Consideraciones sobre el lumen! Valores máximos de los datos fotométricos

En el sector de la ingeniería de audio, más de uno está acostumbrado a que las especificaciones de potencia de los altavoces o amplificadores prometen un aparato de gran potencia, y luego durante la prueba de audición suenan más como una radio de transistores. Esta tendencia también ha llegado al sector de iluminación. Los siguientes ejemplos muestran cómo se pueden conseguir «valores máximos».

Búscalo en Google

Empecemos con un ejemplo sencillo: con nuestro luxómetro hemos medido la iluminancia y conocemos el ángulo de haz del foco y la distancia del foco al luxómetro. Hoy en día ya no se consulta un libro, ya que todo lo encontramos en internet. Así que buscamos en Google un «conversor de lux a lumen» y, por supuesto, encontramos varias.
Dicho y hecho, en la primera página de aciertos introducimos los datos, por ejemplo, 150 lx a una distancia de 15 m con un ángulo de haz de 58°. La página web nos calcula un flujo luminoso de 26.587 lm. Así de sencillo. Pero ahora hagamos una comparación y consultemos otra de las páginas web con un «conversor de lux a lumen». Esta página web nos da como resultado 32.578 lm. Es decir, una diferencia de 5.991 lm entre una página web y otra.
Y aquí surgen las dudas. ¿A qué se debe esta diferencia?

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Si profundizamos un poco en el tema, vemos que se utilizan estas fórmulas:

Página web a) Flujo luminoso Φ (lm) = l (cd) × Ω,             siendo Ω = 2π × (1 − cos(α/2))
Página web b) Flujo luminoso Φ (lm) = E (lx) × A (m²),    siendo A = (d² × π)/4; d/2 = r × tan(α/2)

En realidad, ambas fórmulas deberían dar el mismo resultado si se utiliza I (cd) = E (lx) × r².

Sin embargo, los cálculos arrojan valores diferentes, porque en un caso el cálculo se realiza a partir del ángulo sólido, que utiliza el área iluminada en una superficie esférica del ángulo sólido, mientras que en el otro caso se utiliza el área de una proyección plana. A medida que aumenta el ángulo del haz, la superficie plana aumenta mucho más que la superficie esférica. En el caso extremo, como sucede con un ángulo de haz de 180°, la superficie plana se hace infinita, mientras que la superficie de la esfera es finita a 180°.

Los valores utilizados en nuestro ejemplo dan como resultado una superficie esférica (A) de 177,25 m² perteneciente al ángulo sólido. Por su parte, la superficie plana (B) es de 217,188 m². Si tomamos el otro valor en cada caso y lo introducimos en las fórmulas anteriores, obtenemos los mismos resultados.

Fórmulas simplificadas de la web

Al margen de las variaciones de superficie, en las páginas web se utilizan fórmulas simplificadas que ignoran por completo la distribución de la luz sobre la superficie iluminada. Cuando hablamos de ángulo de haz sin dar más explicaciones, suponemos que se trata de un ángulo de valor medio («beam angle» en inglés). Es decir, el ángulo de haz es el ángulo en el cual la intensidad luminosa es solo el 50 % de la intensidad luminosa máxima, que suele estar en el centro. En cambio, las fórmulas simplificadas presuponen que la luminosidad es constante en toda la superficie. Por tanto, el uso de las prácticas páginas de conversión que se encuentran en internet nos sirve más bien como una estimación aproximada. En este sentido, resulta más útil comparar la potencia eléctrica de un foco. Si aun así quieres utilizar tus valores de iluminancia (medidos en lux) para obtener el flujo luminoso, puedes utilizar la integración numérica. También existen fórmulas para este caso, véase por ejemplo aquí.

Se puede utilizar la integración numérica para calcular el flujo luminoso de conos de luz con simetría rotacional partiendo de los niveles de iluminancia. La simplificación o la simple multiplicación dan como resultado valores más altos.

Aunque no dispongas de una esfera integradora o un fotogoniómetro, se puede medir el flujo luminoso utilizando un luxómetro y la integración numérica. Además, son mucho más precisos que las fórmulas simplificadas que encontramos en internet.

Sin prisas

Si el fabricante entrega su foco a un instituto de medición acreditado para que recopile los datos fotométricos, puedes estar seguro de que los valores se determinarán correctamente. La mayoría de los fabricantes de focos que prestan sus servicios al sector de eventos han adquirido un fotogoniómetro y/o una esfera integradora para impresionar al usuario con un gran número de resultados de medición para una amplia variedad de configuraciones de focos. Algo que ha irrumpido en nuestro sector con la introducción del LED como fuente de luz es realizar mediciones inmediatamente después de encender o de instalar el foco de luz. El tiempo es oro. En este punto entra en juego una característica del LED: la luminosidad disminuye exponencialmente al aumentar la temperatura. En la práctica, en el sector de eventos a menudo el flujo luminoso y la iluminancia se miden inmediatamente después del encendido. Lo correcto sería esperar hasta que el foco esté en un estado estable. Sin embargo, a menudo pasa más de media hora antes de poder pulsar el botón de medición. Algunos focos, por ejemplo, nunca alcanzan un estado estable, sino que alternan entre dos estados, lo que no augura una buena gestión de la temperatura.

En este ejemplo, el flujo luminoso disminuye rápidamente en poco tiempo hasta que entra en funcionamiento la ventilación. Una vez transcurridos más de 3.000 segundos, es decir, unos 50 minutos, la refrigeración del ventilador ya no es suficiente y la electrónica de protección de la placa LED atenúa el LED. De esta forma, se enfría hasta tal punto que al poco tiempo se autocalibra. Este proceso se repite sin cesar y el foco nunca alcanza una luminosidad constante.

Cuidando hasta el último detalle…

Esto es casi como en los Juegos Olímpicos. En la competición por la lámpara más brillante, el foco se optimiza para la medición. Los focos también varían de brillo debido a las fluctuaciones de los chips LED. Por tanto, es legítimo elegir los más brillantes de entre todos los fabricados para quedar por delante de la competencia. La medición resulta menos atractiva si, en la muestra de comparación o en el aparato que se va a medir, se deja el filtro UV/IR delante de la lámpara, como en las lámparas de descarga, por ejemplo. Lo mismo si se retiran los módulos intercambiables, como el módulo de gobos, para proceder a la medición. Todo esto puede añadir algún punto porcentual, al igual que encontrar el ajuste de enfoque zoom más luminoso, lo cual, una vez más, es perfectamente legítimo. Solo el hecho de que los ventiladores funcionen a favor o en contra de la convección natural puede mejorar o empeorar el resultado de la medición en un 2,8 %. Para cada medición, debe describirse detalladamente el estado de la lámpara.

Ángulo de dispersión

Podemos abarcar desde muy estrecho hasta muy ancho, destacaba un fabricante al indicar en su folleto los ángulos de haz. Sin embargo, este dato no se pudo comprobar hasta que se aportó más información. El ángulo de haz estrecho se indicaba con un ángulo de valor medio («beam angle» en inglés) y el de haz ancho con un ángulo de valor 1/10 («field angle» en inglés). Aparte de que en este caso se mezclaron peras con manzanas, los ángulos también pueden medirse de forma diferente y el resultado de la medición no tiene por qué corresponderse con lo que vemos con nuestros ojos. Tomemos, por ejemplo, un foco con zoom, un foco profile o una cabeza móvil spot. Si proyectamos el cono de luz perpendicularmente a una pared, lo normal es que saquemos el metro plegable y midamos el cono de luz de un borde al otro. Conociendo la distancia al foco, es bastante fácil calcular el ángulo del haz por trigonometría. Pero en la mayoría de los casos, este ángulo probablemente no será el ángulo de haz indicado en los datos fotométricos. Esto se debe a que si se define el concepto de ángulo de haz como el ángulo de 50 % o ángulo de valor medio, hay que especificar el ángulo incluido en un cono de luz con una luminosidad del 50 % respecto a la luminosidad más intensa, que no suele estar en el borde de un foco profile de haz concentrado. Por regla general, la luminosidad suele ser inferior al 50 % dentro del círculo luminoso. Ahora vamos a seguir midiendo. Una vez que hemos recorrido la pared con el metro plegable para medir la distancia hasta el borde o diámetro, ahora podemos utilizar un luxómetro y medir dónde se encuentran los puntos del 100 % de intensidad, del 50 % y, por último, del 10 % para el ángulo de valor 1/10. Hay que tener en cuenta que el luxómetro debe estar siempre alineado perpendicularmente a la fuente de luz, de lo contrario el error de ángulo del luxómetro influirá demasiado en la medición. Además, la distancia a la fuente de luz aumenta al alejarse del centro, lo que, por supuesto, también influye, porque según la ley de la distancia, la luminosidad disminuye el cuadrado de la distancia respecto a la fuente de luz. Por este motivo, las curvas de distribución de la luz o los ángulos del haz suelen determinarse con una plataforma giratoria, de modo que a) la distancia al sensor de luz sea siempre la misma y b) el sensor de luz esté siempre colocado perpendicularmente a la fuente de luz. Ahora bien, hay que cumplir una condición previa importante. La ley fotométrica de la distancia establece, a grandes rasgos, que se requiere una distancia mínima entre el foco y el sensor de medición para lograr una determinada precisión en la medición, que depende del tamaño de la superficie emisora de luz del foco y del ángulo del haz previsto. Hasta ahora nos hemos limitado exclusivamente a los conos de luz ideales con simetría rotacional. En otras palabras, hemos analizado la sección simple a través del eje del cono de luz. Aparte de los haces de luz asimétricos de los proyectores mencionados anteriormente, en su día ya se observó la influencia de la base o del cuerpo de vidrio portaelectrodos en el patrón luminoso de las lámparas halógenas y de descarga. Por este motivo, los estadounidenses propusieron desde el primer momento utilizar un diagrama de iso-iluminancia para evaluar la distribución de la luz, mediante su norma ANSI E1.9, que establecía una intensidad del 3 % como última línea y las siguientes gradaciones en pasos de 10.

La medición del ángulo de haz con la plataforma giratoria corresponde a la superficie esférica del ángulo sólido. Además, el sensor está correctamente alineado y la distancia al sensor es constante.

Por otra parte, la medición lineal del ángulo de haz corresponde en la práctica al comportamiento de la proyección, del mismo modo que el foco proyectará la luz sobre el escenario. Sin embargo, habría que alinear siempre el sensor con la fuente de luz y compensar la variación de la distancia. Este método no es práctico para focos de haz ancho, como un softlight.

La curva de distribución de luz de este foco profile de haz concentrado muestra claramente que el ángulo de 50 % o de valor medio no corresponde a la zona de borde recortado tal como lo ve el ojo humano.

Diagrama isográfico de distribución de la luz propuesto según ANSI E1.9. A diferencia de la curva de distribución de la luz, aquí también se aprecia la influencia de las bases o de los patrones luminosos sin simetría rotacional, pero solo es adecuado para focos de haz medio a estrecho.

Definición de ángulo de haz:
       Ángulo de haz de valor medio = ángulo del 50 % («beam angle» en inglés);
       Ángulo de campo de valor 1/10 = ángulo del 10 % («field angle» en inglés);
       Ángulo de corte = ángulo del 3 % («cutoff angle» en inglés).

Luxómetro o esfera integradora

Muchas empresas de iluminación y locales de eventos ya utilizan luxómetros. Con la llegada del LED, estos medidores se actualizaron en su mayoría para contrarrestar también el error de medición causado principalmente por el pico azul del LED de luz blanca y el filtro de espectro visible. Consulta también aquí. De vez en cuando, también se utiliza un espectrómetro. Y también en este caso, en el espectrómetro portátil recién calibrado se muestran resultados de medición distintos de los que se pueden leer en los datos fotométricos del foco. No hay mala voluntad en esto, pero con el dispositivo portátil se mide, por ejemplo, las coordenadas de cromaticidad (x/y o u′/v′) o la temperatura de color más cercana en Kelvin (CCT) solo en un punto de un círculo de luz. Lamentablemente, para realizar mediciones comparativas, habría que determinar con precisión la posición de la medición en el cono de luz para obtener valores reproducibles. En el peor de los casos, un desplazamiento de unos pocos centímetros es suficiente para obtener valores diferentes. Si nos vamos a la zona periférica, que ya se distingue visualmente del centro, resulta aún más claro. Por esta razón, las coordenadas de cromaticidad o temperaturas de color se suelen medir con una esfera integradora, a fin de incluir todas las zonas y poder compararlas con otros focos. Así, aunque el centro del cono de luz registre la formidable temperatura de color de 3.200 K, la ficha técnica solo menciona 3.078 K porque la zona rojiza de los bordes en la esfera integradora también contribuye al resultado de la media.

Dependiendo de dónde coloques el dispositivo portátil de medición en el cono de luz (A-D), obtendrás resultados de medición diferentes en cada caso. Por lo tanto, para realizar una medición comparativa, la medición con la esfera integradora es más adecuada ya que iguala los errores de posicionamiento al tener en cuenta todos los haces de luz. Además, también obtienes valores, como la temperatura de color o las coordenadas de cromaticidad, que no se corresponden con los medidos, por ejemplo, en el centro del foco, tal y como se aplica en la práctica.

Rock and roll vs. arquitectura

Pero para que quede claro, la luminotecnia y los datos fotométricos son básicamente datos fiables que se pueden utilizar para calcular y planificar. Los métodos de medición están recogidos en normas DIN, han sido probados durante décadas y constituyen una base fiable para la planificación. Al menos así ocurre en la arquitectura. En el campo de la arquitectura, la iluminación de edificios, calles, hoteles, etc. se planifica y simula por completo mucho antes de presentar el pliego de condiciones de los focos.

En el sector de eventos es muy diferente. Por lo general, los ambientes de iluminación se desarrollan orgánicamente durante las pruebas de iluminación y se selecciona el equipamiento según la experiencia de cada uno.

Uno ya sabe lo que puede esperar de un foco de 1,2 kW. Con las bombillas LED, la potencia indicada de la bombilla ya no tiene nada que ver con la experiencia que uno tenga. En este caso, la indicación del flujo luminoso Φ en lúmenes (lm) es ahora el criterio de referencia para describir la luminosidad del foco. Sin embargo, mientras no exista un sistema de medición uniforme en el sector de eventos, solo cabe recomendar que se realice una comparación directa de los focos en cuestión.

Teniendo en cuenta las posibles discrepancias en los datos fotométricos en el sector de eventos, sigue siendo aconsejable realizar una comparación directa de los focos para comprobar por uno mismo que el flujo luminoso mencionado, mucho más alto, también se refleja en el patrón luminoso.

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