Este convertidor de unidades radiométricas reúne los cálculos más importantes de la medición de UV y luz: convertir la irradiancia de W/m² a mW/cm², la exposición radiante (dosis) de J/m² a mJ/cm², la energía y el flujo de fotones a partir de la longitud de onda, el PPFD a partir de datos espectrales, la dosis UV y el tiempo de exposición, la densidad óptica y la transmisión, así como la distancia límite fotométrica mediante la ley del inverso del cuadrado. Cada tarjeta calcula en tiempo real y explica su fórmula con un ejemplo.
Todas las calculadoras funcionan enteramente en su navegador, sin registro ni transferencia de datos. Las aplicaciones típicas incluyen el diseño de procesos de curado UV y desinfección, la evaluación de filtros de protección mediante la densidad óptica, la conversión entre magnitudes energéticas y basadas en fotones para la iluminación hortícola, y la estimación de la irradiancia a una distancia de trabajo modificada.
Los resultados vinculantes siempre proceden de una medición con un radiómetro o espectrorradiómetro calibrado, ambos fabricados y calibrados por Opsytec Dr. Gröbel en su propio laboratorio. El convertidor sustituye así las conversiones manuales habituales del laboratorio UV: desde la conversión de la irradiancia y el cálculo de la dosis para la desinfección UVC hasta la densidad de flujo de fotones para las luces de cultivo; todas las constantes siguen el CODATA 2018.
Calculadoras individuales explicadas en detalle
Estos cálculos disponen de su propia página con la fórmula, un ejemplo resuelto, los límites del modelo y preguntas frecuentes:
- Calcular la dosis UV – dosis a partir de la irradiancia y el tiempo
- Calcular el tiempo de exposición UV – tiempo a partir de la dosis objetivo y la irradiancia
- Velocidad de la cinta y dosis UV – tiempo de permanencia y dosis en procesos continuos
- Calcular la transmisión y la densidad óptica – OD, transmisión y varios filtros
- Energía del fotón y flujo de fotones – de la longitud de onda a los julios y los electronvoltios
Aparte, pero relacionado: el explorador del espectro UV ubica una longitud de onda dentro de los rangos espectrales y presenta las longitudes de onda UV habituales una junto a otra.
Fórmulas y ejemplos para las doce calculadoras
Ambas unidades describen la misma magnitud — la irradiancia E (potencia por superficie). Dado que 1 m² = 10 000 cm² y 1 W = 1000 mW:
Fórmula: 1 W/m² = 0,1 mW/cm² · 1 mW/cm² = 10 W/m²
Ejemplo: un radiómetro UV indica 50 mW/cm² — eso equivale a 500 W/m².
La exposición radiante H (dosis) es la energía por superficie. El factor de conversión es el mismo que para la irradiancia:
Fórmula: 1 J/m² = 0,1 mJ/cm² · 1 mJ/cm² = 10 J/m²
Ejemplo: Una dosis de desinfección requerida de 400 J/m² equivale a 40 mJ/cm².
Con irradiancia constante, la dosis crece linealmente con el tiempo — la base de todo diseño de proceso UV (curado, desinfección, ensayos de envejecimiento):
Fórmula: H = E · t · [mJ/cm²] = [mW/cm²] · [s]
Ejemplo: 50 mW/cm² durante 20 s da 1000 mJ/cm² = 1 J/cm².
La inversa de la fórmula de la dosis: ¿cuánto tiempo hay que irradiar para alcanzar la dosis requerida?
Fórmula: t = H / E
Ejemplo: 1000 mJ/cm² a 50 mW/cm² tarda 20 s; con solo 10 mW/cm² ya tarda 100 s (1:40 min).
La energía de un solo fotón se deriva de la constante de Planck h y de la velocidad de la luz c. Cuanto más corta es la longitud de onda, más energético es el fotón, razón por la cual la radiación UV es químicamente más agresiva que la luz visible.
Fórmula: E = h·c / λ · E[eV] ≈ 1239,842 / λ[nm]
Ejemplo: un fotón de 365 nm (UV-A) porta 5,44·10⁻¹⁹ J = 3,40 eV.
La potencia radiante dividida entre la energía de un fotón da el número de fotones que la fuente emite por segundo:
Fórmula: N = P / E_Photon = P·λ / (h·c)
Ejemplo: 1000 mW a 365 nm corresponde a 1,84·10¹⁸ fotones/s ≈ 3,05 µmol/s.
La densidad de flujo de fotones fotosintéticos (PPFD) cuenta los fotones de entre 400 y 700 nm que inciden en un metro cuadrado por segundo. Se calcula a partir de la irradiancia espectral E(λ) mediante integración (regla trapezoidal sobre las muestras; los valores fuera de 400–700 nm se ignoran):
Fórmula: PPFD = ∫ E(λ)·λ dλ / (h·c·N_A)
Ejemplo: un espectro plano de 1 W/(m²·nm) en el rango de 400–700 nm (300 W/m² PAR) produce ≈ 1379 µmol/(m²·s).
La densidad óptica (absorbancia) es el logaritmo decádico negativo de la transmisión. Cada escalón de DO significa un factor de 10 menos de luz:
Fórmula: OD = −log₁₀(T) · T como fracción (10 % = 0,1)
Ejemplo: 10 % de transmisión → OD 1; 1 % → OD 2; 0,1 % → OD 3.
El proceso inverso: a partir de la densidad óptica se obtiene la fracción de luz que atraviesa un filtro o una muestra:
Fórmula: T = 10^(−OD) · 100 %
Ejemplo: unas gafas de protección UV con OD 4 a 365 nm transmiten solo el 0,01 % de la radiación.
Cuando la luz atraviesa varios filtros, ventanas o lentes, las transmitancias se multiplican — las densidades ópticas se suman:
Fórmula: T_ges = T₁ · T₂ · … · T_n · OD_ges = OD₁ + OD₂ + …
Ejemplo: Dos ventanas al 90 % cada una y un filtro al 50 % dan 0,9·0,9·0,5 = 40,5 % de transmisión total.
La distancia límite fotométrica es la distancia mínima a partir de la cual una lámpara extensa puede tratarse como una fuente puntual; solo entonces se aplica la ley del inverso del cuadrado (tarjeta más abajo). Como regla general en fotometría y radiometría UV (cf. DIN 5032-1), se utiliza diez veces la mayor dimensión luminosa; el error de la aproximación de fuente puntual se mantiene entonces por debajo de aproximadamente el 1 %. Para mediciones aproximadas, cinco veces suele ser suficiente (un error de unos pocos puntos porcentuales).
Fórmula: d ≥ 10 · D
Ejemplo: Un panel LED con una diagonal de 200 mm es fotométricamente puntual solo a partir de d = 2000 mm = 2 m.
Para una fuente (aproximadamente) puntual, la irradiancia disminuye con el cuadrado de la distancia. La aproximación es válida en el campo lejano, más allá de la distancia límite fotométrica (véase la tarjeta anterior); cerca de emisores de superficie, E disminuye más lentamente.
Fórmula: E₂ = E₁ · (d₁ / d₂)²
Ejemplo: 100 mW/cm² a 100 mm se convierten en 25 mW/cm² a 200 mm (el doble de distancia → una cuarta parte).
Preguntas frecuentes sobre radiometría
1 W/m² equivale a 0,1 mW/cm², ya que 1 m² = 10 000 cm² y 1 W = 1000 mW. Por lo tanto, una lectura de 500 W/m² corresponde a 50 mW/cm². El conversor de arriba funciona en ambas direcciones: el mismo factor se aplica a la dosis (J/m² ↔ mJ/cm²).
La dosis (exposición radiante) es el producto de la irradiancia y el tiempo de exposición: H = E · t. 50 mW/cm² durante 20 s dan 1000 mJ/cm² = 1 J/cm². A la inversa, el tiempo de exposición necesario para una dosis objetivo se obtiene de t = H / E.
La irradiancia es una magnitud energética en W/m²; el PPFD cuenta fotones entre 400 y 700 nm en µmol/(m²·s). La conversión entre ambas requiere el espectro, porque la energía de un fotón depende de su longitud de onda — la calculadora de PPFD integra sus datos espectrales para ello.
Más allá de la distancia límite fotométrica; como regla general, diez veces la mayor dimensión luminosa de la lámpara. Solo a partir de ahí puede tratarse la fuente como puntual; el error de la aproximación de fuente puntual se mantiene entonces por debajo de aproximadamente el 1 %.
Autor: Dr. Mark Paravia
El Dr.-Ing. Mark Paravia es el director general de Opsytec Dr. Gröbel GmbH en Ettlingen y dirige el laboratorio de calibración acreditado. Tras sus investigaciones sobre descargas de excímero de xenón pulsado en el Institute of Lighting Technology del KIT, su trabajo actual se centra en la tecnología de medición de radiación óptica. Es vicepresidente del comité de normalización DIN FNL 7 «Radiación óptica» y miembro del grupo de proyecto de la DVGW sobre desinfección UV.