bombilla and company

Condensado de lámparas – una breve guía

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Richard Reinhard Klitzing, Técnico de Mantenimiento

Los Técnicos de Mantenimiento debemos tocar muchos palos, por ello no podemos ser especialistas en todos los campos, procedemos en ocasiones de las ramas técnicas y profesiones más diversas. También gerentes y encargados de pequeños negocios, hoteles, pensiones, bares, restaurantes, tiendas y academias pueden encontrar útil esta guía, como también consumidores particulares.

¿Un mesón de estética rústica con apliques en las paredes simulando farolas antiguas de forja, pero con lámparas inadecuadas de luz demasiado fría, incluso cinco apliques en una pared con 5 tipos de luz diferentes?

¿O la tienda de tejidos con iluminación de tubos fluorescentes donde no podemos apreciar bien los colores?

¿O la frutería donde las manzanas rojas adquieren un tono marrón no demasiado apetitoso?

¿O dormitorio o habitación de hotel donde al encender la luz de “blanco frío” se nos abren los ojos como si nos hubiéramos tomado 3 expresso?

¿Un taller donde la atmósfera cálida y relajante de una iluminación de lámparas de 2.700K nos invita a soñar e impide realizar nuestras tareas con máxima atención?

Las lámparas sustitutas de las obsoletas lámparas incandescentes (bombillas) están siendo fabricadas con una gran variedad de características que, parece ser, complican enormemente su correcta elección para cada aplicación.

Vamos a intentar poner un poco de “luz” en esta jungla.

En este artículo nos limitamos a las lámparas o “bombillas”, fuentes emisoras de luz para iluminación general. No trataremos lámparas especiales, para vehículos ni luminarias ni técnicas de iluminación.

Conceptos básicos

             Temperatura de color

Como Temperatura de color se entiende el color que tendría un cuerpo negro calentado a ésta temperatura expresada en K (Kelvin). Unos 5000K equivaldrían al blanco puro, valores inferiores tienden al rojo y superiores al azul. La luz solar sin nubes al mediodía equivale a unos 5500K.

(0K ≈ -273ºC, 273K ≈ 0ºC, 373K ≈ 100ºC ...)

La luz tendiente al amarillo/rojo llamamos “cálida”, y la tendiente al azul “fría”.

La temperatura de color es un aspecto importante a tener en cuenta al iluminar un espacio, ya que de ella depende la sensación que tiene el ocupante.

Los tonos cálidos, tendiendo al rojizo, proporcionan sensación de recogimiento, alegría, tranquilidad y relajación, propios para restaurantes y habitaciones de hotel, así como salas de estar y dormitorios.

En cambio los tonos fríos, tendiendo al azulado, dan sensación de seriedad, esterilidad y limpieza adecuados para zonas de trabajo como cocinas, talleres y laboratorios.

Para oficinas, academias etc. se recomienda un blanco neutro, de unos 5.000K.

No es lo mismo degustar un cochinillo asado en la cálida y romántica atmósfera de un mesón, con luz de vela si es posible, que diseccionarlo bajo la luz fría de una luminaria con lámparas de 6500K en una mesa de autopsias o de un laboratorio.

Una vela emite luz de unos 1800K, lámpara incandescente (bombilla) unos 2800K, Lámpara incandescente halógena unos 3200K. Los tubos fluorescentes, lámparas de bajo consumo, de descarga de halogenuros metálicos y las lámparas LED se fabrican en una amplia gama desde luz muy cálida con mayor componente roja hasta muy fría con mayor componente azul.

Una observación: No confundir la expresión "blanco cálido" y "blanco frió" con "luz fría"! Son conceptos distintos, "luz fría" se llama cuando emite poco calor como una lámpara LED o una lámpara halógena dicroica con filtro de radiación de calor. Estas lámparas de "luz fría" pueden tener tonos cálidos.

            Índice de reproducción cromática

El Índice de Reproducción Cromática (IRC), (CRI en sus siglas en inglés, Colour Rendering Index), es la medida de la reproducción de los colores de una fuente luminosa. Se expresa en Ra y tiene un número del 0 al 100, donde el 100 significa una fiel reproducción cromática.

En la imagen la curva de la sensibilidad del ojo humano. Es aproximada, ya que difiere en cada individuo.

Según DIN6169 se emplean como referencia 8 colores pastel (R1 a R8) a los que se añaden 4 colores saturados (R9 a R12) y 2 colores naturales (R13 y R14) a una temperatura de color de 5000K (blanco puro):

La siguiente imagen muestra una simulación con luz de 5000K (equivale a luz solar directa sin nubes cerca del mediodía) y Ra 100:

Las lámparas incandescentes normales y halógenas tienen un IRC cercano al 100, aunque saturando menos los azules y violetas por la elevada componente roja en su espectro.

En la imagen una simulación con luz de 2800K (bombilla):

En la siguiente imagen un caso de IRC muy deficiente, una simulación de linterna barata de LED azul:

Otro ejemplo de IRC muy pobre, lámpara de sodio de baja presión:

Al IRC hay que tenerlo muy en cuenta en la iluminación de locales donde se exige una buena o excelente percepción de los colores. Tales son exposiciones, museos, tiendas de tejidos, carnicerías, fruterías, restaurantes y un largo etcétera.

Como hemos visto, la linterna LED barata vale para encontrar la cerradura del coche pero no para el uso por un técnico. La diferenciación de los colores de un cable sería más que difícil, para no decir imposible.

Para espacios con poca exigencia de percepción de colores como aparcamientos, vías de tráfico, se pueden emplear fuentes con bajo IRC como lámparas de vapor de sodio de baja presión. Estas, en contraprestación, tienen una eficacia luminosa muy alta y permiten una visión buena con altos contrastes, situándose su color cercano al punto máximo del ojo humano dentro del espectro visible.

Iluminación con un IRC medio se puede emplear en cualquier espacio no crítico para la percepción de colores como espacios públicos, talleres, salas de producción, almacenes etc.

Eficacia luminosa

La eficacia luminosa es la relación entre el flujo luminoso de una fuente de luz y su potencia absorbida. Se expresa en lm/W (lúmenes por watio).

Una fuente “ideal”, un cuerpo negro con una temperatura de 5800K y emitiendo solo en el espectro visible (sin radiaciones infrarrojas o de calor ni ultravioletas) tendría una eficacia luminosa de unos 250 lm/W con IRC de 100, y un emisor de luz verde (555 nm) perfecto 683 lm/W. Éste sería el valor máximo teórico posible, y a costa de la reproducción cromática, con IRC cercano al 0, ya que solo reproduciría el color verde de 555 nm. Toda la energía aportada es convertida en radiación lumínica.

En el caso de las bombillas incandescentes (actualmente prohibida su venta de las de 60W y más en la UE) su rendimiento es de 10 a 15 lm/W o incl.. menos, ya que la mayor parte de la energía aportada es convertida en calor. Las lámparas halógenas disponen de un rendimiento algo mayor llegando a unos 22 lm/W.

Las lámparas de bajo consumo, tubos fluorescentes u fluorescentes compactos tienen la eficacia luminosa comprendida entre 50 y 90 lm/W.

Casquillos o zócalos

Después de los clásicos zócalos E27, el más habitual, E14, para lámparas tipo vela, y E40, lámparas de mayor potencia, conocemos ya el G13, usado para tubos fluorescentes de 26 y 38 mm Ø, los más habituales.

Para los tubos fluorescentes compactos con equipo de arranque incorporado (lámparas de bajo consumo) seguimos usando los E14 y E27.

En el caso de tubos fluorescentes compactos con equipo separado era necesario disponer de zócalos que evitan confusiones insertando lámparas de distintas potencias, ya que los equipos de arranque están diseñados para determinadas potencias.

La siguiente tabla no es completa, pero representa la práctica totalidad de casquillos usados.

Una observación: los zócalos G24... y GX24... están representados juntos, pero se difieren ligeramente y no son intercambiables. 

(Imágenes extraídas de documentación publicada por diversos fabricantes)

Lámparas incandescentes

            Lámpara incandescente tradicional (bombilla)

La lámpara incandescente, llamada comúnmente bombilla, tiene más de 130 años de historia a su espalda en aplicaciones fuera de laboratorio. Consiste en un fino filamento, alambre en forma de hélice, de wolframio, también llamado tungsteno, que es calentado mediante una corriente eléctrica (efecto joule), encerrado en un bulbo de vidrio relleno de un gas noble, normalmente kriptón, que impide la combustión del filamento, calentado a unos 2700ºC.

La temperatura de color es muy cálida, de unos 2700K – 2800K.

La eficacia luminosa es muy baja (10 a 15 lm/W), ya que transforma el 90% o más de la energía eléctrica suministrada en radiaciones invisibles (calor) y solo el 10% en luz visible.

Su IRC es muy bueno debido a que emite en todo el espectro visible, aunque la emisión disminuye hacia el azul gradualmente. Por eso los tonos azules y violetas se saturan menos.

Debido a su escasa eficacia luminosa y la resultante eficiencia energética muy pobre, la bombilla tradicional está siendo retirada del mercado gradualmente. Según una directiva de la UE de Septiembre 2009 se prohíbe progresivamente su fabricación y comercialización.

Su vida útil es muy baja, unas 1000h. Según fuentes no oficiales es el resultado de un pacto entre los principales fabricantes, que data de hace 90 años (obsolescencia programada).

El casquillo suele ser E-14 y E27, en menor medida E-40 para iluminación general, y E-5, E10 y diversas formas de bayoneta para aplicaciones especiales, miniatura y automóviles.

Lámparas halógenas

Son una forma especial de la lámpara incandescente. El filamento de wolframio está encapsulado en una ampolla de cuarzo en vez de vidrio normal, pudiéndose reducir así su tamaño por soportar mayor temperatura. El relleno es gas noble con una pequeña cantidad de un halógeno como bromo o yodo. El contenido de halógeno permite trabajar a mayor temperatura, unos 3200ºC, ya que una reacción química durante el encendido provoca que el metal sublimado se deposite de nuevo sobre el filamento, lo que además aumenta la vida útil de la lámpara.

La temperatura de color es de unos 3200K, algo más blanca que la bombilla normal.

La eficacia luminosa es algo mayor, llegando a hasta 25 lm/W.

El IRC es muy bueno, la lámpara emite luz en todo el espectro visible, aunque aún desaturando un poco los azules y violetas comparado con una luz ideal de 5000K, pero en menor medida que la bombilla tradicional.

Debido al “ciclo de halógeno” descrito su vida útil es algo mayor, de unas 2000h pudiendo llegar a 4000h.

Hay que tomar ciertas precauciones en la manipulación de éstas lámparas por la alta temperatura que adquieren, evitando tocarlas con las manos desnudas sino utilizar un papel o trozo de tela limpia, ya que restos de sudor y grasa pueden provocar el deterioro de la ampolla.

Las lámparas halógenas, igual como las incandescentes convencionales, como funcionan como resistencia óhmica pura pueden ser reguladas en intensidad mediante un dimmer normal, a excepción de las de bajo voltaje (12V, con transformador). En este caso se precisa de una fuente de alimentación electrónica con regulación externa.

Los modelos en forma de bombilla convencional, reconocibles por la pequeña ampolla dentro de un bulbo “normal”, y con casquillo E14 o E27 actualmente están sustituyendo directamente, junto a las lámparas de bajo consumo, a las lámparas de Tungsteno.

Los modelos lineales en forma de tubo, conocidos de los proyectores para obras, iluminación de fachadas etc., se comercializan en un amplio abanico de potencias y tienen la particularidad de ser muy sensible a otra posición que no sea la horizontal, ya que en posición vertical o inclinada el filamento alargado se comprimiría en la parte inferior resultando en esta zona un calentamiento excesivo y en consecuencia el deterioro prematuro de la lámpara, pudiéndose fundir incluso la cápsula de cuarzo. Ésta forma de lámpara no dispone de otra envoltura de cristal aparte de la misma cápsula por lo que la luminaria ha de estar provista siempre de su cristal protector especial para evitar accidentes en caso de rotura, alcance con la mano y radiaciones UV. Están provistos normalmente del conector R7s.

Una mención especial merecen las denominadas lámparas halógenas dicroicas. La cápsula que contiene el filamento está montada dentro de otra casi semiesférica, en concreto, la parte trasera tiene forma parabólica revestida con un material dicroico. Éste material, en forma de pequeñas facetas, tiene la propiedad, y según su configuración, de reflejar la luz visible dejando pasar la radiación infrarroja y de calor. Para la luz visible funciona como reflector parabólico emitiendo un haz cuyo ángulo depende de la forma de la parábola, mientras infrarrojo y calor son emitidos en todas las direcciones. También el cristal frontal puede estar revestido de material dicroico, reflejando hacia atrás infrarrojo y dejando pasar la luz visible. Ésta propiedad hay que tener muy en cuenta al instalar éstas lámparas en falsos techos y muebles. Mediante ésta supresión de parte roja del espectro del haz de luz se consigue una luz más fría, que dependiendo de la configuración puede ser de unos 3.000K pudiendo llegar a 4.700K, aspecto a tener en cuenta al cambiar una lámpara fundida dentro de un grupo. El ángulo del haz puede ser desde 10º hasta 60º. Los modelos comerciales para tensión de 12V se fabrican de 35mm Ø con potencias de 10, 20 o 35W y zócalo GU4, y de 50mm Ø con potencias de 20, 35 y 50W y zócalo GU5,3. Las lámparas de 240V aparte de 50mm Ø se comercializan también en diámetros mayores, por ejemplo 63mm y están provistos de zócalos GU10, GZ10; E14 y E27. La reproducción cromática es excelente, haciéndola ideal para fines decorativos, de exposición y de resalte.

IMPORTANTE! Lámparas con zócalo GZ10 emiten 2/3 del calor hacia atrás, mientras las del GU10 lo reflejan hacia delante mediante un espejo de aluminio. Así, lámparas GZ10 NO se pueden montar en zócalos GU10, aunque al revés sí es posible. Lo mismo vale para las versiones de 12V GU5,3 y GZ5,3.

Lámparas de descarga

Las lámparas de descarga, al contrario de las de incandescencia, no disponen de un filamento emisor de radiación lumínica, sino de un gas o mezcla de gases que por ionización y posterior formación de plasma a altas temperaturas emiten radiación en forma de luz visible e invisible (UV, IR), el mismo efecto que tiene lugar en el arco de soldadura eléctrica. El espectro de emisión está condicionado por los gases, su mezcla y aditivos. En el caso de aditivos de mercurio, como en los tubos fluorescentes y lámparas de mercurio, la emisión, o gran parte de ella, tiene lugar en el rango ultravioleta lo que precisa su conversión al rango visible mediante un recubrimiento de material luminiscente en el interior de la lámpara.

Estas lámparas se constituyen normalmente de una cápsula de descarga relativamente pequeña y fabricada de cuarzo o cerámica especial. En ella tiene lugar la descarga eléctrica. Está envuelta por otro bulbo para su en el que se ha practicado el vacío para su protección mecánica y ante todo como aislante para mantener la alta temperatura necesaria para su funcionamiento. Una excepción son los tubos fluorescentes y tubos de neón que están constituidas solamente por la cámara de descarga, ya que no precisan altas temperaturas por la baja presión del gas.

Todas lámparas precisan para su funcionamiento de equipos auxiliares consistentes en balastos o reactancias para limitar la corriente, ya que su impedancia disminuye al aumentar ésta, y eventualmente arrancadores que proporcionan un pulso de tensión elevada para su arranque (cebado). Sin balasto y una vez cebado la lámpara se destruiría inmediatamente por el aumento inadmisible de la corriente. No se puede llamar excepción la lámpara de luz de mezcla, ya que es una lámpara de vapor de mercurio con filamento incandescente incorporado que hace la vez de balasto.

Mencionar que, para comprobar si una lámpara de descarga está fundida, NO nos sirve el polímetro, ya que en todos casos tiene una resistencia infinita en estado frío y sin cebar.

Tubos Fluorescentes y Tubos fluorescentes compactos (lámparas de bajo consumo)

Los tubos fluorescentes son lámparas de descarga en las que el flujo eléctrico a través de un gas ionizado, mezcla de argón y mercurio a baja presión, provoca la emisión de luz ultravioleta. El interior del tubo está revestido de un material luminiscente mal llamado fósforo que convierte la radiación ultravioleta en radiación del espectro visible. La composición de éste recubrimiento determina tanto la temperatura de la luz, así como la homogeneidad del espectro incidiendo así en el índice de reproducción cromática.

Éste tipo de lámparas precisa para su funcionamiento de equipos auxiliares como un balasto o reactancia para limitar la corriente de funcionamiento y un arrancador o cebador el cual permite la ionización inicial del gas mediante el calentamiento de los electrodos y unos instantes después el “cebado”, quiere decir el inicio del arco de descarga en el gas ionizado mediante un pulso de alto voltaje mediante autoinducción en la reactancia, que no es otra cosa que una bobina de hilo de cobre esmaltado con núcleo de láminas de hierro. Después del cebado o encendido se mantiene el arco de descarga limitando la reactancia la corriente en los valores admisibles correspondiente a la potencia del tubo. La reactancia ha de estar en consonancia con la potencia del tubo, mientras los cebadores están concebidos para un amplio espectro de potencias. Cebadores electrónicos acortan el tiempo del cebado consiguiendo un encendido casi instantáneo y sin parpadeos, alargando también la vida de los tubos igual que los balastos electrónicos, mal llamados reactancias electrónicas, que incluso pueden prescindir de los cebadores, que asimismo suprimen el conocido parpadeo o efecto estroboscópico de la frecuencia de red (50Hz) típico de los tubos fluorescentes ya que trabajan a una elevada frecuencia, de unos 20.000 a 40.000 Hz. Pero el tema de los equipos de arranque trataremos más a fondo en otro artículo.

La eficacia luminosa es de unos 50 a 100 lm/W según fabricante, recubrimiento interior, temperatura de color y potencia, siendo un valor de unos 80 lm/W habitual.

El índice de reproducción cromática era relativamente pobre hasta hace unos años pero está siendo mejorado considerablemente, llegando a superar 90 en las lámparas denominadas “de luxe”.

Tubos con Ra 60 – 80 ya apenas se comercializan. Para aplicaciones de iluminación general con no muy altas exigencias de fidelidad en reproducción de colores se emplean los de un IRC Ra 80 – 90, los llamados “trifósforos”.

Espectro de OSRAM Lumilux 36W/865:

Imagen cortesía OSRAM

Se puede observar “huecos” entre las distintas zonas cromáticas, huecos que desatuarán los colores correspondientes a ellos.

Para aplicaciones con algo mayor exigencia de reproducción cromática se debe usar tubos con IRC mayor de 90 Ra, algo más caras que los anteriores.

Espectro de OSRAM Lumilux deluxe 36W/965:

Imagen cortesía OSRAM

Las bases de las franjas cromáticas se aprecian más ensanchadas, el espectro emitido adquiere mayor continuidad.

Para aplicaciones con alta exigencia de reproducción cromática, tales como museos, exposiciones, talleres de artes gráficas, fruterías etc. se comercializan lámparas con Ra cercano al 100. 

Un ejemplo es la OSRAM Color proof950:

Imagen cortesía OSRAM

Se observa una buena continuidad del espectro.

Los tubos fluorescentes se fabrican en una amplia gama de temperaturas de color, desde 2.700K (Luz cálida) hasta 6.500K (luz de día fría) para aplicaciones normales.

La posibilidad de influir en las propiedades luminiscentes del recubrimiento interior durante la fabricación permite elaborar lámparas con determinadas características espectrales para aplicaciones especiales. Todos conocemos los tubos para cabinas de bronceado, con mayor proporción de radiaciones UV-A, así como los tubos de “luz negra” en discotecas y espectáculos, y tubos especiales para diversas aplicaciones. Aparte de tubos con emisión de luz monocromática, en el campo de lámparas especiales los grandes fabricantes también ofrecen tubos fluorescentes con espectro adaptado a determinadas aplicaciones en museos, carnicerías, fruterías, vitrinas expositoras de comestibles, acuarios, terrarios, cuidado de plantas y un largo etcétera.

El diámetro de los tubos para iluminación general actualmente suele ser el denominado T8 (8/8 de pulgada), unos 26 mm sustituyendo al antiguo T12 de 38mm.

Longitud:          18W    -           590mm

                        30W    -           895mm

                        36W    -           1200mm

                        58W    -           1500mm

El casquillo de estos tubos es el denominado G13.

La nomenclatura del modelo de la mayoría de los fabricantes para las lámparas de uso corriente suele incluir una fórmula para indicar la potencia, Índice de reproducción cromática y temperatura de color:

Ejemplos:

            OSRAM          LUMILUX DELUXE T8          L18W/940

Tubo Ø T8 (26mm), categoría “deluxe”, 18W, IRC mayor de 90, Temperatura de luz 4.000K (blanco frío)

            PHILIPS         Master TL-D                           36W/865

Tubo Ø T8 (26mm), 36W, IRC entre 80 y 90, Temperatura de luz 6.500K (luz día)

Últimamente han salido al mercado los tubos T5, de 16mm de diámetro y de alta eficacia. No son compatibles con los equipos de los tubos tradicionales, ni por tamaño, zócalo, potencia y precisan para su funcionamiento balastos electrónicos. El casquillo es el denominado G5.

Para el correcto funcionamiento es necesaria una cierta temperatura, por lo que en aplicaciones a muy bajas temperaturas, como en exteriores en invierno, en cámaras frigoríficos y de congelación las lámparas bajan en flujo lumínico o dejan incluso de funcionar. Para estos casos los fabricantes ofrecen tubos especiales, aparte de la necesidad de colocarlos en luminarias bien aisladas. A -10º C el flujo luminoso puede ser del 50% o menos del de a 20ºC en un tubo “standard”.

Mencionar que, debido a la relativamente amplia superficie emisora de luz en comparación con otros emisores más puntuales, su luz es algo difusa, permitiendo una iluminación bastante uniforme, pero con el inconveniente de proyectar sombras menos definidas, dificultando en cierta medida trabajos finos, lectura etc. provocando incluso fatiga y cansancio en las personas. Conviene suplementar en estos casos con otra iluminación más focalizada en áreas donde se requiere más resalte de relieves y contrastes.

La vida útil se sitúa aproximadamente entre 10.000 y 20.000 h, dependiendo del balasto empleado, mayor con el electrónico y menor con el convencional o electromagnético, y de los ciclos de encendido y apagado. Repetidos encendidos y apagados en escaleras, archivos y almacenes con detectores de presencia o temporizadores la acortan drásticamente. El flujo luminoso disminuye durante la vida del tubo, así, que en luminarias con varios tubos se deben cambiar todos a la vez cuando uno falla para evitar la fea apariencia de tubos vecinos con diferente flujo luminoso. También tener en cuenta que, cuando un tubo está agotado los demás tardarán poco en seguirle.

            Lámparas de bajo consumo:

Son una forma de tubo fluorescente en las que el tubo ha sido doblado 2 o más veces para reducir su tamaño y conseguir así una apariencia más compacta parecida a la bombilla tradicional. Su base, con zócalo E14 y E27 integra el equipo de arranque y balasto electrónico lo que permite sustituir con ellas directamente a las bombillas incandescentes. La mala fama que adquirió la lámpara de bajo consumo en sus inicios por su tono de luz fría ya no le hace justicia, ya que se comercializa como los tubos en una variada gama de temperatura de color. Además se pueden encontrar con bulbo exterior opalescente que hacen su aspecto más agradable a la vista. En instalaciones o luminarias provistas de reguladores de intensidad (dimmer) hay que tener en cuenta que no funcionan con éste tipo de lámparas!

            Lámparas fluorescentes compactas:

Al igual que las lámparas de bajo consumo están constituidas de tubos doblados sobre si mismo, pero sin contener el balasto en la base, que hay que conectar externamente. Son las típicas lámparas empleadas en los denominados “downlights”, luminarias empotradas en falso techo de cocinas, comercios etc. En cuanto a temperatura de color, IRC etc., vale lo mismo comentado en el apartado de los tubos. Lámparas con 2 pin (conectores) integran el cebador en la base y funcionan exclusivamente con balastos convencionales mientras lámparas con 4 pin pueden ser usados tanto con reactancias convencionales añadiendo un cebador, o con balasto electrónico el cual, si está diseñado para tal fin, puede ser regulado con una señal exterior para variar la intensidad de la luz. Usan una variedad de zócalos a tener en cuenta al comprar lámparas de repuesto:

            2G7                             4 pin    5 – 11 W

            2G8                             4 pin    50 – 120 W

            2G11                           4 pin    18 – 80 W

            G23                             2 pin    5 – 11 W

            G(X)24d1,(2),(3)        2 pin    13 (18), (26 W, 32 W)

            G(X)24q1,(2),(3)        4 pin    13 (18), (26 W, 32 W)

En las lámparas fluorescentes compactas como los de “bajo consumo” valen casi todas las consideraciones hechas en el apartado de tubos fluorescentes. La vida útil puede verse reducida un poco por la mayor temperatura de trabajo alcanzada en ellas.

            Lámparas de vapor de sodio de baja presión

La lámpara de sodio de baja presión contiene en su cápsula interior, en éste tipo de lámpara en forma de U, el gas noble neón y una pequeña cantidad de sodio. Al cebar y encenderse la lámpara comienza la descarga en el gas neón, calentándose y evaporándose el sodio, que a temperatura ambiente es sólido. A los pocos minutos la lámpara llega a su temperatura de trabajo y emite una luz monocromática cercana a 590 nm (amarillo). Al alcanzar su temperatura de trabajo éste área del espectro se amplía ligeramente por el efecto Doppler causada por la alta velocidad de movimiento en todas direcciones de los átomos de sodio caliente.

Por su estrecho espectro de emisión lumínica, amarillo) alcanza una eficacia luminosa de cerca de 200 lm/W, siendo habitual 130 a 180 lm/W dependiendo de la potencia, a mayor potencia mayor eficacia.

El reducido espectro le otorga sin embargo un bajo o muy bajo índice de reproducción cromática, siendo casi imposible distinguir colores. Sin embargo permite una buena visión aumentando los contrastes. Su uso se restringe a iluminación vial, paso de peatones y terrenos industriales donde la visión cromática es secundaria, aunque está siendo desplazada por lámparas de sodio de alta presión y halogenuros metálicos.

Una ventaja adicional de ésta lámpara es que su rango espectral no ejerce atracción sobre los insectos nocturnos que incide en aspectos de mantenimiento y medioambientales.

Su nombre comercial empieza normalmente por SOX (en ocasiones también por NA o LS) seguido por la potencia. Para su funcionamiento precisa de un balasto.

En Europa se comercializan de 18 W a 180 W con zócalo bayoneta BY22d.

Su vida útil se estima en unas 16.000 h.

            Lámparas de vapor de sodio de alta presión

Estas lámparas usan como plasma un gas noble como xenón y sodio, que a temperatura normal es sólido, y eventualmente una pequeña cantidad de mercurio. Después del cebado con un pulso de unos hasta 5 kV el gas ionizado empieza a iluminar poco a poco calentándose y evaporando el sodio que empieza a formar parte en la descarga. El tiempo de encendido puede durar unos 4 o 5 minutos hasta el plasma adquiere la temperatura necesaria para funcionar a total rendimiento. En comparación con la lámpara antes descrita, la de sodio de alta presión trabaja a mayor presión y temperatura lo que permite un rango más amplio en la zona amarilla del espectro unido a una ligera emisión en la zona azul del gas xenón y del mercurio, lo que le confiere mejor índice de reproducción cromática. Esto va en detrimento de la eficacia luminosa, siendo sin embargo aún muy alta, de 80 a 150 lm/W.

El índice de reproducción cromática depende de la composición del gas y se sitúa entre 20 y 35, siendo un IRC de 25 habitual.

El casquillo habitualmente empleado es el E27 en lámparas de menos de 100W, y el E40 en las mayores.

La duración media es de 15.000 a 30.000h

El fin de su vida por alteración del gas se manifiesta en ciclos típicos de 10 a 15 min de apagado y reencendido.

            Lámparas de vapor de mercurio

El gas usado para éste tipo es vapor de mercurio y gas noble, normalmente argón, con una presión de trabajo de unos 10 bar. Las líneas de emisión dentro del espectro visible se encuentran en la zona azul y en la verde, además de emisiones en la zona UV. Por esta razón la ampolla exterior va recubierta por su interior con material luminiscente que convierte la radiación UV en luz visible.

La eficacia luminosa se sitúa alrededor de 55 - 60 lm/W, y el índice de reproducción cromática dependiendo del recubrimiento interior entre 45 y 60. Se fabrican con temperaturas de color de unos 3.200K a 4.500K

Como todas las lámparas de descarga precisan un balasto o reactancia conectado en serie para limitar la corriente, pero normalmente pueden prescindir del arrancador, ya que la tensión de red suele bastar para el cebado de la descarga.

Una forma especial de esta lámpara es la de luz de mezcla. Contiene además de la cápsula de descarga un filamento incandescente de tungsteno conectado en serie con ésta. Este filamento hace la vez de balasto, aparte de proveer a la lámpara de una emisión adicional de luz blanca cálida con componente roja y amarilla. Esta particularidad eleva el IRC a hasta 70, a costa de una reducción significativa de eficacia luminosa que se sita entorno a los 20 lm/W. Por la incorporación del filamento se conecta directamente a la tensión de red. Su uso se ha reducido y está desapareciendo por su baja eficacia luminosa.

Los zócalos habituales de las lámparas de mercurio son E27 hasta 125W, y E40 en potencias superiores.

Su uso se extiende a la iluminación de naves, almacenes, espacios abiertos, vías públicas, parques y jardines.

Su uso en exteriores y su emisión de componentes violetas y ultravioletas presenta la particularidad de atraer animales de vida nocturna, ante todo insectos, cuya visión abarca este rango del espectro con el resultado de mayor ensuciamiento y consiguiente necesidad de mantenimiento, como la muerte masiva de estos animales con consecuencias en la cadena trófica.

La vida útil es bastante reducida por el empleo de un filamento de wolframio.

            Lámparas de halogenuros metálicos

Estas lámparas han sido desarrolladas a partir de la de vapor de mercurio en los años ’60 añadiendo al vapor de mercurio y gas noble (argón, xenón, neón) halogenuros (o haluros) metálicos y otros aditivos. La adición de estos materiales permite influir en las propiedades espectrales del arco, mejorar el IRC y la eficacia luminosa y elaborar lámparas de una amplia gama de temperaturas de color. Su gran difusión en casi todos los ámbitos de iluminación comenzó en los años ’90.

 Como todas lámparas de descarga precisan de un balasto para limitar la corriente eléctrica. El pulso de cebado, como en las de sodio de alta presión tiene unos kV, dependiendo de la potencia.

Se comercializan con potencias comprendidas entre 35 y 2.000W, siendo habituales para iluminación en general y 240V de tensión las potencias entre 70 y 1.000W. Su uso se extiende hoy a casi todos los ámbitos de iluminación: doméstica, locales comerciales, proyectores para grandes superficies en interior y exterior como pistas deportivas etc., decorativa, exposiciones, naves y exteriores industriales, plazas, parques y vías públicas, en detrimento de las de vapor de mercurio.

La eficacia luminosa es bastante alta, de entre 80 y 100 lm/W. La reproducción cromática es la mejor de entre todas las lámparas de descarga, desde 70 hasta >90.

Se distingue entre tecnología de cuarzo y de cerámica, material empleado en la cápsula de descarga o quemador.

La lámpara HM presenta dos inconvenientes:

-       Su aún algo elevado precio, aunque ajustándose desde hace algún tiempo por la mayor demanda y consiguiente fabricación a mayor escala.

-       Su tiempo de encendido, algunos minutos, como en todas las lámparas de vapor de alta presión. No son aptas para encendidos puntuales, y después de apagados no pueden prender de nuevo hasta pasado un tiempo de enfriamiento, unos 10 min.

La duración estimada es de unas 20.000 h.

LED

La tecnología LED (Light Emitting Diode) es la más reciente en el campo de la iluminación. Al contrario a las lámparas de incandescencia y de las de descarga la emisión de luz tiene lugar en un diodo emisor de luz con poca generación de calor. Después de su desarrollo a comienzo de los años ’60 con color rojo, algo más tarde amarillo y en los ’70 verde, se buscaba la forma de uno de color azul y de UV (lo que en algunos círculos se consideraba hasta imposible), además de incrementar su luminosidad, lo que se consiguió en los años ’90.

Los LED emiten solo en una longitud de onda, determinada por su material semiconductor y el dopado de éste, por lo que un LED “blanco” realmente no existe. Hay tres formas de conseguir luz blanca:

     1.    Mediante el uso de 3 LED, rojo, verde y azul, o independientes o montado en el mismo encapsulado. De la combinación de los tres colores resulta blanco, con la ventaja de poder regular externamente cada uno de los emisores y conseguir así tonalidades diferentes (véase la pantalla del ordenador o tv, funcionan con el sistema RGB, Red, Green, Blue). La desventaja consiste en los “huecos” entre estos colores en el espectro, lo que lleva a desaturar los colores correspondientes a éstos.

     2.    LED azul con recubrimiento de material luminiscente amarillo en el encapsulado. Parte de la luz azul se convierte en amarillo, lo que da un resultado blanco, pero con el inconveniente de pobre reproducción cromática.

     3.    LED ultravioleta con recubrimiento luminiscente de amplio espectro en el encapsulado de la misma forma que se emplea en los tubos fluorescentes. Es de momento la forma que mejores resultados en el índice de reproducción cromática da.

Diodos LED no pueden ser fabricados para grandes potencias, actualmente en el rango de mW hasta alrededor de 1W, por lo que es preciso de juntarlos en grupos para conseguir mayores potencias. Además, su ángulo de emisión es bastante reducido, de 20 a 40º, siendo así preciso montar los grupos en soportes orientando los diodos individuales en ángulos distintos

LED no se pueden conectar directamente a una fuente de corriente eléctrica. Funcionan a baja tensión, de 2,5 a 3,5V dependiendo del tipo, y precisan de un limitador de corriente, normalmente una resistencia, sin el cual el LED se destruiría inmediatamente. Lámparas del tipo Led se fabrican normalmente con fuente de alimentación y limitadores de corriente integrados, lo que permite sustituir directamente lámparas convencionales. Otros tipos, como las conocidas tiras de LED, levan integradas en el soporte las resistencias limitadoras, por lo que son alimentadas exteriormente con una fuente de alimentación.

Actualmente se fabrican en una amplia gama de tonalidades, desde luz cálida hasta fría, y algunas con un IRC bastante alto. La eficacia luminosa de las lámparas comercializadas en la actualidad se sitúa en el rango del de los tubos fluorescentes, con tendencia a mejorar con nuevos desarrollos. En laboratorio ya se han conseguido unidades con una eficacia bastante cercana a la máxima teórica posible.

Tienen una vida útil estimada en más de 100.000h, pero son bastante sensibles a la temperatura. Una elevación de ésta puede inutilizarlos temporal- o permanentemente.

Aún son bastante costosos comparado con otras fuentes de luz, pero la investigación y el desarrollo continúan y en un futuro próximo pueden ser una auténtica alternativa a las lámparas arriba descritas.

Para profundizar en el tema y más información recomiendo el artículo del blog de un colega:

http://fidestec.wordpress.com/category/articulos-tecnicos/

Codificación y nomenclatura

Existen varios sistemas de codificación para facilitar la identificación de las distintas lámparas según tecnología, forma, zócalo, IRC, temperatura de luz etc., pero de momento ninguna es de obligado cumplimiento.

El IEC (International Electrotecnical Comission) ha desarrollado ILCOS (International Lamp COding System).

Por otro lado, la organización alemana ZVEI (ZentralVerband der Elektrotechnik- Elektronik Industrie, Asociación de Industrias de Electrotecnia y Electrónica) introdujo en 1994 el LBS (LampenBezeichnungsSystem, Sistema de Identificación de Lámparas), sistema empleado en gran medida por los fabricantes en Europa

La tabla no es completa pero puede ayudarnos en seleccionar la lámpara adecuada. Siglas y nombres comerciales de lámparas incandescentes, halógenas y de bajo consumo (fluorescentes compactas con equipo integrado que sustituyen directamente a las incandescentes) no se han incluido por ser demasiada la variedad de modelos.

La nomenclatura incluye tipo, potencia y, normalmente, IRC y temperatura de color.

Ejemplo:

                        PHILIPS Master PL-C 26W/840 2pin

Fluoresc. compacta, cebador integr., zócalo G24d-3, 26W Ra 80 – 90, Tª Luz 4000K

Equivale a:      OSRAM Dulux D 26W/840

Muchos fabricantes indican en lámparas fluorescentes (tubo, compactas, “bajo consumo) y de descarga de halogenuros metálicos los índices de reproducción cromática y temperatura de luz con 3 cifras:

Ejemplo:         865      =          IRC 80 a 90, 6.500K

                       930      =          IRC >90, 3.000K

Balastos, reactancias y arrancadores

Todas las lámparas de descarga precisan para su funcionamiento de un balasto conectado en serie para limitar su corriente de funcionamiento y reducir la tensión aplicada a la tensión nominal del tubo de descarga.

Al contrario de las lámparas de incandescencia que tienen una resistencia puramente óhmica, a diferente tensión y corriente se mantiene la resistencia, las de descarga disminuyen su impedancia con mayor corriente, que conduciría sin balasto en serie a una escalada de aumento de corriente hasta la destrucción del tubo o el disparo de los fusibles y magneto térmicos.

No vamos a entrar muy a fondo en éste capítulo ya que se merece un artículo dedicado, aparte de ser un tema bastante extenso.

Los balastos más habituales aún son los electromagnéticos, llamados reactancias. Consisten en una bobina de hilo de cobre lacado sobre núcleo de hierro laminado. Su inductividad y en consecuencia su impedancia y su potencia deben estar en consonancia con la lámpara con la que se emplea. Los hay simples, con dos bornes de conexión, o partidas con un tercer borne intermedia para conectar arrancadores que lo precisan. Dada su resistencia inductiva precisa de un condensador de compensación de factor de potencia que además filtra las interferencias eléctricas causadas por los pulsos de encendido de los arrancadores, evitando que estos ruidos se transmitan por la red de alimentación.

Hace un tiempo llegaron al mercado balastos electrónicos, mal llamados reactancias electrónicas, que en realidad consisten en un rectificador seguido de etapa de oscilador y etapa de salida, conmutador electrónico con limitador de corriente y circuito de cebado, trabajando a frecuencias de 20 a 40 kHz. Generalmente presentan la ventaja de menor peso, mayor eficiencia energética, evitan el molesto efecto estroboscópico de los tubos, permiten un arranque más suave y alargan la vida de las lámparas. Los buenos modelos tienen un factor de potencia cercano a 1, prescindiendo de condensador de compensación exterior. Algunos modelos son dimables, a través de circuito auxiliar analógico con tensión de 0 – 10V, o digital con bus DALÍ.

Los balastos electrónicos para tubos fluorescentes pueden ser de encendido rápido, con pre caldeo de los cátodos controlado, o de encendido instantáneo, sin pre caldeo y mediante un pulso de alta tensión, con la desventaja del último de acortar la vida de los tubos. Ambos sistemas prescinden de cebadores independientes.

 Para aplicaciones con repetidos encendidos y apagados, como escaleras, pasillos, almacenes, el empleo del balasto electrónico con pre caldeo de cátodos es el más ventajoso por ser el que menos incide en el acortamiento de vida del tubo.

Balastos para uso con lámparas de descarga de alta presión en aplicaciones generales aún suelen ser reactancias convencionales estando los electrónicos limitados para potencias de 35,70 y 100W en lámparas de vapor de sodio y de halogenuro metálicos.

Todos los balastos deben emplearse en consonancia con el tipo de lámpara y su potencia. Los hay que pueden usarse indistintamente con HPL, SON o MHN/CDM con consecuencias en peor rendimiento, pero normalmente son de uso exclusivo de un tipo de lámpara, indicado en el mismo encapsulado del balasto. Algunos distinguen, en el caso de lámparas de halogenuros metálicos, también entre tecnología de cuarzo y de cerámica.

Los arrancadores para tubos fluorescentes tradicionalmente son los típicos cebadores, poco a poco sustituidos por cebadores electrónicos que permiten un arranque más suave consiguiendo cierto alargamiento de la vida útil. Se encargan de precalentar los filamentos de los electrodos unos instantes para después generar un impulso de alta tensión cebando así la descarga.

Abajo dos esquemas de conexión, a la izquierda conexión normal, por ejemplo un tubo 18W con reactancia de 18W. A la derecha conexión tándem, por ejemplo dos tubos de 18W con reactancia de 36W. Cortesía ABB.

Los arrancadores para lámparas de alta presión son algo más complejos. Los hay de tras tipos básicos:

Arrancador independiente o en serie:

Arrancador semiparalelo, precisa reactancia con borne auxiliar:

Arrancador independiente paralelo, de dos hilos:

Estos tres esquemas extraidos de documentación técnica de ELT.

Los arrancadores habituales suelen valer tanto para SON, como para MHN/CDM y amplia gama de potencias. De todas formas debe atenerse a las indicaciónes expuestas en el encapsulado, así como respetar las conexiones de los hilos marcado con colores. Importante es también conectar el hilo “caliente”, el que lleva el impulso a la lámpara, a la conexión central del casquillo en caso de ser E27 o E40.

Dado que un zócalo E27, E40 o r7s puede ser empleado en lámparas de diferente potencia hay posibilidad de confusiones y hay que asegurarse siempre la compatibilidad con el balasto al realizar una sustitución. Una combinación equivocada puede tener consecuencias como destrucción de la lámpara, del equipo o bajo rendimiento.

Eliminación y reciclaje

¡Lámparas fundidas o agotadas NO pintan absolutamente nada en los contenedores de recogida selectiva de vidrio!

Se observa a menudo la costumbre de tirar tubos fluorescentes a este contenedor, se echa en falta un poco más de información para el ciudadano. El vidrio de la recogida selectiva se destina al reciclaje para producción de, entre otros, envases, vidrio normal etc. El vidrio de las lámparas tiene una composición distinta al normal, y en casos, no es tal sino una cerámica transparente, aparte de contener, en lámparas de descarga, mercurio y otros elementos.

Lámparas incandescentes (bombillas convencionales) y halógenas pueden considerarse residuo normal y tirarse a la basura doméstica, o en la industria a los residuos equivalentes a ésta.

Tubos fluorescentes y compactos, lámparas de vapor de mercurio y sodio y lámparas de halogenuros metálicos han de considerarse residuos peligrosos y tratarlos como tal.

Lámparas LED averiadas equivalen a basura tecnológica o chatarra electrónica igual a móviles, ordenadores, televisores etc., y han de tratarse como tales. Nunca se tiran a la basura normal.

“Lámparas de bajo consumo” con equipo incorporado se podrían considerar igual que los LED basura electrónica, pero por su contenido en mercurio son también residuo peligroso.

En el caso de organizaciones con gestor de residuos concertado la eliminación se efectúa a través de éste según el protocolo establecido al efecto. Consumidores particulares, pequeña industria y comercios deben eliminarlos a través de un “Punto limpio” o su proveedor de material eléctrico. Las tiendas y distribuidores de material eléctrico, electrónico y de iluminación están obligados según RD 204/2005 sobre RAEE (Residuos de Aparatos Eléctricos y Electrónicos) a recibir estos residuos al adquirir productos nuevos equivalentes.

Las lámparas desechadas nunca han de romperse para evitar la contaminación por mercurio y otras sustancias. Lo mejor es usar el envoltorio del producto nuevo para su protección mecánica.

Sobre el artículo:

Las imágenes, salvo indicado en su margen, son de creación propia, elaboradas en 3ds-Max, renderizados en VRay demo y post-procesados en photoshop. La tabla de los zócalos es una recopilación de imágenes publicadas de diversos fabricantes.

Se permite y desea la difusión y reproducción completa del artículo, siempre para fines educativos y particulares, nunca con ánimo de lucro.

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