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Sistemas de iluminación

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1. La importancia de la luz 

Los humanos poseen una capacidad extraordinaria para adaptarse a su entorno. La luz es muy importante porque es un elemento esencial de nuestra capacidad de comprender el entorno,ya que la mayor parte de la información que recibimos a través de los sentidos la obtenemos a través de la vista.

La luz es el fénomeno electromagnético por el que podemos percibir radiaciones que son sensibles al ojo humano. La radiación electromagnética de la luz es de longitud de onda entre 380 y 750 nm.

Existen muchos modos de crear luz, pero dos de los métodos más utilizados actualmente son los siguientes:

  • Termo-radiación es el alumbrado que se obtiene cuando los materiales sólidos o líquidos se calientan a temperaturas superiores a 1000 K emiten radiación visible (incandescencia). Las lámparas de filamentos se basan en este concepto para generar luz.
  • La descarga eléctrica es otra técnica utilizada para obtener luz. Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un gas emite radiación (luminiscencia).

Cuando hablamos de sistemas de iluminación, nos referimos a los sistemas que se utilizan para dar luz.

2. Las lámparas

Una lámpara o bombilla es un convertidor de energía, cuya función principal es transformar la energía eléctrica en luz. Actualmente en el mercado existe una gran variedad de lámparas, con diferentes características y funcionamientos.

Existen diferentes parámetros para definir las características de una lámpara.

  • Lumen (lm) : Unidad que mide la cantidad de luz emitida.

  • Rendimiento de color (IRC) : Los colores que vemos dependen de las características cromáticas de la fuente de luz. Así, el IRC señala la capacidad de una fuente de luz artificial en reproducir los colores, siendo la referencia (100%) el Sol.

  • Vida útil : Es el tiempo estimado en horas después del cual es preferible sustituir las lámparas de una instalación para evitar una disminución excesiva de los niveles de iluminación.

  • Eficiencia o rendimiento luminoso : Cantidad de luz emitida (lm) por unidad de potencia eléctrica consumida (W).

Puedes saber más acerca de las características de las lámparas eléctricas y los diferentes tipos que existen accediendo al juego interactivo sobre las lámparas.

Evolución de las lámparas eléctricas

Aunque el progreso tecnológico ha permitido producir diferentes tipos de lámparas, los principales factores que han influido en su desarrollo han sido fuerzas externas al mercado.

No obstante, sin duda alguna, fue la generación y distribución de electricidad a gran escala la que determinó el crecimiento del mercado. Después de la segunda Guerra Mundial la lámpara fluorescente se convirtió en la fuente de luz dominante y años más tarde, en la década de los 70, se perfeccionó su diseño para reducir el consumo eléctrico sin perder la calidad de luz que producían.

Tipos de lámparas eléctricas

Las lámparas incandescentes

Las lámparas incandescentes están formadas por un hilo de tungsteno (Wolframio) que se calienta por efecto Joule consiguiendo temperaturas tan elevadas que empiezan a emitir luz visible.

Para evitar que el filamento se queme  (en contacto con el aire que lo oxidaría) se envuelve en una botella de cristal que se llena con un gas para evitar la evaporación del filamento y dejar el globo negro.

En general, el rendimiento de este tipo de lámpara es bajo porque la mayor parte de la energía consumida se convierte en calor.

Tipos de lámparas incandescentes

  • Lámparas no halógenas : Dentro este grupo encontramos las lámparas a las que se ha realizado el vacío en la botella o las que contienen un gas. Estas lámparas tienen las siguientes características:

    • Una duración normalizada de 1000 h.

    • Un rendimiento realmente bajo: entre 12 y 18 lm/W (únicamente convierten en luz aproximadamente un 15% de la electricidad consumida).

    • Un IRC cercano al 100%.

 En la actualidad, las lámparas de vacío prácticamente no se utilizan. Con el paso del tiempo se puede producir el ennegrecimiento de la botella a causa de la evaporación de las partículas del tungsteno que forman el filamento.

  • Lámparas halógenas : Contienen una pequeña cantidad de gas (CH 2Br 2), que crea un ciclo de regeneración del halógeno que evita el ennegrecimiento.

El funcionamiento de estas lámparas necesita temperaturas muy elevadas para que se pueda producir el ciclo del halógeno. Por eso, son más pequeñas y compactas que las lámparas no halógenas, y las botellas se fabrican con un cristal de cuarzo que resiste mejor las temperaturas elevadas.

Tienen una duración de 1.500h, un rendimiento aproximado de 20 lm/W y un IRC también muy cercano al 100%.

Lámparas de descarga

Las lámparas de descarga son una forma alternativa de producir luz de un modo más eficiente y económico que las lámparas incandescentes.

En este caso la luz se consigue estableciendo una corriente eléctrica entre dos electrodos situados en un tubo lleno de gas, existiendo entre los electrodos una diferencia de potencial que provoca las descargas eléctricas necesarias para conseguir luz.

Para que estas lámparas funcionen correctamente es necesario, en la mayoría de casos, la presencia de unos elementes exteriores: los cebadores.

los cebadores son dispositivos que suministran un poco de tensión entre los electrodos del tubo. Esta tensión es necesaria para iniciar la descarga y vencer así la resistencia inicial del gas a la corriente eléctrica.

Hay otros dispositivos que sirven para limitar la corriente que atraviesa la lámpara y de este modo evitar un exceso de electrones circulando por el gas, hecho que aumentaría la intensidad eléctrica hasta producir la destrucción de la lámpara.
 

Lámpara de descarga.

Lámpara de descarga.

 

Tipos de lámparas de descarga

Las lámparas de descarga se pueden clasificar según el gas utilizando o la presión del gas.

Las propiedades varían mucho de unas a otras, por eso, cada una de ellas tiene una aplicación concreta.

Lámparas de vapor de mercurio a baja presión:

  • Lámparas fluorescentes. No tiene botella exterior y están formadas por un tubo ciñíndrico cerrado en cada uno de sus extremos donde se sitúan los electrodos.

El tubo de descarga está lleno de vapor de mercurio a baja presión y una pequeña cantidad de gas que sirve para facilitar el encendido y controlar la descarga de los electrodos.

La duración de estas lámparas se sitúa entre 5.000 y 10.000 horas. El rendimiento en color de estas lámparas es aproximadamente del 70%.

  • Lámparas fluorescentes compactas.Llevan incorporados los elementos auxiliares para facilitar el encendido y para limitar la corriente. Son lámparas pequeñas, pensadas para sustituir las lámparas incandescentes con un ahorro energético que puede llegar al 70% y con muy buenas prestaciones (entre los 70 lm/W y un IRC que puede llegar al 90%).

Lámparas de vapor de mercurio a alta presión:

  • Lámparas de vapor de mercurio de alta presión. Cuando se aumenta la presión de mercurio en el interior del tubo de descarga, la radiación ultravioleta característica de las lámparas de baja presión pierde importancia respecto las emisiones en la zona visible. Con estas condiciones la luz emitida es de color azul-verde.

    Para solucionar este problema se acostumbran a añadir sustancias fluorescentes para mejorar las características cromáticas de la lámpara. La vida útil de este tipo de lámparas es de unas 8.000 horas.

  • Lámparas de luz de mezcla. Son una mezcla de una lámpara de mercurio a alta presión con una lámpara incandescente y, habitualmente, tienen un recubrimiento fosforescente.

    El resultado de esta mezcla es que ofrece una buena reproducción del color. Su duración viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la causa principal de fallos. En general, su vida media se sitúa alrededor de las 6.000 horas.

  • Lámparas con halogenuros metálicos. Si a los tubos de descarga añadimos yoduros metálicos, se consigue una mejor capacidad de reproducir los colores de las lámparas de vapor de mercurio.

    La vida media de estas lámparas está cerca de las 10.000 horas. Necesitan 10 minutos para encenderse, que es el tiempo necesario para que estabilice la descarga. Por su funcionamiento es necesario un dispositivo especial de encendido, ya que las tensiones que necesitan al inicio son muy elevadas.
    Sus buenas características cromáticas las hacen adecuadas para la iluminación de las instalaciones deportivas, para retransmisiones de TV, estudios de cine, etc.  

Lámparas de vapor de sodio:

  • Lámparas de vapor de sodio a baja presión. La descarga eléctrica en un tubo con vapor de sodio a baja presión produce una radiación monocromática característica.

El tubo de descarga tiene forma de U para reducir las pérdidas de calor y el tamaño de la lámpara. Los tubos se fabrican con materiales muy resistentes porque el sodio es muy corrosivo y se cierra en una botella en la que se ha realizado el vacío para aumentar el aislamiento térmico.

Estas lámparas ofrecen comodidad visual y una buena percepción de los contrastes. Sin embargo, el hecho de que sean monocromáticas hace que la reproducción de los colores sea mala.

La vida media de estas lámparas es muy larga, sobre 15.000 horas, y su vida útil es de entre 6.000 y 8.000 horas. Se acostumbra a utilizar para el alumbrado público, pero también con finalidades decorativas.

  • Lámparas de vapor de sodio a alta presión. Proporcionan una luz blanca dorada, mucho más agradable que la que proporcionan las lámparas de baja presión, y tienen mejor capacidad para reproducir los colores.

La vida media de estas lámparas es de 20.000 horas y su vida útil está entre 8.000 y 12.000 horas.

Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes, ya que necesitan otras temperaturas.

En su interior hay una mexcla de sodio y vapor de mercurio, para amortiguar la descarga que sirve para facilitar el encendido de la lámpara y reducir las pérdidas térmicas

El tubo está dentro de una botella donde se ha hecho el vacío.

Este tipo de lámparas tiene muchas aplicaciones, tanto en iluminación de interiores como de exteriores. Se acostumbra a utilizar en la iluminación de naves industriales, en el alumbrado público o en la iluminación decorativa.

LEDs de luz blanca

Las lámparas de LEDs de luz blanca son unos de los progresos más novedosos en el ámbito de la iluminación. Están muy bien posicionados para poder sustituir a las bombillas actuales.

Se trata de un dispositivo semiconductor que emite luz cuando se polariza y es atravesado por la corriente eléctrica.

El uso de lámparas basadas en la tecnología LED se está incrementando de una forma notable últimamente, ya que tiene una vida útil más prolongada que cualquier otro tipo de lámpara, una menor fragilidad y un mayor aprovechamiento de la energía.

Algunas características más concretas de este sistema de iluminación son:

  • Su rendimiento es superior a otras lámparas: 100-150 lm/W.
  • Su vida útil se encuentra entre las 50.000 y 100.000 horas.
  • Su IRC es de aproximadamente el 90%.
  • Consiguen una alta fiabilidad.
  • Tienen una respuesta muy rápida.
  • Conllevan menos riesgo para el medio ambiente.
  • Es la tecnología más cara.

Aunque son bastante caros se prevé una rápida evolución. Buena prueba de ello es que los fabricantes cada vez más se decantan por la fabricación de productos basados en la tecnología LED para iluminación de interiores y exteriores, como calles o zonas de estacionamiento.