Principios de Luminotecnia y Tecnologías de Iluminación: Incandescentes, Halógenas, Descarga y LED

Luminotecnia: Fundamentos Esenciales

La luminotecnia es la ciencia que estudia las distintas formas de producción de luz, así como su control y aplicaciones.

¿Qué es la Luz?

La luz es una de las múltiples formas que hay para expresar la energía. De modo que podemos definir la luz como la energía producida por una gama de radiaciones electromagnéticas que la hacen visible al ojo humano. Está intrínsecamente relacionada con la radiación.

Propiedades Fundamentales de la Luz

Radiación: Es el fenómeno que transmite la energía a través del espacio.

Longitud de onda: Se define como la distancia recorrida por la onda en un periodo de tiempo. Se representa con la letra griega lambda (λ) y se mide en metros (m). Sin embargo, como esta unidad es muy grande para las longitudes de onda de la luz visible, se suele usar el nanómetro (nm).

Frecuencia: La frecuencia de una onda electromagnética es el número de periodos (ciclos) que se producen en una unidad de tiempo, típicamente en un segundo. Se representa con la letra f y su unidad es el hercio (Hz).

Fuentes de Luz: Tecnologías y Características

Fuentes de Luz Incandescentes

Son aquellas que producen luz por la incandescencia (emisión de luz por calor) de cuerpos sólidos al pasar corriente eléctrica a través de ellos. Sus principales exponentes son las lámparas de incandescencia tradicionales y las lámparas halógenas.

Lámparas de Incandescencia

Funcionan mediante el calentamiento extremo de un hilo conductor fino (filamento), que posee una alta resistencia eléctrica, al paso de la corriente. Sus componentes principales son:

• Ampolla o bulbo: Cubierta de cristal que protege al filamento del contacto con el aire exterior, evitando su oxidación y rotura.
• Filamento: Conductor de pequeño diámetro, usualmente fabricado en wolframio (o tungsteno), que presenta una alta resistividad y puede alcanzar temperaturas de hasta 3.000 grados Celsius. El filamento se sujeta dentro de la bombilla mediante un vástago de vidrio, dos hilos conductores y varillas de soporte.
• Casquillo: Elemento metálico que permite la conexión eléctrica de la lámpara al portalámparas y su sujeción mecánica.
• Gas de relleno: Como el nitrógeno, se introduce en la ampolla para retardar la evaporación del filamento y aumentar su vida útil.

Lámparas Halógenas

Son una evolución de las lámparas incandescentes. Su filamento, también de wolframio, opera dentro de una ampolla que contiene un gas inerte y una pequeña cantidad de un halógeno (como yodo o cloro). Este ciclo halógeno permite que el wolframio evaporado se redeposite en el filamento, aumentando la vida útil y la eficacia.

Características destacadas:

• Pueden alcanzar temperaturas muy altas.
• Son más pequeñas que las incandescentes tradicionales para una misma potencia.
• Ofrecen mayor flujo luminoso (alumbran más) y tienen una mayor duración.

Existen diversos tipos, entre ellos:

• Lámparas halógenas dicroicas: Diseñadas comúnmente para operar a baja tensión (por ejemplo, 12V), requieren un transformador (de 230V/12V, por ejemplo) para su conexión a la red eléctrica convencional de 230V.
• Lámparas con casquillo cerámico: Poseen una ampolla de cuarzo (resistente a altas temperaturas) que aloja el filamento de tungsteno junto con el gas y el halógeno.
• Lámparas de doble envoltura: Cuentan con dos tubos de cristal; el tubo de cuarzo interno está protegido por una segunda envoltura de cristal exterior.

Fuentes de Luz Luminiscentes o Lámparas de Descarga

La luz en este tipo de lámparas se produce por la excitación de un gas sometido a descargas eléctricas entre dos electrodos. Sus componentes generales incluyen:

• Ampolla exterior: Elemento de protección, usualmente de cristal, que puede estar relleno de un gas inerte.
• Tubo de descarga: Cilindro hueco (recto o curvado) donde se producen las descargas eléctricas entre los electrodos. Está relleno de un gas o vapor metálico (como vapor de mercurio o sodio) a alta o baja presión.
• Electrodos: Generalmente de wolframio, son los encargados de iniciar y mantener la descarga eléctrica a través del gas.
• Gas de relleno: El tipo de gas determina las características de la luz emitida.
• Casquillo: Para la conexión eléctrica.
• Cebador (o arrancador): En algunas lámparas (como las fluorescentes tradicionales), es un dispositivo que ayuda a iniciar la descarga. Típicamente, está formado por dos electrodos dentro de una pequeña ampolla de cristal con gas neón.
• Balasto (o reactancia): Componente esencial que cumple tres funciones principales:
  1. Proporciona la alta tensión necesaria para el arranque de la descarga.
  2. Suministra la tensión de funcionamiento adecuada una vez encendida la lámpara.
  3. Limita la corriente eléctrica que circula a través de la lámpara para evitar su destrucción.

Clasificación Principal

Se clasifican, entre otras, según el tipo de gas y la presión de operación:

• Lámparas de vapor de mercurio (a alta o baja presión, como las fluorescentes).
• Lámparas de vapor de sodio (a alta o baja presión).

Lámparas LED (Diodo Emisor de Luz)

Estas son las lámparas más recientes que han aparecido en el mercado. A diferencia de las anteriores, las lámparas LED no contienen ningún tipo de gas para la producción de luz.

El LED (Light Emitting Diode) es un diodo semiconductor que, al pasar la corriente eléctrica a través de él, produce luz. Es mucho más duradera que otras tecnologías de lámparas y no necesita mucho mantenimiento.

Luminarias: Soporte y Distribución de la Luz

Una luminaria es el aparato o conjunto de elementos que sirve para filtrar, transformar o distribuir la luz emitida por una o varias lámparas. Además, incluye todos los dispositivos necesarios para soportar, fijar y proteger dichas lámparas, así como para conectarlas al circuito de alimentación eléctrica.