clases de luminotecnia
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CONCEPTOS BÁSICOSLa luz.
Es una radiación electromagnética que se percibe a través de las sensaciones luminosas.
La luz se puede producir por
Calentando hasta la incandescencia sólidos o gases. Lámparas incandescentes, una vela, una llama.
El sol es una fuente de energía natural por fisión nuclear y nos llega la luz blanca que es una mezcla de radiaciones( varios colores). Es un
No podemos controlar su radiación.
Es un patrón de referencia para toda fuente artificial.
Lámparas incandescentes
El paso de la corriente eléctrica por un filamento de tungsteno de alta resistencia, muy fino y largo produce luz a alta temperatura. Su rendimiento lumínico respecto a la potencia eléctrica consumida es muy bajo, su color de luz es amarillento.
Las lámparas fluorescentes difieren de las incandescentes en el espectro de luz.
Lámparas de descarga.
Descarga eléctrica entre dos placas de material sumergido en un gas ionizado o vapor metálico. Lámparas de descarga de vapor de sodio o de mercurio. Foto luminiscentes. Si las longitudes de onda de estas radiaciones se emiten en la zona visible el dispositivo se constituye en una fuente de luz. Esta misma descarga puede generar radiaciones UV( invisibles) que radiadas sobre un material foto luminiscente ( fósforo)
Origina luz como en las lámparas fluorescentes.
La luz como emisión de energía tiene 3 propiedades
La luz se propaga en el vacío por medio de ondas electromagnéticas.
La luz se propaga en todas las direcciones en el espacio.
La luz se transmite a distancia.
Radiaciones.
Se designa así a la transmisión de la energía a través del espacio, sin soporte material, es decir ene el vacío, por medio de ondas electromagnéticas.
Tipos de radiación: Radiación térmica o calorífica. Estufa. Lo
sentimos como calor pero no lo vemos. Radiación eléctrica. Estación de radio. No la
vemos solo la capta un receptor de radio. Radiación lumínica. Emitida por una lámpara, el
ojo puede captarlo.
Qué es Espectro Electromagnético?
El Espectro Electromagnético es un conjunto de ondas que van desde las ondas con mayor longitud como las ondas de radio, hasta los que tienen menor longitud como los rayos Gamma.
Entre estos dos limites están: las ondas de radio, las microondas, los infrarrojos, la luz visible, la luz ultravioleta y los rayos X
Es importante anotar que las ondas con mayor longitud de onda tienen menor frecuencia y viceversa.
Las características propias de cada tipo de onda no solo es su longitud de onda, sino también su frecuencia y energía.
Los elementos que constituyen una radiación son. Velocidad de propagación. 300.000 K/s. Longitud de onda. Periodo: Tiempo que tarda en ocupar dos posiciones idénticas. Frecuencia. Número de periodos o ciclos por segundo. Hertz.
La visión del color.El espectro electromagnético
El universo por doquier se encuentra rodeado por Ondas Electromagnéticas de diversas longitudes. La luz es la porción de este espectro que estimula la retina del ojo humano permitiendo la percepción de los colores. Esta región de las ondas electromagnéticas se llama Espectro Visible y ocupa una banda muy estrecha de este espectro.
Cuando la luz es separada en sus diversas longitudes de onda componentes es llamada Espectro. Si se hace pasar la luz por un prisma de vidrio transparente, produce un espectro formado por los colores rojo, naranja, amarillo, verde, azul, indigo y violeta. Este fenómeno es causado por las diferencias de sus longitudes de onda. El rojo es la longitud del onda más larga y el violeta la más corta. El ojo humano percibe estas diferentes longitudes de onda como Colores.
Longitudes de onda de la luz visible
La visión del color El espectro electromagnético: Rango dentro del cual
el ojo humano ve los colores. Fuera de estos rangos el ojo es ciego.
760 nm. Color rojo 610 nm 590 nm 570 nm 500 nm 475 nm 450 nm 350 nm 380 nm. violeta
Magnitudes luminosas.
En luminotecnia la unidad de media es la Candela y se derivan de ella como unidades derivadas la unidades de flujo (lúmenes), iluminación, luminancia y radiancia (luxes).
Intensidad luminosa (I) Candela
Intensidad de luz dentro de un ángulo sólido extremadamente pequeño en una dirección determinada.
Su unidad de medida es la Candela. ( Cd).Linterna de un faro…………….….2.000.000 Cd.Lámpara incandescente de 100 W…..........110
Cd.Lámpara fluorescente de 40 W……..……320
Cd.
Flujo luminoso. Ø .Lumen/es.
Se define como el flujo luminoso emitido en una ángulo sólido de un estereoradián por un manantial cuya intensidad luminosa sea de una Candela. Es la luz emitida por unidad de tiempo. Se simboliza con la letra Ø y su unidad de medida es el lumen ( Lm).
Lámpara incandescente de 40 W….....................350 lm.
Lámpara fluorescente de 40 W…..……………2500 lm.
Lámparas de vapor de mercurio de 400 W. …23.000 lm.
Iluminación. ( E). Lux/Luxes
Es el flujo luminoso por unidad de superficie. Su unidad es el lux (lx) o luxes.
Lux = lúmenes/m2. Día de verano a pleno sol……1.000.000 lx. Noche de luna llena……………..…0,25 lx. Oficina (Recomendado)……….…..300 lx. Dormitorio…………………………100 lx. Calle con buen alumbrado……………25 lx.
Emitancia. Lúmenes/m2.
Se trata de los lúmenes por m2 de una superficie luminosa. Se mide en lm/m2. como la iluminación, solo que esta se refiere a una superficie iluminada y la luminancia a una superficie que emite luz.
Luminancia . Brillo
Intensidad luminosa emitida en una dirección, dada por una superficie luminosa. Expresa el efecto de luminosidad que una superficie produce en el ojo humano. Se mide en Cd/m2
Eficiencia luminosa. ( ᶯ ) Etha. La eficiencia luminosa o rendimiento de una
lámpara es la relación entre el flujo luminoso emitido y la potencia eléctrica absorbida. ᶯ = lm/watts. Ejemplo:
Una lámpara incandescente de 40 W produce 350 lm, luego; ᶯ = 350lm/40 W = 8,75 lm/w.
Una lámpara fluorescente de 40 W, produce 2700 lm; luego ᶯ = 270 lm/40 W = 67,5 lm/w.
Una lámpara de vapor de mercurio de 400 W, produce 23.000lm,luego ᶯ = 23.000 lm/400W = 57,5 lm/w.
Una lámpara fluorescente de 40 W consume igual de energía eléctrica, que una incandescente de 40 W, pero produce mas lumenes.
Eficiencia luminosa de algunas lámparas.
Tabla comparativa entre las eficiencias luminosas de las lámparas en gral.
Lámpara Eficiencia (lm/W) Sodio 120 a 150 Mastecolour 95 Metálica 80 Mercurio con reactor mercurio. 55 Fluorescente Súper 80 80 Fluorescentes compactas 65 Halógenas /Mixtas 25 Incandescentes 17
Leyes fundamentales de la luminotecnia.
1ª ley: Ley de la inversa de los cuadrados. “ La iluminación es inversamente proporcional
al cuadrado de la distancia existente entre la fuente que emite luz y la superficie iluminada. Ejemplo:
Si tenemos un manantial luminoso de 16 lúmenes, la iluminación conseguida sobre 3 superficies situadas a 1, 2, 3 y 4 m bajo angulo constante será:
E1 = 16/1 = 16 lux. E2 = 16/22 = 4 lux. E3= 16/32 =1,78 lux. E4 = 16/42 = 1 lux.
2da Ley de los cosenos.
“La iluminación es proporcional al coseno del ángulo de incidencia”
El ángulo de incidencia es el ángulo formado por la dirección del rayo incidente y la normal a la superficie en el punto de incidencia.
Ley fundamental de la iluminación. “La iluminación de una superficie situada
perpendicularmente a la dirección de la radiación es directamente proporcional a la intensidad luminosa del manantial luminoso e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que lo separa del mismo.”
Control de la luz
Una vez obtenida la luz, a partir de un manantial luminoso se presenta el problema de su control ya que, debido a su gran luminancia, la mayoría de los manantiales luminosos existentes en la actualidad no realizan por sí mismos una distribución del flujo luminoso que permita su aplicación directa, si no que se hace necesaria la utilización de dispositivos que modifiquen o controlen la luz emitida por dichos manantiales luminosos.
La modificación de las características de un manantial luminoso con vista a una aplicación eficiente de luz emitida puede realizarse considerando uno o varios de estos fenómenos físicos.
Reflexión. Refracción. Absorción. Transmisión. Difusión.
Reflexión de la luz
Cuando una superficie devuelve la luz que incide sobre ella, se dice que refleja la luz. La reflexión de la luz depende de:
Condiciones moleculares de la superficie reflectante. Una superficie lisa refleja mejor que una rugosa.
El ángulo de incidencia de los rayos luminosos. El color de los rayos incidentes. La luz blanca se
refleja mejor que la luz coloreada. La ley fundamental de la reflexión dice: “El ángulo de incidencia es igual al ángulo de
reflexión”.
Refracción de la luz
Es cuando la dirección de los rayos de luz es modificada al pasar de un medio a otro de diferente densidad.
La ley fundamental de la refracción dice: La razón de los índices de refracción de
ambos medios es igual a la razón de los senos de los ángulos de incidencia y de refracción.
n2/n1 = sen i /sen r
Absorción
Cuando un rayo de luz llega a un cuerpo no toda esa luz es reflejada sino en parte es absorbida en mayor o menor proporción según los materiales componentes de ese cuerpo.
Si el cuerpo es de color blanco e incide sobre él la luz blanca, la refleja enteramente, sin haber absorción.
Los cuerpos negros absorben por completo la luz blanca, si haber reflexión.
En un cuerpo gris, parte de la luz blanca es reflejada y parte absorbida.
Un cuerpo rojo absorbe todos los colores de la luz blanca excepto la luz roja que es reflejada e incide en nuestros ojos.
Transmisión
Al pasar los rayos luminosos a través de cuerpos transparentes o translúcidos, se dice que estos rayos han sido transmitidos.
La transmisión de luz puede ser dirigida si el rayo luminoso sufre desviación normal por refracción. Ocurre este tipo de transmisión en cristales claros y transparentes, y se produce intensos deslumbramientos debido a la gran luminancia de os rayos luminosos incidentes
La transmisión de la luz se llama difusa cuando el rayo luminoso incidente queda dispersado al chocar con el material de manera que quede iluminada uniformemente toda la superficie del cuerpo que se trate. Se puede conseguir una transmisión difusa utilizando cristales opalinos, mateados, etc..... ,es decir cuerpos translúcidos. En este caso la luminancia es constante en todas las direcciones del espacio y el deslumbramiento es mucho menor.
Difusión
Debido a la rugosidad de la superficie que refleja o transmite el flujo luminoso, éste se esparce en todas las direcciones del espacio y a este fenómeno se le llama difusión.
Representación gráfica.
Curvas de distribución luminosa. El conjunto de la intensidad de un manantial
luminoso en todas las direcciones de la radiación, se llama distribución luminosa. Es una medida de la intensidad luminosa de un manantial en todas las direcciones del espacio, en relación a un eje vertical, se obtiene así un sólido fotométrico del manantial considerado, por medio de vectores espaciales cuya magnitud es proporcional a las correspondientes intensidades luminosas. Si este sólido lo cortamos según un plano vertical obtendremos una curva de distribución o curva fotométrica.
CURVA FOTOMÉTRICALA LUZ EMITIDA POR UN APARATO DE ILUMINACIÓN SE PUEDE REPRESENTAR A TRAVÉS DE UN SISTEMA GRÁFICO LLAMADO CURVAS FOTOMÉTRICAS. LAS MISMAS SON LA UNIÓN DE LOS PUNTOS DE COINCIDENCIA ENTRE LAS VARIAS INTENSIDADES LUMINOSAS, QUE SE EMITEN EN TODAS LAS DIRECCIONES EN EL ESPACIO DESDE LA FUENTE LUMINOSA, Y QUE FORMAN EL SÓLIDO FOTOMÉTRICO.
Mediante la curva fotométrica de una fuente de luz se puede determinar con exactitud la intensidad luminosa en cualquier dirección, dato necesario para algunos cálculos de iluminación.Las direcciones del espacio por las cuales se radia una intensidad luminosa las podemos determinar por dos coordenadas: C - Y
Las curvas fotométricas se dan referidas a un flujo luminoso emitido de 1000 lm y como el caso más gral. es que la fuente de luz emita un flujo superior, los valores de la intensidad luminosa correspondiente se hallan por una regla de tres simple. Cuando alojamos una lámpara en un reflector, se distorsiona su flujo proporcionando un volumen cuya forma es distinta, ya que depende de las características propias del reflector. Por consiguiente, las curvas de distribución según los distintos planos son diferentes. Fig. 10 es simétrico y tiene idénticas curvas para cualquiera da los planos meridionales, por lo que una sola curva es suficiente para su identificación fotométrica. Fig. 11 es asimétrico y cada plano tiene una curva diferente, por lo que es necesario conocer todos los planos.
Curvas de distribución de dos reflectores
Fundamentos fisiológicos de la luminotecnia
En la luminotecnia intervienen dos factores. La fuente o manantial luminoso. Ejemplo: Una
lámpara fluorescente. Un órgano captador de esa energía luminosa,
que es el ojo humano, que recoge las radiaciones luminosas por medio de del fenómeno llamado sensación visual y las envía al cerebro para que este órgano a intercepte mediante el proceso de la percepción visual.
A los efectos de una mejor comprensión de este fenómeno hay que conocer el funcionamiento del ojo y sus particularidades.
Factores que intervienen en la percepción visual.
Hasta ahora solo hemos considerado los aspectos objetivos que intervienen en la luminotecnia es decir los factores que hacen posible la iluminación, sin interesarnos en los efectos psico fisiológicos, que causan en el órgano de la visión y el cerebro, órgano receptor de la sensaciones luminosas.
De todas las magnitudes física fundamentales estudiadas como ser: el flujo luminoso, la intensidad luminosa, la iluminación, la radiancia y la luminancia, que hacen posible la percepción de la luz, el ojo humano solo recibe la LUMINANCIA, o mejor dicho “las diferencias de luminancia entre los objetos”.
La percepción de la luz, es en realidad, la percepción de las diferencias de luminancia; y al efecto de la luminancia sobre el órgano de la visión le llamaremos brillo. Es decir que la luminancia es la causa, o el estímulo y el brillo es el efecto o la sensación.
Otros factores a considerar son la percepción de las formas plásticas, es decir la percepción del volumen y profundidad y la percepción del color.
Brillo. Directo y reflejado
Brillo. Es la sensación producida en el ojo humano, a causa de las
diferencias de luminancia de los objetos iluminados o luminosos. Existen dos clases de brillo.
Brillo directo: que es el brillo directo del manantial luminoso. Ejemplo. El brillo de una lámpara fluorescente.
Brillo reflejado; o brillo percibido al incidir el flujo luminoso sobre una superficie brillante
Ejemplo: El brillo de un espejo intensamente iluminado. El brillo es directamente proporcional a la intensidad luminosa del
manantial e inversamente proporcional a la superficie de la fuente directo) o a la superficie que refleja la luz incidente ( caso de brillo reflejado). Esta es la razón por la cual una superficie metálica sea mas brillante que una pieza de tela, si ambos tienen la misma iluminación. luminosa emisora( caso de brillo reflejado)
Deslumbramiento.
El concepto de deslumbramiento está íntimamente ligado con el brillo, pero el deslumbramiento no depende del brillo intrínsecamente considerado, sino de las diferencias de brillo. Se presenta este fenómeno cuando en el campo de la visión hay objetos iluminados o manantiales luminosos con grandes diferencias de brillo; por ejemplo en una habitación oscura, la luz directa de una lámpara de incandescencia de 60 W produce deslumbramiento, mientras que en una habitación bien iluminada, la luz de la misma lámpara no producirá este fenómeno.
El deslumbramiento se debe evitar en las instalaciones de alumbrado. El brillo excesivo de una lámpara molesta e incomoda a la vista cuando
esta es directa. Este mismo inconveniente sucede por la mala ubicación de un manantial muy luminoso, es decir muy próximo al ojo del observador.
Para evitar el deslumbramiento hay un ángulo límite dado por el ángulo formado por la dirección visual horizontal y la dirección de la visual al foco luminoso; para evitar el deslumbramiento este ángulo ha de ser superior a 30º . Las lámparas de luminancia elevadas que hayan de quedar dentro de ángulos inferiores a 30º, deben protegerse mediante globos difusores, reflectores, refractores, etc.
Se deben evitar los contrastes excesivos entre luz y sombra en el campo visual.
Problemas del deslumbramiento
Los problemas que acarrea el deslumbramiento son.
Disminución de la percepción visual. El observador concentra involuntariamente su atención hacia el objeto mas brillante y disminuye, la percepción en el resto del campo.
Sin embargo este efecto se busca en los carteles y anuncios publicitarios.
Efectos desagradables a la vista. (Molesta la visión).
Fatiga visual. Menor rendimiento en el trabajo. Da un aspecto falso y prejudicial a los objetos
excesivamente iluminados.
Percepción de formas plásticas.
Para que los objetos presentes en el campo visual den una sensación tridimensional, o en otros términos sensación plástica, es indispensable la existencia de sombras o de menor iluminación. Las variaciones de las formas de los objetos se hacen visibles por el contraste de brillos existentes.
Veamos los algunos ejemplos sobre la iluminación de una figura geométrica de un cono.
En (a) una luz completamente difusa presenta al cuerpo sin sombras y se lo ve plano como si fuera un triángulo plano.
En (b) el foco e situado a la izquierda y el objeto se distingue perfectamente por el fuerte contraste de luz y sombra, pero la apreciación de la forma es dura, muy rudimentaria y poco agradable a la vista.
En (c) se combinan las dos iluminaciones anteriores y da como resultado una mejor apreciación del objeto.
Percepción de formas plásticas
Lámparas de radiación.
Lámparas incandescentes para alumbrado general. La lámpara de incandescencia es un elemento termoradiador, cuyo cuerpo luminoso está constituido por un
hilo conductor a través del cual se hace pasar una corriente eléctrica, bajo cuya acción, dicho hilo eleva su temperatura hasta el rojo emitiendo a esta temperatura radiaciones comprendidas dentro del espectro visible.
Partes de una lámpara de incandescencia.. Gases inertes: Llenando la ampolla con un gas inerte previa evacuación del aire, disminuye el régimen de
evaporación de l filamento y se prolonga su vida, Los gases mas adecuados son el argón y el nitrógeno. La evaporación del filamento es menor en el argón y la lámpara puede funcionar con mayor rendimiento (para igual vida del filamento), si la lámpara contiene una proporción considerable de argón en lugar de nitrógeno puro.
El ennegrecimiento del bulbo es el resultado de la gradual evaporación del filamento. La evacuación de la ampolla de las lámparas incandescentes y su posterior llenado con la mezcla de gases
argón /nitrógeno o gas kriptón, han de realizarse con mucho cuidado, porque el mas mínimo residuo de oxígeno, hidrógeno o vapor de agua del aire puede provocar un exceso de combustión de la espiral cada vez que se pone la lámpara en funcionamiento, con la consiguiente disminución de la vida útil de la misma.
El filamento de tungsteno en atmósfera de kriptón, por el elevado coste de este gas ,reserva a lámparas decorativas, o cuando se precisan muy buenas características de funcionamiento.
Filamento. En todos los casos se utiliza el filamento de tungsteno. En las lámparas normales en atmósfera de gas se emplea el filamento es espiral; en las lámparas de alta calidad se emplea el filamento ondulado o doble espiralado. El filamento puede ser recto (S), de tipo espiral simple (C ) , de doble espiral o doblemente espiralado ( CC).
La ampolla o bulbo. La ampolla de la lámpara es de cristal y presenta diferentes formas y acabados. Los bulbos se designan con una letra o combinación de letras que en general son iniciales de las palabras que describen su forma.
Constitución de una moderna lámpara de incandescencia.
Consiste en una bombilla de vidrio , montada sobre un casquillo de latón con rosca que se introduce dentro de un portalámparas normalizado, formando contacto eléctrico. Entro del bombilla se encuentra un filamento de tungsteno o wolframio en medio de una atmósfera de gases raros
AmpollaLa ampolla es una cubierta de vidrio que da forma a la lámpara y protege el filamento del aire exterior evitando que se queme. Si no fuera así, el oxígeno del aire oxidaría el material del filamento destruyéndolo de forma inmediata.Las ampollas pueden ser de vidrio transparente, de vidrio blanco translúcido o de colores proporcionando en este último caso una luz de color monocromática en lugar de la típica luz blanca
AMPOLLA
Partes de una lámparaLas lámparas incandescentes están formadas por un hilo de wolframio que se calienta por efecto Joule alcanzando temperaturas tan elevadas que empieza a emitir luz visible. Para evitar que el filamento se queme en contacto con el aire, se rodea con una ampolla de vidrio a la que se le ha hecho el vacío o se ha rellenado con un gas. El conjunto se completa con unos elementos con funciones de soporte y conducción de la corriente eléctrica y un casquillo normalizado que sirve para conectar la lámpara a la luminaria.FilamentoPara que una lámpara incandescente emita luz visible, es necesario calentar el filamento hasta temperaturas muy elevadas. Esto se consigue pasando una corriente eléctrica a través de un material conductor por efecto Joule.Como la temperatura depende de la resistencia eléctrica es necesario que esta última sea muy elevada. Para conseguirlo podemos actuar de dos formas. En primer lugar, que el filamento esté compuesto por un hilo muy largo y delgado; de esta manera los electrones tendrán más dificultad para pasar por el cable y aumentará la resistencia. Y la segunda posibilidad es emplear un material que tenga una resistividad eléctrica elevada.También es muy importante que el filamento tenga un punto de fusión alto y una velocidad de evaporación lenta que evite un rápido desgaste por desintegración del hilo. De esta manera se pueden alcanzar temperaturas de funcionamiento más altas y, por tanto, mayores eficacias.
Soporte del filamento: vástago e hilos conductoresEl filamento está fijado a la lámpara por un conjunto de elementos que tienen misiones de sujeción y conducción de la electricidad.Los hilos conductores transportan la electricidad desde el casquillo a los hilos de soporte a través del vástago. Para evitar el deterioro de las varillas de soporte es necesario un material, normalmente se usa el molibdeno, que aguante las altas temperaturas y no reaccione químicamente con el tungsteno del filamento.El vástago es de vidrio con plomo, un material con excelentes propiedades de aislante eléctrico, que mantiene separada la corriente de los dos conductores que lo atraviesan. Además, y gracias a su interior hueco sirve para hacer el vacío en la ampolla y rellenarla de gas (cuando se requiera).
VástagoHilos conductores
Para mejorar la eficacia luminosa de las lámparas se arrolla el filamento en forma de doble espiral. De esta manera se consigue que emitiendo la misma cantidad de luz, el filamento presente una menor superficie de intercambio de calor con el gas que rellena la ampolla, por lo que las pérdidas por este motivo se reducen al mínimo.
Gas de rellenoAunque antiguamente se hacía el vacío en el interior de la ampolla, en la actualidad se rellena con un gas inerte por las ventajas que presenta. Con el gas se consigue reducir la evaporación del filamento e incrementar la temperatura de trabajo de la lámpara y el flujo luminoso emitido. Los gases más utilizados son el nitrógeno en pequeñas proporciones que evita la formación de arcos y el argón que reduce la velocidad de evaporación del material que forma el filamento. Las proporciones empleadas varían según la aplicación de la lámpara y la tensión de trabajo. Aumentando la presión del gas se consigue, además, disminuir la evaporación del filamento y aumentar la eficacia luminosa y vida de la lámpara.
Gas de relleno
CasquilloEl casquillo cumple dos importantes funciones en la lámpara. Por un lado, sirve para conectar el filamento a la corriente eléctrica proveniente del portalámparas. Y por el otro, permite la sujeción de la lámpara a la luminaria evitando su deterioro. En su fabricación se usan habitualmente el latón, el aluminio o el níquel
Casquillo
Vida de una lámpara
Vida Útil: es definida como el tiempo en horas, del cual cerca del 20% al 30% del flujo luminosos de las lámparas
Vida Mediana: es definida como el tiempo en horas, del cual 50% de las lámparas de un grupo representativo, fiscalizadas en condiciones controladas de operación, terminan quemadas.
Vida de la lámpara.
Aunque las lámparas se especifican para una vida determinada, debe tenerse presente que se trata de una vida media. Algunas pueden fallar prematuramente, mientras que otras duran mucho mas que el límite.
Características lumínicas de las lámparas incandescentes.
Una lámpara de 40 W produce 425 lúmenes y tiene una vida útil de 1.000 a 750 horas.
Una lámpara de2000 W produce 3900 lúmenes y tiene una vida útil de 750 horas.
Una lámpara de 100 W produce 1620 lúmenes y tiene una vida útil de 1.000 a 750 horas.
Una lámpara de 60 W produce 840 lúmenes y tiene una vida útil de 1000 horas.
Al final de la vida nominal, solamente el 50% de las lámparas permanecen funcionando, para entregar alrededor de 7 lúmenes / watt hasta agotarse definitivamente. Las lámparas incandescentes se construyen para una duración media de 1000 horas. Hay lámparas que superan esta vida útil. Es muy importante para el rendimiento y la vida de la lámpara que esta trabaje a la tensión nominal correcta (220 V). Las fluctuaciones de la tensión aunque sean pequeñas y de carácter regular, acortan extraordinariamente la vida útil de la lámpara. No se admiten oscilaciones en la tensión de la alimentación de una lámpara de incandescencia superior a mas o menos 5% de la tensión nominal.
Rendimiento:
Es la división entre el flujo luminosos irradiado por la luminaria y el flujo luminoso total de la lámpara.
Caso que la iluminaría no disponga de un reflector adecuado para la lámpara o el reflector no posea la buena calidad de reflexión, gran parte del flujo luminosos de la lámpara no será reflejada en el ambiente y, consecuentemente habrá desperdicio de luz y bajo rendimiento luminosos. Una iluminaría de alto rendimiento luminoso posee reflector dimensionado para la lámpara y excelente reflexión, que proporciona un alto aprovechamiento de luz, y, consecuentemente, permite reducir el numero de iluminarías y lámparas en un proyecto de iluminación de un ambiente.
Depreciación del flujo luminoso:
En la larga vida útil de la lámpara es común que ocurra una disminución del flujo luminoso que sale de la iluminaría, en razón de la propia disminución normal del flujo de la lámpara es por causa del acumulamiento de polvo en la superficie de la lámpara o del reflector. Este factor debe ser considerado en el cálculo de proyecto de iluminación, a fin de preservar la iluminancia (luz) proyectada sobre el ambiente y una larga vida útil de la lámpara.
Temperatura de Color:
Expresa la apariencia de calor de la luz emitida por la fuente de luz. Y su unidad de medida es Kelvin (K). cuando más alta la temperatura de color, más blanca la tonalidad de color de la luz. Cuando hablamos de luz fuerte o fría, nos estamos refiriéndola calor físico de la lámpara, es el tono de color que ella da al ambiente. Luz con tono de color más fuerte es más aconsejable y relajante, luz más fría más estimulante.
Ej. Una lámpara de temperatura de calor de 2700 K tiene tonalidad fuerte, una de 7000 K tienen tonalidad muy fría. Lo ideal en una residencia es variar entre 2700K y 5000K, conforme con el ambiente a ser iluminado.
Temperatura de color
En su casa, las áreas sociales y los dormitorios deben tener una tonalidad más fuerte o neutra, que lleva a un relajamiento aconsejable. Las áreas de servicio, cocina, baños, oficinas, sala de estudio, deben tener una tonalidad neutra o frío, induciendo mayor actividad.
Hoy en día están disponibles en el mercado lámparas fluorescentes con una nueva tecnología, que permite presentar diferentes temperaturas de color. Antes existían solo en tonalidades frías y, como esas lámparas emiten menos calor, son erróneamente llamadas lámparas frías. Actualmente ya son usadas en la casa entera y con gran efecto decorativo. Los fluorescentes compactos están disponibles en temperatura de color frío (6500K) y también en color fuerte (2700K) semejantes a las lámparas incandescentes.
TEMPERATURA DE COLOR
La temperatura de color de una fuente de luz se define comparando su color dentro del espectro luminoso con el de la luz que emitiría un cuerpo negro calentado a una temperatura determinada. Por este motivo esta temperatura de color se expresa en grados kelvin, a pesar de no reflejar expresamente una medida de temperatura, por ser la misma solo una medida relativa.Generalmente no es perceptible a simple vista, sino mediante la comparación directa entre dos luces como podría ser la observación de una hoja de papel normal bajo una luz de tungsteno (lámpara incandescente) y a otra bajo la de un tubo fluorescente (luz de día) simultáneamente
Algunos ejemplos aproximados de temperatura de color:1700 K: Luz de una cerilla1850 K: Luz de vela2800 K: Luz incandescente o de tungsteno (iluminación doméstica convencional)3200 K: tungsteno (iluminación profesional)5500 K: Luz de día, flash electrónico (aproximado)5770 K: Temperatura de color de la luz del sol pura6420 K: Lámpara de Xenón9300 K: Pantalla de televisión convencional (CRT)28000 - 30000 K: Relámpago
Reproducción de ColoresLa reproducción de colores de una lámpara es medida por una escala llamada CRI (Indice de Reproducción de Colores). Cuanto más próximo esté el índice al CRI = 100 (dado a la luz solar), más fielmente los colores serán vistos en la decoración. Esto ocurre porque, en realidad, lo que observamos es el reflejo de la luz que ilumina los objetos, ya que en la oscuridad no vemos los colores. La luz es compuesta por los siete colores del arco iris y los pigmentos contenidos en los objetos tienen la capacidad de absorber determinados colores y reflejar otros. Por lo tanto, la cualidad de reproducción de los colores de la lámpara utilizada vá a influir directamente en los colores de la decoración, alterando o manteniendo los colores escogidos.
Un ejemplo claro de esto es cuando compramos ropa en un almacén y después cuando la vestimos durante el día, percibimos que el color no era exactamente aquel que nos parecía haber visto. La capacidad de las lámparas para reproducir bien los colores (CRI) es independiente de su temperatura de color (grados Kelvin). Existen tipos de lámparas con tres temperaturas de color diferentes y el mismo CRI.
Índice de reproducción de color (IRC):
Este índice cuantifica la fidelidad con que los colores son reproducidos sobre una determinada fuente de luz.
La capacidad de las lámparas de reproducir bien sus colores (IRC) independientemente de su temperatura de color (K). Existen tipos de lámparas con tres o más temperaturas de color diferentes del mismo (IRC)
En una residencia debemos utilizar lámparas con buena reproducción de colores (IRC encima de 80) pues es el color fundamental para el confort y belleza del ambiente.
Lámparas de luminiscencia.
Clases de luminiscencia. La luminiscencia es la radiación luminosa emitida por un cuerpo por efecto de un agente exterior, que excita los átomos de dicho cuerpo.
Según el agente excitador o estímulo, la luminiscencia puede ser entre otras:
Electroluminiscencia: Si se produce por el paso de la descarga eléctrica a través de los gases luminiscentes.
Fotoluminiscencia.,
si está producida por la acción de otras radiaciones luminosas de distinta longitud de onda. Cuando la radiación luminiscente persiste después de cesada la excitación, se llama fosforescencia y si la radiación luminiscente cesa después de haber dejado de actuar el agente excitador se trata de fosforescencia.
La aplicación práctica de las modernas lámparas fluorescente se logran según estos dos principios. En las lámparas fluorescentes la emisión de luz es mixta.
Principio de funcionamiento de la lámpara fluorescente. Cuando se aplica una tensión se produce un flujo de electrones de un electrodo
a otro, estos electrones se desplazan a gran velocidad y chocan con, los átomos de mercurio que se encuentran dentro del tubo, produciendo una emisión de radiaciones ultravioletas ( no visible) .El polvo fluorescente (fósforo) que rodea al tubo modifica la longitud de onda de la radiación, haciendo visible la luz. En las lámparas fluorescentes se utiliza como agente activador, la radiación ultravioleta de 253,7 mμ del vapor de mercurio, y por lo tanto , el espectro de excitación del fósforo ha de contener radiaciones de esta longitud de onda.
Estos fósforos son sólidos luminiscentes que pueden ser orgánicos o minerales, formados por óxido de zinc, sulfuro de zinc, tungstato de calcio, etc.
Las lámparas fluorescentes son lámparas de vapor de mercurio a baja presión (0.8 Pa).
En estas condiciones, en el espectro de emisión del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en la banda de 253.7 nm.
Para que estas radiaciones sean útiles, se recubren las paredes interiores del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles.
De la composición de estas sustancias dependerán la cantidad y calidad de la luz, y las cualidades cromáticas de la lámpara.
En la actualidad se usan dos tipos de polvos; los que producen un espectro continuo y los trifósforos que emiten un espectro de tres bandas con los colores primarios.
De la combinación estos tres colores se obtiene una luz blanca que ofrece un buen rendimiento de color sin penalizar la eficiencia como ocurre en el caso del espectro continuo.
Lámparas de vapor de mercurioLámparas fluorescentes
Lámpara fluorescente
LÁMPARAS
LamparasFLUORESCENTES.LaLampa
Balance energético de una lámpara fluorescente
La duración de estas lámparas se sitúa entre 5000 y 7000 horas
Su vida termina cuando el desgaste sufrido por la sustancia emisora que recubre los electrodos, hecho que se incrementa con el número de encendidos, impide el encendido al necesitarse una tensión de ruptura superior a la suministrada por la red.
Además de esto, hemos de considerar la depreciación del flujo provocada por la pérdida de eficacia de los polvos fluorescentes y el ennegrecimiento de las paredes del tubo donde se deposita la sustancia emisora.
PARTES PRINCIPALES DE LAS LÁMPARAS FLUORESCENTES:
•TUBO DE DESCARGA. El cuerpo o tubo de descarga de las lámparas fluorescentes se fabrica de vidrio, con diferentes longitudes y diámetros. La longitud depende, fundamentalmente, de la potencia en watt (W) que desarrolle la lámpara. El diámetro, por su parte, se ha estandarizado a 25,4 mm (equivalente a una pulgada) en la mayoría de los tubos. Los más comunes y de uso más generalizado tienen forma recta, aunque también se pueden encontrar con forma circular.
• CASQUILLOS CON LOS FILAMENTOS.La mayoría de los tubos fluorescentes rectos poseen en cada uno de sus extremos un casquillo con dos patillas o pines de contactos eléctricos externos, conectadas interiormente con los filamentos de caldeo o de precalentamiento. Estos filamentos están fabricados con metal de tungsteno, conocido también por el nombre químico de wolframio (W), recubiertos de calcio (Ca) y magnesio (Mg) y su función principal en los tubos de las lámparas fluorescente es calentar previamente el gas argón que contienen en su interior para que se puedan encender.
Patillas o pines de contacto (A), Electrodos (B), Filamento de Tungsteno (C), Mercurio Liquido (D), Átomos de gas argón (E), Capa o recubrimiento fluorescente de fósforo (F), Tubo de descarga. de cristal (G).
•CEBADOR.
Las lámparas fluorescentes por precalentamiento utilizan un pequeño dispositivo durante el proceso inicial de encendido llamado cebador o encendedor térmico.En la actualidad la mayoría de las lámparas fluorescentes de tecnología más moderna sustituyen el antiguo cebador por un dispositivo de encendido rápido, mucho más eficiente que todos los demás sistemas desarrollados anteriormente, conocidos como balasto electrónico.
•BALASTO.El balasto electromagnético fue el primer tipo de inductancia que se utilizó en las lámparas fluorescentes. Consta de un transformador de corriente o reactancia inductiva, compuesto por un enrollado único de alambre de cobre. Los balastos de este tipo constan de las siguientes partes:
NÚCLEO.CARCASA.SELLADOR.CAPACITOR O FILTRO.
La función del balasto es generar el arco eléctrico que requiere el tubo durante el proceso de encendido y mantenerlo posteriormente, limitando también la intensidad de corriente que fluye por el circuito del tubo.
TIPOS DE LÁMPARAS FLUORESCENTES.
Entre las lámparas fluorescentes de tecnología más reciente se encuentran las del tipo CFL (Lámpara Fluorescente Compacta), conocidas también como lámparas económicas o ahorradoras, con una luz y tamaño similar al de las lámparas incandescentes, pero con las mismas ventajas que brinda un tubo de luz fluorescente de mayor tamaño.
Lámpara CFL de 11 Watt
En comparación con las lámparas incandescentes, las CFL tienen una vida útil mayor y consumen menos energía eléctrica para producir la misma iluminación.Las lámparas CFL ayudan a ahorrar costos en facturas de electricidad, en compensación a su alto precio dentro de las primeras 500 horas de uso
Biax o CFL lineal
CFL globoCFL espiral
CFL reflectora
CFL diseñada para asemejarse a una lámpara
incandescente.Se muestra un bulbo
incandescente a la derecha para establecer una
comparación
Tipos de lámparas CFL
TUBOS FLUORESCENTES.
VENTAJAS DE LAS LÁMPARAS FLUORESCENTES.
•Aportan más luminosidad con menos watt de consumo. •Tienen bajo consumo de corriente eléctrica. •Poseen una vida útil prolongada (entre 5 mil y 7 mil horas). •Tienen poca pérdida de energía en forma de calor. La vida útil de una lámpara fluorescente se reduce o termina por los siguientes motivos:
•Desgaste de la sustancia emisora que recubre el filamento de tungsteno compuesta de calcio (Ca) y magnesio (Mg). •Pérdida de la eficacia de los polvos fluorescentes que recubren el interior del tubo. Ennegrecimiento del tubo en sus extremos.
Características.
Flujo luminoso medio de una lámpara fluorescente de 40 W ............... 2520 lúmenes.
Flujo luminoso medio de un lámpara fluorescente de 20 W....................990 lúmenes.
Vida útil de la lámpara. Para un uso promedio de 3 horas de encendido la vida útil de la lámpara es de aproximadamente 7.500 horas. A mayor cantidad de horas de encendido menor será la vida útil de la lámpara.
La lámpara fluorescente necesita de elementos auxiliares que son la reactancia y el arrancador que producen una sobre tensión para el encendido de la lámpara. Si hubiera baja tensión la lámpara no arranca.
El rendimiento en color de estas lámparas varía de moderado a excelente según las sustancias
fluorescentes empleadas.
Para las lámparas destinadas a usos habituales que no requieran de gran precisión su valor está entre 80 y 90.
De igual forma la apariencia y la temperatura de color varía según las características concretas de cada lámpara.
Apariencia de color Tcolor (K)
Blanco cálido 3000
Blanco 3500
Natural 4000
Blanco frío 4200
Luz día 6500
LAMPARAS DE DESCARGA. CONCEPTO
Las lámparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera más eficiente y económica que las lámparas incandescentes. Por eso, su uso está tan extendido hoy en día. La luz emitida se consigue por excitación de un gas sometido a descargas eléctricas entre dos electrodos. Según el gas contenido en la lámpara y la presión a la que esté sometido tendremos diferentes tipos de lámparas, cada una de ellas con sus propias características luminosas.FuncionamientoEn las lámparas de descarga, la luz se consigue estableciendo una corriente eléctrica entre dos electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado. En el interior del tubo, se producen descargas eléctricas como consecuencia de la diferencia de potencial entre los electrodos. Estas descargas provocan un flujo de electrones que atraviesa el gas.
En las lámparas de descarga, la luz se consigue estableciendo una corriente eléctrica entre dos electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado.
Funcionamiento de las lámparas de descarga
En el interior del tubo, se producen descargas eléctricas como consecuencia de la diferencia de potencial entre los electrodos. Estas descargas provocan un flujo de electrones que atraviesa el gas. Cuando uno de ellos choca con los electrones de las capas externas de los átomos les transmite energía y pueden suceder dos cosas.La primera posibilidad es que la energía transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada para poder arrancar al electrón de su orbital. Este, puede a su vez, chocar con los electrones de otros átomos repitiendo el proceso. Si este proceso no se limita, se puede provocar la destrucción de la lámpara por un exceso de corriente.
Tipo de lámparaEficacia sin
balasto (lm/W)
Fluorescentes 38-91
Luz de mezcla 19-28
Mercurio a alta presión 40-63
Halogenuros metálicos 75-95
Sodio a baja presión 100-183
Sodio a alta presión 70-130
Balance energético de una lámpara de descarga
La eficacia de las lámparas de descarga oscila entre los 19-28 lm/W de las lámparas de luz de mezcla y los 100-183 lm/W de las de sodio a baja presión.
Partes de una lámparaLas formas de las lámparas de descarga varían según la clase de lámpara con que tratemos. De todas maneras, todas tienen una serie de elementos en común como el tubo de descarga, los electrodos, la ampolla exterior o el casquillo.
Tipo de lámpara Vida promedio (h)
Fluorescente estándar
12500
Luz de mezcla 9000
Mercurio a alta presión
25000
Halogenuros metálicos
11000
Sodio a baja presión 23000
Sodio a alta presión 23000
Las lámparas de descarga se pueden clasificar según el gas utilizado (vapor de mercurio o sodio) o la presión a la que este se encuentre (alta o baja presión). Las propiedades varían mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros.Lámparas de vapor de mercurio:o Baja presión:
Lámparas fluorescenteso Alta presión:
Lámparas de vapor de mercurio a alta presión Lámparas de luz de mezcla Lámparas con halogenuros metálicos
Lámparas de vapor de sodio:o Lámparas de vapor de sodio a baja presióno Lámparas de vapor de sodio a alta presión
Lámparas de vapor de mercurio
CLASES DE LAMPARAS DE DESCARGAS
Clasificación de las lámparas de descarga.
Lámparas de vapor de mercurio. Propiedades eléctricas y luminosas de la
descarga en vapor de mercurio. En la lámpara de vapor de mercurio, se utiliza
la luminiscencia producida por el efecto de la descarga eléctrica en una atmósfera de vapor de mercurio y de un gas inerte (generalmente argón). Las propiedades eléctricas y luminosas de estas lámparas dependen de la intensidad de la corriente y de la presión del vapor contenido en el interior de la lámpara.
A medida que aumentamos la presión del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga, la radiación ultravioleta característica de la lámpara a baja presión pierde importancia respecto a las emisiones en la zona visible (violeta de 404.7 nm, azul 435.8 nm, verde 546.1 nm y amarillo 579 nm).
Lámparas de vapor de mercurio a alta presión
En estas condiciones la luz emitida, de color azul verdoso, no contiene radiaciones rojas. Para resolver este problema se acostumbra a añadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona del espectro. De esta manera se mejoran las características cromáticas de la lámpara. La temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con índices de rendimiento en color de 40 a 45 normalmente. La vida útil, teniendo en cuenta la depreciación se establece en unas 8000 horas. La eficacia oscila entre 40 y 60 lm/W y aumenta con la potencia, aunque para una misma potencia es posible incrementar la eficacia añadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes que conviertan la luz ultravioleta en visible.
Los modelo más habituales de estas lámparas tienen una tensión de encendido entre 150 y 180 V que permite conectarlas a la red de 220 V sin necesidad de elementos auxiliares.
Para encenderlas se recurre a un electrodo auxiliar próximo a uno de los electrodos principales que ioniza el gas inerte contenido en el tubo y facilita el inicio de la descarga entre los electrodos principales.
A continuación se inicia un periodo transitorio de unos cuatro minutos, caracterizado porque la luz pasa de un tono violeta a blanco azulado, en el que se produce la vaporización del mercurio y un incremento progresivo de la presión del vapor y el flujo luminoso hasta alcanzar los valores normales.
Si en estos momentos se apagara la lámpara no sería posible su reencendido hasta que se enfriara, puesto que la alta presión del mercurio haría necesaria una tensión de ruptura muy alta.
Lámpara de mercurio a alta presión
Constitución de una moderna lámpara de mercurio.
Consta de un tubo de cristal de cuarzo cuyo diámetro está comprendido entre 8 y 40 mm y cuya longitud oscila entre 3 y 20 cm, según las potencias. Los dos electrodos principales para corriente alterna están constituidos por tungsteno con cavidad rellena de un producto emisor de electrones (torio, óxido de bario, etc).
Tiene además un electrodo auxiliar cerca del principal, que está constituido por un metal alto punto de fusión (tungsteno). Y está conectado eléctricamente al electrodo principal por medio de una resistencia de 10.000 ohmios. .
El tubo de cuarzo está montado en el interior de una ampolla ovoide de vidrio, en cuyo interior están las resistencias conectadas a los electrodos auxiliares. En este tubo existe un gas noble ( argón) y cierta cantidad de mercurio exactamente dosificado. El espacio comprendido entre el tubo de cuarzo y la ampolla exterior está relleno de un gas neutro (nitrógeno) a presión suficientemente elevada pero inferior a la atmosférica, para evitar l a formación de arco entre las partes metálicas. Finalmente lleva un casquillo a rosca tipo Edison desde el que va la corriente eléctrica a los electrodos.
Funcionamiento de la lámpara de vapor de mercurio.
Cuando se aplica la tensión de la red (220 V) la lámpara no se enciende, sino que esta tensión se aplica entre el electrodo auxiliar de arranque y el principal. La resistencia de arranque establece una tensión de 20 V entre los electrodos y se produce una descarga entre ambos, que provoca la ionización del gas. Bajo la acción de esta descarga el mercurio que estaba a temperatura ambiente, se calienta y se volatiliza gradualmente, aumentando la presión en el interior del tubo y también la tensión en los bornes de la lámpara. Como la temperatura aumenta uniformemente aumenta la tensión y l a presión hasta cierto límite. Este tipo de lámpara es muy sensible a las fluctuaciones de la tensión de la red.
Luego se observa un aumento progresivo e importante del flujo luminoso y un cambio notable de color, que comienza de color violeta y va cambiando hasta resultar de un blanco azulado. El tiempo de puesta en régimen varía de 2 a 4 minutos.
La duración útil de las lámparas de vapor de mercurio puede calcularse en unas 4000 horas es decir 4 veces mas que las lámparas de incandescencia.
Aplicaciones de la lámpara de vapor de mercurio.
Por su elevado rendimiento luminoso son muy utilizados para el alumbrado de la vía pública, grandes naves industriales y alumbrado por proyectores.
Una particularidad de estas lámparas es que no necesitan balasto ya que el propio filamento actúa como estabilizador de la corriente. Esto las hace adecuadas para sustituir las lámparas incandescentes sin necesidad de modificar las instalaciones.
La duración viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo.
Respecto a la depreciación del flujo hay que considerar dos causas.
Por un lado tenemos el ennegrecimiento de la ampolla por culpa del wolframio evaporado y por otro la pérdida de eficacia de los polvos fosforescentes.
En general, la vida media se sitúa en torno a las 6000 horas.
Lámpara de luz de mezcla
Las lámparas de luz de mezcla son una combinación de una lámpara de mercurio a alta presión con una lámpara incandescente y , habitualmente, un recubrimiento fosforescente.
El resultado de esta mezcla es la superposición, al espectro del mercurio, del espectro continuo característico de la lámpara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia.
Lámparas de luz de mezcla
Espectro de emisión de una lámpara de luz de mezcla
Su eficacia se sitúa entre 20 y 60 lm/W y es el resultado de la combinación de la eficacia de una lámpara incandescente con la de una lámpara de descarga.
Estas lámparas ofrecen una buena reproducción del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K.
Espectro de emisión de una lámpara con halogenuros
metálicos
Lámparas con halogenuros metálicos
Si añadimos en el tubo de descarga yoduros metálicos (sodio, talio, indio...) se consigue mejorar considerablemente la capacidad de reproducir el color de la lámpara de vapor de mercurio.
Cada una de estas sustancias aporta nuevas líneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio, verde el talio y rojo y azul el indio).
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K dependiendo de los yoduros añadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85.
La eficiencia de estas lámparas ronda entre los 60 y 96 lm/W y su vida media es de unas 10000 horas. Tienen un periodo de encendido de unos diez minutos, que es el tiempo necesario hasta que se estabiliza la descarga.
Para su funcionamiento es necesario un dispositivo especial de encendido, puesto que las tensiones de arranque son muy elevadas (1500-5000 V).
Lámpara con halogenuros metálicos
Las excelentes prestaciones cromáticas la hacen adecuada entre otras para la iluminación de instalaciones deportivas, para retransmisiones de TV, estudios de cine, proyectores, etc.
Balance energético de una lámpara de vapor de sodio a baja presión
La vida media de estas lámparas es muy elevada, de unas 15000 horas y la depreciación de flujo luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida útil es de entre 6000 y 8000 horas. Esto junto a su alta eficiencia y las ventajas visuales que ofrece la hacen muy adecuada para usos de alumbrado público, aunque también se utiliza con finalidades decorativas. En cuanto al final de su vida útil, este se produce por agotamiento de la sustancia emisora de electrones como ocurre en otras lámparas de descarga. Aunque también se puede producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior.
Lámpara de vapor de sodio a baja presión
Las lámparas de vapor de sodio a alta presión tienen una distribución espectral que abarca casi todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho más agradable que la proporcionada por las lámparas de baja presión.
Lámparas de vapor de sodio a alta presiónLas consecuencias de esto es que tienen un rendimiento en color (Tcolor= 2100 K) y capacidad para reproducir los colores mucho mejores que la de las lámparas a baja presión (IRC = 25, aunque hay modelos de 65 y 80 ). No obstante, esto se consigue a base de sacrificar eficacia; aunque su valor que ronda los 130 lm/W sigue siendo un valor alto comparado con los de otros tipos de lámparas.
Balance energético de una lámpara de vapor de sodio a alta presión
La vida media de este tipo de lámparas ronda las 20000 horas y su vida útil entre 8000 y 12000 horas. Entre las causas que limitan la duración de la lámpara, además de mencionar la depreciación del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del incremento progresivo de la tensión de encendido necesaria hasta niveles que impiden su correcto funcionamiento.
Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000 ºC), la presión y las agresiones químicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de descarga. En su interior hay una mezcla de sodio, vapor de mercurio que actúa como amortiguador de la descarga y xenón que sirve para facilitar el arranque y reducir las pérdidas térmicas. El tubo está rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vacío. La tensión de encendido de estas lámparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve.
Lámpara de vapor de sodio a alta presión
Este tipo de lámparas tienen muchos usos posibles tanto en iluminación de interiores como de exteriores.
Algunos ejemplos son en iluminación de naves industriales, alumbrado público o iluminación decorativa.
La lámpara Halógena
La lámpara halógena es una variante de la lámpara incandescente, en la que el vidrio se sustituye por un compuesto de cuarzo, que soporta mucho mejor el calor (lo que permite lámparas de tamaño mucho menor, para potencias altas) y el filamento y los gases se encuentran en equilibrio químico, mejorando el rendimiento del filamento y aumentando su vida útil.
Algunas de estas lámparas funcionan a baja tensión (por ejemplo 12 voltios), por lo que requieren de un transformador para su funcionamiento.
La lámpara halógena tiene un rendimiento un poco mejor que la incandescente: 18...22 lm/W y una vida útil más larga: 1.500 horas.
La lámpara halógena tiene un filamento de wolframio dentro de una cobertura de cristal de cuarzo con gas halógeno en su interior, que permite que el filamento pueda alcanzar altas temperaturas sin deteriorarse, produciendo mayor eficiencia y una luz más blanca que las bombillas comunes, además de radiar luz ultravioleta.
Tres tipos de lámparas halógenas de cápsula transparente: con patillas o pines, con rosca y de tubo lineal con bornes de conexión de presión.
ESTRUCTURA DE LA LÁMPARA HALÓGENA
La estructura de una lámpara halógena es extremadamente sencilla, pues consta prácticamente de los mismos elementos que las incandescentes comunes. Sus diferentes partes se pueden resumir en: (A) un bulbo o, en su defecto, un tubo de cristal de cuarzo, relleno con gas halógeno; (B) el filamento de tungsteno, con su correspondiente soporte y (C) las conexiones exteriores. Estas lámparas se pueden encontrar con diferentes formas, tamaños, versiones y potencia en watt. Normalmente se fabrican algunos modelos para trabajar con 110 ó 220 volt de tensión y otros con 12 volt, utilizando un transformador reductor de tensión o voltaje.
Tipos más comunes de lámparas halógenas. De izquierda a derecha: lámpara de cápsula o estándar, con patillas (pines) de contacto. De cápsula, con rosca. Lineal, con extremo de conexión de presión. Dicroica (con pantalla reflectora).
FUNCIONAMIENTO DE LA LÁMPARA HALÓGENA
El principio de funcionamiento de una lámpara halógena es muy similar al de una lámpara incandescente común. En los dos tipos de lámpara la incandescencia que produce la luz visible se basa en la altísima temperatura de calentamiento que alcanza el filamento.
A. Filamento de tungsteno apagado. B. Filamento encendido. La alta temperatura que presenta provoca.su evaporación en forma de vapor de tungsteno. C. El vapor desprendido, cuando toca la superficie.interior del cristal de cuarzo, se combina con el gas halógeno que contiene la cápsula o el tubo en su.interior y se convierte en halogenuro de tungsteno. D. El halogenuro formado tiende fluir en dirección al.filamento, donde la alta temperatura que éste presenta lo convierte de nuevo en metal tungsteno. Como.resultado, el filamento se reconstruye liberando gas halógeno durante ese proceso, permitiendo que.continúe efectuándose el denominado "ciclo del halógeno".
Lámparas halógenas de diferentes potencias: A. 20 watt; B. 35 watt y C. 50 watt. Note como las. dimensiones y grueso del filamento en esas lámparas varía según aumentan los watt que desarrolla cada.lámpara. D. Lámpara halógena de 50 watt, con cristal nevado.
VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LAS LÁMPARAS HALÓGENAS
•Emiten una luz 30 % más blanca y brillante empleando menos potencia en watt.
•Son más eficientes, por lo que consumen menos energía eléctrica por lumen de intensidad de luz aportado.
•Son mucho más pequeñas comparadas con una incandescente normal de la misma potencia en watt.
•No pierden intensidad de luz con las horas de trabajo, pues los vapores de tungsteno no ennegrecen la envoltura del cristal de cuarzo.
•Prestan un mayor número de horas servicio.
•La mayoría de los modelos se conectan directamente a la red de distribución eléctrica doméstica de 110 o 220 volt y en otros modelos a un transformador que reduce la tensión a los 12 volt que requieren para funcionar.
•DESVENTAJAS•Al igual que ocurre con las lámparas incandescentes comunes, las halógenas consumen más energía disipando calor al medio ambiente que emitiendo luz, aunque su rendimiento es más económico.
•Debido a que el filamento se encuentra muy cerca de la envoltura el cristal de cuarzo se calienta excesivamente.
•Emiten radiaciones ultravioleta junto con la luz blanca visible, por lo que para utilizarla como lámpara de lectura se recomienda colocarle delante un cristal común de protección para que absorba esas radiaciones.
•No se pueden tocar directamente con los dedos, pues el sudor o la grasa de las manos altera la composición química del cristal de cuarzo. Esa reacción, conocida como “desvitrificación”, deteriora la cápsula o el tubo de protección, provocando que el filamento se funda.
Lámparas halógenas de alta y baja tensiónEn las lámparas incandescentes normales, con el paso del tiempo, se produce una disminución significativa del flujo luminoso. Esto se debe, en parte, al ennegrecimiento de la ampolla por culpa de la evaporación de partículas de wolframio del filamento y su posterior condensación sobre la ampolla.
Agregando una pequeña cantidad de un compuesto gaseoso con halógenos (cloro, bromo o yodo), normalmente se usa el CH2Br2, al gas de relleno se consigue establecer un ciclo de regeneración del halógeno que evita el ennegrecimiento. Cuando el tungsteno (W) se evapora se une al bromo formando el bromuro de wolframio (WBr2). Como las paredes de la ampolla están muy calientes (más de 260 ºC) no se deposita sobre estas y permanece en estado gaseoso. Cuando el bromuro de wolframio entra en contacto con el filamento, que está muy caliente, se descompone en W que se deposita sobre el filamento y Br que pasa al gas de relleno. Y así, el ciclo vuelve a empezar.Ciclo del halógeno
El funcionamiento de este tipo de lámparas requiere de temperaturas muy altas para que pueda realizarse el ciclo del halógeno. Por eso, son más pequeñas y compactas que las lámparas normales y la ampolla se fabrica con un cristal especial de cuarzo que impide manipularla con los dedos para evitar su deterioro.
Tienen una eficacia luminosa de 22 lm/W con una amplia gama de potencias de trabajo (150 a 2000W) según el uso al que estén destinadas. Las lámparas halógenas se utilizan normalmente en alumbrado por proyección y cada vez más en iluminación doméstica.
CARACTERÍSTICAS DE LAS LÁMPARAS HALÓGENAS
Flujo constante que se mantiene casi durante la vida de la lámpara.Larga duración. Dura 2,5 veces más que una lámpara reflectora incandescente normal.Luz blanca brillante con reproducción natural de colores.Excelente eficiencia lumínica (más luz, menos energia).Tamaño compacto
TIPOS DE LÁMPARAS HALÓGENASLas siguientes son algunas de las lámparas halógena mas utilizadas: * Bi-pin. * bi-pin con base G9 *Vida promedio: hasta 2000 hs.
*Vida promedio: 2000 hs
*CUARZO LINEAL
La palabra dicroica indica que separa la luz del calor, y ese es el efecto del reflector.
Las lámparas dicroicas contienen cantidades diversas de dispositivos llamados LED (Light Emitting Diod) y su brillo depende de la apertura de haz de luz que posean.
LAMPARAS DICROICAS
El nombre técnico adecuado es LAMPARA HALOGENA con REFLECTOR DICROICO. Por comodidad, se le denomina simplemente DICROICA.
Un led o diodo emisor de luz es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN del mismo y circula por él una corriente eléctrica. Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia. El color, depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo y puede variar desde el ultravioleta, pasando por el visible, hasta el infrarrojo.
Ventajas- Flujo luminoso constante durante todo el período de vida- Disponible en las potencias de 60-2000 W- Funciona a la tensión de la red sin transformador - Regulables- Fabricaciones específicas sobre pedido
UsoUso en interiores y exteriores, por ej:- Parques- Instalaciones deportivas- Obras en construcción- Alumbrado de seguridad- Almacenes- Depósitos
Lámparas halógenas lineales
Lámparas halógenas de alto rendimiento lumínico par el alumbrado de grandes superficies.
DICROICA PAR 20 PAR 30
PAR 38AR 111
*Vida útil: 2000-4000 hs. *Vida útil: 2000-4000 hs.
*Vida útil: 2000 hs *3000 horas de duración.
El principio básico de la lámpara dicroica tiene que ver con el fenómeno óptico denominado “dicroísmo“, según el cual un haz de luz puede ser dividido en varios haces de luz con longitudes de onda determinadas. La palabra “dicroico” proviene del griego “dikhroos”, que significa “dos colores”.
La luz que producen es amarilla, cálida y muy fuerte y sus dimensiones son ideales para adaptarse a cualquier necesidad decorativa.
Ventajas- La exactitud del ángulo del haz luminoso permite un excelente control de la iluminación deseada- Una alternativa económica a la hora de adquirir grandes cantidades - Protección UV (UV-P)- Vidrio protector plano (en versiones cerradas)- Regulables
UsoPara aplicaciones de iluminación puntual y uso masivo, por ej.:- Hoteles - Restaurantes- Exposiciones y stands de feria- Sistemas de iluminación para comercios- Grandes espacios en oficinas
DICRÓICAS Standard
Lámparas dicroicas de baja tensión en calidad standard
Neodym- Ventajas- Recubrimiento especial para filtrar el espectro verde y amarillo de la luz- Óptima exhibición de mercancíaUsoEspecialmente indicado en escaparates y mostradores para
- Pastelería- Carnicería- Floristería
DICROICAS
modelos especiales - 24V - NeodymLámparas dicroicas de baja tensión para exhibición de mercancía
24V- Ventajas- Reducción de los gastos de instalación al poder reducir el diámetro del cable eléctrico- Funcionamiento con corriente reducida- La exactitud del ángulo del haz luminoso permite un excelente control de la iluminación deseada- Protección UV (UV-P)- Vidrio protector plano (en versiones cerradas)- Regulables
Usos industriales- Industria minera- Tecnología automóvil- Construcción naval- Edificios ecológicos dotados de técnica solar- Displays
Ventajas- Elevada temperatura de color (4200k, 5000k y 6000k)- Luz brillante para un alumbrado representativo- Con vidrio plano de protección incorporado- Efecto de luz fría- Haz de luz perfectamente delimitado- Permite la planificación idónea gracias al exacto ángulo de haz- Protección UV incorporada- Regulables
Uso- Para el alumbrado en vitrinas- Museos- Comercios- Uso con fluorescentes de luz blanca neutra (impresión cromática homogénea)
DICROICAS DE LUZ FRÍA
Lámparas dicroicas, de bajo voltaje, con elevada temperatura
de color.
Ventajas- Vidrio protector integrado de color amarillo, verde, rojo, azul, naranja, magenta- Efectos ambientales especiales con luces de color- Regulables
Uso, por ej.:- Publicidad- Discotecas y bares- Centros juveniles- Estudios
DICROICAS EN COLORLámparas dicroicas de baja tensión con luces de color
Métodos de iluminación
Cálculo de iluminación.
Factores a tener en cuenta. Dimensiones del local: Ancho, largo y altura del techo
o cielorraso. Determinar el nivel luminoso óptimo para el local
según su uso. Ver tablas sobre valores de iluminación en luxes.
Elegir el tipo de luminaria y el tipo de artefacto. Determinar el espaciado para las lámparas para
evitar zonas mas oscuras. Se puede fijar primero el número de aparatos y luego calcular la cantidad de lúmenes requeridos en el local. Hay tablas como la 30.30 que nos guían para una correcta ubicación de los artefactos de iluminación.
Factores a tener en cuenta.
Indice del local: La tabla 30.40 clasifica los locales por medio de letras según su ancho, largo y alturas de techo y suspensión. Para aparatos de iluminación indirecta y semi-indirecta se toma la altura del techo; para iluminación directa y semidirecta, la altura de suspensión.
Factor de mantenimiento o de conservación de la instalación depende de la facilidad de retener el polvo que tengan los aparatos, de la proporción de polvo y de humo del ambiente. El factor de mantenimiento se obtiene a partir de tablas y depende del uso al que esté destinada la lámpara y si la misma se limpia periódicamente. Existen tres tipos de factores de mantenimiento y sus valores: El bueno, el medio y el malo. El bueno se utilizará por ejemplo en una vivienda donde la limpieza es periódica y el malo será utilizado en una fábrica donde se produzca mucho polvo y no haya una limpieza periódica de las lámparas. Es un número menor que 1 y varía entre 0,4 y 0,8. El factor de conservación es el porcentaje aproximado de la iluminación inicial que puede mantenerse con una conservación, limpieza y repintado razonables. El valor de este factor está indicado en la tabla correspondiente a cada aparato.
Coeficiente de utilización.
También se obtiene mediante tablas y nos indica el porcentaje de flujo suministrado por las lámparas que llega al plano de trabajo. Por ejemplo un factor de utilización 0,40 significa que el 40% de la potencia luminosa se aprovecha y que el 60 % es absorbido por las paredes, techo y el mismo aparato. El porcentaje de reflexión de la luz es como sigue.
70% para viviendas con losa revocada y pintada en blanco.
50% para paredes pintadas de un color claro no blanco.
30% para comercios con cieloraso negro.
Rendimiento de los aparatos.
Como sabemos los artefactos de iluminación sirven para modificar la curva fotométrica de las lámparas y afecta a su rendimiento y a la dirección del flujo luminoso. El rendimiento es la relación entre el número total de lúmenes emitidos por el aparato dividido el número total de lúmenes producidos por las lámparas contenidas en el aparato
Varios aparatos pueden parecer iguales y sin embargo diferir considerablemente en rendimiento y en distribución de la luz.
Valores de flujo luminoso :
Lámparas incandescentes de 40 W = 425 lúmenes. Lámparas incandescentes de 60 W = 790 a 835
lúmenes. 13,9 lúmenes/vatio. Lámparas de incandescencia de 200 W = 3600 a
3900 lúmenes. Lámparas fluorescentes de 40 W = 2.500 a 2.700
lúmenes. Lámpara de mercurio de 400 W = 23.000 lúmenes. Lámparas de incandescencia de 250 W = 9.800
lúmenes Lámparas de 400 W = 18.000 lúmenes.
Fórmulas a utilizar para cálculos de iluminación.
Para calcular la cantidad de lúmenes necesarios para un local.
Lúmenes por habitación. = E .S Cu.Fm
E= Nivel de iluminación óptimo en luxes, se obtiene en las tablas.
S= Superficie en m2. Cu. = Coeficiente de utilización. Fm = Factor de mantenimiento.
Para calcular el número de lámparas.
No lámparas E x S . Cu . Fm. E= Nivel de iluminación óptimo en luxes, se obtiene en
las tablas. S= Superficie en m2. = Flujo luminoso de una lámpara a utilizar. Cu. = Coeficiente de utilización. Fm = Factor de mantenimiento. No de lámparas que se desea utilizar.
Para calcular el número de artefactos.
No de artefactos = E . S No lámparas . Cu .
Fm.