecas, teatros... pueden sernos útiles para determinadas ambientaciones. Otras están construidas igual que las halógenas de doble envoltura, y un par de fluorescentes van metidos en una ampolla con un contacto más estándar. Suelen conectarse con un condensador para disminuir el consume y aumentar el factor de potencia.
La eficacia luminosa, según potencia, oscila entre 40 y 100 lm/W. Su vida media es alta, entre 6.000 y 9.000 horas. La temperatura de color depende de los polvos fluorescentes. Importante: El flujo luminoso depende de la temperatura exterior. Entre 5 y 30 0C es constante; fuera de ese margen, pierde flujo notablemente. Cuidado: Un sólo fluorescente puede producir efecto estroboscópico, es decir, dar la sensación de que algo que está en movimiento -que gira, sobre todo- está parado, al no iluminarlo constantemente, sino con una frecuencia. Al iluminar con fluorescentes se debe, por tanto, conectar más de uno, desfasados, para evitar este fenómeno, que podría producir que, ante una obturación -sea fotográfica, cinematográfica o un shutter de vídeo-, ésta coincida con la frecuencia del tubo, arriesgándonos, en el peor de los casos, a fotografiar la oscuridad y, en el mejor, extraños efectos estroboscópicos.
1.2.2.2 Vapor de mercurio En el interior del tubo, además de los electrodos normales, hay otros dos auxiliares para el encendido, un gas inerte e ionizable (argón), y unas gotas de mercurio, que es el que produce las radiaciones al ser excitado. El tubo va metido en una ampolla de vidrio que, además de protegerlo, sirve para absorber las radiaciones ultravioleta que se producen. Esta ampolla va montada en un casquillo estándar. Necesitan reactancia. Al conectar, se produce un arco entre los electrodos auxiliares, que calienta el mercurio, que se va evaporando lentamente, por lo que la lámpara se enciende también lentamente La eficacia oscila entre 30 y 95 lm/W. Vida media entre 6.000 y 9.000 horas. Ya que tarda en encender unos cinco minutos, si se apaga hay que esperar al menos otros cinco minutos, para dar tiempo a que el mercurio se condense. Las hay de varios tipos:
a) Ampolla transparente: Iluminan muy bien los tonos verdes y azules, pero tienen problemas para la reproducción de los demás. b) De color corregido: Tienen una ampolla recubierta de material fluorescente, que amplía el espectro de iluminación de la lámpara. Son las que nos encontraremos habitualmente en exteriores de ciudad (normalmente en grandes globos) c) De luz mixta: Son como las de color corregido, pero añaden un filamento de incandescencia (radiación blanco-amarilla), que además limita el paso de corriente, por lo que no necesitan accesorios para el encendido. d) H.M.I.: (con halógenos metálicos) Añaden ioduros metálicos (sodio, indio, talio) en el interior. Tienen forma elipsoidal (normalmente con una capa difusora) o tubular (normalmente clara, sin difusor), y tienen una gran eficacia luminosa, hasta 95 lm/W. Pero lo más importante es su reproducción cromática, casi la misma que la de la luz solar. Son las llamadas H.M.I., o de luz-día, muy conocidas en el mundo de la iluminación cinematográfica y cada vez m s utilizadas; se suelen fabricar ya perfectamente calibradas para una temperatura de color de 5.600 K. Y, ojo! Pueden presentar un problema de obturación por su frecuencia. Una lámpara de 1.000 W puede producir un flujo de 80.000 lm; y una tubular clara de 3.500 hasta 300.000 lm.
1.2.2.3. Vapor de sodio Producen luz por la excitación del sodio que hay en el interior del tubo de descarga. Normalmente el gas de relleno es Neón. Las hay de baja y de alta presión. a) De baja presión: El tubo suele ser de cuarzo, en forma de U, con un electrodo a cada lado. El sodio, con la lámpara fría, toma forma de gotas. El tubo de descarga va dentro de una ampolla tubular que lo protege, y normalmente lleva un casquillo de bayoneta. Al producirse la descarga, un arco, a través del neón se produce luz, y conforme se va evaporando el sodio, la concentración de éste en el gas aumenta, y la luz va siendo progresivamente más y más amarilla. Según el voltaje necesario para el encendido, pueden necesitar un autotransformador en lugar de una reactancia.
Son las de mayor eficacia luminosa (mayor a 180 lm/W), y su vida media es de unas 6.000 horas. Emiten luz monocromática, naranja-amarilla, de baja temperatura de color. Hasta pasados unos diez minutos del encendido no dan el máximo flujo. Aparte de lugares donde puedan ser utilizadas de forma artística, como jardines, monumentos, etc., nos las encontraremos en autopistas, garajes, puertos... b) De alta presión: El tubo suele ser de material cerámico translúcido, y tiene dentro una amalgama de sodio (mercurio y sodio). Las ampollas suelen ser ovoidales o tubulares, y el casquillo, normalmente, de rosca. Funciona igual que la de baja presión, aunque necesita un mecanismo, el ignitor (un cebador), que produce una tensión entre 3 y 5 KV para el encendido, aunque suelen llevarlo incorporado en la propia lámpara. Al aumentar la presión en la lámpara se va aumentando el reparto espectral de la luz emitida, hasta llegar a un espectro casi continuo, pero su dominante sigue siendo amarilla, aunque no tanto como en las de baja presión. Su eficacia luminosa va de los 80 a los 130 lm/W, y su vida media es superior a las 9.000 horas. Las encontraremos en los mismos lugares que las de baja presión, pero las distinguiremos por su mejor reproducción de los colores.
1.2.2.4. Especiales a) Ultravioletas: Son de vapor de mercurio; las hay de: Luz negra: apenas emiten radiaciones visibles; se pueden pintar determinados objetos con una pintura especial que los hace visibles ante esta luz (Teatro Negro de Praga). Sin embargo, algunas emulsiones y algunos targets de vídeo sí pueden ser más o menos sensibles a ella. Las podemos encontrar en bancos y discotecas. Lámparas solares: emiten el espectro visible, y además una fuerte radiación infrarroja y ultravioleta para bronceado y envejecimiento de plásticos Lámparas de ozono: emiten radiaciones ultravioletas utilizadas en esterilización de material quirúrgico
b) Infrarrojas: Su filamento de volframio en espiral emite fundamentalmente radiaciones infrarrojas. Se utilizan para dar calor. c) De Neón: Son como las de incandescencia, pero incluyen dos electrodos y gas neón. Su pequeño rendimiento y bajo consumo hacen que prácticamente no se utilicen, salvo para señalización. Tienen una gran duración. Por su cualidad Temperatura de color y rendimiento de color Dureza Luz dura Luz suave Por su utilización Colocación en la escena -Principal -Relleno -Contraluz Dirección -Directa -Difusa -Reflejada -Reflexión especular -Reflexión difusa
Efecto biológico de la radiación emitida Es preciso conseguir, según los criterios actuales para la protección del ambiente, que las fuentes de luz no emitan ninguna radiación que pueda resultar peligrosa para el hombre, bien sea de de inmediato o a largo plazo. Con los radiadores térmicos como son las lámparas incandescentes, ésta condición se cumple ya desde un principio. Algunas descargas de gases, principalmente las de vapor de mercurio, contienen por naturaleza un porcentaje de radiación ultravioleta (onda larga = UV-A, onda corta media = UB-B y onda corta = UV-C). El efecto permanente de las radiaciones UV-B o UV-C produciría quemaduras en la piel desnuda y una conjuntivitis en los ojos que no estén protegidos. En las lámparas para alumbrado general esto puede evitarse con el empleo de clases de vidrios apropiados que absorban la radiación crítica. La ampolla tubular de la lámpara fluorescente tiene ésta función protectora, el quemador de cuarzo de las lámparas de mercurio a alta presión está cubierto adicionalmente con una ampolla envolvente que absorbe la radiación ultravioleta. Por el contrario las lámparas especiales con ampollas de cuarzo, deben funcionar en luminarias provistas de pantalla de cristal protector contra tales radiaciones La radiación ultravioleta resulta beneficiosa en lámparas de uso para germicidas y bactericidas, siendo necesario dosificar las sesiones de irradiación. En las lámparas germicidas, la radiación necesaria está comprendida entre los 200 y 280 nm para eliminar microorganismos contenidos en el aire o en el agua y, en algunos casos, también la radiación de unos 185 nm para la producción de ozono (desodorización)
Color de luz apropiado para cada aplicación El color de luz de una lámpara se determina por su composición espectral (ver anteriores). La norma DIN 5035 establece para las fuentes luminosas “casi blancas” empleadas
en el alumbrado en general, los tres grupos siguientes de colores de luz: Color de luz
Temperatura de color aproximada
Blanco Luz Día
6.000º K
Blanco Neutral
4.000º K
Blanco Cálido
3.000º K
Mientras que las lámparas incandescentes, por su alto contenido de rojo, solo pueden radiar un color blanco cálido, los colores de luz de las lámparas de descarga están determinados por los gases o vapores para ellos elegidos, por ejemplo el color amarillo de la descarga de vapor de sodio o el azul pálido de la de vapor de mercurio. Se pueden obtener otras variantes cromáticas, combinando diferentes vapores metálicos o modificando la presión de vapor (lámparas de vapor de sodio a baja presión Na y a alta presión Na V) Con las lámparas fluorescentes se ofrece la posibilidad de conseguir cualquier matiz que se desee, mediante la selección o mezcla de una gran cantidad de sustancias luminiscentes conocidas, para adaptarlas a cada tipo de aplicación, como es la iluminación ambiental o de trabajo respectivamente.
Niveles lumínicos y parámetros de calidad lumínica Usualmente, quien diseña una iluminación, ya sea ésta interior o exterior, parte como primera aproximación, de los niveles de iluminancia (medidos en Lux) sobre los planos de trabajo, establecidos en numerosas tablas y publicaciones, para cierto tipo de tarea. Conjuntamente con los niveles de iluminancia, se establecen a menudo niveles de uniformidad de la misma. Esta práctica, es un muy buen punto de partida a la hora de diseñar una iluminación. Los cálculos son sencillos de realizar y los resultados son sencillos de medir. Sin embargo, una iluminación es mucho más que iluminancias; y por lo tanto, el proceso de diseño no debe quedar en una simple selección de cantidad de luminarias y lámparas de forma de alcanzar los niveles prefijados. Dos instalaciones lumínicas de iguales niveles de iluminancias serán totalmente diferentes según se contemplen aspectos como, luminancias, deslumbramiento, color, temperatura del color, reproducción cromática, estética, ambientación, etc. Un simple parámetro técnico como la iluminancia, nunca describirá un concepto tan complejo como la calidad de la iluminación, donde factores tan subjetivos o “humanos” como los procesos de percepción, adaptación, confort, etc. juegan un
rol preponderante. Dos de estos importantes factores a tener en cuenta, son la temperatura del color y el índice de reproducción cromática de una fuente de luz. A menudo, en el proceso de diseño, estos factores determinan las posibles fuentes de luz a utilizar en el proyecto; por lo que antes de especificar cantidades de luminarias y lúmenes debemos saber qué lámparas serán aceptables para nuestro proyecto.
Calidad de reproducción cromática Se denomina reproducción cromática la calidad de la reproducción de los colores bajo una iluminación dada. El grado de la infidelidad cromática se indica mediante el índice de reproducción cromática Ra. Como fuente de luz de referencia se utiliza una fuente de luz comparable con espectro continuo, ya sea un proyector térmico con temperatura de color comparable o la luz diurna.
Temperatura del color y Reproducción Cromática La temperatura del color correlacionada (medida en grados Kelvin) o simplemente la temperatura del color , es una escala científica que pretende describir cuán cálida o cuán fría resulta una fuente de luz para el ser humano. Para ello se compara la fuente de luz (lámpara), con la luz que emite un “cuerpo negro radiante” (similar a un trozo de metal) cuando se calienta.
A medida que el metal adquiere temperatura, va cambiando el color de la luz que emite en la siguiente secuencia: rojo, naranja, amarillo, blanco, y blanco azulado. Como este color depende solamente de la temperatura, éste valor es el que se conoce entonces como temperatura del color. En las lámparas incandescentes, el filamento se comporta de forma muy similar al metal del experimento, por lo que la temperatura del color da una idea real del tipo de luz emitida. En lámparas de descarga o fluorescentes sin embargo, no existe esta relación directa entre temperatura y luz (o distribución espectral). En estos casos se halla matemáticamente una correlación de similitud entre esta fuente de luz y la proveniente del cuerpo negro radiante a una temperatura determinada. La temperatura para la cual se obtiene la mejor similitud, es entonces la temperatura del color correlacionada de la fuente de luz testeada. En términos sencillos, cuanto más alta la temperatura, más fría parecerá la luz que proviene de dicha fuente, tendiendo a “pintar” los blancos de tonos más celestes o azulados. En contraposición, cuanto más baja la temperatura, más cálida será la sensación que brinda, tendiendo a desplazar los blancos hacia los tonos naranjas o rojos.
Otro fenómeno que aparece vinculado a este parámetro (al menos en las fuentes de luz usuales) es que cuanto más baja la temperatura, y por lo tanto más cálida la luz, más se dificulta la percepción de los objetos. Por otro lado, cuanto más caliente la fuente, más fría es la sensación, y mejor es la agudeza visual. Por supuesto que todo esto es independiente de los niveles de iluminancia, mientras que sean dentro de los rangos usuales en iluminación exterior o interior. Clásicamente, las fuentes de luz se pueden clasificar en tres categorías según su temperatura. Llamaremos “luz fría”, “luz diurna” a aquellas lámparas cuya temperatura de color es mayor a 5000K. Llamaremo s “luz cálida”, “blanco cálido” a aquellas lámparas cuya temperatura de color sea menor a 3300K. Por último, las temperaturas que rondan los 4000K corresponden a las llamadas lámparas de “blanco neutro”. Es importante mencionar, que, en primera instancia, no existe una temperatura de color que sea más “natural” o más “normal” que otra. El propio Sol, nuestro
parámetro lumínico por excelencia, presenta diferentes temperaturas del color según la hora del día o el estado del tiempo. Así, la luz del atardecer o amanecer tiene una temperatura aproximada de 3200K y aspecto cálido, mientras que la luz solar al mediodía puede superar los 5500K; claramente una luz fría. En un día cubierto y cerca del mediodía, la luz puede presentar una temperatura de más de 7000K. Los diferentes tipos de lámparas y los diferentes fabricantes, ofrecen usualmente una buena gama de temperaturas para un mismo producto. De todas formas, dependiendo de la tecnología de la lámpara, existe usualmente un rango de temperatura óptimo para el rendimiento lumínico. La excepción, es en todo caso, las lámparas fluorescentes que actualmente se ofrecen en una extensa gama de opciones respecto a la temperatura del color. La tabla 1 muestra el rango usual de temperaturas para los diferentes tipos de lámparas de uso común.
Tabla 1: Rangos usuales de Temperatura de color para diferentes tipos de lámparas Claramente, las lámparas fluorescentes (tanto tubos como compactas) ofrecen prácticamente toda la gama de temperaturas. Además, el rendimiento lumínico de éstas (medido en lm/W) no varía significativamente con la temperatura elegida. Las lámparas incandescentes, por el contrario, se concentran en la zona de luz cálida, pudiendo “enfriarse” un poco por medio de la utilización de reflectores
dicroicos, recubrimientos fosforados, etc. Las lámparas de descarga, presentan por lo general una temperatura muy definida dependiente fundamentalmente de los metales incluidos en el tubo de descarga. Las lámparas de sodio a alta presión con su característico color amarillo, tienen baja temperatura de color, mientras que las lámparas de Mercurio o de Halogenuros metálicos brindan una luz más neutra.
Índice de reproducción cromática El índice de reproducción cromática, Ra o CRI, es un parámetro científico que pretende establecer el grado de exactitud con que se reproducen los colores de los objetos bajo una fuente de luz dada, en comparación a cuando son observados bajo la luz de una fuente patrón. Este índice que varía en un rango de 0 a 100, establece que cuanto más alto el valor, mejor se reproducirán los colores de los objetos cuando sean observados bajo ésa fuente de luz en particular. Obviamente, el sol tiene un IRC de 100 y sería el patrón de referencia indiscutible. Es importante observar que el IRC es independiente totalmente de la
Temperatura del Color. El sol siempre presenta un IRC=100, tanto cuando emite una cálida luz al atardecer, como al mediodía de un día nublado. Dada una fuente de luz de cierta temperatura del color, se observan bajo ella un conjunto de colores patrón, y se obtiene un conjunto de índices que representan las desviaciones entre estos colores observados bajo la fuente en cuestión, y bajo una luz incandescente patrón (de IRC=100) con la misma temperatura de color. De estos índices, se obtiene un valor medio llamado IRC. En términos sencillos, el IRC indica qué tan bien se reproducen todos los colores cuando son observados bajo la lámpara en cuestión.
Como se había mencionado antes, las lámparas incandescentes, al ser similares a un cuerpo negro radiante, y por lo tanto al sol, tienen muy altos índices de reproducción cromática, cercanos a 100. Como el IRC es un promedio entre la apreciación de varios colores, las lámparas (especialmente fluorescentes y de descarga de alta intensidad) pueden ofrecer altísima reproducción cromática para algunos colores y una mala reproducción para otros. El promedio es lo que se muestra como IRC. Bajo lámparas con muy baja reproducción cromática, cierta gama de colores puede aparecer bastante monocromáticas, haciendo muy difícil poder discernir entre dos colores, que sin embargo, bajo la luz solar, resultan claramente diferentes. Dependiendo de la tecnología y tipo de lámparas, los fabricantes ofrecen modelos de lámparas con diferentes índices de reproducción cromática. Con excepción de las lámparas incandescentes (que todas tienen excelentes índices IRC) por lo general, una mejora en la reproducción puede implicar una pérdida de la eficiencia lumínica o un precio más elevado, por lo que muchas veces la elección del índice requerido para un proyecto de diseño lumínico surge de una solución de compromiso entre eficiencia energética y reproducción cromática. La tabla 2 muestra el rango usual de Ra para los diferentes tipos de lámparas de uso común.
Tabla 2 : Rangos usuales de Ra para diferentes tipo de lámparas El sodio a alta presión, presenta una muy baja reproducción cromática. Sin embargo sigue siendo la lámpara con mayor rendimiento energético del mercado (al menos según sus lúmenes fotópicos iniciales) Hemos visto el significado de la Temperatura del Color y del Índice de Reproducción Cromática como dos características importantes de las fuentes de luz. A continuación se verá una serie de aplicaciones clásicas donde se aprecia cómo cambia la importancia relativa de estos parámetros lumínicos en función de las aplicaciones.
Iluminación Pública En estos casos, es obvia la preponderancia de la eficiencia energética sobre otras consideraciones. Por este motivo la mayoría de las calles y rutas se iluminan con lámparas de Sodio a alta presión, que si bien proyectan una luz de muy baja reproducción cromática y un tanto monocromática, presenta el mayor rendimiento lúmenes por Watt del mercado, para grandes potencias.
Iluminación Deportiva En estos casos, de forma similar al anterior, y debido a las altas potencias involucradas para iluminar, con muy altos niveles, áreas muy extensas, el rendimiento energético es también el parámetro más importante. Sin embargo, debido a los requerimientos de los jugadores y espectadores, pero fundamentalmente de la televisación, el Ra también es un parámetro crítico que debe ser al menos aceptable – digamos, mayor a 70. La lámpara que mejor contempla ambas restricciones es sin duda la de halogenuros metálicos.
Iluminación residencial Cuando se deben iluminar espacios residenciales como dormitorios y livings, se torna fundamental el aspecto de ambientación, temperatura del color, estética, etc. En este sentido, se prefiere usualmente utilizar varias fuentes de menor potencia, de luz preferentemente cálida y buena reproducción cromática. Si los costos energéticos no son relevantes, entonces un buen arreglo de lámparas incandescentes o halógenas de diversos tipos sigue siendo una opción válida y atractiva. Sin embargo, por ejemplo en cocinas, donde la reproducción cromática es fundamental y una luz más neutra o fría colabora tanto con la agudeza visual, como con un aspecto aséptico, la iluminación con fluorescentes de alto IRC es una alternativa clásica.
Iluminación Industrial Al iluminar naves industriales, galpones, garajes, etc., nuevamente el ahorro energético se torna fundamental. De todas formas, los demás parámetros y consideraciones deberán tenerse presentes, y la iluminación deberá adaptarse a las tareas y funciones del área a iluminar. En estos casos, tanto soluciones de alta potencia utilizando lámparas de descarga, como soluciones más distribuidas con fluorescentes, son alternativas válidas a tener en cuenta. Si bien es difícil de medir, existe una relación entre la productividad y la calidad de la iluminación.
Iluminación de oficinas y recintos públicos En estos casos, la solución más obvia es la utilización de lámparas fluorescentes, ya sean tubos o compactas. Techos bajos, altas uniformidades y fuentes de baja luminancia son características típicas que apuntan a éstas lámparas por poseer muy buenos rendimientos en bajas potencias. Además, la gran variedad de opciones de Temperatura del color y reproducción cromática, las hacen muy versátiles y de fácil adaptación a casi cualquier tarea que se quiera desarrollar.
Iluminación comercial En esta área es donde sin duda el diseñador tiene más libertad a la hora de proyectar una iluminación. La utilización y mezcla de varios tipos de lámparas y potencias, el juego con colores, la utilización de LED´s, fibra óptica, etc., son herramientas válidas y exitosas para lograr espacios visualmente atractivos. En estos casos, el diseño artístico de la iluminación se convierte en el principal criterio de diseño.
Conclusión Hemos visto, que además de la iluminancia, existen varios conceptos y parámetros a tener en cuenta a la hora de diseñar una iluminación. En este artículo presentamos la Temperatura del color y al IRC, como dos de estos parámetros. En posteriores artículos, trataremos conceptos como la luminancia, el color, el deslumbramiento, la percepción y el contraste, el confort y la ambientación, etc. La valoración y utilización de todos estos conceptos, depende del diseñador, quien deberá integrarlos en la ecuación técnico-económica de su proyecto, conjuntamente con los parámetros clásicos de rendimiento energético, vida útil, costo inicial, mantenimiento y control, etc. La iluminación es mucho más que luxes y lúmenes por watt. Involucra muchos otros parámetros y aspectos, algunos de ellos puramente técnicos y otros puramente subjetivos.
Una adecuada selección de estos valores, usualmente surge de un proceso de negociación entre todas las demás restricciones. Pero, de todas formas, a veces con solo un poco de cuidado al elegir una lámpara adecuada, con una temperatura de color e IRC específicos para el proyecto en cuestión, el resultado de la iluminación puede resultar sorprendente.
Potencia luminosa en función de las condiciones de funcionamiento Los valores de flujo luminoso dados en los catálogos de lámparas, se refieren en general al funcionamiento a la tensión de la lámpara y a una temperatura ambiente de 25ºC. En las lámparas fluorescentes, el flujo luminoso se mide a una temperatura ambiente de 35ºC. En la práctica, las condiciones de funcionamiento son muy diferentes por lo que el flujo luminoso no corresponde a los valores dados en catálogos. En las lámparas incandescentes, este depende en gran medida del valor de la tensión de alimentación y apenas de la temperatura ambiente. Por el contrario, en las lámparas de descarga, la tensión de alimentación tiene poca influencia sobre el flujo luminoso, dependiendo más que nada de la intensidad de la corriente y de la potencia eléctrica. La temperatura ambiente ejerce una gran influencia en el flujo luminoso de las lámparas fluorescentes a baja presión, ya que la presión de vapor de mercurio depende mucho de la temperatura. Debido a ello, el flujo luminoso desciende considerablemente tanto a bajas temperaturas, como a altas. Las lámparas fluorescentes tienen una aplicación muy general debido a que la presión de vapor y con ello el flujo luminoso se mantiene casi constante en un amplio margen de temperatura.
Datos luminotécnicos constantes en toda la duración Al mantener un valor del flujo luminoso de un 100 % en toda la duración de una fuente de luz, no es posible en la práctica porque se tienen en contra motivos físicos y tecnológicos. En las lámparas incandescente-halógeno se pudo reducir considerablemente la pérdida de flujo luminoso gracias al halógeno incorporado que evita casi totalmente el ennegrecimiento de la ampolla de esta fuente de luz (de un máximo del 20 % se redujo a un 3 %) También las lámparas de descarga se ha reducido la pérdida de flujo por las mejoras introducidas en la tecnología. Los flujos luminosos nominales que se indican en los catálogos se refieren, en el caso de las lámparas incandescentes, a lámparas que no han funcionado aún y en las de descarga a lámparas con 100 horas de funcionamiento.
Rendimiento luminoso El máximo rendimiento que se podría conseguir en el caso mas favorable es de unos 680lm/W (color de luz amarillo-verdoso). Se investiga a fon de conseguir valores que se vayan aproximando a éste. Los adelantos han sido importantes. De 8 a 20 lm/W en las lámparas incandescentes estándar, las lámparas fluorescentes han pasado de 40 a 80 lm/W. Como no es posible lograr un elevado rendimiento luminoso y al mismo tiempo una buena reproducción cromática, hay que decidir cuál es la propiedad de la lámpara que resulta más importante.
Duración media y útil En primer lugar se debe aclarar los conceptos de “duración media” y “duración útil” de las fuentes de luz.
La “duración media” es un concepto estadístico que representa la media de la
duración en horas de cada una de las fuentes de un grupo representativo. igualmente en horas, a la cual el flujo luminoso de una determinada instalación de alumbrado a descendido a un valor mínimo, valor mínimo de diseño. La “duración útil” es una magnitud referida a la práctica, dad
Producción de calor Una fuente de luz debe producir la mayor cantidad posible de luz y la menor de calor. Cuanto menor sea la cantidad de calor producida, que ya de por si constituye una pérdida constante, menor su temperatura ambiente y menor la cantidad de calor a evacuar por la luminaria. Un radiado térmico como es la lámpara incandescente precisa alcanzar una temperatura muy elevada para obtener un rendimiento luminoso aceptable. En un tubo fluorescente, constituye un arco “luz fría” (temperatura muy baja) y sus
electrodos solo se calientan para producir la descarga.
Posibilidad de funcionamiento en corriente alterna y continua. Para cualquier fuente de luz, resulta una ventaja el que pueda funcionar tanto con corriente alterna con frecuencias normales de 50 o 60 Hz, como con corriente continua. Esa ventaja la tienen la lámpara incandescentes. Las lámparas de vapor metálico podrían funcionar con corriente continua, aunque la mayoría de las veces con desventaja ya que sus dos electrodos no recibirán la misma intensidad de corriente y sería necesario colocarles un inversor de corriente.
Tiempo de funcionamiento hasta que el flujo luminoso adquiere el régimen normal y reencendido. La condición ideal para una fuente de luz es que al conectarla encienda inmediatamente emitiendo su flujo total. Esta condición la cumplen las lámparas incandescentes. Las lámparas fluorescentes pueden cumplirla prácticamente empleando arrancadores rápidos, de no ser así el encendido se efectúa con retraso después de uno o varios intentos y con el centelleo consiguiente. Las otras lámparas de descarga precisan un tiempo de encendido de varios minutos hasta que el vapor metálico adquiere la presión necesaria y el flujo luminoso alcanza su valor máximo.
Regulación del flujo El flujo luminoso de una lámpara debería poder ser regulado Con las lámparas incandescent5es esto se puede conseguir, pero, para conseguir el mismo efecto en lámparas fluorescentes se precisan elementos electrónicos especiales para el mantenimiento del arco de descarga. En todas las lámparas de vapor de mercurio se descarta la posibilidad de regular el flujo luminoso ya que pueden producirse variaciones en el color de la luz.
Efecto estroboscópico En todas las fuentes de luz artificiales que funcionan con corriente alterna, cesa su emisión luminosa cada vez que la corriente pasa por el punto cero. Esto tiene lugar dos veces por período, por lo que para una frecuencia de 50 hz se producirán 100 instantes de oscuridad por segundo. El filamento de las lámparas incandescentes retiene bastante el calor, por lo que se produce un ligero descenso de la emisión luminosa por tal circunstancia, que pasa
desapercibido para el ojo, excepto cuando las lámparas de poca potencia funcionan con redes de 25 Hz. En las lámparas de descarga funcionando con redes de 50 Hz, el ojo no es capaz de apreciar las variaciones tan rápidas de luz que producen, pero puede darse el caso de que las lámparas iluminen zonas en las que se realicen movimientos rápidos (objetos o máquinas con órganos móviles), observándose entonces como si estos movimientos se realizaran en forma intermitente e incluso como si estuviesen parados. Este fenómeno se conoce con el nombre de “efecto estroboscópico” y se puede
reducir hasta hacerlo insensible por medio de montajes especiales de alimentación de las lámparas, o donde se disponga de línea trifásica, conectándolas de tres en tres cada fase.
Interferencias radioeléctricas Todas las fuentes cuya producción de luz artificial se basa en el principio de la descarga eléctrica en el seno de un gas, pueden producir interferencias en los receptores de radio y televisión debidas a ondas de alta frecuencia que originan las oscilaciones del arco de la corriente eléctrica. Las ondas de alta frecuencia pueden causar interferencia por: 1.- Radiación directa de la lámpara a la antena del receptor o televisor. 2.- Radiación de los conductores de alimentación de la lámpara a la antena del receptor o televisor. 3.- Transmisión directa desde la lámpara fluorescente a la antena del receptor o televisor, a través de la línea de alimentación. En los dos primeros casos la interferencia queda eliminada si la lámpara y los conductores están a bastante distancia del receptor, de lo contrario es necesario recurrir, según los casos, al apantallamiento de la antena, a la instalación de los conductores de alimentación de la lámpara bajo tubo metálico o a conectar la
lámpara y el receptor respectivamente a puntos distintos de la red de alimentación (distinto toma corriente). En el tercer caso, se evita la interferencia empleando filtros especiales constituidos por condensadores de capacidad adecuada.
Formas y dimensiones La constitución básica de cada fuente de luz artificial depende de las condiciones físicas, del principio adoptado para la producción de luz (radiación de temperatura / descarga de gas / excitación de la sustancia luminiscente), de aquí que las exigencias tecnológicas de fabricación determinen sus formas y dimensiones. También las condiciones térmicas influyen en éste sentido, por ejemplo, de ellas depende el que la ampolla de las lámparas de vapor de mercurio tengan una forma elipsoidal. Dentro de éstos límites fundamentales se intenta las formas y dimensiones al más frecuente caso de aplicación con la luminaria o también a unos puntos de vista estético (estándar, verla, adorno, tubular, etc.) En el desarrollo ulterior de las formas ha surgido frecuentemente la necesidad de incorporar también elementos de luminaria a la forma de las lámparas, de lo cual ha resultado por ejemplo lámparas con reflector especular o lámparas para linterna con cúpula con forma de lente.
Materiales Los materiales utilizados para la fabricación de lámparas tienen que cumplir con todas las exigencias químicas, mecánicas., eléctricas, así como luminotécnicas de la fabricación y funcionamiento de las mismas, y además que ser fáciles de conseguir y lo más económicas posible, un ejemplo de cómo ya solo la carga térmica y la presión en los quemadores y ampollas pueden determinar la clase de vidrio a elegir, es el empleo de vidrio blando, vidrio duro, cuarzo especial, o incluso aluminio sinterizado y cerámica de corindón para los recipientes de
descarga. Lo mismo ocurre con la selección (wolframio, molibdeno y óxidos metálicos) que se necesitan para los espirales, soportes y electrodos, así como también para los metales vaporizables: mercurio, sodio, etc. Finalmente se requieren muy altas exigencias en el grado de pureza de todas las sustancias luminiscentes empleadas en la fabricación de lámparas y en todos los gases nobles (neón, argón, helio, etc.), también en otros aditivos. Igualmente es necesario advertir que solo deben emplearse para la fabricación de lámparas, materiales que después de tirar la lámpara usada, sean fácilmente degradables (protección ambiental).
Posición de funcionamiento Una lámpara eléctrica está construida generalmente para una determinada posición de funcionamiento en la que presenta óptimas propiedades de trabajo. Fuera de esta posición, las propiedades cambian desfavorablemente, bien sea por sobrecalentamiento de la espiral del casquillo o de la ampolla de vidrio, por desviación del arco en las lámparas de descarga o por variaciones de calor. Por eso, hay que tener en cuenta las tolerancias dadas en los correspondientes catálogos a fin de evitar el agotamiento prematuro de las mismas.
