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Lámparas fluorescentes modernas
Lámparas fluorescentes modernas
- marzo/2002
Redacción SicaNews [ newsletter@sicaelec.com
]
Lámparas fluorescentes modernas
Resumen:
En este artículo se describen las características de los distintos tipos y modelos de estas lámparas de descarga en vapor de mercurio a baja presión que se fabrican en la actualidad.
Desarrollo:
Las fuentes luminosas de alimentación eléctrica que se emplean actualmente comprenden un espectro considerable de lámparas que funcionan según distintos principios, tienen diferentes aplicaciones y necesitan o no de equipos auxiliares para su operación.
En este artículo nos detendremos en el examen de las lámparas fluorescentes que habitualmente se utilizan para el alumbrado hogareño, de naves industriales, depósitos, estacionamientos, grandes superficies cubiertas y distintos tipos de locales, siendo su mayor aplicación la iluminación de oficinas.
Las lamparas fluorescentes tienen un menor consumo eléctrico y una mayor vida útil con relación a las lámparas incandescentes de tungsteno. Asimismo, como la disipación de calor es casi nula, se obtiene una economía indirecta en la ventilación y climatización de los locales, reduciendo principalmente los requerimientos de aire acondicionado.
Estas fuentes de luz generan un efecto estroboscópico en los casos en que se alimentan con corriente alterna y en algunos casos necesitan del calentamiento de sus electrodos.
En estas lámparas, la energía recibida se convierte directamente en radiación lumínica, sin desarrollo apreciable de calor (como en las incandescentes), ya que la luz se obtiene por la emisión producida por el choque entre los átomos del vapor contenido en el tubo de descarga y los electrones libres acelerados por la aplicación de una diferencia de potencial entre los extremos de dicho tubo.
En este proceso, los choques producen la excitación de los electrones de los átomos del vapor, que pasan a ocupar orbitales de mayor energía. Cuando dichos electrones retornan a su órbita natural, se produce la emisión de fotones y en consecuencia ocurre una generación de radiación lumínica.
Una lámpara fluorescente típica está constituida por un tubo de vidrio al que se le ha extraido el aire y que contiene una pequeña cantidad de mercurio y de un gas inerte (habitualmente argón). En cada uno de sus extremos se dispone un filamento duoespiral de tungsteno recubierto de una sustancia emisiva, como óxido de bario o de estroncio, que tiene la particularidad de que en caliente facilita la emisión de electrones, iniciándose la ionización del argón.
Estos electrodos se calientan eléctricamente hasta la incandescencia, en cuyo momento se produce la descarga inicial que produce la evaporación del mercurio y también el corte de la corriente de precalentamiento, dado que el punto de donde parte la descarga se mantiene a la temperatura necesaria mediante el arco principal y por lo tanto no se necesita mas tal caldeo.
En los extremos del tubo se colocan unas piezas metálicas especiales, que por su forma extienden la corriente iónica a toda la sección del tubo.
Un dispositivo arrancador controla el precalentamiento de los electrodos y genera el impulso de tensión de encendido por apertura del circuito inductivo. Cabe aclarar que la corriente de precalentamiento puede llegar a ser hasta un 60 % superior a la nominal.
Cuando se necesita un encendido instantáneo se pueden utilizar las lámparas denominadas Rapid Start, cuyos electrodos poseen filamentos especialmente preparados para un caldeo continuo. Si los tubos son de gran longitud puede ser necesario un medio auxiliar de encendido capacitivo, que generalmente es implementado por medio de una tira longitudinal metálica adosada a la lámpara o por el artefacto metálico, ambos conectados a masa.
Por lo visto, en funcionamiento, estas lámparas de descarga poseen una atmósfera que contiene vapor de mercurio a baja presión. La pared interior del tubo de descarga de vidrio tiene un recubrimiento uniforme de material fluorescente, que se excita por efecto de la radiación ultravioleta generada por la descarga, emitiendo luz.
Esta emisión contiene una radiación UV mucho menor que la producida en el interior, en virtud del poder absorbente del vidrio con el que se construye el tubo de descarga.
Cabe recordar que las sustancias que sólo emiten luz mientras absorben energía se denominan fluorescentes; mientras que las que acumulan la energía absorbida para emitir luz aún después de haber desaparecido la causa que la produce, se llaman fosforecentes.
Mediante una adecuada selección del material fluorescente se puede variar el color de la luz, y en los casos en que no se coloca un recubrimiento interno y se usa un vidrio especial (inventado por Wood), se obtiene emisión ultravioleta (luz "negra").
El color es característico de cada material de recubrimiento y su intensidad luminosa no es uniforme en todo su espectro. Estas sustancias suelen tener una reducida propiedad fosforecente, con la finalidad de amortiguar las oscilaciones que se producen en corriente alterna. Sin embargo, tal propiedad no debe ser muy marcada, pues cuanto mas fosforecencia tenga, mas tiempo requiere alcanzar la plena fluorescencia en el encendido y mas tarda en desaparecer el efecto al apagar la lámpara.
En algunas lámparas se coloca una capa interna de polvo reflector que abarca algo mas de la mitad de la circunferencia del tubo. Tal capa dirige la luz hacia la parte sin recubrimiento reflector, que suele orientarse hacia abajo.
Esto puede ser muy útil en ambientes con mucho polvo y bajo mantenimiento, pues la suciedad se deposita en la parte superior del tubo, no afectando la emisión luminosa total, la que se dirige concentradamente hacia la zona útil inferior.
Resulta oportuno señalar que en el pasado, las lámparas fluorescentes no tuvieron buena aceptación para la iluminación de estudios de televisión y cine, por modificar los tonos de la piel y otros colores y dando así una apariencia poco natural. Esto era producido por las grandes proporciones de verde y azul emitidas por las lámparas fluorescentes. Hoy en día las nuevas lámparas fluorescentes aseguran una alta temperatura de color, adecuada para la iluminación de estudios.
El funcionamiento de las lámparas tubulares fluorescentes de vapor de mercurio a baja presión presenta un conjunto de aspectos que deben considerarse para su funcionamiento correcto.
En efecto, la descarga en el tubo requiere una tensión de arranque generalmente mayor que la de régimen y una tensión de arco mínima de operación, cuyos valores dependen de la frecuencia y de la existencia o no de electrodos precaldeados.
Además posee una característica de resistencia negativa, pues la caída de tensión en la lámpara disminuye con el aumento de la corriente. Por ello, estas fuentes de luz requieren para su funcionamiento la instalación de una impedancia o balasto que limite la intensidad absorbida, para lograr una operación estable al alimentarse desde una fuente de tensión constante.
En la exposición que sigue nos centraremos en la lámparas alimentadas con corriente alterna, pues son la de mayor difusión. Sin embargo cabe aclarar que para el caso de corriente continua se utiliza un balasto formado por una resistencia limitadora en serie o un oscilador preconectado a un balasto de CA.
Existen dos tipos de balastos para lámparas fluorescentes alimentadas con CA: los electromagnéticos y los electrónicos. La función de estos balastos es la misma que la de los demás tipos de lámparas de descarga gaseosa, debiendo satisfacer todos los requerimientos básicos habituales, para lograr un elevado rendimiento en condiciones confiables.
De esta manera, debe proveer la tensión de circuito abierto necesaria para el encendido, debe controlar la intensidad de manera que la potencia de la lámpara ni sobrepase el límite superior admitido, ni sea tan baja que el flujo luminoso quede por debajo del valor mínimo económicamente aceptable; y además debe proveer una corriente de trabajo con el menor contenido poliarmónico posible y el factor de potencia adecuado.
En la actualidad, estas lámparas fluorescentes se producen en dos modelos básicos: normales y compactas. A continuación se presentan las características mas importantes de cada tipo.
1 - Fluorescentes normales
Se fabrican en forma tubular recta o circular y se ofrecen en una variada gama de temperaturas de color que van desde los 2600 a los 6200 K, dependiendo de la composición de los polvos dentro del tubo. Los diámetros de los tubos normalmente son de 38 mm o de 26 mm, aunque también existen algunos modelos incipientes de menor diámetro.
Admiten cualquier posición de funcionamiento y utilizan equipo auxiliar.
El encendido y reencendido insume unos pocos segundos con balastos electromagnéticos simples, y es casi instantáneo con balastos electrónicos o Rapid-Start.
Su alto rendimiento permite tener, en interiores, elevados niveles de iluminación con potencias relativamente bajas.
Hasta hace un tiempo ofrecían ciertas dificultades para la regulación de su flujo luminoso, pero ya existen buenos dimerizadores para tubos fluorescentes.
Vida útil: 7500 hs. promedio, considerando períodos de encendido de 8 horas. A medida que se acortan estos períodos, la vida útil del tubo disminuye.
Eficacia luminosa: 55 a 75 lm/W (aproximadamente 4 veces mayor que una lámpara incandescente de igual potencia).
En el encendido absorben hasta 2 veces la intensidad nominal.
La influencia de la temperatura ambiente sobre el flujo luminoso no es nula.
Reproducción cromática: existen diferentes índices pues se fabrican lámparas para variadas aplicaciones, desde Ra = 65 en tubos standard hasta Ra = 95 en tubos trifósforos (con tres capas superpuestas de material fluorescente).
Aplicaciones: en todo aquel lugar donde se precise iluminación eficiente, tales como: oficinas, escuelas, depósitos, industrias, comercios.
2 - Fluorescentes compactas
Estas lámparas funcionan de la misma manera que las anteriores, difiriendo en su forma y dimensiones. Su reducido tamaño, en ciertos casos, permite utilizarlas para reemplazar lámparas incandescentes comunes, obteniéndose un consumo mas bajo a igualdad de flujo luminoso.
Generalmente constan de 1, 2 o 3 tubos individuales conectados eléctricamente en serie, en forma de U recta alargada (aunque hay mucha variedad al respecto). El diámetro de los tubos individuales ronda los 12 mm.
Estos tubos pueden estar directamente a la vista, o bién, estar incluidos dentro de una ampolla de vidrio similar a la de las lámparas incandescentes (esférica, vela, gota, etc.).
Algunos modelos contienen el arrancador incorporado (zócalo de 2 pines) y otros no (zócalo de 4 pines). Estas últimas se utilizan cuando se desea realizar la dimerización de la iluminación.
Por otro lado, algunas lamparas se pueden conectar directamente a la red, ya que en la base tienen incorporado el equipo auxiliar y poseen un casquillo E-27.
Brindan la posibilidad de elegir diferentes temperaturas de color, pudiendo optar por lámparas "frías" con tono azulado o "cálidas" semejante a las lámparas incandescentes.
Su posición de funcionamiento es universal.
Vida útil: entre 5.000 y 12.000 hs.
Eficacia luminosa: comparadas con las lámparas incandescentes, las fluorescentes compactas proporcionan un ahorro del 75% de energía. La eficacia varía entre 60 y 80 lm/W.
Reproducción cromática: Ra = 80
Aplicaciones: para usos diversos o para reemplazo directo de las incandescentes.
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