Lumen, una perspectiva humana

Una característica importante de las luminarias es el flujo luminoso, expresado en lúmenes. Pero, ¿qué es el lumen? En un artículo anterior, comparábamos el flujo luminoso de una lámpara con el caudal de agua de un grifo, y en esta analogía tan sencilla, el lumen correspondía entonces al caudal. Abrir o cerrar más el grifo era como atenuar o encender más la lámpara. En este artículo lo explicamos un poco más científicamente y lo relacionamos con la sensibilidad del ojo.

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La luz visible y el espectro electromagnético

La luz es radiación: ondas electromagnéticas que contienen cierta cantidad de energía. Sin embargo, la luz visible es sólo una pequeña parte del espectro electromagnético, situada entre las ondas cortas (de alta frecuencia), como los rayos X y la radiación ultravioleta, por un lado, y las ondas más largas (de baja frecuencia), como los infrarrojos, las microondas y las ondas de radio, por otro.

Por tanto, para determinar la cantidad de luz emitida por una lámpara, tenemos que medir cuánta energía se emite en la parte visible.

El delicado ojo humano

En este caso, la sensibilidad del ojo humano también es importante. Nuestros ojos detectan la luz y el color gracias a los conos: son células sensibles a la luz situadas en nuestra retina, en la parte posterior del ojo. Existen 3 tipos de conos, cada uno sensible a un color de luz diferente. La respuesta de los conos (y su interpretación en nuestro cerebro) proporciona la visión fotópica, y funciona con un buen nivel de iluminación, por ejemplo durante el día.

Cuando hay poca luz, nuestra visión es posible gracias a los bastones, que también se encuentran en nuestra retina. Los bastones no distinguen los colores. Es la visión escotópica, que nos permite ver con poca luz, por ejemplo de noche. La visión escotópica no percibe los colores.

La definición de lumen

La CIE (Comisión Internacional de Iluminación) ha definido una función oficial de sensibilidad ocular fotópica.
 

 
Esta curva muestra que el ojo humano es más sensible en la parte verde del espectro. La sensibilidad máxima se sitúa en las ondas electromagnéticas con una longitud de onda de 555 nm (nanómetros, la millonésima parte de un milímetro).

La definición de lúmenes está directamente relacionada con esto: por definición, un haz de luz monocromática verde con una longitud de onda de 555 nm tiene un rendimiento de 683 lúmenes/vatio.

Se trata de la constante Kcd : 683 lm/W. Es una de las siete constantes utilizadas en el sistema métrico para describir nuestro universo. La particularidad de esta constante es que es la única que está directamente relacionada con los seres humanos y nuestra forma de ver el mundo.

La unidad lumen se define así como la potencia emitida por una fuente luminosa multiplicada por la función de sensibilidad del ojo fotópico.

¿Por qué 683 lúmenes por vatio?

Un haz de luz monocromática verde con una longitud de onda de 555 nm y una potencia de 1 vatio tiene, por definición, un flujo luminoso de 683 lúmenes». Este valor, definido arbitrariamente, es el resultado de métodos históricos anteriores de imposición de un valor normalizado para el flujo luminoso.

Los primeros métodos de calibración para caracterizar la luminosidad de una fuente luminosa funcionaban con velas normalizadas de un peso y un material determinados.

Para ser más precisos, desde 1933 el flujo luminoso se calibraba utilizando un emisor negro con platino solidificado (a una temperatura de 1773°C). Pero como esto no era muy práctico, y gracias a los avances en radiometría, en 1979 se adoptó la definición actual. Se eligió el valor de 683 lm/W para que los valores medidos resultantes correspondieran a la antigua definición.

La luz más eficiente

La consecuencia de esta definición de lúmenes, utilizando esta curva, es que la luz verde es la luz más eficiente. Si emitimos la misma cantidad de energía con luz roja, el flujo luminoso es sólo la mitad, porque el ojo es sólo la mitad de sensible a ella.

Lo mismo ocurre con la luz azul. Un ejemplo práctico de ello es una variante de la luminaria E2-ATEX de ETAP, que emite luz azul. Esta luminaria ilumina con una luz azul muy destacada los lugares donde se realizan duchas oculares en la industria química. 
 

Con un consumo de 44 vatios, esta luminaria tiene un flujo luminoso azul de 1100 lúmenes, es decir, un rendimiento de 25 lm/W. Esto puede parecer bajo, pero se explica si se tiene en cuenta que la luminaria sólo emite luz azul con una longitud de onda entre 450 y 465 nm, como se muestra en la curva.

Por tanto, la lámpara de mayor rendimiento que teóricamente se podría construir sólo emitiría luz verde monocromática a 555 nm, y tendría un rendimiento máximo de 683 lm/W. En cuanto se emita luz en un espectro más amplio, la eficiencia descenderá automáticamente. Esto también explica por qué los dispositivos con un valor CRI más alto a menudo tienen que sacrificar un poco en lumen por vatio. Distribuyen la luz en un espectro ligeramente más amplio.

Vemos la luz

La luz es algo más que un fenómeno físico: es un símbolo de conocimiento, esperanza y vida. La luz del sol es la fuente de toda vida en la Tierra y nos permite percibir el mundo que nos rodea. El lumen, la unidad que mide el flujo luminoso, es un puente entre el mundo abstracto de las ondas electromagnéticas y nuestra experiencia sensorial. De todas las unidades científicas (como el kilogramo, el segundo, el metro, etc.), el lumen es nuestra favorita, porque su definición está directamente relacionada con la forma en que las personas perciben el mundo y el universo.