…las lámparas tienen una temperatura de color correlacionada?

Joaquín Campos Acosta y Alicia Pons Aglio
Instituto de Óptica “Daza de Valdés”. Consejo Superior de Investigaciones Científicas

En un número anterior, en esta misma sección, en el artículo “¿Sabías que la cantidad de luz que emiten las lámparas se mide en lúmenes?” se planteó el tema de la temperatura de color correlacionada de los emisores de luz, pero no se desarrolló. Los ambientes luminosos para realizar una tarea visual se definen mediante la cantidad de luz que se necesita para la tarea y una cualidad que se especifica mediante las categorías “cálido” o “frío” y que hace referencia a su aspecto cromático. Un ambiente visual se califica como cálido cuando en él dominan los tonos amarillentos y rojizos, mientras que se califica como frío cuando predominan más los blancos e incluso los azulados. Estos conceptos están relacionados con el aspecto de las fuentes de emisión habituales en la vida como el fuego o las puestas de sol, momentos cálidos, o con los amaneceres, momentos fríos. En esencia esta cualidad hace referencia a la distribución espectral de la radiación presente en el ambiente luminoso. ¿Se puede cuantificar esa cualidad? Responder positivamente a esta pregunta es el objetivo de este artículo.

En Física se ha establecido que todos los cuerpos emiten radiación electromagnética por el hecho de encontrarse a una temperatura por encima de 0 K. Además se ha establecido que, en una cavidad que se encuentra en equilibrio térmico, la distribución espectral de la radiación que hay en la misma está gobernada por la temperatura termodinámica de la cavidad, la conocida ley de Planck. Por tanto, la radiación emitida desde un pequeño agujero de esa cavidad de forma que no se perturbe el equilibrio térmico, que se conoce como cuerpo negro o radiador completo, tendría una distribución espectral definida como se muestra en la figura 1 para distintos valores de temperatura.

Figura 1. Distribución espectral de un radiador completo para distintas temperaturas.

El aspecto cromático que tendría un radiador completo o cuerpo negro se muestra en la figura 2 en fución de la temperatura de la cavidad. Téngase en cuenta que es un aspecto aproximado por las limitaciones propias de reproducción del color y que lo más importante es notar la gradación del cambio desde los tonos rojizos a los amarillentos, blanco y azules conforme la temperatura aumenta.

Figura 2. Aspecto cromático de un cuerpo negro en función de la temperatura a la que se encuentra. (Imagen tomada de tallercreativo.org)

En consecuencia, si las fuentes de luz que usamos en los ambientes visuales fueran cuerpos negros, está claro que la temperatura sería ese valor que calificaría la cualidad del ambiente en lo referente a su distribución espectral y su aspecto cromático, ya que existe una relación biunívoca entre ellos. De acuerdo con el concepto expuesto al principio, se hablaría de ambientes cálidos cuando la temperatura fuese inferior a 4000 K aproximadamente y fríos cuando fuese superior a esa cifra. Algunos autores prefieren hablar de ambientes cálidos por debajo de 3000 K, medios hasta 4500 K y fríos por encima de esa temperatura.

Las lámparas de incandescencia, que han sido fuentes de luz habituales hasta hace poco tiempo, no son radiadores completos, pero la emisión se basa en la temperatura que alcanza su filamento y la distribución espectral es parecida a la del cuerpo negro. Por tanto, el aspecto cromático de un ambiente visual creado con lámparas de incandescencia es muy próximo al de un cuerpo negro y se podría definir por la temperatura del cuerpo negro al que más se aproxima. Esta temperatura se conoce como Temperatura de Color, T_c, y es la que se ha usado para identificar la calidad del ambiente cromático con las lámparas de incandescencia. Cada distribución espectral de una lámpara de incandescencia tiene una única T_c asociada y los valores habituales están comprendidos entre 2700 K y 3300 K en el caso de las lámparas de incandescencia con halógeno.

Sin embargo, las fuentes de luz artificiales que se usan hoy en día no se basan en la emisión térmica sino en la emisión debida a la excitación electrónica y la fluorescencia. Por tanto, ¿se puede calificar el ambiente visual creado por estas fuentes de luz mediante una temperatura? La respuesta a esta pregunta es positiva. Lo que se hace es comparar la cromaticidad del ambiente visual creado por estas lámparas con el creado por un cuerpo negro y asignar a la lámpara en cuestión la temperatura del cuerpo negro cuya cromaticidad sea más próxima. Esta temperatura se conoce como temperatura de color correlacionada, T_cc, y es la que aparece en el embalaje de las lámparas que se adquieren. Su valor varía desde 2700 K hasta casi 7000 K e incluso más para las nuevas lámparas basadas en LEDs.

Dado que el valor de la diferencia cromática entre dos estímulos depende del diagrama cromático que se utilice, para definir la T_cc se especifica que se ha de usar el diagrama cromático (u’, v’) cuya definición puede encontrar el lector interesado en el vocabulario internacional de iluminación (http://eilv.cie.co.at).

En la figura 3 se muestra un trozo de diagrama cromático en el que se indica el lugar geométrico descrito por los radiadores completos a distintas temperaturas (línea más gruesa) y los segmentos que describen el conjunto de estímulos cromáticos que tendrían la misma temperatura de color correlacionada. La longitud de estos segmentos cubre las fuentes de luz que se usan hoy en día: lámparas compactas y lámparas basadas en LEDs. Como se puede observar, para los valores de T_cc mayores y menores, cuanto más se separa el estímulo del lugar geométrico de los radiadores completos, más diferencia cromática existe entre ellos, de manera que cabe preguntarse si realmente la T_cc es un parámetro significativo o no. Sin embargo, en la región intermedia, entre 3500 K y 6000 K, aproximadamente, el cambio cromático a lo largo de los segmentos de T_cc constante no es tan grande, por lo que en esta zona tiene más sentido seguir usando la temperatura de color correlacionada para calificar el aspecto cromático de una fuente de luz.

Figura 3. Diagrama cromático mostrando estímulos con la misma temperatura de color correlacionada.

La mayor parte de las fuentes de luz que se usan actualmente se encuentra en esa zona intermedia de valores de T_cc, como se ha dicho antes, y por ello se les asigna este valor, pero se está investigando sobre la definición de un nuevo parámetro que especifique la cualidad cromática y que sea significativo para todas las fuentes de luz basadas en emisión de excitación electrónica y fluorescencia sea cual sea la forma de su distribución espectral; es decir, sea cual sea su temperatura de color correlacionada.

A modo de resumen, cabe resaltar que si el lector encuentra en el comercio una lámpara fluorescente compacta con una T_CC de 6500 K, por ejemplo, este dato le indicará que el color del ambiente visual que produce es próximo al que produciría un cuerpo negro de esa temperatura pero ni ningún elemento de la lámpara alcanza esa temperatura, ni su distribución espectral es la que corresponde a un cuerpo negro a esa temperatura. Asimismo el dato le indicará que cuanto mayor es la temperatura, mayor es la cantidad de luz de longitud de onda corta (color azul) con respecto a la de longitud de onda larga (rojo) del espectro visible, lo que se correlaciona con la percepción de un ambiente visual menos cálido.