MAG - JMY/ Lámparas. Domótica e instalaciones eléctricas inteligentes -31-

Transcripción

1 3- Lámparas -31-

2 3.1- Generalidades -32-

3 3.1- Lámparas. Generalidades Evolución histórica de las fuentes de luz La primera lámpara eléctrica fue presentada por H. Davy en Era una lámpara de arco de carbón. La luz eléctrica se impuso con el desarrollo de la lámpara incandescente por parte de J. Swan y T.A. Edison, patentada por éste último en DC 500 DC Antorchas Velas Lámparas de aceite Presentación de la lámpara de arco Lámpara de gas Invención de la lámpara eléctrica Presentación de la iluminación indirecta Presentación de la lámpara de neón Introducción de la lámpara de vapor de mercurio Introducción de la lámpara con reflector Introducción de la lámpara fluorescente Introducción de la lámpara PAR Introducción de la lámpara de tungsteno halogenado Introducción de la lámpara HPS (sodio) Primer LED con emisión en el espectro visible Introducción de la lámpara de halogenuros metálicos Introducción de la lámpara luorescente compacta Introducción del balasto de alta frecuencia Primera lámpara sin electrodos Primer LED de indio-galio nitrito -33-

4 3.1- Lámparas. Generalidades Son dispositivos que transforman la energía de un estado a otro. En el caso de las lámparas eléctricas, transforman, más o menos eficientemente, la energía eléctrica en energía en forma de radiaciones electromagnéticas (infrarrojo lejano, cercano, luz visible, ultravioleta, etc). Dentro de éstas radiaciones, nos interesan las comprendidas dentro del rango de la luz visible. Constituyen el elemento principal de todo sistema de iluminación. Existen en el mercado multitud de tipos de lámparas. El funcionamiento de cada uno de estos tipos se basa en leyes físicas bien definidas. Sin embargo se pueden establecer para todas las lámparas una serie de características comunes que sirvan para establecer y comparar sus cualidades. -34-

5 3.1- Lámparas. Generalidades Estas características son: Formato físico y formato de emisión. Consumo, flujo y rendimiento Temperatura de color Índice de reproducción cromática (relacionado con el espectro de emisión) Tiempo de encendido y reencendido Duración Costo Formato físico y de emisión: La forma física de la lámpara condicionará el formato de la luminaria utilizada para alojarla. También se verá condicionada por la forma en la que se emita la luz (puntual, lineal, etc). -35-

6 3.1- Lámparas. Generalidades Consumo, flujo y rendimiento. Consumo: Viene indicado en la propia lámpara, expresado en vatios. El consumo es un dato evidente en el caso de algunas lámparas, por ejemplo las incandescentes, pero no lo es tanto para todos los tipos de lámparas, por ejemplo para las de descarga. Para estas últimas se hace necesario también considerar la potencia que consumen los equipos auxiliares imprescindibles para su funcionamiento. Flujo: Es la cantidad de luz, por segundo, que emite cada lámpara. Está relacionado con el fenómeno físico que consigue la emisión de luz por parte de la lámpara. Rendimiento: Laeficacialuminosadeunalámparaseobtienedividiendo su flujo luminoso, expresado en lúmenes, por su consumo en vatios (lámpara + equipo aux.) -36-

7 3.1- Lámparas. Generalidades Como ya se ha dicho, el límite superior de la conversión de la energía eléctrica en energía luminosa es de 683 lm/w. Esta lámpara ideal no precisaría de equipo auxiliar, su temperatura de funcionamiento, para evitar pérdidas, sería igual a la temperatura ambiente y emitiría una luz monocromática amarilla verde. -37-

8 3.1- Lámparas. Generalidades Temperatura de color: Es el color aparente de una fuente de luz respecto del cuerpo negro de Plank. Según la norma EN :2012, se distingue entre: Luz cálida: Apariencia hacia el amarillo/rojo/naranja (Inferior a 3300 ºK) Luz intermedia: ( entre 3300 ºK y 5300 ºK) Luz fría: Apariencia hacia el azul/violeta (Superior a 5300 ºK) La temperatura de color permite crear determinados ambientes y produce diversas sensaciones en el usuario en un determinado entorno. Representación aproximada de la temperatura según ciertos colores -38-

9 3.1- Lámparas. Generalidades Índice de Reproducción Cromática: Es la capacidad de una fuente de luz para reproducir fielmente los colores del objeto iluminado. Este índice se expresa en unidades Ra y se cuantifica entre 0 y 100, correspondiendo el índice 100 a una reproducción de colores perfecta. Calidad de la reproducción cromática Ra Excelente Muy buena Buena Menos buena Regular Insuficiente

10 3.1- Lámparas. Generalidades El índice de reproducción cromática de una lámpara, al igual que su temperatura de color, están relacionados con su espectro de emisión. Conocer la distribución espectral de las fuentes de luz utilizadas en iluminación es fundamental a la hora de conseguir no sólo el nivel de luz adecuado, sino también por la importancia que tiene en la comodidad, reproducción de los colores y sensación psicológica creada en el observador. E Luz del Sol E Lámpara incandescente E Lámpara fluorescente Longitud de onda Longitud de onda Longitud de onda -40-

11 3.1- Lámparas. Generalidades SODIO DE ALTA PRESIÓN (Ra 25) FLUORESCENTE TRIFOSFORO (Ra 85) MUESTRA DE TEST AZUL VERDE AMARILLO ROJO -41-

12 3.1- Lámparas. Generalidades Posición de funcionamiento: En general, las lámparas se construyen para una determinada posición de trabajo, posición en la que presenta unas óptimas condiciones de funcionamiento. Fuera de esta posición, pueden darse fenómenos tales como el excesivo calentamiento de la espiral, del casquillo, del vidrio, la desviación del arco eléctrico, etc, que afectarán a las características de la lámpara y a su vida útil. Codificación para la posición de funcionamiento: S: Vertical (de pie, casquillo abajo) H: Vertical (colgando, casquillo arriba) HS: Vertical (casquillo arriba o abajo) P: Horizontal (casquillo a un lado) Universal: Permite cualquier posición de funcionamiento. -42-

13 3.1- Lámparas. Generalidades Codificación para el ángulo de inclinación admisible: 20º 45º 60º 45º p20 p45 p60 h45 Posición admisible Posición no admisible 150º 110º 30º 45º h110 h150 hs30 hs45 Tiempo de encendido y reencendido: Algunos tipos de lámparas su máximo flujo luminoso lo proporcionan a los pocos instantes de su puesta en marcha, mientras que en otras lámparas es necesario que pase un tiempo hasta que se alcanza dicho flujo máximo. -43-

14 3.1- Lámparas. Generalidades Por otra parte, en unas lámparas es posible su reencendido inmediatamente después de haberlas apagado, mientras que en otros tipos es necesario que la lámpara se enfríe antes de que pueda volver a encenderse. La vida de algunas lámparas se acorta significativamente con el número de encendidos y apagados. Duración: Los parámetros más utilizados para su medida son: Vida promedio: Es el tiempo transcurrido hasta que fallan un 50% de las lámparas de un lote significativo de una fabricación o instalación, trabajando en unas condiciones especificadas. Vida útil: Es el número de horas tras las que, trabajando en condiciones reales, resulta más rentable proceder al cambio de un conjunto de lámparas de la instalación que mantenerlas funcionando con depreciaciones de flujo importantes. Este es el valor indicado habitualmente por el fabricante. -44-

15 3.1- Lámparas. Generalidades Coste: Vida media: Esunvalorestadísticoquerepresentalamedia aritmética de la duración en horas de las lámparas de un lote significativo que se ensayan trabajando en unas condiciones previamente establecidas. No solo hay que considerar el precio inicial de adquisición de las lámparas a utilizar en una instalación. Es necesario tener en cuenta los costes del consumo de energía, del mantenimiento y de reposición. No siempre las lámparas con un precio inicial alto resultan caras a medio o largo plazo. Como ejemplo, y de una manera muy general, las lámparas incandescentes tienen un coste inicial menor que otras lámparas, pero tienen un mayor consumo, y mantenimiento más frecuente y costoso. -45-

16 3.1- Lámparas. Generalidades -46-

17 3.1- Lámparas. Generalidades LLMF: Lamp Lumen Maintenance Factor -47-

18 3.1- Lámparas. Generalidades Clasificación de las fuentes luminosas más importantes Fuentes luminosas artificiales Incandescencia Luminiscencia Incandescentes estándar Incandescentes halógenas Fotoluminiscencia Electroluminiscencia Descarga en gas LED Baja presión Alta presión Fluorescentes Compactas Sodio B.P. Inducción Mercurio A.P. Halogenuros Sodio A.P. Inducción -48-

19 3.1- Lámparas. Generalidades Codificación de las lámparas Sistema ILCOS (International Lamp Coding System) (Norma IEC 61231) Tipo de Lámpara Incandescente Incandescente halógena Fluorescente Sodio a alta presión Sodio a baja presión Mercurio a alta presión Halogenuros metálicos Especiales Código I H F S L Q M X

20 3.1- Lámparas. Generalidades -50-

21 3.1- Lámparas. Generalidades Tipos de casquillo de las lámparas -51-

22 3.2- Lámparas incandescentes -52-

23 3.2- Lámparas Incandescentes Lámparas incandescentes estándar La luz se genera como consecuencia del paso de la corriente eléctrica a través de un filamento de tungsteno owolframio. La ampolla es generalmente de vidrio blando o soplado y admite múltiples formas y acabados. El filamento se configura de acuerdo con la utilización y las características técnicas que se desea que tengan las lámparas. La ampolla se rellena de una mezcla de gases inertes tales como nitrógeno y argón. -53-

24 3.2- Lámparas Incandescentes El casquillo sirve de conexión entre la lámpara y la red eléctrica, además de dar soporte a la ampolla. Es el elemento más normalizado de una lámpara y en este tipo de lámparas se utilizan casi exclusivamente de dos tipos: Edison Swan Casquillo Edison: Casquillo tipo E (ES en países de habla inglesa) Montura precisa y amplia superficie de contacto, que hace que pueda soportar intensidades de hasta 40 A. No se recomienda en instalaciones sujetas a vibraciones, ya que se afloja. Casquillo Edison (Tipo E) -54-

25 3.2- Lámparas Incandescentes Casquillo Swan: También llamado de bayoneta o BC Los contactos son por resorte. La superficie de contacto es, en general, pequeña, por lo que su uso se desaconseja para corrientes mayores de 2 A. Son los casquillos más utilizados en instalaciones de baja potencia y sometidas a vibraciones. Casquillo Swan (Tipo BC o bayoneta) -55-

26 3.2- Lámparas Incandescentes El filamento alcaza una temperatura de unos 500º C, emitiendo gran parte de la energía en forma de radiación infrarroja y una pequeña parte dentro del espectro visible. Su eficacia lumínica es baja, oscilando entre 10 y 20 lm/w El espectro de emisión de este tipo de lámparas es un espectro continuo, aumentando la energía radiada cuanto más nos acercamos a las longitudes de onda del rojo Son las lámparas que presentan mejor índice de reproducción cromática, situándose, en general, por encima de 90 RA. -56-

27 3.2- Lámparas Incandescentes El flujo luminoso de las lámparas incandescentes no es constante a lo largo de su vida. La causa más importante de esta disminución es la evaporación del filamento. Por una parte, al evaporarse el filamento, partículas de éste se depositan sobre la pared de la ampolla ennegreciéndola. Además, la evaporación del filamento provoca su adelgazamiento y, en consecuencia, hace que aumente su resistencia. Este aumento de la resistencia eléctrica hace que disminuya la potencia eléctrica absorbida por la lámpara y el flujo luminoso emitido. Por otra parte, el adelgazamiento del filamento termina provocando su rotura y el final de la vida de la lámpara. La vida promedio de este tipo de lámparas es de 1000 horas. Las fluctuaciones de tensión es el fenómeno que más acorta la vida de las lámparas incandescentes. -57-

28 3.2- Lámparas Incandescentes Balance de potencia en una lámpara incandescente: Potencia de entrada (100 %) Potencia disipada No radiación (18 %) Radiación (82 %) Radiación visible (10 %) Radiación infrarroja (72 %) -58-

29 3.2- Lámparas Incandescentes Lámparas incandescentes halógenas Se trata de lámparas incandescentes mejoradas En la ampolla se introducen, además de nitrógeno y argón, gases halógenos de yodo y bromo. Estos gases hacen que en la lámpara se establezca un fenómeno que se conoce como el ciclo del halógeno. En las zonas externas de la lámpara (600ºC), los átomos de halógenos se combinan con los átomos evaporados del filamento. Cuando estas moléculas se aproximan de nuevo al filamento (2000 ºC) tiene lugar la reacción contraria, regenerándose el filamento. X T T: tungsteno X: halógeno -59-

30 3.2- Lámparas Incandescentes Este ciclo hace que la vida útil de la lámpara aumente considerablemente ya que, por una parte se frena el adelgazamiento del filamento, y por otra se disminuye el ennegrecimiento de la ampolla Para que la reacción se sostenga es necesario una alta temperatura y que las paredes de la ampolla estén lo más cerca posible del filamento. De ahí el reducido tamaño de éstas lámparas. Comoelvidrionosoportaestastemperaturas,elbulbose construye de cuarzo. Las altas temperaturas condicionan las luminarias a emplear con estas lámparas. Se hace necesario proteger el entorno frente a contactos accidentales Su eficacia lumínica es del orden de 22 lm/w, algo mayor que las incandescentes estándar. Su temperatura de color se sitúa en torno a los 3100 ºK -60-

31 3.2- Lámparas Incandescentes Su espectro de emisión es similar al de las incandescentes estándar. Su vida promedio se eleva hasta las 2000 horas. Inconvenientes: El cuarzo reacciona desfavorablemente con las grasas, por lo que la manipulación de estas lámparas es delicada. Si se toca el bulbo con los dedos, es necesario limpiarlo adecuadamente antes de su encendido. Debido a su reducido tamaño su luminancia es muy alta, por lo que su visión directa puede ser molesta La mayoría de estas lámparas se alimentan a baja tensión, lo que hace necesario el uso de transformadores. -61-

32 3.3- Lámparas de descarga -62-

33 3.3- Lámparas de descarga Lámparas Fluorescentes (Lámparas de mercurio a baja presión) Su aspecto es el de un tubo de vidrio de un cierto diámetro y longitud variable, según la potencia de la lámpara, recubierto interiormente de una sustancia fluorescente. El fenómeno físico en el que se basa su funcionamiento es una descarga eléctrica en una atmósfera de mercurio a baja presión. El tubo de vidrio está relleno de gas argón a baja presión y una pequeña cantidad de mercurio. En los extremos del tubo se encuentran los electrodos, impregnados de una sustancia que facilita la emisión de electrones. La cara interior del tubo está recubierta de una sustancia fluorescente, generalmente una mezcla de diferentes fósforos. -63-

34 3.3- Lámparas de descarga Luz visible Radiación ultravioleta Electrón libre Hg Átomo de mercurio Recubrimiento fluorescente Atmósfera de argón y vapor de mercurio Electrodo de wolframio con sustancia emisora de electrones Vidrio transparente Casquillo Conectada la lámpara a su correspondiente circuito, la corriente eléctrica atraviesa los electrodos calentándolos y haciendo que emitan electrones. Cuando la tensión entre ellos es la adecuada, se inicia la descarga. El calor que se produce evapora el mercurio y hace que la descarga se mantenga en una atmósfera más conductora. Los electrones, en su camino de un extremo a otro del tubo, chocan con los átomos de mercurio, y la energía desprendida en estos choques se emite en forma de radiaciones ultravioletas. Estas radiaciones excitan la capa fluorescente del tubo y transforman su energía en radiaciones dentro del espectro visible. -64-

35 3.3- Lámparas de descarga Para que se inicie la descarga y, posteriormente, se mantenga de una manera controlada, es preciso la presencia en el circuito de un elemento auxiliar, el balasto (comúnmente denominado reactancia). Funciones del balasto: Proporcionar la corriente de arranque o precalentamiento de los electrodos de manera que éstos comiencen la emisión de electrones. Suministrar un valor de tensión en vacío suficiente para hacer saltar el arco en el interior de la lámpara Una vez comenzada la descarga, y dado que a causa de ella la resistencia disminuye con la corriente, el balasto se ha de encargar de limitar la corriente en la lámpara a los valores adecuados para su correcto funcionamiento, evitando su destrucción. En la actualidad se pueden encontrar dos tipos de balastos: -65-

36 3.3- Lámparas de descarga Balastos magnéticos: constituidos por un conductor de cobre arrollado alrededor de un núcleo magnético. En general, no permiten la regulación del flujo luminoso de la lámpara. Balastos electrónicos. Un circuito electrónico se encarga de cumplir las funciones que ha de realizar el balasto en el funcionamiento de la lámpara fluorescente. Permiten el control del flujo luminoso de la lámpara. En el encendido interviene otro elemento, conocido como cebador (dos electrodos bimetálicos encerrado en una ampolla de vidrio rellena de gas argón), que hace las funciones de interruptor de puesta en marcha. El circuito básico de funcionamiento de una lámpara fluorescente es: Red Balasto Tubo Fluorescente Cebador -66-

37 3.3- Lámparas de descarga Las potencias más usuales para este tipo de lámparas son 18, 36 y 58 W (sin considerar los balastos) Denominación Diámetro (mm) T12 38 T8 26 T5 16 T2 7 La eficacia luminosa de este tipo de lámparas oscila entre los 55 y los 82 lm/w El 90% de la luz emitida por una lámpara fluorescente se debe al recubrimiento del tubo. La adecuada dosificación y combinación de sustancias fluorescentes permite la fabricación de una amplia gama de lámparas, con espectros de emisión, temperatura de color y rendimientos cromáticos muy distintos. -67-

38 3.3- Lámparas de descarga La máxima emisión luminosa en estas lámparas se produce para temperaturas comprendidas entre 38 y 49 ºC. La temperatura influye mucho en la producción de rayos ultravioletas. El final de la vida útil de una lámpara fluorescente se produce casi siempre como consecuencia del agotamiento de sus electrodos. El momento más crítico es el encendido, existiendo una relación directa entre el número de encendidos y la duración de la lámpara. Su vida se estima considerando que se produce un encendido cada tres horas. -68-

39 3.3- Lámparas de descarga La vida promedio de estas lámparas se sitúa entre las 8000 y las horas. En la iluminación mediante lámparas de descarga es importante prestar atención al efecto estroboscópico (la corriente pasa 2 veces por cero en cada ciclo), que puede hacer que algún cuerpo en movimiento parezca estático y que provoca fatiga visual. Se puede corregir desfasando la tensión de unas lámparas respecto de otras, bien conectando grupos de lámparas a cada una de las fases de un sistema trifásico, o bien mediante la conexión de un condensador en serie con el circuito de un grupo de lámparas. Lámparas fluorescentes compactas Presentan las mismas características que las lámparas fluorescentes antes vistas, sólo que varía su forma y su tamaño. -69-

40 3.3- Lámparas de descarga Necesitan para su encendido y funcionamiento un equipo auxiliar. Éste puede estar integrado en la propia lámpara o situarse en la luminaria que acoge a la lámpara. En el primer caso, estas lámparas van provistas de casquillos estándar. La gama de potencias de éstas lámparas es amplia, siendo las más comunes 5, 7, 9, 11 y 15 W Su temperatura de color se sitúa en torno a los 2700 ºK. Su eficacia luminosa es del orden de 40 lm/w Su vida promedio se estima alrededor de las 6000 horas -70-

41 3.3- Lámparas de descarga Balance de potencia en una lámpara fluorescente Potencia de entrada (100 %) Potencia disipada No radiación (38 %) Descarga de radiación (60 %) Pérdidas de potencia (42 %) Radiación infrarroja (36 %) Radiación visible (22 %) -71-

42 3.3- Lámparas de descarga Lámparas de vapor de mercurio (a alta presión) Su principio de funcionamiento es similar al de las lámparas fluorescentes Está constituida por una ampolla (A) rellena de gases eléctricamente neutros tales como argón o nitrógeno. mag C A B En el interior se sitúa un bulbo de cuarzo, o quemador (B) de diámetro y longitud variables en función de la potencia de la lámpara. El quemador se rellena con gases a presión, tales como neón o argón, y una pequeña cantidad de mercurio -72-

43 3.3- Lámparas de descarga El quemador se soporta por una estructura metálica (C), que le proporciona la alimentación eléctrica y le posiciona ópticamente, además de impartir rigidez mecánica al conjunto. Dentro del bulbo se sitúan los electrodos, que suelen ser de tungsteno, a los que se les agrega pequeñas cantidades de sustancias emisoras de electrones, tales como complejos de torio y bario. Cuando se aplica la tensión adecuada, se produce la ionización de la mezcla gaseosa, ocurriendo vaporización del mercurio. Precisan balasto para el arranque y el mantenimiento de Balasto la descarga. Red Lámpara -73-

44 3.3- Lámparas de descarga Potencias : 50, 80, 125, 250, 400, 700, 1,000 y 2,000 W La eficacia de éstas lámparas es del orden de 60 lm/w En cuanto a su índice de reproducción cromática, al estar el mercurio sometido a alta presión, a diferencia de las lámparas fluorescentes en cuya descarga se emitían casi exclusivamente radiaciones ultravioletas, en el espectro de emisión de estas lámparas se observan varias bandas correspondientes a los colores azul, violeta, verde y amarillo, emitiendo cierta cantidad de radiaciones ultravioletas Estas radiaciones se pueden aprovechar recubriendo la ampolla con sustancias fluorescentes y consiguiendo bandas de emisión en la zona del rojo. Las lámparas de vapor de mercurio con este recubrimiento se denominan lámparas de vapor de mercurio de color corregido. -74-

45 3.3- Lámparas de descarga Estas lámparas precisan un periodo de arranque o encendido. Se alcanza el 80% del valor final del flujo luminoso a los 5 minutos, y el funcionamiento estable a los 6 minutos. Una vez apagada la lámpara, no puede volver a encenderse hasta que la presión y la temperatura han descendido lo suficiente, esto es, transcurridos unos 10 minutos desde el apagado. La vida promedio de éstas lámparas puede fijarse entre las 9,000 y las 14,000h. -75-

46 3.3- Lámparas de descarga Lámparas de vapor de mercurio-incandescencia (luz mezcla) Son un híbrido entre las incandescentes y las de descarga vapor de mercurio a alta presión. Contienen un quemador, en el que se produce la descarga en presencia de mercurio, y un filamento. Se utiliza un filamento para corregir el color y para mag estabilizar la corriente de descarga, por lo que no es necesario el empleo de Filamento balasto. La emisión de luz por parte del filamento, hace que aparezca un espectro continuo superpuesto al espectro de las lámparas de vapor de mercurio -76-

47 3.3- Lámparas de descarga Su eficacia se estima entre 19 y los 28 lm/w La sobretensión de encendido está aplicada también en bornes del filamento, sobrecargándolo, por lo que la vida media de la lámpara está enormemente influida por el número de encendidos. Lámparas de halogenuros metálicos Su constitución es similar a las lámparas de vapor de mercurio, pero en el quemador se añaden ciertos halogenuros metálicos de tierras raras. Estos halogenuros se vaporizan en parte cuando la lámpara alcanza su temperatura de funcionamiento. Entonces se disocian en forma de halógeno y metal, aumentando así la eficiencia luminosa de la lámpara y mejorando su índice de reproducción cromática La presencia de los halogenuros hace necesaria una tensión de encendido elevada, por lo que se precisan arrancadores (tensiones entre 0,8 y 5 kv) para iniciar el encendido. Por otra parte, una vez iniciada la descarga, ésta precisa ser controlada (balasto). -77-

48 3.3- Lámparas de descarga Doble Casquillo Casquillo G-12 Balasto Tubo de descarga Red A Arrancador Lámpara mag Electrodos Tubular -78-

49 3.3- Lámparas de descarga Eficacia luminosa: Entre 68 y más de 100 lm/w La vida promedio de estas lámparas oscila entre las y las horas. Es posible el reencendido en caliente aplicando a la lámpara tensiones de choque entre 12 y 65 kv, si bien hay que tener en cuenta que todos los equipos asociados a esa lámpara (portalámparas, cableados, condensador, etc) han de ser capaces de soportar dichas tensiones. Por lo tanto, el uso de arrancadores capaces de suministrar tensiones de choque lo suficientemente altas como para conseguir el encendido de la lámpara en caliente, se restringe a aplicaciones muy concretas. -79-

50 3.3- Lámparas de descarga Balance de potencia en una lámpara de halogenuros metálicos Potencia de entrada (100 %) Potencia disipada en los electrodos (9 %) Potencia en el arco (91 %) Potencia disipada No radiación (38,5 %) Descarga de radiación (52,5 %) Pérdidas de potencia (47,5 %) Radiación ultravioleta (3,7 %) Radiación infrarroja (24,5 %) Radiación visible (24,3 %) -80-

51 3.3- Lámparas de descarga Lámparas de vapor de sodio a baja presión El sodio es un elemento químicamente muy activo, que presenta una gran avidez por el vidrio normal, al cual ataca violentamente. Estas lámparas están formadas por dos ampollas tubulares, la interior de vidrio de borax y la exterior de vidrio transparente a la luz visible pero que absorbe gran cantidad de radiación infrarroja, con objeto de que se mantenga una gran cantidad de energía térmica dentro de la ampolla. Electrodo Tubo de descarga mag Ampolla exterior La ampolla interna, o tubo de descarga, tiene forma de U y en su interior se encuentra una pequeña cantidad de gas neón a baja presión y sodio puro en forma de gotas cuando está frío. -81-

52 3.3- Lámparas de descarga En los extremos del tubo se encuentran dos electrodos de filamento de wolframio sobre los que se deposita un material emisor de electrones. Los resaltes del tubo de descarga forman pequeñas cavidades que sirven para que al enfriarse el sodio éste quede depositado a lo largo del tubo y no de forma aleatoria. -82-

53 3.3- Lámparas de descarga Potencias : 18, 35, 55, 90, 135 y 180 W. Eficacia luminosa : Es la más alta de todas las lámparas. Se sitúa entre 125 y 185 lm/w, según el orden creciente de las potencias. El espectro de emisión de estas lámparas es monocromático, de color amarillo. Este espectro le confiere un índice de reproducción cromática prácticamente nulo, lo cual condiciona de manera importante las aplicaciones de la lámpara. -83-

54 3.3- Lámparas de descarga La tensión mínima de arranque necesaria se sitúa entre 390 y 600 V, en función de la potencia de la lámpara. Por lo tanto, se hace imprescindible un elemento que, además de controlar la intensidad durante la descarga, eleve la tensión de la red al valor necesario para el arranque. Esto se consigue mediante reactancias autotransformadoras. Red Reactancia Lámpara Reactancia Autotransformadora También es posible utilizar arrancadores electrónicos, que requieren reactancias más simples y ligeras que en el caso anterior y condensadores de compensación de reactiva de menor capacidad. -84-

55 3.3- Lámparas de descarga Su vida promedio se sitúa en torno a las horas Lámparas de vapor de sodio a alta presión Las lámparas de vapor de sodio de baja presión tienen un rendimiento lumínico alto, pero un índice de reproducción cromática muy deficiente. Si se aumenta la presión del vapor de sodio, a costa de trabajar a temperaturas mas elevadas, y se agrega un gas inerte y una pequeña cantidad de mercurio para mejorar el espectro de emisión, surge la lámpara de vapor de sodio a alta presión El sodio a alta presión y temperatura ataca al vidrio y al cuarzo, por lo que los tubos de descarga de estas lámparas se fabrican a base de óxido de aluminio sinterizado, cerrándose los extremos con corindón sintético. -85-

56 3.3- Lámparas de descarga El tubo de descarga se aloja dentro de un tubo de vidrio duro y transparente. Dada la escasa emisión de radiaciones ultravioletas no es rentable el recubrimiento con sustancias fluorescentes, por lo que las ampollas de estas lámparas suelen ser transparentes. Tubo de descarga mag Electrodos -86-

57 3.3- Lámparas de descarga Debido a la presión elevada del sodio en el tubo de descarga, para el encendido de la lámpara es necesario aplicar tensiones de pico comprendidas entre 2800 y 5000 V. Se precisa la utilización de reactancia y de arrancadores especiales que generan los impulsos de encendido. Potencias : 70, 150, 250, 400, 1000 W Rendimiento Luminoso : Entre 90 y 130 lm/w El espectro de emisión se ve sensiblemente mejorado con respecto a las lámparas de sodio de baja presión. -87-

58 3.3- Lámparas de descarga El tiempo de encendido es de alrededor de 5 minutos Su vida promedio es de unas horas Este tipo de lámpara es muy utilizada en alumbrado público y en general en todos aquellos espacios en los que se requiere una iluminación económica sin grandes exigencias cromáticas. -88-

59 3.3- Lámparas de descarga Balance de potencia en una lámpara de vapor de sodio a alta presión Potencia de entrada (100 %) Potencia disipada en los electrodos (6 %) Potencia en el arco (91 (94 %) Potencia disipada No radiación (44 %) Descarga de radiación (50 %) Pérdidas de potencia (50 %) Radiación ultravioleta (0,5 %) Radiación infrarroja (20 %) Radiación visible (29,5 %) -89-

60 3.3- Lámparas de descarga Lámparas de inducción Su funcionamiento se basa en el fenómeno de la descarga en un gas y en la inducción electromagnética. Se genera un campo electromagnético en una bobina con núcleo de ferrita haciendo circular corriente por ella. Este campo magnético induce una corriente en el gas que acelera los electrones libres, que a su vez chocan con los átomos de mercurio, y da lugar a la emisión energética en la franja del ultravioleta, la cual se convierte en luz visible por medio de la interacción con el recubrimiento de fósforos del interior del tubo. -90-

61 3.3- Lámparas de descarga Estas lámparas funcionan alimentadas por un generador de alta frecuencia, necesario para mantener el proceso sin utilizar ningún tipo de filamento. Potencias: 40, 50, 80, 100, 120, 150, 200, 250 y 300 W Presentan un buen índice de reproducción cromática Su eficacia es del orden de 70 lm/w y tienen una vida media entre y horas. Adecuada en instalaciones donde el mantenimiento sea difícil Su encendido y reencendido es casi instantáneo -91-

62 3.4- LEDS -92-

63 3.4-LEDS LEDS El desarrollo de los diodos de nitruro de galio posibilitó la obtención de un led que emitía luz blanca. Robustos frente a vibraciones Baja temperatura de funcionamiento Haz de luz direccional Vida media en torno a horas Entre 40 y 150 lm/w (previstos a corto plazo) -93-

64 3.4- LEDS Usos: Señalización vial Señalización en automoción Alumbrados ornamentales Iluminación de emergencia Iluminación portátil Comienza a ser significativo su uso en alumbrado interior Incipientes aplicaciones en alumbrado público -94-

65 3.4- LEDS Torre Agbar Barcelona módulos led 4500 luminarias led Fremont Street Las Vegas -95-

66 3.4- LEDS -96-

67 Comparativa de características de lámparas LÁMPARA EFICACIA (lm/w) IRC (%) VIDA ÚTIL (horas) TIEMPO DE ENCENDIDO (minutos) Incandescente instantáneo Incandescente instantáneo Halógena Fluorescente instantáneo Fluorescente Compacta instantáneo Vapor de Mercurio Vapor de Mercurio con Halogenuros Vapor Sodio Alta Presión Vapor Sodio Baja Presión Inducción instantáneo Led instantáneo -97-

68 3.5- Legislación relacionada con las lámparas -98-

69 3.5- Legislación relacionada con las lámparas RAEE: Directiva de Residuos de Aparatos Eléctricos y Electrónicos. Real Decreto 208/2005: Establece una serie de normas aplicables a la fabricación de los productos y otras relativas a su correcta gestión ambiental cuando se conviertan en residuo. Establece medidas de prevención en la fase de diseño y fabricación de los aparatos eléctricos o electrónicos, tendentes a limitar la inclusión en ellos de sustancias peligrosas. Determina como gestionar los aparatos eléctricos o electrónicos para minimizar la afección ambiental de este tipo de residuos. Símbolo para marcar aparatos eléctricos o electrónicos -99-

70 3.5- Legislación relacionada con las lámparas

71 3.5- Legislación relacionada con las lámparas Directiva RoHS (2002/95/EC): Restricción del uso de ciertas sustancias peligrosas en los aparatos eléctricos y electrónicos (Complementa a la RAEE) Sustancias a las que afecta Plomo Mercurio Cadmio Cromo hexavalente Retardantes de llama bromados Directiva 2005/32/CE: Reglamento 244/2009: Diseño ecológico para lámparas de uso doméstico no direccionales. Calendario final de fabricación lámparas incandescentes: Lámparas de 100 W: 1 de septiembre de 2009 Lámparas de 75 W: 1 de septiembre de 2010 Lámparas de 60 W: 1 de septiembre de 2011 Lámparas de 40 W: 1 de septiembre de

72 3.5- Legislación relacionada con las lámparas Directiva 2005/32/CE Reglamento 244/