Flujo Luminoso (Potencia Luminosa)
Es la energía radiante de una fuente de luz que produce una sensación luminosa. El flujo luminoso se representa por la letra griega fi (Φ), siendo su unidad el lumen (lm).
Rendimiento Luminoso o Coeficiente de Eficacia Luminosa
El rendimiento luminoso o coeficiente de eficacia luminosa de una fuente de luz, indica el flujo que emite la misma por cada unidad de potencia eléctrica consumida para su obtención. Se representa por la letra griega eta (η), siendo su unidad el lumen por vatio (lm/W).
El mayor rendimiento luminoso posible es de 683 lm/W.
Iluminancia
La iluminancia se representa por la letra E, siendo su unidad el lux.
Cuanto mayor sea el flujo luminoso incidente sobre una superficie, mayor será su iluminancia, y que, para un mismo flujo luminoso incidente, la iluminancia será tanto mayor en la medida en que se disminuya la superficie.
El lux, se define como la iluminación de una superficie de un metro cuadrado que recibe uniformemente repartido un flujo luminoso de un lumen.
1 lux= 1lm/1m2
Medida de la Iluminancia
Se realiza por medio de un luxómetro, que consiste en una célula fotoeléctrica que, al incidir la luz sobre su superficie, genera una débil corriente eléctrica que aumenta en función de la luz incidente. Dicha corriente se mide con un miliamperímetro calibrado directamente en lux.
La Lámpara Incandescente como Radiador Térmico
La lámpara incandescente para alumbrado general es un termorradiador compuesto por un filamento metálico de wolframio en forma de espiral, alojado en el interior de una ampolla de vidrio evacuada, y calentado al rojo blanco por la corriente eléctrica, de manera que además de calor también emite luz; una gran parte de la energía eléctrica transformada se pierde en calor. Posee la ventaja de que su construcción es sencilla y su funcionamiento simple.
Relación entre la Temperatura de la Fuente Energética y el Rendimiento Luminoso
El elemento físico de la lámpara incandescente que determina el rendimiento luminoso es el filamento incandescente (espiral) y su temperatura de incandescencia.
El Ciclo del Halógeno
En la lámpara incandescente-halógeno, además del gas de llenado, se introduce una determinada cantidad de uno de estos halógenos (flúor, cloro, bromo y el yodo). Al encender la lámpara, las partículas del halógeno se gasifican y se combinan con la pequeña cantidad del wolframio de la espiral, que se vaporiza por la alta temperatura, antes de que se deposite en la pared interior de la ampolla ennegreciéndola; esta combinación en forma de gas es llevada hacia el espiral y al llegar a sus proximidades se disocia, depositándose el wolframio sobre el filamento al que regenera y quedando libre el halógeno para repetir el ciclo. La regeneración de la espiral no se consigue de manera perfecta, lo cual significa que la duración de estas lámparas es solo limitada.
Ventajas
- La lámpara es más chica, pudiendo ser más resistente a la temperatura.
- Mejor rendimiento luminoso con más duración, y luminancias y temperaturas más altas.
- Constancia del flujo luminoso y de la temperatura de color durante toda la vida de la lámpara.
Desventaja
- La luminosidad de las lámparas incandescentes halógeno solo se puede controlar dentro de los límites impuestos por las temperaturas necesarias para la realización del ciclo del halógeno.
Lámparas de Vapor de Mercurio a Alta Presión
Principio básico de la descarga en vapor de mercurio: La producción de luz en las lámparas de vapor de mercurio se basa en el principio de la luminiscencia obtenida por la descarga eléctrica en el seno de mercurio gasificado.
Constitución
Contiene un tubo de cristal en el que se produce la descarga. Como se necesita que la alta presión del vapor de mercurio se consiga aumentando la temperatura del arco, al circular una mayor intensidad de corriente este tubo necesita un gran punto de fusión, entonces se construye de cuarzo. Fundidos en los extremos contiene 2 electrodos principales de wolframio impregnados de material emisor de electrones y uno auxiliar de encendido, conectado a través de una resistencia óhmica de alto valor. También contiene unos miligramos de mercurio puro, exactamente dosificados, y gas argón para facilitar la descarga. La ampolla exterior sirve de soporte al tubo de descarga, proporcionándole un aislamiento térmico a la vez que evita la oxidación atmosférica de las partes metálicas. Interiormente está recubierta de una sustancia fluorescente que emite radiaciones rojas, corrigiendo el color de su luz. El espacio entre el tubo y la ampolla exterior está relleno de un gas neutro a presión inferior a la atmosférica, para evitar la formación del arco entre las partes metálicas en el interior de la ampolla.
Funcionamiento de las Lámparas de Vapor de Mercurio a Alta Presión
Al conectar la lámpara a una red de corriente alterna se produce una descarga entre el electrodo principal y el auxiliar de encendido que se encuentran muy próximos. Esta descarga ioniza el argón, haciéndolo conductor, a la vez que disminuye la resistencia eléctrica del espacio comprendido entre los 2 electrodos principales, hasta que se establezca una descarga eléctrica entre ellos. El calor generado vaporiza el mercurio, que actúa como conductor principal de la descarga. A medida que la temperatura va aumentando en el tubo de descarga, aumenta la presión del vapor de mercurio, y al mismo tiempo la potencia y el flujo luminoso hasta alcanzar los valores nominales de régimen. Una vez apagada la lámpara, no puede volver a encenderse hasta pasado un tiempo de enfriamiento, para que la presión en el tubo de descarga descienda al valor correspondiente para que pueda iniciarse nuevamente la descarga.
Lámparas de Halogenuros Metálicos
Generalidades: Las lámparas de halogenuros metálicos en sí, son lámparas de vapor de mercurio a alta presión, con la particularidad de contener además de mercurio, halogenuros de las tierras raras. Así se consiguen rendimientos luminosos más elevados y mejores propiedades de reproducción cromática que con las lámparas de mercurio convencionales.
Aplicación: Se las distinguen como las más apropiadas para aquellas iluminaciones de calidad, por su elevado rendimiento luminoso, alta temperatura de color y excelente reproducción cromática.
Lámparas de Luz Mixta
Generalidades: Son una combinación de la lámpara de vapor de mercurio a alta presión y de la lámpara incandescente, para corregir la luz azulada de las lámparas de vapor de mercurio y un filamento incandescente de wolframio. Poseen un mayor rendimiento luminoso y una mayor vida útil. Pueden conectarse directamente a la red sin necesidad de empleo de balasto, ya que el filamento actúa como resistencia estabilizadora de la descarga del vapor de mercurio.
Constitución: En el interior de una ampolla de vidrio llena de gas, se encuentran alojados un tubo de descarga de vapor de mercurio a alta presión y un filamento incandescente de forma circular, colocado alrededor del tubo y conectado en serie con este. La pared interior de la ampolla está recubierta con una capa de materia fluorescente.
Funcionamiento: Al conectar la lámpara se inicia el proceso de encendido del tubo de descarga, donde el filamento luce produciendo un flujo luminoso. A medida que en el tubo de descarga va creciendo el flujo luminoso, al ir aumentando la tensión entre sus electrodos principales, va reduciéndose el flujo emitido por el filamento, al ir disminuyendo la tensión aplicada a sus extremos, hasta que la lámpara alcanza los valores de régimen. Una vez apagada la lámpara, para su nuevo encendido es necesario dejar transcurrir unos minutos. El color de la luz va evolucionando durante el proceso de encendido.
Lámparas de Vapor de Sodio a Alta Presión
Generalidades: Al tiempo que conservan un alto rendimiento luminoso, su presión de vapor, más elevada, deja destacar en el espectro otros colores, obteniendo un espectro con cierta continuidad.
Constitución: En el interior de una ampolla de vidrio duro y coincidente con su eje longitudinal se encuentra alojado el tubo de descarga, de cerámica de óxido de aluminio muy resistente al calor y a las reacciones químicas. El mercurio evaporado reduce la conducción del calor del arco de descarga medio a la pared del tubo y aumenta la tensión del arco, consiguiéndose con ello mayores potencias en tubos de descarga de menor tamaño. El gas noble se agrega para obtener un encendido seguro de la lámpara con bajas temperaturas ambiente. En ambos terminales del tubo se encuentran 2 tapones de corindón sinterizado que sirven para cerrar herméticamente el tubo, y soportan los electrodos.
Lámparas Fluorescentes
Generalidades: La luz se genera por el fenómeno de la fluorescencia. Determinadas sustancias luminiscentes, al ser excitadas por la radiación ultravioleta de onda corta del vapor de mercurio a baja presión presentaban la propiedad de transformar esta radiación invisible en otras radiaciones de onda larga visible.
Constitución: Están constituidas por un tubo de vidrio de diversas longitudes, según la potencia, recubierto en su parte interna de una capa de sustancia fluorescente. En cada extremo del tubo se encuentra fundido un soporte con una espiral doble o triple de wolframio (electrodo) impregnada de pasta emisora de electrones y protegida por medio de una pantalla metálica. El interior del tubo contiene argón a baja presión, y una gota de mercurio puro de pocos miligramos de peso.
Funcionamiento: Las espirales de los electrodos se ponen incandescentes y comienzan a emitir electrones procedentes de la pasta que los recubre, los cuales circulan entre ambos electrodos fácilmente debido al gas a baja presión, iniciándose así la descarga.
Los electrones emitidos chocan con los átomos del mercurio evaporizado provocando un desplazamiento de los electrones que forman sus capas, con lo cual emiten energía en forma de radiaciones ultravioletas. Estas radiaciones invisibles excitan la capa de sustancia fluorescente que las transforma en luz visible.