Iluminación y confort visual: Un abordaje ergonómico

La ergonomía es el estudio de los sistemas que conforma el ser humano con su entorno artificial, que en el contexto del presente trabajo denominaremos sistemas producto/usuario. El producto al que aquí nos referimos es el dispositivo que tiene por función distribuir o modificar la luz emitida por las lámparas, incluyendo implementos de fijación, protección y elementos necesarios para el funcionamiento de las mismas, habitualmente denominado luminaria.

Las luminarias se clasifican de la siguiente manera:

Por su función:

Por el ámbito de desempeño:

Por la forma en que distribuyen el flujo y la intensidad lumínica:

Por el tipo de fuente:

La importancia de diseñar ergonómicamente los sistemas de iluminación, reside en que estos pueden alterar de manera substancial la percepción del espacio habitable. La luz puede crear una determinada atmósfera, comunicar sensaciones y suscitar la atención. El campo de alternativas es tan amplio como las posibilidades tecnológicas y las necesidades humanas lo impongan.

El diseñador que aborda la resolución de un problema de iluminación, sea este el diseño de luminarias o su correcta aplicación, debe acotar el campo de consideraciones para no divagar en un universo de infinitas soluciones o propuestas, la mayoría de las cuales probablemente no se adecuen a los resultados deseados. Por tal motivo, es importante sistematizar los elementos de juicio y los criterios de selección que fundamentan las decisiones de diseño. Se trata de uno de los rasgos distintivos del Diseño profesional.

Objetivo:

Desarrollar criterios cualitativos para la evaluación de artefactos de iluminación, desde el punto de vista del diseño y las modalidades de aplicación con fundamentos ergonómicos.

Factores de Vinculación Tecnológica:

Comprende el conjunto de posibilidades y restricciones que la tecnología ofrece para la concreción de soluciones a las diversas necesidades de iluminación.

Propiedades de Emisión

Espectro de emisión de las fuentes:

Cada fuente emite radiaciones en diversas frecuencias o longitudes de onda, que son representadas por histogramas. A cada longitud de onda corresponde un color. Las longitudes de onda comprendidas en el espectro visible van desde los 380 nm, hasta los 780 nm. La altura de las barras del histograma cuantifica la intensidad emitida en cada frecuencia. Algunas fuentes emiten un espectro continuo donde todas las frecuencias son relevantes. Otras sólo emiten de manera notoria en determinados colores o su espectro carece de alguno de ellos (espectro discontinuo).

Intensidad:

Las propiedades de emisión se cuantifican de diversas maneras, a los efectos de establecer relaciones matemáticas que describan con precisión el comportamiento de las fuentes lumínicas y las superficies iluminadas. Para cuantificar la intensidad de la luz emitida por una fuente, se emplea la unidad denominada candela (cd), cuya principal ventaja es que, por definición, puede establecerse con gran precisión de manera experimental: un centímetro cúbico de platino incandescente (~2043 °K) emite luz a una intensidad de 60 cd. Pero la candela representa sólo la intensidad de la luz emitida por unidad de ángulo espacial (estereoradian), es decir, en una dirección del espacio determinada. En la práctica, una mejor expresión de las propiedades de emisión de una fuente la brinda el lumen (lm), que expresa el flujo lumínico o cantidad de luz que emite la fuente hacia el espacio circundante, y es análogo al caudal en el estudio de los líquidos. Aunque estas descripciones cuantitativas de las fuentes son importantes como parámetros para su selección, es la capacidad para iluminar las superficies del entorno circundante lo que presenta particular interés a los efectos de su utilización práctica. El lux (lx) expresa el flujo luminoso que alcanza una superficie por unidad de medida o intensidad de iluminación; por ejemplo, lx,[lm/m²]. En condiciones ideales (fuente puntual), la intensidad de iluminación disminuye con el cuadrado de la distancia a la fuente. Este parámetro puede medirse directamente con instrumentos electrónicos denominados luxómetros, en el sitio iluminado y bajo condiciones tan diversas como lo requiera el estudio luminotécnico. Como referencia, la intensidad de iluminación de la luz solar en un día claro es del orden de los 100.000 lx; en la sombra, de 10.000 lx; y en una noche clara de luna llena, de unos 3 lx. Un desempeño confortable en tareas visuales requiere un mínimo de 300 lx.

Distribución:

Las mediciones practicadas sobre las luminarias se traducen en la obtención de curvas de distribución luminosa en distintos planos, con las que, a través de cálculos, se puede determinar el comportamiento luminotécnico de las luminarias.

Propiedades Ópticas

Coloración:

Más allá de los colores emitidos por la fuente propiamente dicha, es posible determinar el color de la luz que abandona la luminaria. Los filtros bloquean ciertas frecuencias y permiten el paso de otras. Así por ejemplo, un filtro rojo bloquea todas las frecuencias excepto la que corresponde al color rojo. La frecuencia filtrada debe estar presente de manera relevante en el espectro emitido por la fuente o el resultado deficiente. Existen filtros de material plástico flexible que ofrecen gran variedad de colores, pero se deterioran con el calor por lo que requieren un uso breve y esporádico. Los filtros de vidrio resisten el calor pero ofrecen una variedad de colores limitada. Algunas fuentes poseen la cubierta de vidrio coloreada. También pueden lograrse efectos de colores con reflectores dicroicos que tienen la propiedad de discriminar las frecuencias, reflejando el espectro deseado y refractando el resto.

Difusión:

Para difundir la luz que emana de la fuente, las luminarias apelan a las propiedades de refracción y reflexión de los materiales y las formas que las constituyen. Un artefacto efectúa una reflexión difusa, cuando devuelve gran parte de la luz que recibe de la fuente, pero en forma uniforme hacia todas las direcciones del espacio frente a la superficie iluminada. (Este es el caso, por ejemplo, de un zócalo de chapa metálica pintada de blanco que soporta un tubo fluorescente). Se produce reflexión especular, cuando la luminaria cubre a la fuente con una superficie pulida que reproduce más o menos fielmente su imagen (reflectores de espejo, chapa de aluminio pulido, etc.). Cuando los materiales de la luminaria no son opacos, la luz que los atraviesa sufre un efecto de refracción, que puede aprovecharse para dirigir el haz luminoso variando el espesor (por ejemplo, lentes de Fresnel en proyectores de alta potencia), o la transparencia del material (vidrio o material plástico opalino, etc.).

Propiedades Estructurales

Protección contra partículas sólidas:

Las fuentes y sus reflectores, deben estar protegidos para que no ingresen partículas sólidas en forma de polvo que disminuyan su eficiencia luminosa o afecten sus propiedades eléctricas.

Estanqueidad:

La capacidad de impedir el ingreso de líquidos, es indispensable en aquellas luminarias que deban ser expuestas a la intemperie u operar sumergidas.

Resistencia mecánica:

Refiere a la resistencia que los materiales y/o resoluciones constructivas otorgan a los artefactos de iluminación. Esta propiedad es necesaria para que la luminaria conserve su integridad y la de la fuente ante impactos casuales o deliberados (vandalismo).

Normalización:

Las tres propiedades enunciadas anteriormente están normalizadas y se representan por la sigla “IP” seguida de dos o tres cifras, la primera de las cuales expresa los distintos grados de protección contra el contacto de cuerpos sólidos externos, la segunda los grados de penetración de líquidos y la tercera la protección contra impactos.

Equilibrio térmico:

De acuerdo al tipo de fuente empleada y el ambiente de operación, la temperatura puede ser un factor extremadamente relevante, ya que condiciona la vida útil de la fuente y la de los componentes de la luminaria. La mayoría de las fuentes incandescentes operan a elevadas temperaturas y, salvo raras excepciones, no irradian calor de manera selectiva; de modo que los conductores eléctricos pueden deteriorarse si el diseño y la instalación no son adecuados. Por otra parte, si el ambiente somete al artefacto a cambios bruscos de temperatura, puede resultar la destrucción de algunos de sus componentes. Algunas fuentes incandescentes están integradas a reflectores que dirigen la luz y el calor en el mismo sentido, o permiten que el calor irradie en sentido opuesto al de emisión de la luz (dicroicas). Las fuentes fluorescentes se ven afectadas en su rendimiento por la temperatura ambiente. En contrapartida, irradian menor temperatura que las incandescentes.

Relación tecnología/costo:

La eficiencia lumínica óptima requiere materiales y procesos de fabricación costosos. En la práctica se recurre al uso de materiales alternativos que, aunque más económicos, ofrecen un desempeño aceptable. Así, por ejemplo, un reflector de aluminio pulido puede, en ciertos casos, sustituirse por otro de chapa de hierro esmaltada de blanco con pintura horneable. Su eficiencia de reflexión no es la del aluminio pero el costo es menor. Los estándares de calidad elevados, y el consiguiente aumento en los costos, son ineludibles cuando los artefactos deben desempeñarse en condiciones extremas.

Factores de Vinculación Humana:

Abarca el conjunto de consideraciones necesarias para adecuar los medios tecnológicos de iluminación a las personas que interactúan con el ambiente iluminado o con las luminarias propiamente dichas.

Propiedades de Percepción

Color:

Percibido: El espectro útil en luminotecnia es aquel comprendido en las longitudes de onda visibles y está compuesto por siete colores (rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, índigo y violeta). Estudios fisiológicos han determinado que el ojo humano es más sensible a la luz verde-amarilla. Ello responde a que este órgano perceptivo se ha adaptado a lo largo de la evolución humana a la luz solar que, si bien emite todos los colores del espectro, concentra su mayor intensidad en estos colores.

Reproducción: Cuando las ondas luminosas caen sobre una superficie cualquiera, penetran en la sustancia en una pequeñísima capa. En parte son absorbidas y en parte rechazadas en todas direcciones, es decir, son difundidas. La sensación de color es, precisamente por la porción del espectro que es devuelta o difundida. Tanto la reproducción del color de los objetos que nos rodean como el emitido por la fuente, inducen a determinadas respuestas psicológicas que dependen del usuario, del momento y lugar de la escena.

Luminancia:

El término luminancia fue adoptado para designar con precisión adecuada, ciertas propiedades que en lenguaje coloquial se engloban bajo el término brillo, incorporando consideraciones relativas a la posición del observador. Para un observador situado a una cierta distancia y ángulo de una superficie que emite o refleja luz, es la relación entre la luz que abandona la superficie y el área que ésta aparenta para el mismo.

Monotonía vs. Contraste:

La existencia de contrastes adecuados de colores y luminancias será necesaria para asegurar la apreciación de los relieves sin recurrir a efectos de sombras demasiado marcados (poco favorables para el confort visual) y evitar la sensación de monotonía que influye, por ejemplo, negativamente en la eficiencia de trabajo. La iluminación localizada, que deja las áreas circundantes en penumbra, obliga al órgano de la visión a una acomodación constante cada vez que la vista sale de la zona iluminada, provocando fatiga. La solución es considerar el nivel de iluminación del ambiente en general. Recíprocamente, un ambiente carente de iluminación localizada puede resultar excesivamente homogéneo para quienes se desenvuelven en él.

Deslumbramiento:

Es el límite por encima del cual la luminancia de un objeto o de una fuente de luz se vuelve molesta y reduce de manera más o menos persistente la capacidad de percepción visual. Depende de la posición del objeto o de la fuente dentro del campo visual y de la diferencia de luminancia entre la fuente perturbante y su fondo. Las luminancias relativas demasiado elevadas traen como resultado molestias de tipo tanto fisiológicas (reducción de la capacidad de percepción) como psicológicas (fatiga, estado nervioso, etc.).

Deslumbramiento directo: proviene de las luminarias con sus fuentes de luz expuestas a la vista y con ángulos de elevación pequeños sobre la línea de visión del observador. Para evitarlo deberá limitarse la luminancia de las fuentes a ciertos valores y direcciones críticas, hacia y debajo de la línea horizontal de la visión.

Deslumbramiento por reflexión: cuando el valor de luminancia de los objetos que rodean al observador causan molestias en sus órganos visuales, se produce el efecto velo, que reduce la eficiencia visual por elevación del límite mínimo de contraste. Estas molestias visuales no se deben confundir con las reflexiones necesarias para destacar el relieve de los objetos.

Propiedades de Valoración

Morfología:

Hay luminarias concebidas para mostrarse y otras para ocultarse.

Existen en este aspecto tres tipos de acentuación estética: están las luminarias utilitarias cuya morfología no excede en demasía al tamaño de la fuente y que tienden a priorizar el aprovechamiento de la energía, resignando valores estéticos. Por otra parte existen luminarias decorativas que forman parte del ambiente en que se encuentran y se integran estilísticamente a los demás elementos del entorno, relegando a un segundo plano el óptimo desempeño de la fuente. Esto es importante teniendo en cuenta que los artefactos no siempre están encendidos y que de día, la decoratividad pasa a ser su función principal. Por último se encuentran las luminarias cuyo diseño integra de manera equilibrada los valores estéticos y la efectividad funcional.

Semiótica:

De la luminaria: Habla del producto como lenguaje. El producto es utilizado por el emisor como un conjunto de códigos para transmitir determinados mensajes al destinatario. Es en si, una señal que no sólo comunica las características del diseñador y las de la empresa (entre otros mensajes), sino que quien lo adquiere se siente identificado por el mismo y lo ostenta como símbolo de su personalidad.

De la iluminación: Cada cultura atribuye diversas significaciones a las características de la luz en un ambiente determinado. Así por ejemplo, la luz blanca típica de las fuentes fluorescentes se asocia, en occidente, a la asepcia propia de los hospitales; o la luz multicolor del Neón a los lugares de esparcimiento y comercio.

Impacto emocional del color:

El color es un estímulo que incide consciente o inconscientemente en los estados emocionales de las personas. Aunque las preferencias personales respondan a los condicionamientos culturales, existe una tendencia casi antropológica en las respuestas observables, en correspondencia con el temperamento de los individuos. Los colores denominados “tranquilos” del grupo verde-azul son calmantes, ejercen un efecto sosegador sobre las personas nerviosas. En oposición, los colores “llamativos” del grupo rojo-amarillo constituyen un estímulo a aquellas personas predispuestas a la melancolía o a la apatía. Es imprescindible considerar el espectro de emisión de las fuentes, para obtener una eficaz reproducción de los colores que resulte en un ambiente en correspondencia con el estado anímico deseado.

Calidad visual:

Por Calidad Visual se hace referencia a la intensidad de iluminación recomendada para desempeñarse cómodamente en distintas situaciones o tareas. La intensidad debe ser tanto mayor cuanto más finos sean los detalles a tratar, cuanto más contrastes se presenten en ellos, cuanto más rápidamente haya que trabajar y cuanto más tiempo dure el trabajo. Los valores recomendados se encuentran tabulados. Por ejemplo:

Con el incremento de la edad, los ojos pierden paulatinamente la capacidad visual. En términos generales, se admite que una persona de 60 años necesita el doble de la intensidad de iluminación que una de 20.

Enfoque de la atención:

El balance entre la iluminación general y la localizada, no está determinado únicamente por el contraste óptimo para la percepción o el logro de la intensidad standard para la calidad visual requerida. La luz es probablemente el medio más efectivo para dirigir la atención del observador, no sólo en la forma de señales luminosas (semáforos, luces testigo, carteles luminosos, etc.), sino también mediante los efectos de iluminación aplicables sobre los objetos o circunstancias que se pretende resaltar; aspecto que -en este contexto- nos interesa en particular. La luz es un estímulo que condiciona la conducta del sujeto que la percibe, siendo su incidencia tanto más importante cuanto mayor es su intensidad; pero la permanencia de la atención así lograda dependerá del grado en que el efecto llamativo supere los límites del confort visual. Así, por ejemplo, es posible atraer la atención de observadores distantes sobre una vidriera comercial incrementando la intensidad de la iluminación localizada sobre la mercadería exhibida; pero a corta distancia puede causar fatiga visual y desvirtuar la percepción de los detalles y colores, con la consiguiente reacción adversa del potencial cliente. Además de la intensidad, el color de la luz aplicada es un medio efectivo para llamar la atención. Un ejemplo típico es el empleo de luz predominantemente roja en las heladeras para exhibición de carne.

Mercado:

Como en cualquier producto los mercados son los que definen, en gran parte, su diversidad. Éstos están regidos por las necesidades de los usuarios, pero es posible, a través de la difusión de nuevas tendencias de consumo, crear nuevas necesidades que amplíen la variedad de productos. Esto significa que deben asimilarse continuamente las tendencias globales, para adaptarse o incluso anticiparse a los incesantes cambios de mercado.

Propiedades de Manipulación

Direccionalidad:

Una solución a los problemas de deslumbramiento que da al usuario la posibilidad de apuntar la luz hacia el objeto o lugar deseado, en general a través de movimientos de rotación en las luminarias. Podemos definir a ésta característica de ciertas luminarias como sensitiva, ya que el usuario orienta el artefacto de acuerdo a su sensibilidad. Además de evitar el deslumbramiento, la direccionalidad de la luminaria influye sobre los caracteres arquitectónicos del espacio en que habita el usuario. De esta manera, la lámpara de pié puede apuntarse hacia un cielorraso blanco, generando una agradable atmósfera de luz difusa; o bien concentrarla en la zona de trabajo. También se pueden ubicar las luminarias de modo que no iluminen algunas de las paredes circundantes, de forma tal que se pierde la noción de las dimensiones del espacio habitado y se crea una sensación puramente psicológica de espacio abierto.

Seguridad eléctrica:

Por regla general, como cualquier artefacto eléctrico, las luminarias presentan alguna parte de su estructura aislada de los conductores que alimentan a la fuente de luz. Debe ser así, ya que la mayoría de los artefactos están en alguna medida al alcance del contacto físico con las personas, en su lugar de operación. Esto es evidente en el caso de las lámparas de escritorio orientables, ya que su propósito impone una manipulación frecuente; pero es importante aún en los casos que operan desde una posición fija en los techos o las paredes, para minimizar riesgos de electrocución a manipuladores incautos en tareas de instalación o mantenimiento. El riesgo se ha visto reducido en gran medida con el empleo de fuentes que requieren bajo voltaje, pero también en estos casos una parte de la instalación contiene componentes tales como transformadores que operan a voltajes peligrosos. El empleo en la fabricación de luminarias de materiales no conductores de la electricidad, también contribuye a la seguridad contra la electrocución. Sin embargo, algunos sistemas de iluminación combinan el empleo de luminarias modulares con una estructura de sujeción, cuya versatilidad radica en que las luminarias pueden instalarse en cualquier punto de la misma y desarrollar múltiples variantes con gran facilidad. Para ello, es la estructura misma la que está electrificada –por lo general con 12 volts- y los elementos conductores se hallan expuestos.

Seguridad térmica:

No existen fuentes de luz eléctrica que no transformen parte de la energía que se les suministra en calor. Las emisiones en la parte infrarroja del espectro se propagan en el espacio que circunda la fuente y elevan la temperatura del artefacto que la sostiene y la de los cuerpos que se encuentren a una cierta distancia. Por tal motivo, más allá de las consideraciones que hacen a la operatividad y supervivencia de la luminaria y la fuente, es importante tener en cuenta, al momento de diseñar o elegir un artefacto, la manera en que este distribuye y disipa la temperatura si se requiere que sea manipulado mientras está en funcionamiento o si se lo va a emplazar a corta distancia de materiales que se vean alterados por la elevación de la temperatura. Las fuentes con reflector dicroico son ideales para este tipo de situaciones. Las fuentes fluorescentes operan a temperaturas que no representan un riesgo para la manipulación, pero el factor se torna relevante en el caso de las lámparas incandescentes.

Practicidad:

En el diseño de las luminarias debe preverse la facilidad de instalación, la simplicidad de mantenimiento y la posibilidad de acceder a la fuente de manera sencilla; funciones que si bien son secundarias y se realizan esporádicamente, forman parte de la relación producto/usuario. Las buenas terminaciones y sistemas de acoplamiento simples de las partes componentes, son soluciones que hacen a la practicidad del producto.

Conclusión:

En un lapso de cien años, la energía eléctrica se ha convertido sin lugar a dudas en la base de los sistemas de iluminación artificial. Desde la lámpara incandescente hasta la luz Láser, la Electrotecnia y sus métodos de cuantificación y cálculo han sido, y continuarán siendo, la base del progreso en este campo. Esto ha contribuido al empleo de procedimientos afines en los estudios luminotécnicos. Pero, como se ha podido apreciar en este estudio, cuando se trata de objetos de uso práctico como lo son los artefactos de iluminación, los medios tecnológicos constituyen sólo la mitad de los factores a considerar; la otra mitad se vincula a las necesidades y aspiraciones de las personas que harán uso de dichas ventajas tecnológicas. Es en este último campo donde la evaluación cualitativa resulta efectiva, ya que considerar a la persona humana implica factores emocionales y condicionamientos culturales cuya cuantificación resulta –al menos en el estado actual del conocimiento- poco apropiada cuando no totalmente imposible.

El estudio ergonómico de la iluminación se nutre de las mediciones precisas que aporta la antropometría, la fotometría y la fisiología de la visión; pero la planificación y el diseño de sistemas de iluminación ergonómicamente óptimos, debe abordar, tanto como sea posible, al ser humano en su totalidad. La ergonomía de producto, entendida como el estudio de la relación que los objetos de uso práctico establecen con sus destinatarios humanos, es un campo en el cual la base teórico/práctica del Diseño Industrial resulta particularmente efectiva y útil. Análisis similares al demostrado aquí para los sistemas de iluminación, pueden realizarse para cualquier artefacto producido por medios industriales.

 Los autores de este trabajo se graduaron ambos en la Facultad de Bellas Artes de la Universidad Nacional de La Plata, Buenos Aires, Argentina y realizaron el mismo para exponer en la Jornada de Ergonomía del Producto auspiciada por la Asociación REFA de Argentina, realizada en 1997.

Esteban Palacios, Diseñador Industrial
Gustavo Marincoff, Diseñador Industrial.

El Ergonomista