ntc5109 medición flujo luminoso

7/22/2019 NTC5109 Medicin flujo luminoso

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NORMA TCNICA NTCCOLOMBIANA 5109

2002-10-30

MEDICIN DEL FLUJO LUMINOSO

E: THE MEASUREMENT OF LUMINOUS FLUX.

CORRESPONDENCIA: esta norma es idntica (IDT) a la CIE84:1989

DESCRIPTORES: flujo luminoso.

I.C.S.: 29.140.01

Editada por el Instituto Colombiano de Normas Tcnicas y Certificacin (ICONTEC)Apartado 14237 Bogot, D.C. - Tel. 6078888 - Fax 2221435

Prohibida su reproduccin Editada 2002-11-22

UNIDAD DE PLANEACION MINERO ENERGETICA


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PRLOGO

El Instituto Colombiano de Normas Tcnicas y Certificacin, ICONTEC, es el organismonacional de normalizacin, segn el Decreto 2269 de 1993.

ICONTEC es una entidad de carcter privado, sin nimo de lucro, cuya Misin es fundamentalpara brindar soporte y desarrollo al productor y proteccin al consumidor. Colabora con elsector gubernamental y apoya al sector privado del pas, para lograr ventajas competitivas enlos mercados interno y externo.

La representacin de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalizacin Tcnicaest garantizada por los Comits Tcnicos y el perodo de Consulta Pblica, este ltimocaracterizado por la participacin del pblico en general.

La NTC 5109 fue ratificada por el Consejo Directivo del 2002-10-30.

Esta norma est sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda entodo momento a las necesidades y exigencias actuales.

A continuacin se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta norma atravs de su participacin en el Comit Tcnico 383902 Iluminacin.

CODENSA S.ACHALLENGERDISPROELELECTROCONTROLELECTRNICAS LSEREMPRESAS PBLICAS DE MEDELLNILUMINACIONES TCNICASINDUSTRIAS PHILIPSINDUSTRIAS SCHREDER

LIGHTING DE COLOMBIAMEGALITEROY ALPHASYLVANIAUNIDAD EJECUTIVA DE SERVICIOSPBLICOSUNIDAD DE PLANEACIN MINEROENERGTICA - UPMEUNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

Adems de las anteriores, en Consulta Pblica el Proyecto se puso a consideracin de lassiguientes empresas:

ASOCIACIN NACIONAL DEINDUSTRIALES - ANDIBALLASCO INC. S.A.CELSACORPORACIN UNIVERSITARIA DE LACOSTACORPORACIN UNIVERSITARIATECNOLOGICA DE BOLIVARCOMISIN DE REGULACIN DEENERGIA Y GAS - CREGDISPROEL

ELECTROCONTROLELECTRNICAS LASER

EMPRESAS PBLICAS DE MEDELLNERGONESCUELA COLOMBIANA DE INGENIERAJULIO GARAVITOGENERAL ELECTRICHIGH LIGHTSINADISAINTEGRALMECANELECTROMINISTERIO DE DESARROLLOMINISTERIO DE MINAS Y ENERGA

OSRAMPETROBRAS INTERNACIONAL S.A.


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SUPERINTENDENCIA DE INDUSTRIA YCOMERCIO

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DECOLOMBIAUNIVERSIDAD DE ANTIOQUIAUNIVERSIDAD DE LA SALLEUNIVERSIDAD DE LOS ANDESUNIVERSIDAD DEL NORTE

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DESANTANDER

UNIVERSIDAD PEDAGGICA YTECNOLGICA DE COLOMBIA/DUITAMAUNIVERSIDAD PONTIFICIABOLIVARIANA/MEDELLNUNIVERSIDAD TECNOLGICA DEPEREIRA

ICONTEC cuenta con un Centro de Informacin que pone a disposicin de los interesadosnormas internacionales, regionales y nacionales.

DIRECCIN DE NORMALIZACIN


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NORMA TCNICA COLOMBIANA NTC 5109

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MEDICIN DEL FLUJO LUMINOSO

RESUMEN

Esta norma define la terminologa requerida para las mediciones de flujo luminoso. Presentalos principios de las mediciones del flujo luminoso y describe los mtodos para la evaluacin dela distribucin de la iluminancia, la medicin del flujo luminoso por medio de un fotmetro deesfera integradora y la determinacin de la luminancia por medio del flujo luminoso, laintensidad luminosa y las mediciones de iluminancia.

Este documento se basa en la publicacin CIE No. 25, 1973 "Procedures for the Measurementof Luminous Flux of Discharge Lamps and for their Calibration as Working Standards" [1] y la

reemplaza, y tambin se basa en las conclusiones del "CIE Symposium on Light and RadiationMeasurement 81" [2]. La terminologa est acorde con el "International Lighting Vocabulary" [3].

1. ALCANCE

El propsito de esta norma es revisar los principales mtodos usados para las mediciones deflujo luminoso. Uno de estos mtodos se usa principalmente en los laboratorios de referencianacionales (clculo de la iluminancia o distribucin de la luminancia); uno se usa ampliamenteen la industria (medicin con una esfera integradora), pero hay otra forma de medicin que sepuede realizar en un nmero limitado de laboratorios industriales que tienen acceso a ungoniofotmetro para la medicin de las distribuciones de la intensidad luminosa. Aunque cadagrupo de usuarios estar interesado principalmente en el mtodo de uso en su campo, para untrabajo de referencia sobre mediciones de flujo luminoso es necesario abarcar todos losmtodos principales usados para este propsito y ponerlos en una perspectiva relativa entreellos.


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2. TERMINOLOGA

2.1 CANTIDADES FOTOMTRICAS

2.1.1

flujo luminoso ( ) ;v cantidad derivada del flujo radiante emediante la evaluacin de la radiacin de acuerdo consu accin sobre el observador fotomtrico estndar CIE. Para visin fotpica

=

d)(Vd

)(dK emv

0

(1)

en donde de () / d es la distribucin espectral del flujo radiante y V () es la eficiencialuminosa espectral.

Unidad: lm

2.1.2intensidad luminosa (de una fuente, en una direccin dada) (Iv; I)cociente del flujo luminoso dvque deja la fuente y se propaga en el elemento de ngulo slidodque contiene la direccin dada, mediante el elemento de ngulo slido.

=d

dI v (2)

Unidad: cd = lm sr -1

2.1.3iluminancia (en un punto de una superficie) (Ev; E)

Cociente de un flujo luminoso dvincidente sobre un elemento de la superficie que contiene elpunto, por el rea dA de ese elemento.

dA

dE vv

= (3)

Unidad: lx = lm m-2

2.1.4Luminancia (en una direccin dada, en un punto dado de una superficie real o imaginaria)(LV; L)Cantidad definida por la frmula

= dcosdA

d

L v

v (4)


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En donde dves el flujo luminoso transmitido por un haz elemental que pasa a travs del puntodado y se propaga en un ngulo slido dque contiene la direccin dada; dA es el rea de unaseccin del haz que contiene el punto dado; es el ngulo entre la normal a esa seccin y ladireccin del haz.

Unidad: cdm-2= lmm.2sr -1

2.2 TRMINOS PARA INSTRUMENTOS DE MEDICIN

2.2.1fotmetro instrumento para medir cantidades fotomtricas.

2.2.2fotmetro integrador fotmetro para medir el flujo luminoso, y que generalmente incluye una esfera integradora.

2.2.3esfera integradora; esfera de Ulbricht esfera hueca cuya superficie interna es un reflector difuso, lo menos selectivo posible.

2.2.4fotmetro de cajafotmetro integrador que emplea una cavidad o caja hueca de forma arbitraria, en lugar de unaesfera integradora.

2.2.5cabeza de fotmetro consta de un detector sensible a la luz, y de las instalaciones para valoracin espectral (porejemplo, filtros de color) o para dispersin espectral (por ejemplo: rejillas) de la luz. Tambinpuede contener instalaciones para evaluacin direccional de la luz, por ejemplo, ventanas,lentes y aperturas de difusin.

2.2.6rea de aceptacin rea de la cabeza del fotmetro que recibe y evala direccionalmente la luz incidente.

2.2.7goniofotmetro

fotmetro para medir las caractersticas de distribucin de luz direccional de fuentes,luminarias, medios y superficies.

3. MTODOS DE MEDICIN

El flujo luminoso de una fuente de luz se puede calcular o medir por diferentes mtodos:

- Clculo de la distribucin de la intensidad luminosa (vase el numeral 4).

- Clculo de la distribucin de la iluminancia (vase el numeral 5).


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- Medicin con un fotmetro de globo, con mediciones fotomtricas o espectrales(vase el numeral 6).

- Medicin con un fotmetro de caja (vase el numeral 6.4).

- Mediciones relativas por medio de iluminancia, intensidad luminosa o luminancia(vase el numeral 7).

El clculo del flujo luminoso a partir de la distribucin de la intensidad luminosa es apropiadocuando se hacen mediciones de sta (por ejemplo: para luminarias) .

La obtencin del flujo luminoso de una medicin de la distribucin de la iluminancia de una bombillaes el mtodo usado en muchos laboratorios de referencia nacionales para establecer los patronesbsicos de flujo luminoso. As, la unidad de flujo luminoso, el lumen, se establece en trminos de launidad de intensidad luminosa con base en el SI, la candela . Una medicinexacta de la variacin espacial de las propiedades colorimtricas de las fuentes de luz y de su

distribucin de potencia espectral tambin se puede hacer usando este mtodo.

Las mediciones de flujo luminoso usando un fotmetro de globo son apropiadas para:

- Mediciones en laboratorios industriales para control de produccin.

- Medicin por laboratorios y usuarios.

- Calibracin de bombillas patrn (por ejemplo: patrones de trabajo) contrabombillas patrn de orden superior, haciendo correcciones adicionales paraerrores debidos a diferencias en la distribucin geomtrica, espectral y de luzentre las bombillas por comparar.

- La medicin de las fuentes de luz con flujos luminosos que varan con el tiempo(por ejemplo: bombillas ajustables, bombillas de destello).

- La medicin del flujo luminoso en funcin del tiempo.

Las mediciones con una esfera, de la relacin luz-salida de una luminaria, que se calcula apartir del flujo luminoso de la bombilla y el flujo luminoso de la luminaria, no se puedenrecomendar si la distribucin de la intensidad luminosa de la bombilla y la luminaria se

diferencian considerablemente.Una medicin de flujo luminoso con un fotmetro de caja solamente presenta una relacindirecta entre el flujo luminoso de la fuente de luz y la iluminancia indirecta en un punto arbitrarioen una superficie interior de la caja, si la fuente de luz de referencia y la que se va a medirtienen la misma distribucin de intensidad luminosa espacial, la misma distribucin espectral ylas mismas dimensiones.

Las mediciones del flujo radiante espectral se pueden hacer con un fotmetro de esferaintegradora, para fuentes de luz en donde la distribucin de potencia espectral vara con ladireccin (por ejemplo: bombillas de halogenuro metlico*). Este mtodo da toda la informacinnecesaria para el clculo de:


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- Distribucin de potencia espectral.

- Flujo luminoso.

- Flujo radiante.

- Color.

- ndices de calidad de los colores

La determinacin del flujo luminoso de las fuentes de luz por medio de una medicin de lailuminancia, la intensidad luminosa o la luminancia, con frecuencia se lleva a cabo en la prcticapara determinar la influencia de los parmetros especficos (por ejemplo: envejecimiento,temperatura, posicin). Usualmente toma la forma de una medicin relativa. El mtodo tambin sepuede usar para medir el flujo luminoso de las bombillas fluorescentes en instalaciones dealumbrado .

El mtodo usado para la medicin del flujo luminoso depende del equipo disponible. El equipo yel mtodo usado estn influenciados por:

- Las tareas del laboratorio fotomtrico.

- La economa.

- El consumo de tiempo.

- La incertidumbre de medicin aceptable.

4. CLCULO DEL FLUJO LUMINOSO A PARTIR DE LA DISTRIBUCIN DE INTENSIDADLUMINOSA

4.1 PRINCIPIO DE MEDICIN

De acuerdo con la definicin, el flujo luminoso se puede obtener de la distribucin espacialde la intensidad luminosa I por la relacin

= )( dI (5)

de donde

4 sr ngulo slido total

La distribucin de la intensidad luminosa se puede medir con un goniofotmetro .


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4.2 MEDICIN DE LA DISTRIBUCIN DE LA INTENSIDAD LUMINOSA

La medicin de la distribucin de la intensidad luminosa se describe en un Reporte Tcnico deCIE . Ese reporte contiene informacin acerca de goniofotmetros usados para lamedicin de la distribucin de la intensidad luminosa, al igual que datos acerca de la ejecucin

de las mediciones.

4.3 MTODO DE CLCULO

Para evaluar el flujo luminoso, la intensidad luminosa se debera integrar en el ngulo slidototal que se ilustra en la ecuacin (5). El elemento del ngulo slido d se puede expresartrigonomtricamente como:

d = sen d d (6)

Con

d elemento del ngulo slido

, ngulos que dependen del sistema de coordenadas escogido; ngulo deelevacin con = 0 en el ngulo cenital y ngulo acimutal.

Los ngulos y se deberan sustituir para estar de acuerdo con el sistema de coordenadasusado durante la medicin de la distribucin de la intensidad luminosa.

En una evaluacin prctica, las integrales son reemplazadas por sumas. En ese caso, el flujo

luminoso puede, por ejemplo, calcularse de acuerdo con las siguientes formulas:

Para mediciones en:

Planos A: [ ]}{+==

=N

Nn

M

m

nnAIA11

)1(sin)sin(),( (7A)

Planos B: [ ]}{+==

=N

Nn

M

m

)n(sin)nsin()B,(IB

11

1 (7B)

Planos C: [ ] }{==

=N

n

M

m

nnCIC11

)cos()1(cos),( (7C)

y representan los tamaos de paso angular de /2N y corresponde a /N, mientrasque A, B y C estn dados por 2/M (vase el apndice y la referencia ).

Cuanto ms pequeos sean los pasos angulares que se escojan, ms exacta ser ladeterminacin del flujo luminoso resultante. Las distribuciones de intensidad luminosa conpendiente pronunciada requieren pasos angulares ms pequeos.


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4.4 FUENTES DE ERROR

Los errores especficos en la determinacin del flujo luminoso a travs de una evaluacin de ladistribucin de la intensidad luminosa pueden ser causados por:

- Errores en la medicin de la intensidad luminosa .

- ngulos de paso demasiado grandes.

- Sombreado de la fuente de luz por partes mecnicas del goniofotmetro y elsoporte de la fuente de luz (vase el numeral 4.8).

- Inestabilidad de la fuente de luz durante la medicin.

- Inestabilidad de la disposicin mecnica del fotmetro.

5. CLCULO DEL FLUJO LUMINOSO A PARTIR DE LA DISTRIBUCIN DE LAILUMINANCIA


Por definicin, el flujo luminoso se puede obtener de la distribucin de la iluminancia E sobreuna superficie cerrada A alrededor de la fuente de luz usando la relacin

=)(A

dAE (8)

La distribucin de la iluminancia se puede medir por medio de un goniofotmetro sobre unasuperficie esfrica alrededor de la fuente de luz. No es necesario que la fuente de luz estexactamente en el centro de la esfera imaginaria. Sin embargo, se recomienda colocarla lo mscerca posible del centro de la esfera.

La distancia mnima entre el centro de la esfera y la cabeza del fotmetro depende de la mayordimensin de la fuente de luz por medir, por razones netamente mecnicas. Puede ser menorque la distancia fotomtrica lmite en tanto que el medidor de iluminancia evale la iluminanciacorrectamente en trminos de la direccin (respuesta de coseno), etc. .

5.2 TIPOS DE GONIOFOTMETRO

Es posible distinguir entre diferentes tipos de goniofotmetro usados para la medicin de ladistribucin de la iluminancia. En todos ellos la fuente de luz por medir se opera en la posicinde quemado establecida.

5.2.1 Goniofotmetro con fuente de luz en una posicin fija

En estos goniofotmetros la fuente de luz se opera en la posicin de quemado establecida, sinmoverse. La cabeza del fotmetro del medidor de iluminancia usado para la medicin se giraalrededor de dos ejes, los cuales se cruzan entre s en ngulo recto alrededor de la fuente deluz.


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En el ejemplo descrito en las Figuras 1a a 1c, estos dos ejes pueden estar orientadosarbitrariamente en el espacio por medio del marco exterior, que permanece estacionariodurante una medicin.

En la terminologa definida en el Apndice, las mediciones se realizan en los planos de C, con

la posicin ms interna del marco caracterizada por el ngulo y la posicin central del marcopor el ngulo C.

Figura 1.a) Para la integracin del flujo luminoso, una fuente de luz compacta L (por ejemplo: una bombillaincandescente) est apoyada en un soporte H, ya sea desde la parte superior o inferior del marco.

El soporte est colocado rgidamente en el marco externo, que se puede voltear a cualquierposicin, pero se mantiene estacionario durante la medicin. Los dos marcos interiores

mueven el fotmetro E sobre la superficie de una esfera, al rotar simultneamente

Figura 1. Fotografa de un modelo de un goniofotmetro con una fuente de luz,que permanece inmvil en una posicin fija

Contina...


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Figura 1.b) Con el marco externo en posicin horizontal, la bombilla tubular L se mideen posicin horizontal. El soporte mecnico y la energa elctrica

se suministran por medio de dos soportes de bombilla H.Dos fotmetros F se mueven sobre la superficie de una esfera.

Figura 1. (Final)

Para calibrar el fotmetro, la parte del marco interno que porta el fotmetro E est volteada180 hacia fuera. Uno de los rodamientos del marco externo es hueco. A travs de l labombilla N patrn de intensidad luminosa, que est colocada fuera del sistema de marcosgiratorios, ilumina al detector E con una iluminancia conocida.

5.2.2 Goniofotmetro con la fuente de luz girada alrededor de un centro de luz fijaespacialmente

En estos goniofotmetros la fuente de luz est colocada en un punto definido en el espacio ygirada alrededor de un eje vertical. La cabeza del fotmetro gira en un plano vertical alrededorde la fuente de luz (vase la Figura 2) . Los dos ejes se cruzan entre s en ngulo

recto.


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Cabeza delfotmetro

Figura 2. Goniofotmetro con la fuente de luz girada alrededor de un ejevertical y con un centro de luz fijo espacialmente.

5.2.3 Goniofotmetro con la fuente de luz girada alrededor de un eje vertical con uncentro de luz mvil

En este tipo de goniofotmetro la fuente de luz y la cabeza del fotmetro estn en extremosopuestos de un haz giratorio, que est volteado* alrededor de un eje horizontal a travs de lamitad del haz (vase la Figura 3). La fuente de luz est volteada* alrededor de un eje verticalen su posicin de combustin. El centro fotomtrico es girado en un plano alrededor de un eje

horizontal. Este tipo de gonimetro requiere una construccin mecnica ms complicada queel descrito en el numeral 5.2.2. Sin embargo, para la misma distancia entre la fuente de luz y lacabeza del fotmetro la altura requerida del recinto es de slo la mitad aproximadamente.Ambos mtodos tambin se pueden incorporar en un solo diseo .

Cabeza del fotmetro

Eje de rotacin

Fuente de luz

Figura 3. Goniofotmetro con la fuente de luz girada alrededor de uneje vertical y con un centro de luz mvil


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5.3 MEDICIN DE LA DISTRIBUCIN DE LA ILUMINANCIA

5.3.1 Movimiento de la cabeza del fotmetro

Existen varias posibilidades para medir la distribucin de la iluminancia:

- La distribucin de la iluminancia se mide continuamente a lo largo de una lneaen la superficie de la esfera, que rodea la fuente de luz (espiral, en forma derosca). Vase la Figura 4 . Para este tipo de movimiento de la cabezadel fotmetro, el tiempo de medicin para un tamao de paso angular dado esmnimo.

- La distribucin de la iluminacin se mide continuamente en una superficie cnica(ngulo constante.) La cabeza del fotmetro se mueve en pasos angulares detamao .

- La distribucin de la iluminancia se mide continuamente en un plano vertical(ngulo constante ). La cabeza del fotmetro se mueve en pasos angulares detamao .

- La distribucin de la iluminancia se mide en tamaos de pasos angulares y de la cabeza del fotmetro o la fuente de luz.

Cabeza delfotmetro

Fuentede luz

r

Figura 4. Principio de medicin continua de la distribucin de lailuminancia sobre la superficie de la esfera

5.3.2 Tamaos de paso angular

La determinacin del flujo luminoso es ms exacta cuanto menores sean los tamaos de pasopara rotacin en los ngulos polar () y acimutal (). Para una medicin exacta,especialmente para fuentes de luz con una distribucin de intensidad luminosa en pendiente,

se podran requerir los tamaos de paso angular = = 0,10

.


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5.3.3 Velocidad de rotacin

Las fuentes de luz, cuyo flujo luminoso depende la temperatura del ambiente y la velocidad delaire, slo se pueden girar alrededor del eje vertical a una velocidad de rotacin limitada.Algunas fuentes de luz tambin pueden estar influenciadas por el movimiento material dentro

de la fuente de luz. En donde hay posibilidad de partculas mviles, especialmente gotas, porejemplo, de Na, Hg, la aceleracin debera ser inferior a 1/10 de la gravedad estndar.

NOTA La velocidad de rotacin permitida se puede determinar por:

- La medicin del flujo luminoso de la fuente de luz en funcin de la velocidad de rotacin.

- La medicin de la iluminancia en una posicin a lo largo del eje de rotacin de la fuente de luz, queno est sombreada por partes del portabombilla, en funcin de la velocidad de rotacin.

La velocidad de rotacin a la cual el flujo luminoso comienza a cambiar (usualmente a reducirse),no se debera exceder durante la medicin. Se requiere un movimiento uniforme de la cabeza del

fotmetro, sin vibracin. Para esto, el sistema mecnico tiene que estar bien balanceado.

5.4 CODIFICACIN ANGULAR

Para medir la iluminancia en una posicin definida de la cabeza del fotmetro, se deben ajustary medir dos ngulos. Se recomienda el uso de codificadores de ngulo absoluto, en donde noes necesario ajustar la posicin de arranque.

La posicin de ajuste se mantiene incluso despus de apagar la fuente de energa. Otrosmedios de codificacin angular, por ejemplo, los motores paso a paso, tambin estn en uso.La indicacin de los ngulos debera tener una precisin de aproximadamente 0,10.

5.5 MEDIDOR DE ILUMINANCIA

La exactitud de las mediciones de flujo luminoso hechas por medio de una evaluacin de ladistribucin de iluminancia se determina en forma decisiva por la calidad del medidor deiluminancia usado. Este medidor debera ser de muy alta calidad .

5.6 ADQUISICIN DE DATOS Y CLCULO DEL FLUJO LUMINOSO

En todos los goniofotmetros en donde el flujo luminoso se determina mediante la evaluacin de ladistribucin de la iluminancia, esta distribucin se mide sobre una superficie esfrica alrededor de lafuente de luz. En este caso, el flujo luminoso est dado por la ecuacin (8) como:

=

=

==

)A(

ddsin),(ErdAE

2

00

2 (9)

de donde

A Superficie de la esfera

E Iluminancia sobre un elemento de rea dA de la superficie de la esfera

r Radio de la esfera

ngulo polar

ngulo acimutal


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Cuando la fuente de luz o el detector se mueven continuamente durante una medicin, puedehaber cambios bastante grandes en la iluminancia en la cabeza del fotmetro debido a cambiosespaciales, o en el caso de bombillas de c.a., temporales en la salida. Por tanto, una medicinexacta de las bombillas de c.a slo es posible si la fuente de luz y la cabeza del detector estnestacionarias durante la medicin. Esto conduce a tiempos de medicin prolongados y por

tanto generalmente no es viable.

Los mtodos para la determinacin de la iluminancia "correcta", que es aplicable a un elementode rea definida o una direccin definida (caracterizada por los ngulos y ) son diferentes yno se pueden describir en una forma generalizada. En general, la exactitud de la medicin seve influenciada significativamente por los tamaos de paso angular , , las velocidadesangulares d y dt y d/dt y el tiempo de integracin de los medidores de iluminancia (paraalimentaciones de 50 Hz c.a usualmente > ms).

La integracin de iluminancia dada por la ecuacin (9) se puede llevar a cabo por:

- Integracin electrnica directa con visualizacin del flujo luminoso despus de laevaluacin de la distribucin de la iluminancia en toda la superficie de la esfera.

- Adquisicin de los valores de iluminancia medidos en todas las posiciones de lacabeza del fotmetro, almacenamiento de estos valores y evaluacin, porejemplo, por medio de un computador de escritorio.

En una integracin electrnica directa, la ponderacin de la iluminancia de acuerdo con el senode (vase la ecuacin (9)) usualmente se logra por medio de un potencimetro de leysinusoidal. En estos potencimetros, incluso en los componentes de precisin, pueden ocurrir

errores considerables a valores pequeos de , lo cual reduce la exactitud cuando se midenfuentes de luz con distribuciones de intensidad luminosa en pendiente. Por tanto, para tamaosiguales de paso angular, el clculo numrico ser usualmente ms exacto que la integracinelectrnica directa.

En el clculo numrico tambin es posible determinar los flujos luminosos parciales en algunassecciones del ngulo slido, por ejemplo, en el hemisferio superior o inferior separadamente.

5.7 LUZ PARSITA

Se recomienda evitar la luz parsita (luz que no alcanza a la cabeza del fotmetro directamentedesde la fuente de luz). Esto se puede evitar colocando el goniofotmetro en un cuarto oscuro.

Tambin es posible colocar una superficie de alta absorbencia detrs de la fuente de luz(como se aprecia desde la cabeza del fotmetro, la cual se mueve junto con la cabeza delfotmetro). La cabeza del fotmetro debera evaluar la luz desde el ngulo slido no ocupadopor la fuente de luz con la menor sensibilidad posible y esto se puede lograr colocando un tubodeflector de las dimensiones apropiadas, de color negro en la parte interior, en frente de lacabeza del fotmetro. Es posible medir la mayora de la luz parsita haciendo una medicinadicional del flujo luminoso con una pantalla negra que cubra la fuente de luz completamente,colocada entre la fuente de luz y la cabeza del fotmetro y en movimiento con la cabeza delfotmetro. El flujo luminoso medido de esta forma se debe solamente a la luz parsita y por lotanto se debera restar del valor medido sin la pantalla.

En la literatura existente se puede encontrar mayor informacin acerca de la eliminacin de luz

parsita en las mediciones de flujo luminoso con goniofotmetros.


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5.8 FLUJO LUMINOSO PERDIDO

Una fraccin de la luz que sale de la fuente de luz se puede oscurecer por las partesmecnicas del goniofotmetro en un ngulo slido pequeo, haciendo as que se pierda lacabeza del fotmetro.

Cualquier desestimacin del flujo luminoso que sale de la fuente de luz debido aloscurecimiento de las partes mecnicas se puede reducir cubriendo las partes sombreadas conuna capa de material de alta reflectancia.

Si la distribucin de la iluminancia en una porcin pequea y limitada del ngulo slido no sepuede medir debido a que la construccin del goniofotmetro no permite la colocacin de lacabeza del fotmetro en esta regin, entonces el flujo luminoso irradiado en l se pierde. Eneste caso, el resultado se puede corregir numricamente extrapolando la distribucin de lailuminancia dentro de esta regin del ngulo slido. Los mtodos para calcular el efecto delsombreado se encuentran en la literatura al respecto .

5.9 RESUMEN DE FUENTES DE ERROR

Las incertidumbres especficas en la determinacin del flujo luminoso a partir de la distribucinde la iluminancia surgen de:

- La deformacin de las partes mecnicas del goniofotmetro (marco, brazogiratorio).

- La incertidumbre concerniente a la distancia entre el rea de aceptacin de lacabeza del fotmetro y el centro de la revolucin.

- La incertidumbre con respecto a la posicin de la cabeza del fotmetro.

- La rotacin irregular.

- Pasos angulares demasiado grandes.

- Incertidumbre de medicin del medidor de iluminancia.

- Velocidad angular demasiado grande: influencia de la salida de luz de la fuente.

Para fuentes de luz de potencia de c.a: prevencin de la integracin temporal apropiada

del flujo luminoso.- Flujo luminoso perdido y ensombrecimiento.

- Luz parsita.

- Incertidumbre con relacin a la calibracin fotomtrica del patrn de calibracin.

- Inestabilidad de la fuente de luz u otras partes del sistema (por ejemplo:amplificador) durante la medicin.


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5.10 LISTA DE VERIFICACIN DE LA CARACTERIZACIN.

Con el fin de caracterizar los goniofotmetros para evaluar el flujo de luminoso a partir de ladistribucin de la iluminancia, se requieren los siguientes datos:

Construccin mecnica:

- Tipo de goniofotmetro.

- Dimensiones del goniofotmetro.

- Dimensiones mximas de las fuentes de luz que se pueden medir.

- Peso mximo de las fuentes de luz que se pueden medir.

Geometra:

- Distancia entre el centro de rotacin y la cabeza del fotmetro.

- ngulo (ngulo slido) no accesible.

- ngulo (ngulo slido) fuera de la luz parsita no est registrado por la cabezadel fotmetro.

Colocacin:

- Mtodo de codificacin angular.

- Resolucin.

- Mtodo de indicacin de la posicin de arranque.

- Posibles pasos angulares.

- Posibles velocidades de rotacin.

- Posibles desviaciones entre los ngulos indicados y los reales.

Medidor de iluminancia y procesamiento de datos:

- Errores del medidor de iluminancia usado

- Mtodo de adquisicin y procesamiento de datos.

- Datos sobre el computador usado.


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5.11 CALIBRACIN Y ENSAYO

5.11.1 Calibracin

Los goniofotmetros para la determinacin del flujo luminoso a partir de la distribucin de la

iluminancia usualmente se calibran por medio de bombillas patrn de intensidad luminosa. Lacalibracin se aplica al medidor de iluminancia usado en el goniofotmetro, para lo cual lailuminancia se calcula de la intensidad luminosa de la bombilla patrn por medio de la ley dedistancia fotomtrica.

5.11.2 Ensayo

Adems, el goniofotmetro se puede ensayar con tres mtodos diferentes:

5.11.2.1Bombilla patrn de flujo luminoso. Un goniofotmetro se puede ensayar o calibrar pormedio de una bombilla patrn de flujo luminoso. Si se est determinando la exactitud delgoniofotmetro, el flujo luminoso medido del patrn debera coincidir con el valor nominal del

patrn dentro de la incertidumbre establecida. Si el patrn se usa para calibrar elgoniofotmetro, la incertidumbre establecida del patrn de calibracin se debe agregar a lasotras incertidumbres involucradas al usar el instrumento para hacer mediciones de flujoluminoso.

Se recomienda que este procedimiento se realice al menos con tres bombillas patrn de flujoluminoso diferentes.

5.11.2.2Bombilla patrn de intensidad luminosa. El goniofotmetro tambin se puede ensayary calibrar por medio de una bombilla patrn de intensidad luminosa, si la cabeza del fotmetrodel medidor de iluminancia se mueve a una posicin en la que se conozca la intensidadluminosa de la bombilla patrn colocada en el centro del goniofotmetro. Para el ensayo, elpatrn de intensidad luminosa y la cabeza del fotmetro del medidor de iluminancia deberanpermanecer estacionarios, con el mecanismo impulsor del goniofotmetro interrumpido. Elmovimiento del goniofotmetro (fuente de luz, cabeza del fotmetro) se puede entonces simularmediante un programa de computador adecuado. El flujo luminoso resultante ser igual a 4srveces la intensidad luminosa de la bombilla patrn.

5.11.2.3Medidor de iluminancia calibrado. Tambin se puede ensayar el goniofotmetro mediante ladeterminacin de la responsabilidad s del medidor de iluminancia del goniofotmetro ,

S = Iph/E (10)

de donde

Iph fotocorriente producida por el medidor de iluminancia.

E iluminancia en el rea de aceptacin de la cabeza del fotmetro, calculada a partir de la intensidadluminosa de la bombilla patrn y su distancia a la cabeza del fotmetro.

La cabeza del fotmetro del medidor de iluminancia en el goniofotmetro, para la cual sedetermin la fotocorriente Iph durante la medicin de responsabilidad, se debera entoncesdesconectar y se debera suministrar la misma corriente desde una fuente de corrienteconstante.


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17

Entonces se debera hacer una secuencia de medicin. El flujo luminoso determinado de estaforma est dado por:

= 4 r2Iph/ s (11)

de donde

r distancia entre el centro de rotacin y el rea de aceptacin de la cabeza del fotmetro

s responsabilidad de acuerdo con la ecuacin (10)

Iph fotocorriente constante suministrada

Este ensayo incluye automticamente la influencia del ciclo del movimiento del goniofotmetro.

5.11.3 Intercomparacin

Un buen mtodo para hallar la incertidumbre de la medicin del flujo luminoso obtenido con ungoniofotmetro especfico es comparar los resultados para las mismas bombillas, medidas endiferentes laboratorios bien calificados. Una comparacin de los resultados de las medicionesen las mismas bombillas, obtenidos con fotmetros diferentes (por ej: un goniofotmetro y unfotmetro de esfera integradora), puede brindar informacin til .

6. MEDICIN CON UNA ESFERA INTEGRADORA


El flujo luminoso de una fuente de luz se puede medir en un fotmetro de esfera porcomparacin con una bombilla patrn de flujo luminoso. Al hacer la medicin, la fuente de luz yla bombilla patrn se colocan sucesivamente en el mismo lugar en la esfera integradora. Lailuminancia indirecta en la superficie de la esfera se toma como la medida del flujo luminoso.

Un fotmetro de esfera consta de una esfera integradora, una cabeza de fotmetro con unidadde lectura y, si es aplicable, medios para la adquisicin de datos, al igual que alimentacinelctrica para el equipo de medicin.

6.2 TEORA DE LA ESFERA

El flujo luminoso se puede medir en un fotmetro de esfera por comparacin con el flujoluminoso de una bombilla patrn de flujo luminoso. De acuerdo con la teora de Ulbricht, el flujoluminoso de la fuente de luz est relacionado con la iluminancia directa E inden la superficieinterna de la esfera integradora, por

Al

Eind

= (12)


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18

de donde

Eind iluminancia directa en la superficie interna de la esfera (por ejemplo, en el rea de aceptacin delas cabeza del fotmetro, ubicada a nivel con la superficie de la esfera.

reflectancia de la superficie interna de la esfera

A rea superficial de la esfera

El factor k, en donde

Al

k

= (13)

se conoce como el "factor de esfera". En la prctica, k se diferencia del valor terico dado por laecuacin (13), principalmente debido a que la esfera no est vaca durante la medicin. Por

esta razn, k no se puede calcular de acuerdo con (13), pero se debe determinar usando unafuente de luz de referencia (bombilla patrn de flujo luminoso).

Nind

N

Ek

,

= (14)

de donde:

N flujo luminoso de una bombilla patrn

Eind, N iluminancia indirecta del flujo luminoso, N

Entonces, de las ecuaciones (12) a (14), el flujo luminoso de la fuente de luz es:

Nind

indN

E

E

.

= (15)

6.3 MTODO ESPECTRAL

Un parmetro importante de una fuente de luz es el flujo radiante espectral e, a partir del cualse pueden calcular varias cantidades:

- Flujo luminoso.

- Flujo radiante.

- Flujo radiante efectivo para efectos fotobiolgicos

- Color (valores triestmulo, temperatura de color correlacionada)

- Propiedades de calidad del color (ndices de calidad de color especial (Ri) ygeneral (Ra)).


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19

El flujo radiante espectral de una fuente de luz se puede medir con un fotmetro de esferaintegradora, en donde la cabeza del fotmetro de evaluacin de V () se reemplaza por unmonocromador combinado con un detector apropiado. De esta manera se mide la irradianciaespectral Ee, ind, en lugar de la iluminancia indirecta Eind, en funcin de la longitud de onda.

Cuando las mediciones espectrales se usan de esta manera, la reflectancia espectral de lapared de la esfera y la responsividad espectral relativa de la cabeza del radimetro no influyenen los resultados. El efecto de una diferencia en las distribuciones de flujo espacial entre labombilla patrn y la fuente de luz por medir es el mismo que para las mediciones de flujoluminoso con un fotmetro de esfera integradora.

Se debe usar una bombilla patrn de flujo radiante espectral e, N

El flujo radiante espectral e, Xde una fuente de luz por medir se puede obtener de la relacin:

X

N

X

NeXe Y

s

l

Y

Y,

,

,

,,

)(

== (16)

de donde

s () responsabilidad espectral Y, N /e, Ndel radimetro de la esfera

Y, X seal de salida para la fuente de luz X a la longitud de onda

Y, N seal de salida para una bombilla patrn N a la longitud de onda

e, N flujo radiante espectral de la bombilla patrn N

El flujo luminoso x, de la fuente de luz por medir se puede calcular a partir del flujo luminosoconocido Ny la distribucin de potencia espectral relativa conocida SNde la bombilla patrn:

=

=0

,

0

,

0

,,,

)())(/(

)(

)()/(

dVsYK

dVS

dVYYS

Xm

X

NXN

NX

(17)

km 683 lm/W eficacia luminosa espectral mxima

Para el clculo de otras cantidades (no luminosas), se debe usar la responsabilidad espectralpertinente en lugar de V() en la ecuacin (17).

Los diferentes aspectos de un fotmetro de esfera integradora diferentes de los espectrales,que se describen en el numeral 5, se deben seguir teniendo en cuenta.

6.4 FOTMETRO DE CAJA

Tambin se puede hacer una comparacin del flujo luminoso de las fuentes de luz del mismo

tipo usando un fotmetro de caja, en el cual se usa una caja de forma arbitraria o cavidadrectangular, en lugar de una esfera integradora.


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20

6.5 ESFERA INTEGRADORA

6.5.1 Dimetro de la esfera

La esfera integradora debe tener un dimetro lo suficientemente grande para medir la fuente de

luz ms grande, con una distancia suficiente entre la fuente de luz y la pared de la esfera, parapermitir mltiples reflexiones adecuadas de la luz dentro de la esfera sin interferencia indebidade la propia fuente. Se recomienda que el dimetro de la esfera para bombillas compactas seade al menos 10 veces y para bombillas tubulares al menos el doble de la mayor dimensin dela fuente de luz. As, el dimetro de la esfera para medir bombillas fluorescentes de 1,5 mdebera ser 3 m (para mediciones menos crticas, un dimetro de esfera de 2 m sera suficientepara el mismo propsito). La seleccin del dimetro de la esfera tambin se determina por ladisipacin de la potencia de la fuente de luz por medir.

La responsabilidad del fotmetro de esfera vara con el cuadrado inverso del dimetro de laesfera.

La esfera integradora se debera hacer de tal forma que no entre luz parsita a sta desde el exterior.

6.5.2 Pintura de la esfera

La pintura para el interior de la esfera debera reflejar suficientemente en forma difusa y noselectiva, y no debera presentar luminiscencia. Puesto que el factor k de la esfera (vase laecuacin 13) se ve influenciado ms fuertemente por pequeos cambios relativos en lareflectancia espectral () en el caso de una reflectancia alta, se recomienda escoger unapintura con una reflectancia de alrededor de 0,8 . Sin embargo, se debe sealar que laspropiedades integradoras de la esfera se reducen con la reduccin de la reflectancia.

Las pinturas de esferas se consiguen comercialmente, para lo cual la funcin espectral () / (1 - ()se presenta como una funcin de la longitud de onda. La Figura 5 muestra un ejemplo de una pinturade esferas de este tipo, con una reflectancia de 0,8 en comparacin con un recubrimiento de sulfatode bario puro del tipo usado como un patrn de reflectancia difuso en la regin visible .

La esfera se debera pintar nuevamente al menos una vez al ao, dependiendo de la aplicaciny del medio ambiente, para mantener en un mnimo la influencia del envejecimiento y lacontaminacin.


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Pintura de esferas ( 0,8)

BaSO ( 0,95)4

700650600550500450400

1,0

0,9

0,7

0,8

0,5

0,6

0,4

nm

Figura 5. La funcin [() / (1 - ()]relde una pintura de esfera mejorada con 0,8en comparacin con una pintura de BaSO4con 0,95

6.5.3 Disposicin de la fuente de luz y la pantalla

Es conveniente montar una pantalla dentro de la esfera integradora, de manera que ningunaluz directa desde la fuente pueda alcanzar la cabeza del fotmetro.

Hay dos posiciones posibles para la fuente de luz.

a) Es usual colocar la fuente de luz en el centro de la esfera, orientada de maneraque caiga una cantidad mnima de luz directa sobre la pantalla. Las fuenteslineales, tales como los tubos fluorescentes, se deberan colocar de manera quesu eje coincida con la lnea cabeza del fotmetro-centro de la esfera. La pantallase coloca usualmente a una distancia igual a aproximadamente 1/6 del dimetrode la esfera (1/4, si la fuente de luz es pequea en comparacin con el dimetrode la esfera) lejos de la cabeza del fotmetro (vase la Figura 6). Es convenienteque sea lo suficientemente grande para evitar la iluminacin directa del rea deaceptacin de la cabeza del fotmetro por la fuente de luz, pero al mismo tiempolo ms pequea posible .

b) Para fuentes de luz fuertemente direccional, por ejemplo, LED o bombillas dereflectores, la fuente de luz se puede montar en la pared de la esfera con el reaque emite luz cercana a la cabeza del fotmetro. Una pantalla pequea impide lailuminacin directa de la cabeza del fotmetro por la fuente de luz (vase laFigura 7, ).

Se recomienda que la pantalla tenga la mayor reflectancia posible y que sea denaturaleza no selectiva y difusa.


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H

L S

F

d/6

d

L fuente de luz

S pantalla

F puerto de la esfera para la cabeza del fotmetro

H bombilla auxiliar con pantalla

D dimetro de la esfera

Figura 6. Disposicin para la medicin del flujo luminoso en una esfera integradora

S

F

L

U

L fuente de luz

F puerto de la esfera para la cabeza del fotmetro

S pantalla

U esfera integradora

Figura 7. esfera integradora para medir el flujo luminoso de las fuentes de luz

con una distribucin de intensidad luminosa fuertemente direccional


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23

El soporte de la fuente de luz debera tener las menores dimensiones posibles y la mayorreflectancia posible.

6.5.4 Influencias de los objetos en la esfera y la bombilla auxiliar

Todos los objetos en la esfera, por ejemplo, la pantalla o el portabombillas, influyen en elresultado de la medicin. Por tanto, deberan ser lo ms pequeos posibles. La propia fuentede luz tambin absorbe radiacin.

La influencia de los objetos en la esfera se puede determinar y corregir para hacer unamedicin con una bombilla auxiliar (vase la Seccin 6.9).

La bombilla auxiliar se debera colocar opuesta a la cabeza del fotmetro y debera iluminar lasuperficie interior de la esfera en forma difusa. Con este propsito, es conveniente colocar unapequea pantalla blanca al frente de la bombilla, para impedir la iluminacin directa de la fuentede luz que se va a medir. Si se usan bombillas incandescentes con un bulbo con reflector en laparte superior, entonces es posible que no se requiera una pantalla adicional.

El flujo luminoso de la bombilla auxiliar no debe cambiar con el tiempo.

6.6 MEDIDOR DE ILUMINANCIA

La medicin del flujo luminoso en un fotmetro de esfera implica la medicin de la iluminanciaindirecta sobre la pared de la esfera, que es proporcional al flujo luminoso de la fuente de luz.Para este propsito se requiere un medidor de iluminancia.

Es conveniente que el rea de aceptacin de la cabeza del fotmetro sea de un material conuna buena difusin, tal como vidrio opalino, y que est bien ajustado y a nivel con la paredinterna de la esfera. Para mantener la pantalla (vase el numeral 6.5.3) pequea, el tamao delrea de aceptacin tambin debe ser pequeo. Se recomienda el uso de una cabeza defotmetro con termostato. Las aberturas en la pared de la esfera usadas para colocar la cabezadel fotmetro deberan tener aproximadamente la misma altura que la fuente de luz.

Es conveniente usar una cabeza de fotmetro de alta calidad, ya que la exactitud de lasmediciones depende de esto. Es especialmente importante que la responsabilidad espectralrelativa se aproxime de cerca a la funcin CIE V () en los casos en que las bombillas que sevan a comparar tengan diferentes distribuciones de potencia espectral.

Puede ser conveniente hacer uso de un medidor de iluminancia con un atenuador de sealesempotrado. Esto permite que el valor visualizado durante la medicin de la bombilla patrn de

flujo luminoso se ajuste a su valor de flujo conocido, facilitando as una lectura directa del flujoluminoso de la bombilla que se va a medir.

Para mediciones de flujo luminoso con un fotmetro de esfera usando el mtodo espectral, seemplea un espectrorradiomtro en lugar de un medidor de iluminancia. Es preferible uninstrumento con lectura digital. Las reglas para ubicar el rea de aceptacin de la cabeza delradimetro son las mismas que las establecidas para la cabeza del fotmetro del medidor deiluminancia.

6.7 ADQUISICIN DE DATOS

El flujo luminoso de la fuente de luz por medir se puede leer directamente de la unidad de

visualizacin, si sta ha sido calibrada por medio de un control de ganancia incorporado. Paramediciones de rutina se recomienda usar una impresora para registrar el valor medido del flujo


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luminoso. Para este propsito, el aparato fotoelectrnico debera tener una salida de datosdigital. Para mediciones de rutina, es til el registro simultneo de la tensin y la corriente de labombilla, y la potencia disipada, adems del flujo luminoso, y el clculo y registro de la eficacialuminosa, en donde sea aplicable. Si se usa una calculadora, los valores pertinentes paragrupos de bombillas (media, desviacin estndar, falla en alcanzar el flujo luminoso mnimo)

tambin se pueden imprimir y almacenar.

6.8 BOMBILLAS PATRN DE FLUJO LUMINOSO

Los resultados de las mediciones de flujo luminosos hechos en el fotmetro de la esferamediante el principio de sustitucin sern correctos si la fuente de luz que se va a medir y labombilla patrn de flujo luminoso tienen:

- La misma dimensin y forma

- La misma distribucin espectral

- La misma distribucin de luz espacial

Si la fuente de luz por medir y la bombilla patrn se diferencian en una o ms de estaspropiedades, entonces pueden ocurrir errores de medicin.

La influencia de las diferentes distribuciones espectrales se puede eliminar, pero solamente cuandose den detalles completos de la respuesta espectral del equipo de medicin (incluida la cabeza delfotmetro y la pintura de la esfera) y las distribuciones de la potencia espectral de la fuente de luzmedida y del patrn. Es posible corregir la influencia de las diferentes dimensiones y formasmediante el uso de una bombilla auxiliar (vanse los numerales 6.5.4 y 6.9).

La mayora de patrones de flujo luminoso corresponden a las bombillas incandescentes, perose pueden usar como patrones otros tipos de bombillas.

Se recomienda usar al menos 3 bombillas patrn para calibrar los patrones de trabajo para usodiario. La calibracin de los patrones de trabajo con las 3 bombillas patrn se debera repetir aintervalos apropiados. De esta forma, se puede detectar fcilmente un cambio en alguno de lospatrones.

6.9 EJECUCIN DE LAS MEDICIONES

La temperatura ambiente se ajusta al valor establecido (usualmente 25 C). La bombilla patrnse coloca dentro de la esfera integradora y su valor medido es YN.

Se apaga la bombilla patrn, se enciende la bombilla auxiliar y se le da un valor YHN.

La fuente de luz que se va medir se coloca en el sitio de la bombilla patrn. Ahora la bombillaauxiliar registra un valor de YH.

Para cada medicin se debe tener en cuenta el perodo de estabilizacin de la fuente de luz.

El flujo luminoso de la bombilla por medir se puede calcular a partir del flujo luminoso Ndela bombilla estndar y los valores medidos usando


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H

HN

N

NY

Y

Y

Y= (18)

NOTA En casos excepcionales, el procedimiento de medicin establecido se puede simplificar:

Si la bombilla patrn es del mismo tipo y dimensin que la fuente de luz por medir, la bombillaauxiliar se puede omitir (YHN= YH).

Si las distribuciones espectrales de las fuentes de luz por comparar son del mismo tipo, ni laselectividad de la pintura de la esfera ni las inexactitudes en el ajuste espectral de la cabezadel fotmetro a la funcin V() influirn en la exactitud de la medicin.

Si la distribucin de luz de las fuentes por comparar es idntica en gran parte, entonces esposible usar otros tipos de cavidad (por ejemplo: cajas) en lugar de una esfera.

Si se va a medir una fuente de luz con una gran disipacin de potencia, se recomienda que latemperatura ambiente fuera de la esfera se ajuste a aproximadamente 24 C y estabilizar labombilla en la esfera con la puerta de sta abierta. Una vez que la bombilla haya alcanzadouna condicin estable, es conveniente cerrar la puerta y hacer la medicin cuando latemperatura interior de la esfera alcance los 25 C, como lo indica el termmetro.

6.10 ENSAYO Y CORRECCIN

6.10.1 Correccin de la influencia de la pintura de la esfera

El error causado por una pintura se puede eliminar por medio de un factor de correccin k

= meask (19)

de donde

meas valor medido de flujo luminoso de una fuente de luz del iluminante tipo Z.

k factor correccin para una fuente de luz de un iluminante tipo Z

=

0

0

0

01

d)(s)(l

)(S

d)(VS

d)(V)N(S

d)(s)(

)()N(S

k

rel

rel

(20)

de donde

S distribucin espectral de la fuente de luz por medir

S(N) distribucin espectral de la bombilla patrn de flujo luminoso

() reflectancia espectral de la pintura de la esferaV () eficiencia luminosa espectral


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S ()rel responsabilidad espectral relativa de la cabeza del fotmetro

6.10.2 Correcciones para mediciones de bombillas incandescentes

La influencia de la reflectancia espectral de la pintura de la esfera se puede lograr, en el casode las bombillas incandescentes, midiendo el flujo luminoso al igual que la intensidad luminosa,en la direccin definida de la bombilla por medir. Para la medicin se debera usar un medidorde iluminancia con un ajuste muy exacto V(), que se debera llevar a cabo como una funcinde la tensin de operacin de la bombilla. Si el factor k(U), en donde

k(U) = meas(U) / I(U) (21)

de donde

meas(U) valor medido del flujo luminoso a la tensin UI(U) intensidad luminosa a la tensin U

es independiente de la tensin de operacin U, la influencia de la reflectancia espectral de lapintura de la esfera se puede pasar por alto. Sin embargo, si k(U) vara con la tensin deoperacin de la bombilla, el valor del flujo luminoso medido measde la bombilla incandescentese puede corregir de acuerdo con:

= meask (22)

de donde

flujo luminoso de la bombilla incandescente

meas valor medido del flujo luminoso a una tensin U

K factor de correccin

de donde:

)U(I

)U(I)U(K

meas

meas

0

0

= (23)

U tensin de operacin de la bombilla incandescente para la cual se requiere la medicin del flujoluminoso.

U0 tensin de operacin de la bombilla incandescente para la cual tiene la misma temperatura dedistribucin que el flujo luminoso de la bombilla patrn.

Es posible determinar la tensin U0 para la cual la bombilla incandescente por medir tiene la

misma temperatura de distribucin que la bombilla incandescente usada como patrn de flujo


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luminoso con exactitud suficiente por mediciones de la temperatura de la relacin Trde ambasbombillas (relacin de azul a rojo).

Esta correccin se requiere con mayor frecuencia cuando se compara una bombilla halgenacon una bombilla incandescente no halgena.

6.10.3 Correccin para la medicin de bombillas fluorescentes

Una correccin de la influencia de la reflectancia espectral de la pintura de la esfera tambin sepuede aplicar cuando se miden bombillas fluorescentes.

Si una bombilla patrn de flujo luminoso fluorescente de tipo de iluminante N se usa para lamedicin del flujo luminoso de las bombillas fluorescentes, entonces el valor medido para unabombilla fluorescente de iluminante tipo Z se puede corregir por medio de un factor decorreccin determinado a partir de las mediciones de intensidad (iluminancia) luminosa (flujoluminoso relativo) en la bombilla patrn y en la bombilla que se va a medir.

Este mtodo de correccin tiene en cuenta la influencia de la reflectancia espectral de lapintura de la esfera, pero no la influencia de las diferentes formas y dimensiones de lasbombillas. El mtodo tiene una exactitud limitada debido a que la intensidad luminosa de unabombilla fluorescente no es constante en un plano perpendicular al eje de la bombilla.

6.10.4 Ensayo de estabilidad en el tiempo

La estabilidad en el tiempo de un fotmetro de esfera se puede ver influenciada por:

- Cambios con el tiempo en la reflectancia espectral de la pintura de la esfera, porejemplo: secado durante el uso continuo en el curso de un da, o cambiosinducidos por irradiacin UV (amarillamiento), al igual que por suciedad o polvo.

- Dependencia de la temperatura de la reflectancia espectral () de la pintura dela esfera.

- Fatiga de la cabeza del fotmetro.

- Dependencia de temperatura de la cabeza del fotmetro.

- Dependencia del tiempo del suministro elctrico y el equipo de medicin.

La estabilidad con el tiempo de un fotmetro de esfera se puede verificar por medio de unabombilla auxiliar con un flujo luminoso constante, tanto durante un da como durante un perodoms prolongado.

6.11 FUENTES DE ERROR

Los resultados de las mediciones de flujo luminoso hechas con un fotmetro de esfera sepueden ver influenciadas por:

- Distribuciones espectrales diferentes del patrn de flujo luminoso y la fuente deluz por medir.


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- Diferentes distribuciones de flujo luminoso espacial del patrn de flujo luminoso yde la fuente de luz por medir.

- Diferentes dimensiones y propiedades de absorcin del patrn de flujo luminosoy la fuente de luz por medir.

- Cambios en la reflectancia de la pared interna de la esfera (envejecimiento).

Durante las mediciones continuas la reflectancia de la pared interna de la esfera puede cambiardebido a la influencia de la temperatura (secado) durante el da.

Se recomienda que haya una bombilla encendida dentro de la esfera, cuando no est en uso,si es necesario mantener el fotmetro caliente.

La reflectancia puede cambiar debido a la contaminacin, en cuyo caso la influencia de lasuciedad usualmente es mayor en el hemisferio inferior que en el superior.

- Incertidumbre de la medicin de iluminancia.

- Inestabilidad de la fuente de luz durante la medicin (sin tener en cuenta elperodo de estabilizacin).

6.12 CARACTERIZACIN DE LOS FOTMETROS DE ESFERA

Los datos siguientes son necesarios para caracterizar los fotmetros de esfera:

- Dimetro de la esfera.

- Colocacin de pantallas y cualquier bombilla auxiliar.

- Datos sobre cualquier bombilla auxiliar (tipo, tensiones nominales, etc.)

- Funcin espectral () / (1-()) de la pintura de la esfera.

- Datos sobre el medidor de iluminancia usado.

- Detalles sobre adquisicin y visualizacin de datos.

- Datos sobre el menor flujo luminoso mensurable.

7. DETERMINACIN DEL FLUJO LUMINOSO POR MEDIO DE LA ILUMINANCIA, LAINTENSIDAD LUMINOSA O LA LUMINANCIA


Para cualquier fuente de luz dada, generalmente se puede suponer que hay proporcionalidadentre el flujo luminoso, la luminancia E sobre un elemento del rea en una posicin definidarelativa a la fuente de luz, la intensidad luminosa I en una direccin definida y la luminancia L

de una parte del rea luminosa de la fuente de luz en una direccin definida, en tanto que laposicin de la fuente de luz permanezca constante.


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= CEE = cII = cLL (24)

En este caso, el flujo luminoso de la fuente de luz particular se puede determinar midiendo E o Io L, siempre y cuando se determine el factor de proporcionalidad aplicable (cE, cI, cL).

Para algunas bombillas tambin se puede mantener una proporcionalidad entre y E, I o Lpara el tipo de bombilla, y no solamente para la bombilla individual (por ejemplo: bombillasfluorescentes).

7.2 MEDICIN Y CALIBRACIN

Cuando se mide el flujo luminoso por medio de la medicin de la iluminancia, la intensidadluminosa o la medicin de la luminancia, se debe fijar la geometra de la medicin para la cualse aplican los factores de proporcionalidad. En la actualidad no hay especificaciones aceptadasgeneralmente para esta geometra de medicin, pero usualmente se desarrollan para unaaplicacin particular.

En lo que concierne a la determinacin del flujo luminoso de las bombillas usadas en lasinstalaciones de alumbrado, la mayora de experiencia obtenida hasta el momento se relacionacon bombillas fluorescentes. Las mediciones muestran que hay una relacin estrecha entre laluminancia de las bombillas fluorescentes a una distancia de aproximadamente 20 cm de losextremos y el flujo luminoso .

Para mediciones relativas en una sola fuente de luz, la luz parsita con frecuencia no tieneimportancia (por ejemplo: cuando se mide la influencia de la temperatura ambiente en el flujoluminoso). Sin embargo, cuando se mide el flujo luminoso de bombillas fluorescentes eninstalaciones de alumbrado, utilizando la luminancia, se debe evitar la luz parsita de las partesde la luminaria o de bombillas adyacentes. Esto se hace mejor utilizando pantallas negrascolocadas adecuadamente, para proteger la bombilla y la luminaria que se mide, de cualquierbrillo en los alrededores o de bombillas adyacentes.

La calibracin de las instalaciones de medicin para la determinacin del flujo luminoso de lasfuentes de luz a travs de la medicin de la iluminancia, la intensidad luminosa o la luminancia,se debe realizar en un grupo representativo lo suficientemente grande de fuentes de luz del tipode deseado, para las cuales se conoce el flujo luminoso, y por medio de las cuales se puededeterminar el factor de proporcionalidad C (vase la ecuacin (24)). No es necesario hacer estopara mediciones relativas en una sola fuente de luz, por ejemplo, para la determinacin de lainfluencia de parmetros especficos como temperatura, disipacin de potencia y posicin.

7.3 CARACTERIZACINLas instalaciones para medir el flujo luminoso de las fuentes de luz por medio de una medicinde iluminancia, intensidad luminosa o luminancia, se deberan caracterizar por:

- El tipo de bombilla para el cual se usa la instalacin.

- La cantidad por medir.

- La geometra de la medicin y la disposicin para la medicin.

- El factor de proporcionalidad y su desviacin estndar.


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- Datos sobre el medidor de la iluminancia o luminancia usado.

8. CONDICIONES DE MEDICIN GENERALES

8.1 CONDICIONES DE OPERACIN

Todas las bombillas se deberan operar y medir, a menos que se acuerde algo diferente, bajo lascondiciones especificadas en las recomendaciones IEC y NTC pertinentes. Especficamente, sedebe establecer si las mediciones se van a hacer a tensin, corriente o potencia nominal. Estoasegura que dentro de la incertidumbre de medicin inevitable, los resultados se puedan compararcon los valores medidos en otros lugares.

Las instalaciones de medicin y operativas deberan influir lo menos posible en los valores delas cantidades que se van a fijar. En la evaluacin de las incertidumbres de las mediciones, esconveniente tener en cuenta las influencias inevitables.

Es conveniente hacer las calibraciones usando bombillas o equipos de medicin calibradosdirecta o indirectamente por comparacin con patrones reconocidos internacionalmente.

8.2 ENVEJECIMIENTO

Los parmetros de operacin de las bombillas cambian durante su tiempo de vida en gradosvariables. Los cambios son especialmente pronunciados durante la primera parte de su tiempode vida. Por tanto, para lograr suficiente repetibilidad en las mediciones, es necesario someterlas bombillas a envejecimiento.

La duracin del envejecimiento para los diferentes tipos de bombillas se especifica en lasrecomendaciones IEC y en las NTC pertinentes.

8.3 POSICIN DE QUEMADO

Es conveniente que la posicin de operacin de una fuente de luz cumpla con la recomendacinIEC y las NTC pertinentes, o con la especificacin establecida por el fabricante y apropiada para laaplicacin. La posicin de quemado se debe establecer en el reporte de medicin.

8.4 TEMPERATURA AMBIENTE

Es conveniente operar las bombillas de descarga durante la medicin en un cuarto sincorrientes de aire, de forma que el flujo de conveccin del aire circundante no se vea afectado.

La medicin fotomtrica se realiza usualmente a una temperatura ambiente de 25 C. Parafuentes de luz con un flujo luminoso que depende considerablemente de la temperatura, latolerancia de la temperatura debera ser 1 C, y para otras fuentes de luz debera ser 3 C.Si las mediciones se hacen a diferentes temperaturas ambiente, esta temperatura se deberaestablecer.

Es conveniente medir la temperatura con un termmetro con una resolucin de al menos 0,1 C. Lamedicin se debera hacer en un punto representativo localizado a aproximadamente la mismaaltura que la fuente de luz.

En el caso de un goniofotmetro, la distancia entre el sensor de temperatura y el centrofotomtrico de la fuente de luz por medir debera ser superior, en 0,5 m, a la mitad de la mayor

dimensin horizontal de la fuente de luz.


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Para fotmetros de esfera, el sensor de temperatura se debera colocar a una distancia de lapared de la esfera entre 20 cm y 1/3 del dimetro de la esfera. El sensor de temperatura debeestar protegido de radiacin de la fuente por medir.

8.5 VIBRACIN Y CHOQUE

Cuando se enciende la bombilla, sta no se debe someter a aceleraciones que excedan los 10 m/s 2(4-3 000 Hz) o cambios posicionales que excedan los 30 mm (hasta 4 Hz). Estas restriccionessern adecuadas para la mayora de bombillas.

8.6 PERODO DE ESTABILIZACIN

El propsito del perodo de estabilizacin es asegurar que todos los parmetros importanteshayan alcanzado una condicin estacionaria en el momento en que las mediciones comiencen.Durante el perodo de estabilizacin se deberan aplicar las mismas condiciones de operacinque durante la medicin. Es conveniente prestar atencin especial para evitar cambios en laposicin de quemado y en los parmetros de operacin especificados (por ejemplo: tensin,

potencia o corriente nominal). El perodo de estabilizacin requerido depende del tipo de fuentede luz y las condiciones de operacin. Esto se debera verificar inicialmente mediantemonitoreo de las lecturas. Se puede considerar que una fuente de luz se ha estabilizado sidejan de mostrar tendencia en una direccin particular.

NOTA Algunos tipos de luz parecen ser estables despus de un corto perodo inicial de funcionamiento y luego sesometen a cambios adicionales hasta alcanzar una nueva situacin estable. Estas fuentes se deben run up* hasta lacondicin de operacin final antes de hacer las mediciones.

8.7 MEDICIONES ELCTRICAS

8.7.1 Incertidumbre de la medicin

Las diferencias en los resultados de las mediciones fotomtricas con frecuencia se deben a erroresen la medicin o ajuste de los parmetros elctricos. Para bombillas incandescentes que operan enc.a o c.c, la incertidumbre del equipo de medicin elctrica no debera exceder el 0,1 %. En el casode bombillas de descarga operadas con c.a, la cifra correspondiente es 0,2 %.

NOTA Para bombillas incandescentes, un cambio del 1 % en la tensin provoca un cambio de 4 % aproximadamente enel flujo luminoso. El mismo cambio en la corriente provoca un cambio del 8 % en el flujo luminoso.

Debera establecerse cul de los parmetros por medir (tensin, corriente, potencia) se debemantener constante y qu otras condiciones se deben cumplir.

8.7.2 Fuente de alimentacin y modo de operacin

Normalmente es posible medir la c.c con ms exactitud que la c.a, ya que para esta ltimatanto la fuente de luz como los instrumentos de medicin elctrica estn influenciados por unnmero de variables, tales como frecuencia, forma de onda y desplazamiento de fase. Debidoa la fuerte dependencia de las cantidades fotomtricas con relacin a los parmetros elctricos,las fuentes de alimentacin usadas deberan ser lo ms estables posibles.

La forma de onda de las fuentes de alimentacin de c.a deberan ser exactamente sinusoidales, conun mnimo de armnicas en otras frecuencias.


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8.7.3 Alambrado

El alambrado, los balastos y los instrumentos de medicin elctrica se deberan colocar, y si esnecesario, equipar con una pantalla, de manera que se evite cualquier influencia de camposexternos. Para la medicin de tensin o potencia de la bombilla, se recomienda el uso de un

portabombillas construido especialmente.

El portabombillas especial debera tener cuatro contactos, dos para el suministro de corriente(IL) y dos separados para la medicin de la tensin de la bombilla (U L) directamente en elcasquillo de sta. Un portabombillas de cuatro electrodos reduce a cero el error de medicin detensin, debido que no fluye corriente mensurable a travs de los contactos de medicin,cuando se una un voltmetro digital de alta impedancia.

8.7.4 Ejecucin de las mediciones elctricas

Cuando se hacen mediciones de potencia, o tanto de corriente como de tensin, slo sonposibles dos disposiciones. La corriente medida por el ampermetro debe incluir la corriente a

travs del voltmetro, o la tensin medida por el voltmetro debe incluir la cada de tensin atravs del ampermetro. Debido a la alta impedancia de los voltmetros electrnicos modernos,generalmente se prefiere el primer montaje. Sin embargo, si la corriente a travs del voltmetroes significativa, ser necesario aplicar la correccin apropiada (vanse las recomendaciones enlas normas IEC pertinentes).

La capacidad del circuito puede influir en los resultados, especialmente si ocurren frecuenciasmayores, como en el caso de las bombillas de vapor de sodio a baja presin. Los errores depuesta a tierra pueden influir sustancialmente en las mediciones.

Para mediciones de c.a en bombillas de descarga, los instrumentos deben ser de tipo de valoreficaz real para tener en cuenta apropiadamente las armnicas. Cuando se miden bombillas dedescarga a alta frecuencia, se deben usar mtodos e instrumentos especiales .

8.7.5 Circuito de medicin

En el caso de las bombillas de descarga, las recomendaciones IEC o NTC correspondientesespecifican los circuitos para las fuentes de luz que se van a medir.

8.8 BALASTOS

Las mediciones en las bombillas de descarga se deben hacer con balastos de referencia, amenos que la bombilla sea controlada por corriente o potencia en lugar de tensin. Si se usan

otros balastos (por ejemplo, mediciones en luminarias), el balasto usado se debera indicar enel reporte de medicin.

8.9 TENSIN DE ALIMENTACIN

De preferencia, las mediciones en bombillas incandescentes se deberan llevar a cabo con unafuente de c.c, debido a la mayor exactitud de las mediciones elctricas. Generalmente las bombillasde descarga se tienen que operar con c.a.

La tensin de alimentacin durante envejecimiento debera ser estable dentro de 0,5 %,durante la medicin dentro de 0,1 % y para calibraciones con bombillas incandescentes comopatrones, dentro de 0,02 %.


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33

El contenido armnico total del suministro de c.a no debera exceder el 3%. Para la operacinde bombillas de alta presin con una alta proporcin de potencia reactiva, el suministro depotencia se debera escoger de manera que se pueda cumplir la potencia reactiva requerida.

El contenido armnico total se define como la suma de valor eficaz de los componentes

armnicos individuales usando la fundamental como el 100 %.

NOTA Esto implica que la fuente de suministro debe tener una impedancia suficientemente baja en comparacincon la impedancia del balasto y es necesario prestar atencin para que esto se aplique en todas las condiciones demedicin.

9. REFERENCIAS

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stimmung mit dem Goniophotometer Licht-Forschung 2 (1980) No. 1, p. 2729

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36

APNDICE

PLANOS DE MEDICIN

En general, la distribucin de la intensidad luminosa de las fuentes de luz (bombillas oluminarias) se mide en varios planos. El nmero de curvas de distribucin de la intensidadluminosa y la seleccin de los planos de medicin dependen del tipo de fuente de luz y su uso,al igual que del tipo de goniofotmetro. De la gama de planos de medicin posibles, tressistemas han probado ser especialmente tiles.

PLANOS de A (vase la Figura 1)

La totalidad de los planos de A es el grupo de planos para los cuales la lnea de interseccinatraviesa el centro fotomtrico paralelo al rea de emisin y perpendicular al eje supuesto de lafuente de luz.

NOTA El sistema de planos de A est unido rgidamente a la fuente de luz y sigue su inclinacin si la fuente de luzest inclinada.

A=20

A=40

Lnea de interseccin

Eje de la fuente de luz

Figura 1. Planos de A


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PLANOS DE B (vase la Figura 2)

La totalidad de los plano de B es el grupo de planos para los cuales la lnea de interseccinpasa a travs del centro fotomtrico y es paralelo al eje supuesto de la fuente de luz, y esperpendicular a la lnea de interseccin de los planos de A.

NOTA El sistema de planos de B est unido rgidamente a la fuente de luz y sigue su inclinacin si la fuente de luzest inclinada.

A=20A=40

Lnea de interseccin yeje de la fuente de luz

Figura 2. Planos de B

PLANOS DE C (vase la Figura 3)

La totalidad de planos de C es el grupo de planos para los cuales la lnea de interseccin es la

vertical a travs del centro fotomtrico.Nota: el sistema de planos de C generalmente est orientado rgidamente en el espacio y nosigue una inclinacin en la fuente de luz. La lnea de interseccin de los planos de C es sloperpendicular a las lneas de interseccin de los planos de A- y B para inclinacin cero de lafuente de luz.

En algunos casos, tambin se hace referencia a la totalidad de los planos de C como al grupode planos cuya lnea de interseccin es la lnea de interseccin de A0y B0(vase la Figura 4).En este caso, el sistema de planos de C tambin est unido rgidamente a la fuente de luz(como en el caso de los planos de A y B).


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45

C=90

270C

C225C180

90C

45C

C0

Eje de la fuente de luz

Lnea de interseccin(perpendicular a losplanos de medicin)

Figura 3. Planos de C (ngulo de inclinacin de la luminaria)

C270

C225

C180

4590C

C45

C0

C=90Eje de la fuente de luz

Lnea de interseccin(de los planos A - B )0 0

Figura 4. Planos de C unidos rgidamente a la fuente de luz

SUPERFICIES CNICAS (vase la Figura 5)

Para algunos goniofotmetros, es conveniente medir las curvas de distribucin de intensidadluminosa en ngulos polares constantes, y describir los resultados como curvas en superficiescnicas. El eje del cono corresponde a la lnea de interseccin de los planos de C.


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Fuente de luz

Distribucin de laintensidad luminosa

C

Figura 5. Superficies cnicas

SMBOLOS PARA NGULOS PLANOS

Los ngulos de inclinacin de los planos se designan mediante un ndice. Los ngulos deinclinacin de los planos de A y B se toman desde -180 a travs de 0 hasta 180, los de losplanos de C desde 0 hasta 360 C (semiplanos). El ngulo de abertura de las superficiescnicas se mide con relacin a la lnea de interseccin de los planos de C.

Se usan los siguientes smbolos (para los smbolos de los ngulos, vanse las Figuras 1-5):

- Los ngulos en el plano de A tienen el smbolo y se miden desde la lneaperpendicular a la lnea de interseccin de los planos de A.

- Los ngulos en los planos de B tienen el smbolo y se miden desde la lneaperpendicular a la lnea de interseccin de los planos de B.

- Los ngulos en los planos de C tienen el smbolo y se miden desde la lnea deinterseccin de los planos de C en direccin descendente.

- Los ngulos en las superficies cnicas tienen el smbolo C y se miden desde elplano de C0.

Los ngulos de inclinacin de los planos se agregan como ndices a los planos pertinentes.

RELACIONES

Una direccin determinada en cada sistema de planos se caracteriza por dos ngulos:

- Un ngulo en un plano o superficie cnica.


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- Un ngulo para la inclinacin del plano o superficie cnica.

La Tabla 1 ilustra los smbolos para ngulo usados en los diferentes sistemas de planos.

Tabla 1. Smbolos de ngulos

Sistema ngulo en el plano ngulo del plano inclinadoPlanos de APlanos de BPlanos de C

Superficies cnicas

C

ABC

Las ecuaciones de conversin enumeradas para la Tabla 2 se mantienen para los ngulos dela Tabla 1.

Tabla 2. Ecuaciones de conversin para sistemas de planos

Direccin ngulo de inclinacindel plano

ngulo en el plano

Dada DeseadaA,A, B, B, C, C,

B, C,

A, C,

A, B

tan B = tan /cos Atan C = tan /sen Atan A = tan /cos Btan C = sen B /tg tan A = cos C.tg tan B = sen C.tg

sen = sen A . cos cos = cos A . cos sen = sen B . cos cos = cos B . cos sen = sen C . sen sen = cos C . sen

DOCUMENTO DE REFERENCIA

INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION. The Measurement of Luminous Flux.1st. Edition Vienna: CIE, 1989, 50 p. (CIE-84).

ntc5109 medición flujo luminoso

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