BUSCADOR DE ILUMINACIÓN
4. Lámparas y portalámparas
- 4.1. Historia de las lámparas
- 4.2. Principios físicos productores de luz
- 4.3. Exigencias luminotécnicas de las lámparas
- 4.4. Exigencias elécticas de las lámparas
- 4.5. Portalámparas
- 4.6. Denominación de las lámparas
- 4.7. Tabla de lámparas existentes
4.1. Historia de las lámparas
El fuego, como fuente de luz y de calor y como el fenómeno natutal que es, ha sido siempre conocido por el hombre, otra cosa diferente es cuando el hombre ha aprendido a producirlo y a manipularlo para usarlo a su conveniencia.
No es hasta el Paleolítico (periodo comprendido desde hace unos 2,85 millones de años hasta hace unos 127.000 años de nuestra era), que se inventa la antorcha, que puede considerarse como la primera lámpara. En el Neolítico (3.500 años antes de nuestra era) aparece la lámpara de aceite, y en la Época Romana las velas, todo ello muy lejos de lo que hoy consideramos lámparas, pero lo único conocido hasta hace tan pocos años, considerando la totalidad de la historia del hombre.
Durante el siglo XVIII se perfeccionan las lámpars de aceite y aparecen los quinqués, y en el siglo XIX se comienza el desarrolo de la iluminación mediante la lámpara de gas, que en un primer momento es utilizada para alumbrado público y que en el año 1.870 se lleva a los interiores de las edificaciones. Posteriormente aparacen las lámparas de petroleo y el candil de carburo.
A finales del siglo XIX se desarrola la lámpara de incandescencia, sobre todo debido al fuerte impulso que supone la utilización de la electricidad, y no es hasta el siglo XX, cuando se desarrollan las lámparas de descarga (1.901), las fluorescentes (1.936), las halóngenas (1.962), las de inducción (1.991) y se conoce y desarrolla el efecto Led, comercializándose la primera lámpara Led en el año 2.002.
Ya en pleno siglo XXI, la iluminación está siendo sustituida en su totalidad por el led, debido principalmente a su mejor rendimiento y por el ahorro que supone, tanto en costes de funcionamiento, como por su menor impacto en el cambio climático.
4.2. Principios físicos productores de luz
Todas las lámpara existentes producen luz mediante alguno de los 3 principios físicos siguentes:
- INCANDESCENCIA
- LUMINISCENCIA
- PIROLUMINISCENCIA
La lámpara de INCANDESCENCIA produce luz al ser recorrido un fino filamento por una corriente eléctrica. La corriente eléctrica provoca la agitación de las moléculas del filamento, que se calienta y emite luz. El filamento ha de tener un elevado punto de fusión, ya que las temperaturas que se necesitan alcanzar en el mismo, han de ser muy elevadas para que la radiación emitida se encuentre dentro del espectro visible.
Es debido a estas elevadas temperaturas, que el filamento se va consumiendo al reaccionar con el gas que lo circunda. Si este gas es aire, se producen rápidas reacciones de oxidación que acaban con el filamento en muy poco tiempo, razón por la cual el filamento se encuentra dentro de una ampolla de cristal en la que se ha hecho el vacio parcial ("lámpara de incandescencia").
EL gas del interior de la ampolla puede ser sustituido por otro gas inerte que no reaccione con tanta facilidad con el filamento de la lámpara, lo que permite elevar la temperatura del mismo produciendo más radiación dentro de espectro visible con un mayor aprovechamiento de la energía eléctrica. Surge el inconveniente de que el cristal no es capaz de soportar temperaturas tan elevadas, y por tanto es sustuido por ampollas de cuarzo que son más resistentes. Este tipo de lámparas son las que se conocen normalmente como "lámparas halógenas", ya que el gas del interior de la ampolla es un gas halógeno.
La LUMINISCENCIA es una emisión de radiación óptica producida por átomos o meléculas de un material que es excitado por diferentes formas de enegía (no eléctrica). Se dice que un átomo, ión o molécula de un material está excitado, cuando alguno de sus electrones pasa a niveles de mayor energía de los que tendría en estado normal. Cuando el electrón regresa a su estado de reposo, emite una energía, parte de la cual puede ser vista en forma de luz.
Existen muchos tipos de excitación, dando lugar a diferentes tipos de luminiscencia:
- Quimiluminiscencia: producida por una reacción química. Existen lámparas de este tipo consistentes en un tubo flexible con una ampolla en su interior, que al ser rota reacciona con el líquido del tubo produciendo luz por un corto período de tiempo. Tienen aplicación en decoración y en iluminación de emergencia.
- Bioluminiscencia: es la quimiluminiscencia que se produce en los seres vivos, como la luciérnaga por ejemplo y determinadas especies marinas.
- Triboluminiscencia: luminiscencia que se obtiene al frotar o aplicar presión sobre determinados cuerpos, como por ejemplo dos cristales de cuarzo que emiten destellos de color rojo. No tiene aplicación en iluminación.
- Radioluminiscencia: luminiscencia provocada en un material mediante el bombardeo con radiación ionizante. Se utiliza como fuente de luz de bajo nivel para iluminación de instrumentos, señalización u otras aplicaciones en las que la luz debe ser producidad por períodos largos sin fuentes externas de energía.
- Catoluminiscencia: luminiscencia producida por el choque de electrones contra un luminóforo, como por ejemplo en las viejas pantallas de televisión de rayos catódicos. No tiene utilización en iluminación.
- Electroluminiscencia: luminiscencia producida por el paso de una corriente eléctrica a través de las moléculas de un gas o de un material sólido. Por este procedimiento funcionan las lámparas de descarga (corriente atravesando un gas) y las de Led (corriente atravesando semiconductores). En la actualidad este efecto es el más utilizado en las lámparas.
- Fotoluminiscencia: luminiscencia producida por la absorción de radiaciones ópticas (fotones). Dentro de este tipo se distinguen 2 clases diferentes:
- Fluorescencia: emisión de radiación producida por la absorción de fotones, por cambio de niveles de energía de los electrones, de manera casi inmediata (el tiempo trasncurrido entre la excitación y la emisión es inferior a 10 ns). Es el principio utilizazo en los tubos fluerescentes y en las denominadas "lámparas de bajo consumo".
- Fosforescencia: es una fotoluminiscencia retardada, como consecuancia del almacenamiento de energía en niveles intermedios de los electrones. La emisión de luz continúa durante cierto tiempo, una vez que la excitación a cesado. Este fenómeno es aprovechado en aplicaciones tales como la pintura de las manecillas de los relojes, en determinados juguetes, o en señalización, utilizando materiales que pueden ser vistos en la oscuridad.
- Fluorescencia: emisión de radiación producida por la absorción de fotones, por cambio de niveles de energía de los electrones, de manera casi inmediata (el tiempo trasncurrido entre la excitación y la emisión es inferior a 10 ns). Es el principio utilizazo en los tubos fluerescentes y en las denominadas "lámparas de bajo consumo".
4.3. Exigencias luminotécnicas de las lámparas
En lo que se refiere a las características de la luz producida por las lámparas, han de cumplirse determinadas exigencias para que la fuente de luz sea adecuada para su utilización. Cada tipo de lámpara cumple en mayor o menor medida dichas exigencias, y por eso cada tipo de lámpara es la adecuada para cada tipo de iluminación requerida. Las principales características son:
- Máxima radiación producida dentro de la franja visible del espectro electromagnético:
Cuando la energía consumida por la lámpara es tranformada en una emisión de ondas, interesa que las longitudes de onda producidas estén en su mayoría dentro de la zona visible del espectro, para que la conversión resulte lo más eficiente posible.
Por otra parte también interesa que se produzcan la totalidad de las frecuencias del espectro, para que la luz resultante sea blanca. Como la sensibilidad del ojo humano no es igual para todas las longitudes de onda, las lámparas que emiten más radiaciones en la zona más sensible (amarillo) resultan de mejor rendimiento, pero presentan una peor reprodución de los colores.
- Control de la luminancia:
La luminancia es la intensidad luminosa por unidad de superficie aparente. Es lo que percibe el ojo humano. La luminancia tiene que estar controlada para que no se produzcan efectos de deslumbramiento. En general, todas las lámparas tienen una gran luminancia y por ello es necesario utilizar luminarias que difunden la luz disminuyendo el valor de la luminancia y evitando el deslumbramiento.
- Emisión de radiaciones no peligrosas:
La conversión de la energía absovida por la lámpara en radiaciones del espectro electromagnético, no debe producir longitudes de onda peligrosas ni para el hombre ni para los animales a lo largo de su vida de funcionamiento. Las lámparas de descarga y las fluorescentes producen radiaciones ultravioletas. En las lámparas de descarga se utilizan vidrios especiales que absorben dicha radiación, y en las fluorescentes se aplican recubrimientos que transforman dicha radiación en longitudes de onda dentro del espectro visible.
En aplicaciones especiales se busca precisamente la producción de un determinado tipo de ondas (ultravioletas o infrarojas). Son lámparas utilizadas por ejemplo en agricultura o para bronceado, y siempre han de ser controladas por personal cualificado.
- Flujo luminoso adecuado a las condiciones de funcionamiento:
El flujo luminoso es la cantidad de luz por unidad de tiempo emitida en todas las direcciones. Dicho flujo ha de mantenerse al variar las condiciones de funcionamiento, como pueden ser la tensión de red o la temperatura ambiente. Las lámparas incandescentes se ven muy afectadas por las variaciones en la tensión y las fluorescentes resultan muy afectadas por la temperatura ambiente, disminuyendo su flujo al descender la temperatura.
Por otra parte, resulta imposible mantener el flujo de la lámpara a lo largo de toda su vida útil, ya que se produce un envejecimiento que disminuye el rendimiento de la lámpara. Por estas razones, la vida útil de las lámparas siempre se refiere hasta que la misma desciende su flujo efectivo por debajo de un determinado porcentaje de su flujo nominal, y en unas determinadas condiciones de temperatura de funcionamiento.
- Fiel reproducción de los colores:
La luz blanca está formada por radiaciones comprendidas en la totalidad del espectro visible. Las lámparas no son capaces de generar ondas en todas las frecuencias y producen una luz que no contiene la totalidad de los colores. Como consecuencia de ello y debido a que el color precibido por el ojo depende de las radiaciones reflejadas por los objetos, no puede reflejarse una determinada radiación que no existe en la luz, y por tanto la iluminación artificial no reproduce los colores de la misma manera que la luz natural.
Las lámparas incandescentes producen un elevado contenido en rojos. Las lamparas de descarga según los vapores metálicos que utilicen producen diferentes colores (azul para el vapor de mercurio, y amarillo para el sodio). Combinando diferentes metales (como ocurre en las lámparas de halogenuros metálicos) pueden producirse diferentes colores. Las lámparas flourescentes también pueden producir diferentes colores en función de los materiales luminiscentes que recubren el tubo. En las lámparas de Led, el color se controla mediante las impurezas introducidas entre los materiales semiconductores, pudiendo reproducir cualquier color.
Lo ideal en cualquier tipo de lámpara es que produzca luz lo más blanca posible, y ninguna de ellas lo logra en su totalidad.
- Correcta distribución de la intensidad luminosa:
La intensidad luminosa es la cantidad de luz emitida en una determinada dirección. Las lámparas no son fuentes puntuales que emitan luz en todas las direcciones de manera uniforme. La distribución depende de la forma de la lámpara, pensemos que simplemente la existencia del casquillo (por otra parte necesario) produce una interrupción del flujo luminoso en al dirección del mismo.
Si la lampara va acompañada de una luminaria, la misma altera la distribución de la lámpara, dirigiendo el flujo hacia las direcciones más convenientes. Lámpara y luminaria forman un conjunto inseparable, y las características de la distribución luminosa has de referirse siempre a su conjunto
4.4. Exigencias eléctricas de las lámparas
Dado que la casi totalidad de las lámparas utilizadas en iluminación funcionan mediante corriente eléctrica, es necesario que cumplan con unas determinadas exigencias en lo que se refiere a dicha energía, tanto para su correcto funcionamiento como para su control.
- Adaptdas a las condiciones de la red eléctrica:
La lámpara ha de ser adecuada a la corriente suministrada a la misma, tanto en su tensión como en su frecuencia. Determinadas lámparas funcionan indistintamente con corriente continua o alterna y otras no.
La tensión suministrada ha de ser soportada por la lámpara. Algunas lámparas necesitan diferentes tensiones en el arranque y durante su funcionamiento, y en estos casos hay que proveerlas de los sistemas necesarios que realizan dicha función (transformadores, balastos, arrancadores...).
- Influencia sobre red eléctrica:
La influencia de la propia lámpara sobre la red eléctrica ha de ser mínima. En este sentido hay 2 aspectos importantes a tener en cuenta:
- La intensidad de arranque:
Todas las lámparas (excepto las de incandescencia que lo hacen en menor medida), en el momento del encendido necesitan una mayor intensidad de corriente que durante su funcionamiento. En este sentido es necesario tener en cuenta que las líneas y los elementos de control y protección, han de estar diseñadas para dichas intensidades máximas.
- El factor de potencia:
Determinadas lámparas tienen un elevado factor de potencia, en general debido a componentes inductivos presentes en sus elementos de alimentación necesarios. Debe considerarse el factor de potencia de la lámpara (o del conjunto de la lámpara con sus elementos de alimentación), y efectuar las correcciones necesarias en la intalación para reducir al mínimo el factor de potencia.
- La intensidad de arranque:
- Encendido inmediato y reencendido:
Se considera que una lámpara es de encendido inmediato, cuando ilumina con toda su intensidad en el momento en el que se alimenta. Las lámparas de incandescencia y las de Led son de encendido inmediato, pero las de descarga necesitan un tiempo más o menos largo hasta que suministran la totalidad del flujo luminoso. Este tiempo puede ser de algunos segundos (lámparas fluorescentes de encendido normal), hasta de varios minutos (vapor de sodio y mercurio).
El reencendido es el encendido inmediato después del apagado. Algunas lámparas necesitan un tiempo hasta de 15 minutos, para volver a encenderse después de que han sido apagadas, debido a que necesitan enfirarse y reestablecer los parámetros de tensión y temperatura inciales para provocar un nuevo encendido. Esto ocurre en las lámparas de descarga de vapores metálicos, y es más crítico en las de alta presión.
- Posibilidad de regulación:
Esta carácterística es cada día más importante, debido a exigencias no sólo de confort sino también de ahorro enegético y consiste en la capacidad de la lámpara para emitir un flujo luminoso controlado a voluntad del usuario. Al disminuir el flujo luminoso, ha de disminuir consecuentemente el consumo de energía, y combinando la iluminación natural (que cambia de intensidad a lo largo del día) con la artificial, conseguir una mayor calidad de iluminación y menos consumo energético.
En las lámparas de incandescencia y en las de Led esta regulación es más o menos sencilla, algo más complicada en las lámparas fluorescentes y mucho más complicada en las lámparas de descarga.
- Efecto estroboscópico:
Es un efecto visual por el que parecen estar en reposo cuerpos que en realidad están girando, y ocurre cuando se iluminan con iluminación artifical que se enciende a apaga con la frecuencia de la tensión de alimentación.
La conrriente alterna fluctúa alternativamente entre un valor de tensión máximo y uno mínimo a la velocidad de la frecuencia de la rez, 50Hz en España. Ello supone que 50 veces cada segundo la tensión varia desde un valor positivo a uno negativo, pasando por cero, y por tanto el flujo luminoso varia a la misma velocidad y pasa por valores nulos.
En las lámparas de incandescencia, la temperatura del filamento no es capaz de variar tan rapidamente, por lo que el flujo luminoso apenas varia y el efecto estroboscópico no es apreciable. En las láparas Led bien diseñadas, este efecto tampoco suele tener mucha importancia, pero en otro tipo de lámparas (como las fluorescentes y las de descarga) el efecto del parpadeo aparece y aunque para el ojo humano no resulta perceptible (debido a su alta velocidad), si puede producirse el efecto estroboscópico muy peligroso en instalaciones industriales en las que puede haber elementos girando a gran velocidad que se detectan como parados.
Para paliar este peligro se utilizan alumbrados mixtos, distribución de la iluminación en diferentes fases y balastos electrónicos especiales.
- Interferencias:
Se pueden producir interferencias con determinadas fuentes de luz, debido a acoplamientos eléctricos o magnéticos entre los sitemas. Dichas interferencias pueden reducirse con técnicas de cableado blindado o de filtrado de la señal. Las lámparas modernas están suficientemente protegidas y no suelen crear fenómenos de interferencia.
4.5. Portalámparas
El portalámparas (conocido también como casquillo) es el soporte físico de la lámpara y mediante el que se transmite la cooriente de alimentación para su correcto funcionamiento. Es en enlace mecánico entre lámpara y luminaria, y el eléctrico entre la lámpara y la red de alimentación
Existen infinidad de tipo de portalámparas, que por un lado han de asegurar la unión física y por otro lado soportar las características necesarias para conducir la electricidad que tiene que circular por los mismo. Por este motivo las lámpara halógenas que funcionan a 12V, tienen unos finos pines de conexión (portalámparas para MR16) mientras que la misma lámpara funcionando a 220V necesita contactos de mayor dimensión (portlámparas GU10).
En cuanto al tipo de unión mecánica existen 3 tipos principales: los de rosca, los de bayoneta y los de presión. Los más conocidos son los de rosca, y el tipo de rosca utilizada es el denominado "Edison".
Su denominación suele ser una conjunción del tipo de unión mecánica, seguida de alguna característica dimensional (diámetro, distencia entre contactos...) y completada con alguna otra característica como puede ser el número de contactos en aquellos casos en los que sea necesario./
Pora el tipo de unión mecánica, los valores de la letra inicial son:
- B: unión de bayoneta.
- E: rosca tipo Edison.
- F: una única clema de contacto (tipo faston).
- G: múltiples clemas de contacto.
- P: posicionamiento fijo.
- R: clemas de contacto empotradas.
- S: contacto de presión circular.
Una segunda letra, define todavía más el tipo de casquillo:
- X: contactos reforzados.
- U: contacto para bombillas con protección de emisión calorífica trasera.
- Z: contacto para bombillas de gran emisión calorífica trasera.
A continuación se suelen poner unos números que indiquen alguna medida característica del casquillo (diámetro, distancia entre contactos,..), y por último la denomación del casquillo se puede acompañar de unas letras finales que especifican diferencias los diferentes casquillos dentro de su clase y medida. Las más usuales son:
- s: contacto sencillo.
- d: contacto doble.
- t: contacto triple.
- q: contacto cuádruple.
Ejemplos de denominación de portalámparas:
- E27: portalámparas rosca Edison de diámtero 27mm.
- BA9s: portalámparas de bayoneta de 9mm de diámetro con un solo contacto.
- GX5.3: portalámparas de contactos reforzados y separación de 5.3mm entre ellos.
- RX7s: portalámparas para contactos empotrados y reforzados de 7mm de diámetro con un solo contacto.
Pulsa aquí si quieres ver una relación de los portalámparas existentes en ComparaLUX.
4.6. Denominación de las lámparas
próximamente...
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4.7. Tabla de lámparas existentes
En teoría, cualquier tipo de lámpara puede existir con cualquier tipo de casquillo, siempre dentro de los límites lógicos que imponen su tamaño o las tensiones eléctricas a las que van a ser sometidos y que físicamente no podrían soportar. Así por ejemplo, la lámpara dicroica halógena que funciona a 12V, se fabrica con portalamparas MR16, mientras que el mismo tipo de lámpara funcionando a 220V, se fabrica con casquillo GU10, capaz de soportar dicha tensión.
Otra aspecto importante a tener en cuenta es la tecnológia de la lámpara. En un principio cada portalámparas ha sido diseñado para una tecnología concreta. Por ejemplo, los casquillos de las serie G24xxx aparecieron en las lámparas fluorescentes de tubos miniaturazados, conocidas normalmente como lámparas de bajo consumo. Hoy en día, se fabrican lámparas Led con el mismo tipo de portalámparas, que pueden sustituir a las anteriores sin necesidad de cambiar la luminaria.
Ni que decir tiene, que un portalámparas tan común como el E27, está presente en lámparas incandescentes, de descarga, halógenas, de led... el casquillo no está unido a una tecnología (aunque ha de adecuarse a ella).
Lo mismo ocurre con las formas de las lámparas, tampoco definen la tecnología de la misma, ya que la industria fabrica lámparas de la misma forma y tamaño en incandescencia, led, halógeno,... para que puedan ser fácilemnte sustituidas una por otras.