Unidad 5: Las Fuentes de Luz, un documento de Tecnología

Las Fuentes de Luz

Se dividen en cuatro grupos:

• incandescencia
• descarga
• fluorescencia
• led

Incandescencia

• Tiene un filamento metálico (wolframio que se conoce como tungsteno) dentro de una ampolla o bulbo de vidrio transparente.
• El filamento se calienta al pasar la corriente y se transforma en luz.
• Se hace el vacío o se llena de gas inerte que evita que se queme el tungsteno, el filamento se evapora con el calor y se deposita en el cristal poniendo negra la bombilla, lo que reduce su vida útil.
• Además el filamento va a adelgazar y se hace más débil.
• Ventajas
  • en general son baratas
  • existen en un amplio campo de potencias (desde unos pocos vatios hasta unos 20 KW)
  • generalmente son fiables y pueden instalarse en muchos tipos de instalaciones
• Desventajas
  • una gran cantidad de energía eléctrica se pierde como calor
  • la temperatura de color es baja (3000 oK) y cae con el uso (amarillenta- anaranjada). La luz es deficiente por el lado azul del espectro.
  • son fácilmente deteriorables

Lámparas sobrevoltadas

• Diseñadas para superar I alimentación de temperatura de color, pueden alcanzar 3200 o 3400°k.
• Su vida útil es corta
• Hay dos tipos
  • Photolitas o tiras con forma de pera y cristal blanco, de 250 w
  • Photoflood (aparece en la imagen) con forma conica, reflector interno y cristal blanco, de 500 w. El cristal es opalino lo que resulta que sea iluminación suave o difusa, suele utilizarse como luz de relleno para los ojos.

Lámparas PAR

• Amplia familia.
• Lampara muy dura, capaz de trabajar a la intemperie e incluso en contacto con agua.
• Tienen en común dos elementos
  • Un cristal frontal que actúa como lente o difusor
  • 1o Cristal posterior con reflector parabólico que soporta la fuente de luz y el casquillo además de reflejar la luz.
  • Ambos están sellados y son gruesos.
• Las lámpara PAR de filamento son remplazar por las PAR halógenas.
• Hay de varios tamaños, las cifras indican el diámetro de la lámpara en octavos de pulgada.
  • PAR 36: 11'5 cm
  • PAR 38: 12'5 cm
  • PAR 56: 18 cm
  • PAR 64: 20 cm
• . Hay para diferentes tipos de haz
  • VNSP o del numero 1: haz muy estrecho
  • NSP " 2: haz estrecho
  • MFL " 3: haz medio
  • WFL " 4: haz amplio
  • WFL " 5: haz muy amplio
• El par 64 o 56 es una carcasa de forma cilindrica, negra o cromada que se conoce como PAR, roquete o bote.
• Se usa para escenarios musicales o teatros especialmente como luz de contra y laterales con filtros.
• No sirven como principal porque genera una luz "sucia"

PAR tungsteno- halógenas

• Se montan en aparatos modulares para cine y TV.
• . Los minibrutos llevan este tipo de lámparas PAR 36 de 650w, en combinaciones de 6,8 y 9 lámparas.
• . Los maxi y mini brutos son para grandes superficies.
• También para iluminar superficies.
• Hay un tipo de estas lamparas que tienen un filtro dicroico para elevar la temperatura de color a 5600°k

PAR HMI

• . Las usan los Cinepar
• Tienen un juego de lentes intercambiables que dan lugar a distintos tipos de haz.

PAR AIRCRAFT

• De 28 voltios y 250w.
• Montadas en paralelo en grupos de 8 consiguen una luz muy potente y muy eficaz.
• Se usan mucho para iluminar calle o pasillos

Halógenas

• Dentro de las lámparas incandescentes.
• Resuelven el problema de evaporación del tungsteno, tiene gases (xenón o cripton) en el interior de la lámpara que contienen parte de sustancias halógenas: flúor, cloro, bromo y yodo.
• El proceso químico se llama regeneración del tungsteno.

Regeneración de Tungsteno

• Cerca del filamento hay flotando átomos de sustancias halógenas y átomos de wolframio "evaporados".
• Cuando estos átomos llegan a zonas alejadas del filamento, donde hay menos calor, reaccionan entre sí formando el compuesto de halogenuro metálico.
• Las presiones del gas interior reconducen las moléculas de halogenuros de wolframio nuevamente a la zona caliente, donde los dos compuestos se disocian
  • El wolframio se deposita en el filamento y el compuesto halógeno queda libre para iniciar un nuevo ciclo.
• El proceso de regeneración del tungsteno sirve para alargar la vida de la lámpara y evita ennegrecer.
• Las lámparas halógenas llevan un bulbo de cuarzo de pequeñas dimensiones que soportan temperaturas hasta de 1.000° C.
• Con la tecnologia derivada de la inclusion de gases halogenos y el reforzamiento de la ampolla con cristal de cuarzo, es posible conseguir lamparas que dan un temperatura de color constante de 3.200°K a lo largo de su vida.
• Algunas lámparas presentan doble filamento con doble interruptor y un circuito de encendido duplicado que permite una luminosidad del 50% o el 100%
• Un factor importante para la calidad de la lámpara es la geometría de su filamento.
• Ya que el hilo del tungsteno tiene bajo rendimiento se enrolla en la espiral sobre sí mismo. El enrollamiento se hace con el fin de que cada espiral caliente a la que le rodea con lo que se reducirá su consumo eléctrico a la vez que aumenta su eficacia.
  • Tipos de enrollamiento de tungsteno
    • Simples: enrollado de un modo sencillo
    • Doble: doblemente enrollado
  • Según el número de parrillas
    • Monoplano: una única parrilla (simple o doble)
    • Biplano: dos parrillas (simples o dobles)
• Ventajas:
  • Tienen buen IRC
  • Tienen un espectro continuo
  • Tienen buen rango de temperatura de color
  • Tienen una vida útil independiente de las veces que se enciendan o apaguen
  • Tienen un tiempo mínimo de encendido y encendido
• Desventajas:
  • Una gran cantidad de energía eléctrica se pierde como calor
  • Son fácilmente deteriorables
  • El rendimiento máximo no suele superar los 33 lúmenes/watio
  • Tiene un gran consumo eléctrico
  • Corta vida

Precauciones con Lámparas Halógenas

• Muy vulnerables a golpes y movimientos bruscos, sobre todo en caliente
• En su manipulación no debe tocarse con los dedos ni debe depositarse sobre una superficie sucia. Si se produce una contaminación del cristal es necesario limpiar el bulbo con alcohol y un paño suave antes de encender la lámpara. La manipulación se debe hacer con guantes o con la espuma en la que viene envuelta.
• En el caso de un estudio de televisión, es conveniente no activar todas los proyectores simultáneamente, un encendido progresivo suavizado preserva la vida de las lámparas.

Lámparas de Descarga

• Son una ampolla de cuarzo y dentro hay dos electrodos situados a cierta distancia entre sí y envueltos en un gas a presión.
• Para encender las lámparas de descarga HMI se tiene que ionizar el gas inerte.
• Cuando se ioniza pasa a ser un conductor y se establece a través de él un arco eléctrico.
• La energía de ionización la da un ignitor, que durante unos segundos genera picos de alta tensión entre los electrodos.
• El valor de los picos está entre 2000 y 6500 voltios dependiendo del tamaño de la lámpara.
• Tras la ignición pasan tres minutos en los que se van vaporizando los elementos contenidos de la ampolla.
• Despues de esto se alcanza el flujo luminoso y la temperatura de color de la luz va dada por el fabricante.
• El gas es como un conductor de resistencia negativa y necesita un aparato con característica inversa, un balastro que limita la corriente que circula por la lámpara. Si no hiciera eso, me pegaría por un cortocircuito.
• El valor de flujo luminoso de los balastros electrónicos, es muy constante en el tiempo, solo tiene una ligera oscilación.
• El problema de parpadeo se da a velocidades muy altas de la cámara, sobre 10000 fps, o para ángulos de obturador de cámara muy estrechos de entre uno y cinco grados.
• Por tanto el gas es el elemento que genera la luz, no tiene filamento.

Electrodo Presión en la cámara Arco voltaico Ampolla de vidrio con carga de gas Electrodo

• El espectro emitido por la luz depende de la presión a la que está sometido el mercurio (gas interior), a muy baja presión sólo emite radiaciones ultravioletas, a más de 50 atmósferas emite luz en todo el espectro visible

Clasificación de Lámparas de Descarga

Las lámparas de descarga se pueden clasificar según la siguiente relación:

• Lámparas de neón o helio (rótulos publicitarios)
• Lámparas de vapor de mercurio:
  • Baja presión: Lámpara fluorescente (alumbrado interior)
  • Lámpara fluorescente sin electrodos (alumbrado industrial)
  • Lámpara fluorescente por inducción (alumbrado industrial)
  • (alumbrado industrial)
  • Alta presión:
    • Lámpara de mercurio (alumbrado industrial)
    • Lámpara de luz de mezcla (cine, TV, escaparatismo)
    • Lámpara de halogenuros metálicos
• Lámparas de vapor de sodio:
  • Lámpara de vapor de sodio baja presión (alumbrado exterior)
  • Lámpara de vapor de sodio alta presión (alumbrado exterior)
• En la iluminación viaria e industrial se utilizan lámparas de descarga de vapor de mercurio y de sodio a baja presión. Estas lámparas tienen un espectro muy limitado a algunas bandas estrechas del espectro con un rendimiento cromático muy bajo.
• Otras lámparas de descarga son: HMI, CSI, CID, MSR y XENON.
• Desventajas:
  • Encendido difícil y no instantáneo
  • Reducen la temperatura de color a lo largo de su vida
  • Operan con balastro ó "ballast", un elemento pesado y puede ser incómodo
  • Si se apaga accidentalmente se debe esperar a que el mercurio se condensa para volver a encenderla (entre 5 y 15 minutos)
  • Tienen alto riesgo de explosión, es conveniente reemplazarla cuando hayan sobrepasado el 50% de su vida útil
  • Desprenden mucho calor (no todas)
  • No deben ser observadas sin las debidas protecciones (filtros)
  • El envejecimiento de la lámpara conlleva un virado hacia el magenta.
• Ventajas:
  • Tienen alto rendimiento o eficacia: próximo a 100 Lúmenes/w
  • Tienen un IRC superior a 90
  • Tienen potencias elevadas, hasta 18 Kw.
  • La temperatura de color es de 60000 k aproximadamente con variaciones de color de 1o k por hora de trabajo.
  • Los proyectores cuentan con un contador horario para la vida de la lámpara
  • Es una lámpara casi puntual, muy buena para el sistema óptico Fresnel siendo los cortes de luz más nítidos que con Fresnel de Tungsteno.

Lámpara de Descarga Halogenuro Metálico "HMI"

El nombre de estas lámparas es una denominación comercial del fabricante Osram.

casquillo ampolla de cuarzo cinta de molibdeno electrodo GAP: separación entre electrodos (longitud de arco) LAMPARA HMI - Hg (mercurio) Medium arc lodide

Posición de Funcionamiento de Lámparas HMI

0 Reflector Lámina de molibdeno horizontal Electrodo Cinta de Molibdeno Lámina de molibdeno NUNCA vertical 0 0 frente Portalámparas Punto de cierre de la lámpara

• Las láminas de molibdeno deben estar horizontalmente, como se muestra en la imagen. La posición de las lámparas de doble casquillo (double ended) debe tener una inclinación máxima de +- 15o respecto a su eje en horizontal. Las lámparas con base de cerámica (single ended) pueden funcionar en cualquier posición. Estas últimas pueden llevar una segunda ampolla en el interior. Da más estabilidad y seguridad de funcionamiento a la lámpara.

Identificación de Lámparas

• No existe una nomenclatura unificada para la tipificación de las lámparas de descarga y cada fabricante da su propio significado a las letras con las que identifica sus modelos. En la siguiente tabla se muestran los significados más comunes: las tres letras anteriores de la cifra de potencia de la lámpara indican la tecnología utilizada; las letras posteriores a la cifra de potencia indican los detalles constructivos.