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martes, 15 de marzo de 2011

Iluminación

TIPOS DE LAMPARAS E ILUMINACION
Richard Forster
Una lámpara es un convertidor de energía. Aunque pueda
realizar funciones secundarias, su principal propósito es la transformación
de energía eléctrica en radiación electromagnética
visible. Hay muchas maneras de crear luz, pero el método
normalmente utilizado en la iluminación general es la conversión
de energía eléctrica en luz.
Tipos de luz
Incandescencia
Los materiales sólidos y líquidos, al calentarse, emiten radiación
visible a temperaturas superiores a 1.000 K; este fenómeno recibe
el nombre de incandescencia.
Las lámparas de filamentos se basan en este calentamiento
para generar luz: una corriente eléctrica pasa a través de un fino
hilo de tungsteno, cuya temperatura se eleva hasta alcanzar
entre 2.500 y 3.200 K, en función del tipo de lámpara y su
aplicación.
Existe un límite para este método, que viene descrito por la
Ley de Planck para el comportamiento de un radiador de
cuerpo negro, de acuerdo con la cual, la distribución espectral
de la energía radiada aumenta con la temperatura. A unos
3.600 K o más, se produce un marcado aumento en la emisión
de radiación visible y la longitud de onda de la máxima energía
se desplaza hacia la banda visible. Es una temperatura cercana
al punto de fusión del tungsteno, que es el material utilizado
como filamento, de modo que, en la práctica, el límite de temperatura
es de unos 2.700 K, por encima del cual la evaporación
del filamento resulta excesiva. Una consecuencia de estos
desplazamientos espectrales es que una gran parte de la radiación
desprendida no se emite en forma de luz, sino en forma de
calor en la región de infrarrojos. Por consiguiente, las bombillas
de filamentos pueden ser dispositivos de calefacción eficaces y se
utilizan en lámparas diseñadas para secar materiales impresos,
preparar alimentos y criar animales.
Descarga eléctrica

La descarga eléctrica es una técnica utilizada en las modernas
fuentes de luz para el comercio y la industria, debido a que la
producción de luz es más eficaz. Algunos tipos de lámparas
combinan la descarga eléctrica con la fotoluminiscencia.
Una corriente eléctrica que pasa a través de un gas excita los
átomos y moléculas para emitir radiación con un espectro característico
de los elementos presentes. Normalmente se utilizan dos
metales, sodio y mercurio, porque sus características dan lugar a
radiaciones útiles en el espectro visible. Ninguno de estos
metales emite un espectro continuo y las lámparas de descarga
tienen espectros selectivos. La reproducción del color nunca será
idéntica a la obtenida con espectros continuos. Las lámparas de
descarga suelen dividirse en las categorías de baja o alta presión,
aunque estos términos sólo son relativos, y una lámpara de sodio
de alta presión funciona a menos de una atmósfera.
Tipos de luminiscencia
La fotoluminiscencia se produce cuando la radiación es absorbida
por un sólido y reemitida en una longitud de onda diferente.
Cuando la radiación reemitida está dentro del espectro visible, el
proceso se denomina fluorescencia o fosforescencia.
La electroluminiscencia se produce cuando la luz es generada por
una corriente eléctrica que pasa a través de ciertos sólidos, como
los materiales fosfóricos. Se utiliza en cuadros de instrumentos y
letreros luminosos, pero no ha demostrado ser una fuente de luz
práctica para la iluminación de edificios o exteriores.
Evolución de las lámparas eléctricas
Aunque el progreso tecnológico ha permitido producir diferentes
lámparas, los principales factores que han influido en su
desarrollo han sido fuerzas externas al mercado. Por ejemplo, la
producción de las lámparas de filamentos que se utilizaban a
principios de siglo sólo fue posible cuando se dispuso de buenas
bombas de vacío y del proceso de trefilado del tungsteno. Con
todo, fue la generación y distribución de electricidad a gran
escala, para satisfacer la demanda de iluminación eléctrica, la
que determinó el crecimiento del mercado. La iluminación eléctrica
ofrecía muchas ventajas en comparación con la luz generada
por gas o aceite, como la estabilidad de la luz, el escaso
mantenimiento, la mayor seguridad que supone no tener una
llama desnuda y la ausencia de subproductos locales de combustión.
Durante el período de recuperación que siguió a la segunda
Guerra Mundial, lo importante era la productividad. La
lámpara fluorescente tubular se convirtió en la fuente de luz
dominante porque con ella era posible iluminar fábricas y
oficinas sin sombras y comparativamente sin calor, aprovechando
al máximo el espacio disponible. En la Tabla 46.1 se
indican los requisitos de vataje y rendimiento lumínico de una
lámpara fluorescente tubular típica de 1.500 mm.
En el decenio de 1970 aumentó el precio del petróleo y los
costes energéticos se convirtieron en una parte importante de los
costes de explotación. El mercado demandaba lámparas fluorescentes
que produjesen la misma cantidad de luz con un menor
consumo eléctrico, por lo que se perfeccionó el diseño de la
lámpara de varias maneras. A medida que se aproxima el fin de
siglo, aumenta la conciencia de los problemas ambientales
globales. Factores como el mejor aprovechamiento de las materias
primas escasas, el reciclaje o la seguridad en el vertido de los
productos y la continua preocupación por el consumo de
energía (sobre todo de la generada a partir de combustibles
fósiles) influyen en el diseño de las lámparas actuales.
Criterios de rendimiento
Los criterios de rendimiento varían según la aplicación. En
general, no existe una jerarquía concreta de importancia de estos
criterios.
Rendimiento lumínico: la emisión de lúmenes de una lámpara
determinará su idoneidad en relación con la escala de la instalación
y la cantidad de iluminación necesaria.

Coloración y reproducción del color: se aplican escalas y valores
numéricos independientes a la coloración y a la reproducción
del color. Es importante recordar que las cifras sólo son orientativas
y que algunas sólo son aproximaciones. Siempre que sea
posible, deberán realizarse valoraciones de idoneidad con
46.2
lámparas reales y con los colores o materiales aplicables a la
situación.
Vida útil de la lámpara: la mayoría de las lámparas tienen que
ser reemplazadas varias veces durante la pervivencia de la
instalación de alumbrado y los diseñadores deben reducir al
mínimo los inconvenientes para los ocupantes como consecuencia
de las averías esporádicas y del mantenimiento. Las
lámparas tienen muy diversas aplicaciones. La previsión de
vida útil media suele ser un compromiso entre coste y rendimiento.
Por ejemplo, la lámpara de un proyector de diapositivas
durará unos cuantos cientos de horas, porque es
importante que alcance el máximo rendimiento lumínico
para conseguir una imagen de buena calidad. Por el
contrario, algunas lámparas de alumbrado de carreteras
pueden durar hasta dos años, lo que representa unas
8.000 horas de encendido.

Además, la vida útil de la lámpara se ve afectada por las
condiciones de trabajo, por lo que no existe una cifra válida
para todas las situaciones. De igual manera, la duración efectiva
de la lámpara puede venir determinada por diferentes
formas de deterioro. El fallo físico, como la rotura del filamento
o de la propia lámpara, puede venir precedido de una
reducción del rendimiento lumínico o de cambios en la coloración.
La duración de la lámpara resulta afectada por condiciones
ambientales externas como la temperatura, la
vibración, la frecuencia de encendido, las fluctuaciones de la
tensión de alimentación, la orientación, etcétera.
Es preciso observar que la vida media establecida para un
tipo de lámpara es el tiempo que tardan en fallar el 50 % de
las lámparas de una partida de pruebas. No es probable que
esta definición de vida útil sea aplicable a muchas instalaciones
comerciales o industriales, por lo que la duración de
una lámpara suele ser inferior en la práctica a los valores
publicados, que sólo deberán utilizarse a efectos de
comparación.
Eficiencia: como norma general, la eficiencia de un tipo
determinado de lámpara será mejor cuanto mayor sea el
régimen de potencia, porque la mayoría de las lámparas
tienen cierta pérdida fija. Ahora bien, comparando diferentes
tipos de lámparas se observan marcadas variaciones de
eficiencia. Es conveniente utilizar las lámparas de mayor
eficiencia, siempre que se cumplan al mismo tiempo los criterios
de tamaño, color y vida útil. No debe ahorrarse energía a
expensas del confort visual o del rendimiento de los
ocupantes. En la Tabla 46.2 se ofrecen algunos valores típicos de
eficiencia.

Principales tipos de lámparas
A lo largo de los años, se han ido desarrollando varios sistemas de
nomenclatura en los registros y normas nacionales e internacionales.
En 1993, la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) publicó
un nuevo Sistema Internacional de Codificación de Lámparas
(SICL) pensado para sustituir a los sistemas de codificación nacionales
y regionales ya existentes. En la Tabla 46.3 figuran algunos
códigos SICL en formato abreviado para diversas lámparas.
Lámparas incandescentes
Utilizan un filamento de tungsteno dentro de un globo de vidrio al
vacío o lleno de un gas inerte que evite la evaporación del tungsteno
y reduzca el ennegrecimiento del globo. Existen lámparas de muy
diversas formas, que pueden resultar muy decorativas. En la
Figura 46.1 se muestran los componentes de una lámpara típica de
iluminación general (General Lighting Service, GLS).
Las lámparas incandescentes también se presentan en una
amplia gama de colores y acabados. En la Tabla 46.4 aparecen
algunas formas típicas y los códigos SICL.
Se trata de unas lámparas que siguen teniendo aceptación en la
iluminación doméstica debido a su bajo coste y pequeño tamaño.
Con todo, su baja eficiencia genera costes de explotación muy altos
en la iluminación comercial e industrial, por lo que normalmente se
prefieren las lámparas de descarga. Una lámpara de 100 W tiene
una eficiencia típica de 14 lúmenes/vatio en comparación con los
96 lúmenes/vatio de una lámpara fluorescente de 36 W.
Lámparas halógenas de tungsteno
Son parecidas a las lámparas incandescentes y producen luz de la
misma manera, a partir de un filamento de tungsteno. Ahora
bien, el globo contiene gas halógeno (bromo o yodo) que actúa
controlando la evaporación del tungsteno (véase la Figura 46.2).
Es fundamental para el ciclo del halógeno que la bombilla se
mantenga a una temperatura mínima de 250 °C para que el
haluro de tungsteno permanezca en estado gaseoso y no se
condense sobre la superficie del globo. Tal temperatura da lugar
a que las bombillas se fabriquen con cuarzo en lugar de vidrio.
El cuarzo permite reducir el tamaño de la bombilla.
La mayoría de las lámparas halógenas de tungsteno duran
más tiempo que sus equivalentes incandescentes y el filamento
alcanza una temperatura más alta, creando más luz y un color
más blanco.

Las lámparas halógenas de tungsteno han encontrado aceptación
en situaciones cuyos principales requisitos son un tamaño
reducido y un alto rendimiento. Como ejemplo típico cabe citar
la iluminación de escenarios, incluyendo el cine y la televisión,
donde el control direccional y la atenuación son requisitos
habituales.
Lámparas halógenas de tungsteno de baja tensión
Fueron diseñadas originalmente para proyectores de diapositivas
y películas. A 12 V, un filamento diseñado para los mismos vatios
que en el caso de una corriente de 230 V se hace más pequeño y
grueso. Puede enfocarse más eficazmente, y la mayor masa del
filamento permite una temperatura de trabajo más alta, aumentando
el rendimiento lumínico. El filamento grueso es más
robusto. Son características que se han considerado ventajosas en
el mercado de los expositores comerciales y, aunque es necesario
incorporar un transformador reductor, estas lámparas dominan
actualmente la iluminación de escaparates (véase la Figura 46.3).
Aunque los usuarios de proyectores cinematográficos desean
el máximo de luz posible, un exceso de calor deteriora el medio
Lámparas fluorescentes tubulares
Son lámparas de mercurio de baja presión que están disponibles
en versiones de “cátodo caliente” y “cátodo frío”. La primera
versión es el tubo fluorescente convencional para fábricas y
oficinas; “cátodo caliente” se refiere al cebado de la lámpara por
precalentamiento de los electrodos para que la ionización del gas
y del vapor de mercurio sea suficiente para realizar la descarga.
Las lámparas de cátodo frío se utilizan principalmente en
letreros y anuncios publicitarios (véase la Figura 46.5).
Las lámparas fluorescentes necesitan equipo de control
externo para efectuar el cebado y para regular la corriente de la
lámpara. Además de la pequeña cantidad de vapor de mercurio,
hay un gas de cebado (argón o criptón).
La baja presión del mercurio genera una descarga de luz de
color azul pálido. La mayor parte de la radiación está en la
región ultravioleta a 254 nm, una frecuencia de radiación característica
del mercurio. En el interior de la pared del tubo hay un
fino revestimiento fosfórico, que absorbe los rayos ultravioleta e
irradia la energía en forma de luz visible. El color de la luz viene

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