Una lámpara es un convertidor de energía. Aunque puede realizar funciones secundarias, su finalidad principal es la transformación de la energía eléctrica en radiación electromagnética visible. Hay muchas maneras de crear luz. El método estándar para crear iluminación general es la conversión de energía eléctrica en luz.

tipos de luz

Incandescencia

Cuando los sólidos y los líquidos se calientan, emiten radiación visible a temperaturas superiores a 1,000 K; esto se conoce como incandescencia.

Tal calentamiento es la base de la generación de luz en las lámparas de filamento: una corriente eléctrica pasa a través de un delgado alambre de tungsteno, cuya temperatura se eleva a alrededor de 2,500 a 3,200 K, dependiendo del tipo de lámpara y su aplicación.

Este método tiene un límite, que se describe en la Ley de Planck para el rendimiento de un radiador de cuerpo negro, según el cual la distribución espectral de la energía radiada aumenta con la temperatura. Aproximadamente a 3,600 K y más, hay una marcada ganancia en la emisión de radiación visible, y la longitud de onda de máxima potencia se desplaza hacia la banda visible. Esta temperatura está cerca del punto de fusión del tungsteno, que se utiliza para el filamento, por lo que el límite de temperatura práctico es de alrededor de 2,700 K, por encima del cual la evaporación del filamento se vuelve excesiva. Un resultado de estos cambios espectrales es que una gran parte de la radiación emitida no se emite como luz sino como calor en la región infrarroja. Por lo tanto, las lámparas de filamento pueden ser dispositivos de calentamiento eficaces y se utilizan en lámparas diseñadas para el secado de impresiones, la preparación de alimentos y la cría de animales.

Descarga eléctrica

La descarga eléctrica es una técnica utilizada en las fuentes de luz modernas para el comercio y la industria debido a que la producción de luz es más eficiente. Algunos tipos de lámparas combinan la descarga eléctrica con la fotoluminiscencia.

Una corriente eléctrica que pasa a través de un gas excitará a los átomos y moléculas para que emitan radiación de un espectro que es característico de los elementos presentes. Se utilizan comúnmente dos metales, el sodio y el mercurio, porque sus características proporcionan radiaciones útiles dentro del espectro visible. Ninguno de los metales emite un espectro continuo y las lámparas de descarga tienen espectros selectivos. Su reproducción cromática nunca será idéntica a la de los espectros continuos. Las lámparas de descarga a menudo se clasifican como de alta o baja presión, aunque estos términos son solo relativos, y una lámpara de sodio de alta presión funciona por debajo de una atmósfera.

Tipos de luminiscencia

Fotoluminiscencia ocurre cuando la radiación es absorbida por un sólido y luego se vuelve a emitir a una longitud de onda diferente. Cuando la radiación reemitida está dentro del espectro visible, el proceso se denomina fluorescencia or fosforescencia.

Electroluminiscencia Ocurre cuando la luz es generada por una corriente eléctrica que pasa a través de ciertos sólidos, como los materiales de fósforo. Se utiliza para carteles autoiluminados y paneles de instrumentos, pero no ha demostrado ser una fuente de luz práctica para la iluminación de edificios o exteriores.

Evolución de las Lámparas Eléctricas

Aunque el progreso tecnológico ha permitido producir diferentes lámparas, los principales factores que han influido en su desarrollo han sido las fuerzas del mercado externo. Por ejemplo, la producción de lámparas de filamento en uso a principios de este siglo fue posible solo después de la disponibilidad de buenas bombas de vacío y el trefilado de alambre de tungsteno. Sin embargo, fue la generación y distribución de electricidad a gran escala para satisfacer la demanda de iluminación eléctrica lo que determinó el crecimiento del mercado. La iluminación eléctrica ofrecía muchas ventajas sobre la luz generada por gas o petróleo, como una luz constante que requiere un mantenimiento poco frecuente, así como la mayor seguridad de no tener llamas expuestas ni subproductos locales de la combustión.

Durante el período de recuperación posterior a la Segunda Guerra Mundial, el énfasis estuvo en la productividad. La lámpara tubular fluorescente se convirtió en la fuente de luz dominante porque hizo posible la iluminación de fábricas y oficinas sin sombras y comparativamente sin calor, permitiendo el máximo aprovechamiento del espacio. Los requisitos de salida de luz y vataje para una lámpara tubular fluorescente típica de 1,500 mm se dan en la tabla 1.

Tabla 1. Salida de luz mejorada y requisitos de vataje de algunas lámparas de tubo fluorescente típicas de 1,500 mm

En la década de 1970, los precios del petróleo aumentaron y los costos de energía se convirtieron en una parte importante de los costos operativos. El mercado demandaba lámparas fluorescentes que produzcan la misma cantidad de luz con menor consumo eléctrico. El diseño de las lámparas se perfeccionó de varias formas. A medida que se acerca el final del siglo, existe una conciencia creciente de los problemas ambientales globales. Un mejor uso de las materias primas en declive, el reciclaje o la eliminación segura de productos y la continua preocupación por el consumo de energía (en particular, la energía generada a partir de combustibles fósiles) están afectando los diseños de lámparas actuales.

Criterio de desempeño

Los criterios de rendimiento varían según la aplicación. En general, no existe una jerarquía particular de importancia de estos criterios.

Salida de luz: El flujo luminoso de una lámpara determinará su idoneidad en relación con la escala de la instalación y la cantidad de iluminación requerida.

Aspecto del color y reproducción cromática: Se aplican escalas y valores numéricos independientes a la apariencia y reproducción cromática. Es importante recordar que las cifras solo brindan orientación y algunas son solo aproximaciones. Siempre que sea posible, las evaluaciones de idoneidad deben realizarse con lámparas reales y con los colores o materiales que correspondan a la situación.

Vida útil de la lámpara: La mayoría de las lámparas requerirán reemplazo varias veces durante la vida útil de la instalación de iluminación, y los diseñadores deben minimizar las molestias para los ocupantes de fallas y mantenimiento extraños. Las lámparas se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones. La vida promedio anticipada es a menudo un compromiso entre el costo y el rendimiento. Por ejemplo, la lámpara de un proyector de diapositivas tendrá una vida útil de unos pocos cientos de horas porque la salida de luz máxima es importante para la calidad de la imagen. Por el contrario, algunas lámparas de alumbrado público pueden cambiarse cada dos años, lo que representa unas 8,000 horas de funcionamiento.

Además, la vida útil de la lámpara se ve afectada por las condiciones de funcionamiento y, por lo tanto, no existe una cifra simple que se aplique en todas las condiciones. Además, la vida útil efectiva de la lámpara puede estar determinada por diferentes modos de falla. La falla física, como la ruptura del filamento o de la lámpara, puede estar precedida por una reducción en la salida de luz o cambios en la apariencia del color. La vida útil de la lámpara se ve afectada por las condiciones ambientales externas, como la temperatura, la vibración, la frecuencia de arranque, las fluctuaciones de la tensión de alimentación, la orientación, etc.

Debe tenerse en cuenta que la vida media cotizada para un tipo de lámpara es el tiempo para el 50% de las fallas de un lote de lámparas de prueba. No es probable que esta definición de vida sea aplicable a muchas instalaciones comerciales o industriales; por lo tanto, la vida útil práctica de la lámpara suele ser menor que los valores publicados, que deben usarse solo como comparación.

Eficiencia: Como regla general, la eficiencia de un tipo dado de lámpara mejora a medida que aumenta la potencia nominal, porque la mayoría de las lámparas tienen alguna pérdida fija. Sin embargo, diferentes tipos de lámparas tienen una marcada variación en la eficiencia. Deben utilizarse lámparas de la máxima eficiencia, siempre que se cumplan también los criterios de tamaño, color y vida útil. El ahorro de energía no debe ser a expensas del confort visual o de la capacidad de desempeño de los ocupantes. Algunas eficacias típicas se dan en la tabla 2.

Tabla 2. Eficacias típicas de las lámparas

Tipos de lámparas principales

A lo largo de los años, se han desarrollado varios sistemas de nomenclatura mediante normas y registros nacionales e internacionales.

En 1993, la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) publicó un nuevo Sistema Internacional de Codificación de Lámparas (ILCOS) destinado a reemplazar los sistemas de codificación nacionales y regionales existentes. En la tabla 3 se proporciona una lista de algunos códigos de forma abreviada de ILCOS para varias lámparas.

Tabla 3. Sistema de codificación de forma abreviada del Sistema Internacional de Codificación de Lámparas (ILCOS) para algunos tipos de lámparas

Lámparas incandescentes

Estas lámparas usan un filamento de tungsteno en un gas inerte o vacío con una envoltura de vidrio. El gas inerte suprime la evaporación del tungsteno y disminuye el ennegrecimiento de la envoltura. Hay una gran variedad de formas de lámparas, que son en gran parte decorativas en apariencia. La construcción de una lámpara típica del Servicio de iluminación general (GLS) se muestra en la figura 1.

Figura 1. Construcción de una lámpara GLS

Las lámparas incandescentes también están disponibles en una amplia gama de colores y acabados. Los códigos ILCOS y algunas formas típicas incluyen las que se muestran en la tabla 4.

Tabla 4. Colores y formas comunes de lámparas incandescentes, con sus códigos ILCOS

Las lámparas incandescentes siguen siendo populares para la iluminación doméstica debido a su bajo costo y tamaño compacto. Sin embargo, para la iluminación comercial e industrial, la baja eficacia genera costos operativos muy altos, por lo que las lámparas de descarga son la elección normal. Una lámpara de 100 W tiene una eficacia típica de 14 lúmenes/vatio en comparación con los 96 lúmenes/vatio de una lámpara fluorescente de 36 W.

Las lámparas incandescentes son fáciles de atenuar mediante la reducción del voltaje de suministro y aún se usan donde la atenuación es una función de control deseada.

El filamento de tungsteno es una fuente de luz compacta, fácilmente enfocada por reflectores o lentes. Las lámparas incandescentes son útiles para la iluminación de pantallas donde se necesita control direccional.

Lámparas halógenas de tungsteno

Son similares a las lámparas incandescentes y producen luz de la misma manera a partir de un filamento de tungsteno. Sin embargo, el bulbo contiene gas halógeno (bromo o yodo) que es activo para controlar la evaporación del tungsteno. Ver figura 2.

Figura 2. El ciclo del halógeno

Es fundamental para el ciclo del halógeno que la temperatura mínima de la pared del bulbo sea de 250 °C para garantizar que el haluro de tungsteno permanezca en estado gaseoso y no se condense en la pared del bulbo. Esta temperatura significa bombillas hechas de cuarzo en lugar de vidrio. Con el cuarzo es posible reducir el tamaño del bulbo.

La mayoría de las lámparas halógenas de tungsteno tienen una vida útil más larga que las equivalentes incandescentes y el filamento está a una temperatura más alta, lo que genera más luz y un color más blanco.

Las lámparas halógenas de tungsteno se han vuelto populares donde el tamaño pequeño y el alto rendimiento son los requisitos principales. Los ejemplos típicos son la iluminación de escenarios, incluidos cine y televisión, donde el control direccional y la atenuación son requisitos comunes.

Lámparas halógenas de tungsteno de bajo voltaje

Estos fueron diseñados originalmente para proyectores de diapositivas y películas. A 12 V, el filamento para el mismo vataje que 230 V se vuelve más pequeño y más grueso. Esto se puede enfocar de manera más eficiente y la masa de filamento más grande permite una temperatura de funcionamiento más alta, lo que aumenta la salida de luz. El filamento grueso es más robusto. Estos beneficios se consideraron útiles para el mercado de pantallas comerciales y, aunque es necesario tener un transformador reductor, estas lámparas ahora dominan la iluminación de escaparates. Ver figura 3.

Figura 3. Lámpara reflectora dicroica de bajo voltaje

Aunque los usuarios de proyectores de películas quieren la mayor cantidad de luz posible, demasiado calor daña el medio de transparencia. Se ha desarrollado un tipo especial de reflector, que refleja solo la radiación visible, permitiendo que la radiación infrarroja (calor) pase a través de la parte posterior de la lámpara. Esta característica ahora forma parte de muchas lámparas reflectoras de bajo voltaje para iluminación de pantallas y equipos de proyección.

Sensibilidad de voltaje: Todas las lámparas de incandescencia son sensibles a la variación de voltaje, y la salida de luz y la vida útil se ven afectadas. El movimiento para “armonizar” la tensión de alimentación en toda Europa a 230 V se está logrando ampliando las tolerancias a las que pueden operar las autoridades generadoras. El movimiento es hacia el ±10 %, que es un rango de voltaje de 207 a 253 V. Las lámparas halógenas de tungsteno e incandescentes no pueden funcionar con sensatez en este rango, por lo que será necesario hacer coincidir el voltaje de suministro real con las clasificaciones de las lámparas. Ver figura 4.

Figura 4. Lámparas de incandescencia GLS y tensión de alimentación

Las lámparas de descarga también se verán afectadas por esta amplia variación de voltaje, por lo que la especificación correcta del equipo de control se vuelve importante.

Lámparas fluorescentes tubulares

Estas son lámparas de mercurio de baja presión y están disponibles en versiones de "cátodo caliente" y "cátodo frío". El primero es el tubo fluorescente convencional para oficinas y fábricas; “cátodo caliente” se relaciona con el encendido de la lámpara precalentando los electrodos para crear suficiente ionización del gas y vapor de mercurio para establecer la descarga.

Las lámparas de cátodo frío se utilizan principalmente para señalización y publicidad. Ver figura 5.

Figura 5. Principio de la lámpara fluorescente

Las lámparas fluorescentes requieren equipo de control externo para arrancar y controlar la corriente de la lámpara. Además de la pequeña cantidad de vapor de mercurio, hay un gas de partida (argón o criptón).

La baja presión del mercurio genera una descarga de luz azul pálido. La mayor parte de la radiación está en la región ultravioleta a 254 nm, una frecuencia de radiación característica del mercurio. Dentro de la pared del tubo hay una fina capa de fósforo que absorbe los rayos UV e irradia la energía como luz visible. La calidad del color de la luz está determinada por el revestimiento de fósforo. Hay disponible una gama de fósforos con apariencia de color y reproducción cromática variables.

Durante la década de 1950, los fósforos disponibles ofrecían una opción de eficacia razonable (60 lúmenes/vatio) con luz deficiente en rojos y azules, o una reproducción cromática mejorada de fósforos "de lujo" de menor eficiencia (40 lúmenes/vatio).

En la década de 1970 se habían desarrollado nuevos fósforos de banda estrecha. Estos irradiaban luz roja, azul y verde por separado pero, combinados, producían luz blanca. El ajuste de las proporciones dio una gama de apariencias de color diferentes, todas con una reproducción cromática excelente similar. Estos trifósforos son más eficientes que los tipos anteriores y representan la mejor solución de iluminación económica, aunque las lámparas son más caras. La eficacia mejorada reduce los costos de operación e instalación.

El principio trifósforo se ha ampliado con lámparas multifósforo en las que es necesaria una reproducción cromática crítica, como en las galerías de arte y la combinación de colores industriales.

Los modernos fósforos de banda estrecha son más duraderos, tienen un mejor mantenimiento de la luz y aumentan la vida útil de la lámpara.

Lámparas fluorescentes compactas

El tubo fluorescente no es un reemplazo práctico para la lámpara incandescente debido a su forma lineal. Los tubos pequeños y de diámetro estrecho se pueden configurar con aproximadamente el mismo tamaño que la lámpara incandescente, pero esto impone una carga eléctrica mucho mayor en el material de fósforo. El uso de trifósforos es esencial para lograr una vida útil aceptable de la lámpara. Ver figura 6.

Figura 6. Fluorescente compacto de cuatro patas

Todas las lámparas fluorescentes compactas utilizan trifósforos, por lo que, cuando se utilizan junto con lámparas fluorescentes lineales, estas últimas también deben ser trifósforos para garantizar la consistencia del color.

Algunas lámparas compactas incluyen el equipo de control operativo para formar dispositivos de adaptación para lámparas incandescentes. La gama está aumentando y permite actualizar fácilmente las instalaciones existentes a una iluminación más eficiente desde el punto de vista energético. Estas unidades integrales no son adecuadas para atenuar donde formaba parte de los controles originales.

Equipo de control electrónico de alta frecuencia: Si la frecuencia de suministro normal de 50 o 60 Hz se aumenta a 30 kHz, hay una ganancia del 10 % en la eficacia de los tubos fluorescentes. Los circuitos electrónicos pueden operar lámparas individuales a tales frecuencias. El circuito electrónico está diseñado para proporcionar la misma salida de luz que el equipo de control bobinado, con una potencia de lámpara reducida. Esto ofrece compatibilidad del paquete de lúmenes con la ventaja de que la carga reducida de la lámpara aumentará significativamente la vida útil de la lámpara. El equipo de control electrónico es capaz de operar en un rango de voltajes de suministro.

No existe un estándar común para los dispositivos de control electrónico y el rendimiento de las lámparas puede diferir de la información publicada por los fabricantes de lámparas.

El uso de equipos electrónicos de alta frecuencia elimina el problema normal del parpadeo, al que algunos ocupantes pueden ser sensibles.

Lámparas de inducción

Recientemente han aparecido en el mercado lámparas que utilizan el principio de inducción. Son lámparas de mercurio de baja presión con recubrimiento tri-fósforo y como productores de luz son similares a las lámparas fluorescentes. La energía se transfiere a la lámpara mediante radiación de alta frecuencia, aproximadamente a 2.5 MHz desde una antena situada en el centro de la lámpara. No hay conexión física entre la bombilla de la lámpara y la bobina. Sin electrodos u otras conexiones de cables, la construcción del recipiente de descarga es más simple y duradera. La vida útil de la lámpara está determinada principalmente por la confiabilidad de los componentes electrónicos y el mantenimiento de la luz del recubrimiento de fósforo.

Lámparas de mercurio de alta presión

Las descargas de alta presión son más compactas y tienen mayores cargas eléctricas; por lo tanto, requieren tubos de arco de cuarzo para soportar la presión y la temperatura. El tubo de arco está contenido en una envoltura exterior de vidrio con una atmósfera de nitrógeno o argón-nitrógeno para reducir la oxidación y la formación de arcos. La bombilla filtra eficazmente la radiación ultravioleta del tubo de arco. Ver figura 7.

Figura 7. Construcción de lámpara de mercurio

A alta presión, la descarga de mercurio es principalmente radiación azul y verde. Para mejorar el color, una capa de fósforo de la bombilla exterior añade luz roja. Hay versiones de lujo con un mayor contenido de rojo, lo que proporciona una mayor salida de luz y una mejor reproducción del color.

Todas las lámparas de descarga de alta presión tardan en alcanzar su máxima potencia. La descarga inicial se realiza a través del relleno de gas conductor y el metal se evapora a medida que aumenta la temperatura de la lámpara.

A la presión estable, la lámpara no se reiniciará inmediatamente sin un equipo de control especial. Hay un retraso mientras la lámpara se enfría lo suficiente y la presión se reduce, de modo que el voltaje de suministro normal o el circuito de encendido es adecuado para restablecer el arco.

Las lámparas de descarga tienen una característica de resistencia negativa, por lo que el equipo de control externo es necesario para controlar la corriente. Hay pérdidas debido a estos componentes del equipo de control, por lo que el usuario debe considerar los vatios totales al considerar los costos operativos y la instalación eléctrica. Hay una excepción para las lámparas de mercurio de alta presión, y un tipo contiene un filamento de tungsteno que actúa como dispositivo limitador de corriente y agrega colores cálidos a la descarga azul/verde. Esto permite la sustitución directa de las lámparas incandescentes.

Aunque las lámparas de mercurio tienen una vida larga de unas 20,000 horas, la salida de luz caerá a alrededor del 55% de la salida inicial al final de este período y, por lo tanto, la vida económica puede ser más corta.

Lámparas de halogenuros metálicos

El color y la salida de luz de las lámparas de descarga de mercurio se pueden mejorar agregando diferentes metales al arco de mercurio. Para cada lámpara la dosis es pequeña y para una aplicación precisa es más conveniente manipular los metales en forma de polvo como haluros. Este se descompone a medida que la lámpara se calienta y libera el metal.

Una lámpara de halogenuros metálicos puede utilizar varios metales diferentes, cada uno de los cuales emite un color característico específico. Éstas incluyen:

• disprosio—azul verdoso ancho
• indio—azul angosto
• litio—rojo estrecho
• escandio—azul verdoso ancho
• sodio—amarillo angosto
• talio—verde angosto
• lata: ancha de color rojo anaranjado

No existe una mezcla estándar de metales, por lo que las lámparas de halogenuros metálicos de diferentes fabricantes pueden no ser compatibles en apariencia o rendimiento operativo. Para lámparas con potencias nominales más bajas, de 35 a 150 W, existe una mayor compatibilidad física y eléctrica con un estándar común.

Las lámparas de halogenuros metálicos requieren equipo de control, pero la falta de compatibilidad significa que es necesario hacer coincidir cada combinación de lámpara y equipo para garantizar las condiciones de arranque y funcionamiento correctas.

Lámparas de sodio de baja presión

El tubo de arco es similar en tamaño al tubo fluorescente pero está hecho de una capa de vidrio especial con un revestimiento interior resistente al sodio. El tubo de arco tiene forma de "U" estrecha y está contenido en una camisa de vacío exterior para garantizar la estabilidad térmica. Durante el arranque, las lámparas tienen un fuerte brillo rojo debido al relleno de gas neón.

La radiación característica del vapor de sodio a baja presión es un amarillo monocromático. Esto está cerca de la sensibilidad máxima del ojo humano, y las lámparas de sodio de baja presión son las lámparas más eficientes disponibles con casi 200 lúmenes/vatio. Sin embargo, las aplicaciones se limitan a lugares donde la discriminación del color no tiene importancia visual, como carreteras principales y pasos subterráneos, y calles residenciales.

En muchas situaciones, estas lámparas están siendo reemplazadas por lámparas de sodio de alta presión. Su tamaño más pequeño ofrece un mejor control óptico, particularmente para la iluminación de carreteras donde existe una creciente preocupación por el brillo excesivo del cielo.

Lámparas de sodio de alta presión

Estas lámparas son similares a las lámparas de mercurio de alta presión, pero ofrecen una mejor eficacia (más de 100 lúmenes/vatio) y un excelente mantenimiento de la luz. La naturaleza reactiva del sodio requiere que el tubo de arco se fabrique con alúmina policristalina translúcida, ya que el vidrio o el cuarzo no son adecuados. El bulbo de vidrio exterior contiene un vacío para evitar la formación de arcos y la oxidación. No hay radiación ultravioleta de la descarga de sodio, por lo que los recubrimientos de fósforo no tienen ningún valor. Algunas bombillas están esmeriladas o recubiertas para difundir la fuente de luz. Ver figura 8.

Figura 8. Construcción de lámpara de sodio de alta presión

A medida que aumenta la presión de sodio, la radiación se convierte en una banda ancha alrededor del pico amarillo y la apariencia es de color blanco dorado. Sin embargo, a medida que aumenta la presión, la eficiencia disminuye. Actualmente hay tres tipos separados de lámparas de sodio de alta presión disponibles, como se muestra en la tabla 5.

Tabla 5. Tipos de lámpara de sodio de alta presión

Por lo general, las lámparas estándar se usan para iluminación exterior, las lámparas de lujo para interiores industriales y White SON para aplicaciones comerciales/de exhibición.

Atenuación de lámparas de descarga

Las lámparas de alta presión no pueden atenuarse satisfactoriamente, ya que al cambiar la potencia de la lámpara cambia la presión y, por lo tanto, las características fundamentales de la lámpara.

Las lámparas fluorescentes se pueden atenuar utilizando suministros de alta frecuencia generados típicamente dentro del equipo de control electrónico. La apariencia del color permanece muy constante. Además, la salida de luz es aproximadamente proporcional a la potencia de la lámpara, con el consiguiente ahorro de energía eléctrica cuando se reduce la salida de luz. Al integrar la salida de luz de la lámpara con el nivel predominante de luz natural, se puede proporcionar un nivel casi constante de iluminancia en un interior.

Espalda

El ser humano posee una extraordinaria capacidad de adaptación a su entorno ya su entorno inmediato. De todos los tipos de energía que los humanos pueden utilizar, la luz es la más importante. La luz es un elemento clave en nuestra capacidad de ver, y es necesario apreciar la forma, el color y la perspectiva de los objetos que nos rodean en nuestra vida cotidiana. La mayor parte de la información que obtenemos a través de nuestros sentidos la obtenemos a través de la vista, cerca del 80%. Muy a menudo, y porque estamos tan acostumbrados a tenerlo disponible, lo damos por hecho. No debemos dejar de tener en cuenta, sin embargo, que aspectos del bienestar humano, como nuestro estado de ánimo o nuestro nivel de fatiga, se ven afectados por la iluminación y el color de las cosas que nos rodean. Desde el punto de vista de la seguridad en el trabajo, la capacidad visual y el confort visual son extraordinariamente importantes. Esto se debe a que muchos accidentes se deben, entre otras razones, a deficiencias de iluminación o errores que comete el trabajador porque le cuesta identificar los objetos o los riesgos asociados a las máquinas, medios de transporte, contenedores peligrosos, etc.

Los trastornos visuales asociados a deficiencias en el sistema de iluminación son comunes en el lugar de trabajo. Debido a la capacidad de la vista para adaptarse a situaciones de iluminación deficiente, en ocasiones estos aspectos no se consideran con la seriedad que deberían.

El correcto diseño de un sistema de iluminación debe ofrecer las condiciones óptimas para el confort visual. Para la consecución de este objetivo debe establecerse una primera línea de colaboración entre arquitectos, luminotécnicos y los responsables de la higiene en la obra. Esta colaboración debe preceder al inicio del proyecto, para evitar errores que serían difíciles de corregir una vez finalizado el proyecto. Entre los aspectos más importantes que se deben tener en cuenta están el tipo de lámpara que se utilizará y el sistema de iluminación que se instalará, la distribución de luminancia, las eficiencias de iluminación y la composición espectral de la luz.

El hecho de que la luz y el color afecten la productividad y el bienestar psicofisiológico del trabajador debe incentivar las iniciativas de luminotécnicos, fisiólogos y ergonomistas, para estudiar y determinar las condiciones más favorables de luz y color en cada puesto de trabajo. La combinación de iluminación, el contraste de luminancias, el color de la luz, la reproducción del color o la selección de colores son los elementos que determinan el clima de color y el confort visual.

Factores que determinan el confort visual

Los requisitos previos que debe cumplir un sistema de iluminación para brindar las condiciones necesarias para el confort visual son los siguientes:

• iluminación uniforme
• luminancia óptima
• sin deslumbramiento
• condiciones de contraste adecuadas
• colores correctos
• ausencia de efecto estroboscópico o luz intermitente.

Es importante considerar la luz en el lugar de trabajo no solo por criterios cuantitativos, sino también por criterios cualitativos. El primer paso es estudiar el puesto de trabajo, la precisión requerida de las tareas realizadas, la cantidad de trabajo, la movilidad del trabajador, etc. La luz debe incluir componentes tanto de radiación difusa como directa. El resultado de la combinación producirá sombras de mayor o menor intensidad que permitirán al trabajador percibir la forma y posición de los objetos en el puesto de trabajo. Deben eliminarse los molestos reflejos, que dificultan la percepción de los detalles, así como los deslumbramientos excesivos o las sombras profundas.

El mantenimiento periódico de la instalación de iluminación es muy importante. El objetivo es evitar el envejecimiento de las lámparas y la acumulación de polvo sobre las luminarias que se traducirá en una pérdida constante de luz. Por esta razón, es importante seleccionar lámparas y sistemas que sean fáciles de mantener. Una bombilla incandescente mantiene su eficiencia hasta los momentos previos a fallar, pero no ocurre lo mismo con los tubos fluorescentes, que pueden llegar a bajar su rendimiento hasta un 75% después de mil horas de uso.

Niveles de iluminación

Cada actividad requiere un nivel específico de iluminación en el área donde se desarrolla la actividad. En general, cuanto mayor sea la dificultad para la percepción visual, mayor será también el nivel medio de iluminación. Existen pautas para niveles mínimos de iluminación asociados con diferentes tareas en varias publicaciones. En concreto, los enumerados en la figura 1 han sido extraídos de la normativa europea CENTC 169, y se basan más en la experiencia que en el conocimiento científico.

Figura 1. Niveles de iluminación en función de las tareas realizadas

El nivel de iluminación se mide con un luxómetro que convierte la energía luminosa en una señal eléctrica, que luego se amplifica y ofrece una fácil lectura en una escala calibrada de lux. Al seleccionar un cierto nivel de iluminación para una estación de trabajo en particular, se deben estudiar los siguientes puntos:

• la naturaleza del trabajo
• reflectancia del objeto y del entorno inmediato
• diferencias con la luz natural y la necesidad de iluminación diurna
• la edad del trabajador.

Unidades y magnitudes de iluminación.

Varias magnitudes se utilizan comúnmente en el campo de la iluminación. Los básicos son:

Flujo luminoso: Energía luminosa emitida por unidad de tiempo por una fuente de luz. Unidad: lumen (lm).

Intensidad luminosa: Flujo luminoso emitido en una dirección dada por una luz que no está igualmente distribuida. Unidad: candela (cd).

Nivel de iluminación: Nivel de iluminación de una superficie de un metro cuadrado cuando recibe un flujo luminoso de un lumen. Unidad: lux = lm/m².

Luminancia o brillo fotométrico: Se define para una superficie en una determinada dirección, y es la relación entre la intensidad luminosa y la superficie vista por un observador situado en la misma dirección (superficie aparente). Unidad: cd/mXNUMX².

Contraste: Diferencia de luminancia entre un objeto y su entorno o entre diferentes partes de un objeto.

reflectancia: Proporción de luz que es reflejada por una superficie. Es una cantidad adimensional. Su valor oscila entre 0 y 1.

Factores que afectan la visibilidad de los objetos

El grado de seguridad con el que se ejecuta una tarea depende, en gran parte, de la calidad de la iluminación y de las capacidades visuales. La visibilidad de un objeto se puede alterar de muchas maneras. Uno de los más importantes es el contraste de luminancias debido a los factores de reflexión, a las sombras, oa los colores del propio objeto, y a los factores de reflexión del color. Lo que realmente percibe el ojo son las diferencias de luminancia entre un objeto y su entorno, o entre distintas partes de un mismo objeto. La Tabla 1 enumera los contrastes entre los colores en orden descendente.

La luminancia de un objeto, de su entorno y del área de trabajo influyen en la facilidad con la que se ve un objeto. Por lo tanto, es de vital importancia que se analice cuidadosamente el área donde se realiza la tarea visual y sus alrededores.

Tabla 1. Contrastes de color

El tamaño del objeto a observar, que puede ser adecuado o no según la distancia y el ángulo de visión del observador, es otro factor. Estos dos últimos factores condicionan la disposición del puesto de trabajo, clasificando distintas zonas según su facilidad de visión. Podemos establecer cinco zonas en el área de trabajo (ver figura 2).

Figura 2. Distribución de zonas visuales en el puesto de trabajo

Otro factor es el marco de tiempo durante el cual se produce la visión. El tiempo de exposición será mayor o menor dependiendo de si el objeto y el observador están estáticos, o si uno o ambos están en movimiento. La capacidad de adaptación del ojo para ajustarse automáticamente a las diferentes iluminaciones de los objetos también puede tener una influencia considerable en la visibilidad.

Distribucion de luz; destello

Los factores clave en las condiciones que afectan la visión son la distribución de la luz y el contraste de luminancias. En cuanto a la distribución de la luz, es preferible una buena iluminación general a una iluminación localizada para evitar el deslumbramiento. Por este motivo, los accesorios eléctricos deben distribuirse lo más uniformemente posible para evitar diferencias de intensidad luminosa. El desplazamiento constante a través de zonas que no están uniformemente iluminadas provoca fatiga ocular y, con el tiempo, esto puede conducir a una reducción de la producción visual.

El deslumbramiento se produce cuando una fuente brillante de luz está presente en el campo visual; el resultado es una disminución en la capacidad de distinguir objetos. Los trabajadores que sufren los efectos del deslumbramiento de forma constante y sucesiva pueden sufrir fatiga visual así como trastornos funcionales, aunque en muchos casos no sean conscientes de ello.

El deslumbramiento puede ser directo cuando su origen son fuentes de luz brillante directamente en la línea de visión, o por reflexión cuando la luz se refleja en superficies con alta reflectancia. Los factores que intervienen en el deslumbramiento son:

1. Luminancia de la fuente de luz.: La luminancia máxima tolerable por observación directa es de 7,500 cd/m². La Figura 3 muestra algunos de los valores aproximados de luminancia para varias fuentes de luz.
2. Ubicación de la fuente de luz.: Este tipo de deslumbramiento ocurre cuando la fuente de luz está dentro de un ángulo de 45 grados de la línea de visión del observador y se minimizará en la medida en que la fuente de luz se coloque más allá de ese ángulo. Las formas y métodos para evitar el deslumbramiento directo y reflexivo se pueden ver en las siguientes figuras (ver figura 4).

Figura 3. Valores aproximados de luminancia

Figura 4. Factores que afectan el deslumbramiento

En general, hay más deslumbramiento cuando las fuentes de luz se montan en elevaciones más bajas o cuando se instalan en habitaciones grandes, porque las fuentes de luz en habitaciones grandes o las fuentes de luz que son demasiado bajas pueden caer fácilmente dentro del ángulo de visión que produce deslumbramiento.

3. Distribución de luminancia entre diferentes objetos y superficies: Cuanto mayores sean las diferencias de luminancia entre los objetos dentro del campo de visión, mayor será el deslumbramiento creado y mayor será el deterioro en la capacidad de ver debido a los efectos sobre los procesos adaptativos de la vista. Las disparidades de luminancia máximas recomendadas son:

• tarea visual—superficie de trabajo: 3:1
• tarea visual—entorno: 10:1

4. Marco de tiempo de la exposición: Incluso las fuentes de luz con poca luminancia pueden causar deslumbramiento si la duración de la exposición se prolonga demasiado.

Evitar el deslumbramiento es una propuesta relativamente simple y se puede lograr de diferentes maneras. Una forma, por ejemplo, es colocando rejillas debajo de las fuentes de iluminación, o utilizando difusores envolventes o reflectores parabólicos que puedan dirigir la luz correctamente, o instalando las fuentes de luz de tal manera que no interfieran con el ángulo de iluminación. visión. A la hora de diseñar el lugar de trabajo, la correcta distribución de la luminancia es tan importante como la propia iluminación, pero también es importante tener en cuenta que una distribución de la luminancia demasiado uniforme dificulta la percepción tridimensional y espacial de los objetos.

Sistemas de iluminación

El interés por la iluminación natural ha aumentado recientemente. Esto se debe menos a la calidad de la iluminación que ofrece que al bienestar que proporciona. Pero como el nivel de iluminación de fuentes naturales no es uniforme, se requiere un sistema de iluminación artificial.

Los sistemas de iluminación más comunes utilizados son los siguientes:

Iluminación uniforme general

En este sistema, las fuentes de luz se distribuyen uniformemente sin tener en cuenta la ubicación de las estaciones de trabajo. El nivel de iluminación promedio debe ser igual al nivel de iluminación requerido para la tarea que se llevará a cabo. Estos sistemas se utilizan principalmente en lugares de trabajo donde los puestos de trabajo no son fijos.

Debe cumplir con tres características fundamentales: La primera es estar equipada con dispositivos antideslumbrantes (rejillas, difusores, reflectores, etc.). La segunda es que debe distribuir una fracción de la luz hacia el techo y la parte superior de las paredes. Y la tercera es que las fuentes de luz deben instalarse lo más alto posible, para minimizar el deslumbramiento y conseguir una iluminación lo más homogénea posible. (Ver figura 5)

Figura 5. Sistemas de iluminación

Este sistema trata de reforzar el esquema de iluminación general colocando lámparas cerca de las superficies de trabajo. Estos tipos de lámparas a menudo producen deslumbramiento, y los reflectores deben colocarse de tal manera que bloqueen la fuente de luz de la vista directa del trabajador. Se recomienda el uso de iluminación localizada para aquellas aplicaciones donde las demandas visuales son muy críticas, como niveles de iluminación de 1,000 lux o más. Generalmente, la capacidad visual se deteriora con la edad del trabajador, por lo que es necesario aumentar el nivel de iluminación general o secundarlo con iluminación localizada. Este fenómeno se puede apreciar claramente en la figura 6.

Figura 6. Pérdida de agudeza visual con la edad

Iluminación general localizada

Este tipo de iluminación consiste en fuentes de techo distribuidas teniendo en cuenta dos cosas: las características de iluminación del equipo y las necesidades de iluminación de cada estación de trabajo. Este tipo de iluminación está indicado para aquellos espacios o áreas de trabajo que requerirán un alto nivel de iluminación, y requiere conocer la ubicación futura de cada puesto de trabajo antes de la etapa de diseño.

Color: conceptos básicos

Seleccionar un color adecuado para un lugar de trabajo contribuye en gran medida a la eficiencia, seguridad y bienestar general de los empleados. Del mismo modo, el acabado de las superficies y de los equipos que se encuentran en el ambiente de trabajo contribuye a crear condiciones visuales agradables y un ambiente de trabajo agradable.

La luz ordinaria está formada por radiaciones electromagnéticas de diferentes longitudes de onda que corresponden a cada una de las bandas del espectro visible. Mezclando luz roja, amarilla y azul podemos obtener la mayoría de los colores visibles, incluido el blanco. Nuestra percepción del color de un objeto depende del color de la luz con la que se ilumina y de la forma en que el propio objeto refleja la luz.

Las lámparas se pueden clasificar en tres categorías según el aspecto de la luz que emiten:

• color de aspecto cálido: una luz blanca rojiza recomendada para uso residencial
• color de aspecto intermedio: una luz blanca recomendada para lugares de trabajo
• color de apariencia fría: una luz blanca azulada recomendada para trabajos que requieren un alto nivel de iluminación o para climas cálidos.

Los colores también pueden clasificarse en cálidos o fríos según su tonalidad (ver figura 7).

Figura 7. Tonalidad de colores "cálidos" y "fríos"

Contraste y temperatura de diferentes colores.

Los contrastes de color están influenciados por el color de la luz seleccionada, por lo que la calidad de la iluminación dependerá del color de la luz elegida para una aplicación. La selección del color de luz a utilizar debe hacerse en base a la tarea que se realizará bajo ella. Si el color es cercano al blanco, la reproducción del color y la difusión de la luz serán mejores. Cuanta más luz se acerque al extremo rojo del espectro, peor será la reproducción del color, pero el ambiente será más cálido y acogedor.

La apariencia del color de la iluminación depende no solo del color de la luz, sino también del nivel de intensidad luminosa. Una temperatura de color está asociada con las diferentes formas de iluminación. De esta temperatura de color depende la sensación de satisfacción con la iluminación de un determinado ambiente. Así, por ejemplo, una bombilla de luz de filamento incandescente de 100 W tiene una temperatura de color de 2,800 K, un tubo fluorescente tiene una temperatura de color de 4,000 K y un cielo nublado tiene una temperatura de color de 10,000 K.

Kruithof definió, a través de observaciones empíricas, un diagrama de bienestar para diferentes niveles de iluminación y temperaturas de color en un ambiente dado (ver figura 8). De esta forma, demostró que es posible sentirse cómodo en determinados ambientes con niveles bajos de iluminación si la temperatura de color también es baja, si el nivel de iluminación es una vela, por ejemplo, con una temperatura de color de 1,750 K.

Figura 8. Diagrama de confort en función de la iluminación y temperatura de color

Los colores de las lámparas eléctricas se pueden subdividir en tres grupos relacionados con sus temperaturas de color:

• blanco luz del día: alrededor de 6,000 K
• blanco neutro: alrededor de 4,000 K
• blanco cálido: alrededor de 3,000 K

Combinación y selección de colores.

La selección de colores es muy relevante cuando la consideramos junto con aquellas funciones donde es importante identificar los objetos que se deben manipular. También es relevante a la hora de delimitar vías de comunicación y en aquellas tareas que requieran un marcado contraste.

La selección de la tonalidad no es una cuestión tan importante como la selección de las cualidades reflectantes adecuadas de una superficie. Hay varias recomendaciones que se aplican a este aspecto de las superficies de trabajo:

Techos: La superficie de un techo debe ser lo más blanca posible (con un factor de reflexión del 75 %), porque la luz se reflejará de forma difusa, disipando la oscuridad y reduciendo el deslumbramiento de otras superficies. Esto supondrá también un ahorro en iluminación artificial.

Paredes y pisos: Las superficies de las paredes a la altura de los ojos pueden producir deslumbramiento. Los colores pálidos con factores reflectantes de 50 a 75% tienden a ser adecuados para paredes. Si bien las pinturas brillantes tienden a durar más que los colores mate, son más reflectantes. Por lo tanto, las paredes deben tener un acabado mate o semibrillante.

Los pisos deben tener un acabado en colores ligeramente más oscuros que las paredes y los techos para evitar el deslumbramiento. El factor reflectante de los suelos debe estar entre el 20 y el 25%.

Equipo: Las superficies de trabajo, maquinaria y mesas deben tener factores de reflexión de entre 20 y 40%. El equipo debe tener un acabado duradero de color puro (marrones claros o grises) y el material no debe ser brillante.

El uso adecuado de los colores en el ambiente de trabajo facilita el bienestar, aumenta la productividad y puede tener un impacto positivo en la calidad. También puede contribuir a una mejor organización y prevención de accidentes.

Existe la creencia generalizada de que blanquear las paredes y los techos y proporcionar niveles adecuados de iluminación es todo lo que se puede hacer en lo que respecta al confort visual de los empleados. Pero estos factores de confort se pueden mejorar combinando el blanco con otros colores, evitando así el cansancio y el aburrimiento que caracterizan los ambientes monocromáticos. Los colores también tienen un efecto en el nivel de estimulación de una persona; los colores cálidos tienden a activar y relajar, mientras que los colores fríos se utilizan para inducir al individuo a liberar o liberar su energía.

El color de la luz, su distribución y los colores utilizados en un espacio determinado son, entre otros, factores clave que influyen en las sensaciones que siente una persona. Dada la gran cantidad de colores y factores de confort que existen, es imposible establecer pautas precisas, sobre todo teniendo en cuenta que todos estos factores deben combinarse de acuerdo con las características y los requisitos de un determinado puesto de trabajo. Sin embargo, se pueden enumerar una serie de reglas prácticas básicas y generales que pueden ayudar a crear un entorno habitable:

• Los colores vivos producen sensaciones confortables, estimulantes y serenas, mientras que los colores oscuros tienden a tener un efecto deprimente.
• Las fuentes de luz de colores cálidos ayudan a reproducir bien los colores cálidos. Los objetos de colores cálidos son más agradables a la vista con luz cálida que con luz fría.
• Los colores claros y apagados (como los pasteles) son muy apropiados como colores de fondo, mientras que los objetos deben tener colores ricos y saturados.
• Los colores cálidos excitan el sistema nervioso y dan la sensación de que la temperatura sube.
• Los colores fríos son preferibles para los objetos. Tienen un efecto calmante y se pueden utilizar para producir el efecto de curvatura. Los colores fríos ayudan a crear la sensación de que baja la temperatura.
• La sensación de color de un objeto depende del color de fondo y del efecto de la fuente de luz sobre su superficie.
• Los ambientes que son físicamente fríos o calientes pueden atenuarse utilizando iluminación cálida o fría, respectivamente.
• La intensidad de un color será inversamente proporcional a la parte del campo visual normal que ocupa.
• La apariencia espacial de una habitación puede verse influenciada por el color. Una habitación parecerá tener un techo más bajo si sus paredes están pintadas de un color brillante y el piso y el techo son más oscuros, y parecerá tener un techo más alto si las paredes son más oscuras y el techo es claro.

Identificar objetos a través del color.

La selección de colores puede influir en la eficacia de los sistemas de iluminación al influir en la fracción de luz que se refleja. Pero el color también juega un papel fundamental a la hora de identificar objetos. Podemos utilizar colores brillantes y llamativos o contrastes cromáticos para resaltar situaciones u objetos que requieran una atención especial. La Tabla 2 enumera algunos de los factores de reflexión para diferentes colores y materiales.

Tabla 2. Factores de reflexión de diferentes colores y materiales iluminados con luz blanca

En cualquier caso, la identificación por color debe emplearse solo cuando sea realmente necesario, ya que la identificación por color funcionará correctamente solo si no hay demasiados objetos que estén resaltados por color. Las siguientes son algunas recomendaciones para identificar diferentes elementos por color:

• Equipos de seguridad y contra incendios.: Es aconsejable identificar este equipo colocando un gráfico reconocible en la pared más cercana para poder localizarlo rápidamente.
• Maquinaria: La coloración de los dispositivos de parada o emergencia con colores brillantes en toda la maquinaria es fundamental. También es recomendable marcar con color las áreas que necesitan lubricación o mantenimiento periódico, lo que puede agregar facilidad y funcionalidad a estos procedimientos.
• Tubos y tuberías: Si son importantes o llevan sustancias peligrosas el mejor consejo es colorearlos por completo. En algunos casos puede ser suficiente colorear solo una línea a lo largo de su longitud.
• Escaleras: Para facilitar el descenso, es preferible una banda para cada paso a varias.
• Riesgos: El color debe usarse para identificar un riesgo solo cuando el riesgo no se puede eliminar. La identificación será mucho más efectiva si se realiza según un código de colores predeterminado.

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