Autor: Adrian Javier Leon
Titulo: Lightning
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PROPOSITO DEL TEMA
Esta actividad se dirige a los puestos que se orientan al diseño luminotécnico, a la
coordinación y ejecución de equipos eléctricos (luminarias ) , con el propósito de crear
las condiciones de iluminación mas favorables para el desarrollo de una determinada obra
( iluminación residencial , comercial , industrial , exteriores )
Se caracteriza esta actividad por el conocimiento de los diferentes equipos eléctricos
(luminarias) , conceptos , fundamentos y cálculos luminotécnicos , que favorecen las
condiciones de luminosidad e intensidad que se utilizan para desarrollar una actividad
especifica , creando ambientes de iluminación adecuados de acuerdo a la actividad a
realizar en dicho lugar , teniendo en cuenta también todos los factores importantes para
establecer dichas condiciones que se acerquen a lo mas ideal posible como ser trabajo a
realizar ; condiciones físicas , ambientales y estructurales del lugar , seguridad ,
emergencia ,estética , etc.


1- FUNDAMENTOS Y CONCEPTOS DE LUMINOTECNIA




1-1- INTRODUCCION A LA LUMINOTECNIA


La luminotecnia es la ciencia que estudia las distintas formas de producción de luz , así
como su control y aplicación , es decir ,es el arte de la iluminación con luz artificial para
fines específicos .
La luz es una manifestación de la energía en forma de radiaciones electromagnéticas
capaces de afectar el órgano visual . Se denomina radiación a la transmisión de energía a
través del espacio .La luz se compone de partículas energizadas denominadas fotones,
cuyo grado de energía y frecuencia determina la longitud de onda y el color. Según
estudios científicos, la luz sería una corriente de paquetes fotónicos que se mueven en el
campo en forma ondulatoria por un lado y en forma corpuscular por otro.
Gracias a la luz captamos las impresiones de claridad, relieve, forma, color y
movimientos de los objetos que forman nuestro mundo exterior.
Hay dos tipos de objetos visibles: aquellos que por sí mismos emiten luz y los que la
reflejan. El color de estos depende del espectro de la luz que incide y de la absorción del
objeto, la cual determina qué ondas son reflejadas.La luz blanca se produce cuando todas
las longitudes de onda del espectro visible están presentes en proporciones e intensidades
iguales. Esto se verifica en un disco que gira velozmente y que contiene todos los colores
distribuidos uniformemente.
El ojo humano es sensible a este pequeño rango del espectro radioeléctrico. Las ondas
que tienen menor frecuencia que la luz (por ejemplo la radio), tienen mayor longitud de
onda, y rodean los objetos sin interaccionar con ellos. Esto permite tener cobertura en el
teléfono móvil aún dentro de una casa. Las ondas de mayor frecuencia que la luz tienen

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una longitud de onda tan pequeña que atraviesan la materia, por ejemplo los rayos X
atraviesan algunos materiales como la carne, aunque no los huesos. Es sólo en la franja
del espectro que va desde el violeta hasta el rojo donde las ondas electromagnéticas
interaccionan (se reflejan o absorben) con la materia y permiten ver los objetos, sus
formas, su posición, etc. Dentro de esta franja del espectro se puede determinar qué
frecuencia o conjunto de frecuencias refleja o emite cada objeto, es decir, el color que
tiene.
Por otra parte, la iluminación es la más antigua y más difusa de las aplicaciones de la
electricidad. Actualmente, parece difícil concebir la vida sin la luz eléctrica.
La luz eléctrica es la más cómoda, limpia, segura o higiénica de los otros tipos de luz
artificial; sin embargo, requiere de una correcta utilización en forma eficiente y
económica, y tomando en consideración que las fuentes primarias de producción de la
energía eléctrica que alimentan a las instalaciones y sistemas de alumbrado, estén
constituidas por alimentación de energéticos primarios, como el petróleo, que constituyen
fuentes no renovables.
El problema del alumbrado o de iluminación interior a exterior, es obtener una buena
iluminación con un menor consumo de energía eléctrica.
La iluminación artificial tiene como objeto reemplazar a la natural cuando esta falta o es
escasa.La iluminación artificial debe parecerse lo mas posible a la iluminación natural.
Por lo general, la persona que se encarga del proyecto y la ejecución de una instalación
eléctrica, no la relaciona con el problema de la iluminación, ya sea de casas, habitación,
oficinas o instalaciones industriales, considerando para esto, eficiencia luminosa, estética
y economía; esto hace necesario el conocimiento de algunos conceptos de iluminación y
su relación directa con las instalaciones eléctricas en el concepto clásico de las mismas.
El conocimiento de las características de las distintas fuentes luminosas de los aparatos o
equipos de iluminación, de los métodos de cálculo y algunos otros aspectos de la
iluminación, es importante para las personas relacionadas con las instalaciones eléctricas.


1-2- LA LUZ

La luz es la sensación producida en el ojo humano por las ondas electromagnéticas. Se
trata de campos electromagnéticos alternativos que transportan energía a través del
espacio y se propagan bajo la forma de oscilaciones o vibraciones.
Al igual que todos los movimientos ondulatorios, las ondas electromagnéticas se
caracterizan por la longitud de onda y por la frecuencia
La velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas es de unos 300 000
kilómetros por segundo.
La longitud de onda de las ondas electromagnéticas visibles suele medirse en
manómetros (1 nm una milmillonésima de metro).
El campo (espectro) de las ondas electromagnéticas visibles por el hombre se extiende
desde 380 a 780 nm. Las ondas más largas corresponden al extremo visible rojo (colin-
dante con el campo de las radiaciones infrarrojas, las cuales no son ya visibles y tienen
propiedades caloríficas), las ondas más cortas corresponden al extremo visible violeta
(colindante con el campo de las radiaciones ultravioleta, que no son visibles pero que
favorecen a las reacciones fotoquímicas). Ondas electromagnéticas visibles de distinta

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longitud de onda dan un percepción (visibilidad) distinta de los objetos y de su color .En
realidad el color es una sensación óptica que depende del conjunto de las longitudes de
onda que un cuerpo no absorbe, o sea, que refleja .
La sensibilidad del ojo humano es máxima para el color verde--amarillo (550 nm) y cae
rápidamente tanto del lado del ultravioleta como del infrarrojo.
Se dice de una luz que es monocromática si está constituida por ondas electromagnéticas
de igual longitud de onda, que revelan un solo color (por ejemplo, las lámparas de vapor
de sodio de baja presión).
La luz solar o la de una lámpara de incandescencia, en cambio, es de espectro continuo
(luz blanca) porque comprende toda la gama de las longitudes de onda visibles. Un rayo
de luz blanca, al atravesar un prisma de cristal, se descompone en los colores
fundamentales. La sucesión de los colores del espectro visible es la misma que la del arco
iris.

La frecuencia y la longitud de onda se relacionan según la siguiente expresión
matemática:
longitud de onda = C X T = C ÷ f
Donde es la longitud de onda, C es la velocidad de la luz en el vacío , T el periodo y "f"
la frecuencia. La frecuencia es el número de vibraciones por unidad de tiempo y su
unidad es por tanto el ciclo por segundo o el Hz (Hertzio) .La longitud de onda es una
distancia y por lo tanto su unidad de medida es el metro. Como la luz es una radiación
electromagnética que tiene unas longitudes de onda muy pequeñas se usan submúltiplos
del metro, como son el Ángstrom (Å) que es la diezmilmillonésima de metro y el
Namómetro (nm) que es la milmillonésima de metro.


1-3- MAGNITUDES FOTOMETRICAS

Flujo luminoso : El flujo luminoso es la cantidad de luz emitida por una fuente luminosa
(puede ser una lámpara) en la unidad de tiempo (segundo).
La unidad de medida del flujo luminoso es el Lumen (abreviatura lm ).
Flujo de luz , independiente de la dirección .Por lo general ,se usa para :
-Expresar la producción total de luz de una fuente.
-Expresar la cantidad incidente en una superficie.
Si se considera que la fuente de iluminación es una lámpara , una parte del flujo la
absorbe el mismo aparato de iluminación , también se debe hacer notar que el flujo
luminoso no se distribuye en forma uniforme en todas direcciones y que disminuye si
sobre la lámpara se depositan polvo y otras substancias.

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El símbolo es la letra griega : o (se lee FI).


Iluminación o iluminancia: Se define como el flujo luminoso por unidad de superficie ,
se designa con el símbolo E y se mide en Lux .

LUMEN
LUX= -----------------
2
m



Flujo luminoso
E= ----------------------------
Unidad de superficie


.Cuando la unidad de flujo es el lumen y el área esta expresado en pies cuadrados, la
unidad de iluminación es el Footcandle (fc). Cuando el área esta expresada en metros
cuadrados, la unidad de iluminación es el lux (Lx).



Se da a continuación algunos valores típicos:

Una noche sin luz ------------------------------------- 0,01 Lux
Una noche con luna llena -----------------------------0,2 Lux
Una noche con alumbrado publico en las calles----5 ­ 20 Lux
Una oficina con buena iluminación ------------------500 Lux
Un aparador bien iluminado ---------------------------3000 Lux
Un día claro con cielo nebuloso -----------------------20000 Lux
Un día de verano a pleno sol ------------ --------------100000 Lux

Intensidad luminosa : Es la cantidad fotométrica de referencia. Parte del flujo emitido

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por una fuente luminosa ,en una dirección dada , por el ángulo solidó que lo contiene .
La unidad relativa de medición es la candela ( cd ) .
Con referencia a la candela , el lumen se define como el flujo luminoso emitido en el
interior de un ángulo sólido de 1 esteradianes (28,6 grados sólidos) , por una fuente
puntiforme igual a 1 candela . Para aclarar esta definición , se puede agregar que una
fuente luminosa que emite 1 candela en todas las direcciones (360 grados sólidos )
proporciona un flujo luminoso de 4 x 3,14 = 12,56 lumen .


Energía de la luz
I =------------------------
Angulo sólido




Se da a continuación algunos valores :

Lámpara para bicicleta ( sin reflector ) ----------------------------------------- 1 cd
La misma lámpara para bicicleta , pero con reflector---------------------------250 cd
Lámpara de incandescencia de 100 w --------------------------------------------110 cd
Lámpara fluorescente de 40 w------------------------------------------------------320 cd









Eficiencia luminosa : se define como eficiencia de una fuente luminosa a la relación
entre el flujo expresado en lumen , emitido por una fuente luminosa y la potencia
absorbida por una lámpara . Se expresa en Lumen/ Watt .


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Luminancia : Es la intensidad luminosa emitida en una dirección determinada por una
superficie luminosa o iluminada (fuente secundaria de luz ).
En otros términos , expresa el efecto de la luminosidad que una superficie produce sobre
el ojo humano , ya sea fuente primaria (lámpara ) o secundaria ( por ejemplo , el plano
de una mesa que refleja luz ) , se usa la letra L para su designación y se mide en :

candela
-------------

2
m



Algunos valores de iluminación de fuentes luminosas típicas son :

\




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cd
--------
2
cm


Lámpara fluorescente -------------------------------------------------------------------------0,5 - 4

Lámpara incandescente ------------------------------------------------------------ ------200 ­ 100

Lámpara de arco ------------------------------------------------------------------------hasta 50000

El sol -------------------------------------------------------------------------------------------150000

La superficie emisora considerada en el calculo de la luminancia, corresponde al área
aparente de la fuerza luminosa vista por un observador .



1-4- FUENTES LUMINOSAS

La importancia de una optima iluminación es imprescindible porque permite un mejor
desarrollo de todas las actividades y las hace menos cansadas.
La fuente ideal de iluminación (que no existe) debería ser libre , proporcionar la cantidad
deseada de luz según se requiera , y tener alta calidad como ser color , luminosidad ,
brillantez , contraste .
Las fuentes luminosas eléctricas se pueden clasificar en dos grandes categorías :

-Irradiación por efecto térmico.

-Descarga eléctrica en el gas o en los metales al estado de vapor.

Dentro del primer grupo se encuentran las lámparas de incandescencia, y en el segundo
grupo tenemos las lámparas fluorescentes , las lámparas de vapor de mercurio , de
sodio , de neon , etc.
Para la selección del tipo de lámparas a emplear , es necesario tener en cuenta las
siguiente características:

-Potencia nominal : condiciona el flujo luminoso y el dimensionamiento de la
instalación desde el punto de vista eléctrico (sección del conductor , dispositivos de
protección , etc.).

-Eficiencia luminosa y decaimiento del flujo lumínico: durante el funcionamiento ,
duración de vida media y costo de la lámpara , estos factores condicionan la economía
de operación de la instalación.


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-Gama cromática: condiciona la mayor o menor apreciación de los colores respecto a
las observaciones a la luz natural .

-Temperatura de los colores : condiciona la tonalidad de la luz . Se dice que una
lámpara proporciona una luz caliente o fría , si prevalecen las radiaciones luminosas de
colores rosa o azul .

-Dimensiones : Las características de la construcción y sus dimensiones condicionan al
tipo y características de los aparatos de iluminación (direccionalidad del haz ,costo , etc).






2- LAMPARAS ELECTRICAS


2-1 HISTORIA DE LA EVOLUCION DE LAS LAMPARAS

Podríamos decir que las primeras formas de lámpara eran palos ardientes o recipientes
llenos de brasas. Luego se utilizaron para alumbrar antorchas de larga duración, formadas
por haces de ramas o astillas de madera resinosa, atados y empapados en sebo o aceite
para mejorar sus cualidades de combustión. Se desconoce el origen exacto de la lámpara
de aceite, la primera lámpara auténtica, pero ya se empleaba de forma generalizada en
Grecia en el siglo IV a.C. Las primeras lámparas de este tipo eran recipientes abiertos
fabricados con piedra, arcilla, hueso o concha, en los que se quemaba sebo o aceite. Más
tarde pasaron a ser depósitos de sebo o aceite parcialmente cerrados, con un pequeño
agujero en el que se colocaba una mecha de lino o algodón. El combustible ascendía por
la mecha por acción capilar y ardía en el extremo de la misma. Este tipo de lamparilla
también se denomina candil. Algunas lámparas grandes griegas y romanas tenían
numerosas mechas para dar una luz más brillante. En la Europa septentrional la forma de
lámpara más común era una vasija abierta de piedra llena de sebo, en la que se introducía
una mecha. Los inuit (esquimales) aún emplean lámparas de ese tipo
En el siglo XVIII se produjo un gran avance en las lámparas cuando las mechas
redondas fueron sustituidas por mechas planas, que proporcionaban una llama mayor. El
químico suizo Aimé Argand inventó una lámpara que empleaba una mecha tubular
encerrada entre dos cilindros metálicos, alimentada a petróleo. El cilindro interior se
extendía hasta más abajo del depósito de combustible y proporcionaba un tiro interno.
Argand también descubrió el principio del quinqué, en el que un tubo de vidrio mejora el
tiro de la lámpara y hace que arda con más brillo y no produzca humo, además de
proteger la llama del viento. El tiro cilíndrico interior se adaptó después para utilizarlo en
lámparas de gas inventadas por Lebon..Después de que se introdujera el gas del
alumbrado a principios del siglo XIX este combustible empezó a usarse para la
iluminación de las ciudades. Se empleaban tres tipos de lámpara de gas: el quemador de
tipo Argand, los quemadores de abanico, en los que el gas salía de una rendija o de un par

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de agujeros en el extremo del quemador y ardía formando una llama plana, y la lámpara
de gas incandescente, en la que la llama de gas calentaba una redecilla muy fina de óxido
de torio (llamada camisa) hasta el rojo blanco. En los lugares a los que no llegaba el
suministro de gas se seguían empleando quinqués de aceite. Hasta mediados del siglo
XIX el principal combustible para esas lámparas era el aceite de ballena.
La historia de las lámparas eléctricas se podría decir que comenzó en 1650 cuando Otto
von Guerike de Alemania descubrió que la luz podía ser producida por excitación
eléctrica. Encontró que cuando un globo de sulfuro era rotado rápidamente y frotado, se
producía una emanación luminosa. En 1706, Francis Hawsbee invento la primera lámpara
eléctrica al introducir sulfuro dentro de un globo de cristal al vacío. Después de rotarla a
gran velocidad y frotarla, pudo reproducir el efecto observado por von Guerike.
William Robert Grove en 1840, encontró que cuando unas tiras de platino y otros metales
se calentaban hasta volverse incandescentes, producían luz por un periodo de tiempo. En
1809, uso una batería de 2000 celdas a través de la cual paso electricidad, para producir
una llama de luz brillante, de forma arqueada. De este experimento nació el termino
"lámpara de arco".
La primera patente para una lámpara incandescente la obtuvo Frederick de Moleyns en
1841, Inglaterra. Aun cuando esta producía luz por el paso de electricidad entre sus
filamentos, era de vida corta. Durante el resto del siglo XIX, muchos científicos trataron
de producir lámparas eléctricas.
Finalmente, Thomas A. Edison produjo una lámpara incandescente con un filamento
carbonizado que se podía comercializar. Aunque esta lámpara producía luz constante
durante un periodo de dos días, continuo sus investigaciones con materiales alternos para
la construcción de un filamento mas duradero. Su primer sistema de iluminación
incandescente la exhibió en su laboratorio en 21 de diciembre de 1879.
Edison hizo su primera instalación comercial para el barco Columbia. Esta instalación
con 115 lámparas fue operada sin problemas durante 15 años. En 1881, su primer
proyecto comercial fue la iluminación de una fabrica de Nueva York. Este proyecto fue
un gran éxito comercial y estableció a sus lámparas como viables. Durante los siguientes
dos años se colocaron mas de 150 instalaciones de alumbrado eléctrico y en 1882 se
construyo la primera estación para generar electricidad en Nueva York. En ese mismo
año, Inglaterra monto la primera exhibición de alumbrado eléctrico.
Cuando la lámpara incandescente se introdujo como una luminaria pública , la gente
expresaba temor de que pudiese ser dañina a la vista, particularmente durante su uso por
largos períodos. En respuesta, el parlamento de Londres paso legislación prohibiendo el
uso de lámparas sin pantallas o reflectores. Uno de los primeros reflectores comerciales a
base de cristal plateado fue desarrollado por el E. L. Haines e instalado en los escaparates
comerciales de Chicago .
Hubieron numerosos esfuerzos por desarrollar lámparas mas eficientes. Welsbach inventó
la primera lámpara comercial con un filamento metálico, pero el osmio utilizado era un
metal sumamente raro y caro. Su fabricación se interrumpió en 1907 cuando la aparición
de la lámpara de tungsteno.
En 1904, el norteamericano Willis R. Whitney produjo una lámpara con filamento de
carbón metalizado, la cual resulto mas eficiente que otras lámparas incandescentes
previas. La preocupación científica de convertir eficientemente la energía eléctrica en luz,
pareció ser satisfecha con el descubrimiento del tungsteno para la fabricación de

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filamentos. La lámpara con filamento de tungsteno representó un importante avance en la
fabricación de lámparas incandescentes y rápidamente reemplazaron al uso de tántalo y
carbón en la fabricación de filamentos metálicos.
La primera lámpara con filamento de tungsteno, qué se introdujo a los Estados Unidos en
1907, era hecha con tungsteno prensado. William D. Coolidge, en 1910, descubrió un
proceso para producir filamentos de tungsteno "drawn" mejorando enormemente la
estabilidad de este tipo de lámparas.En 1913, Irving Langmuir introdujo gases inertes
dentro del cristal de la lámpara logrando retardar la evaporación del filamento y mejorar
su eficiencia. Al principio se uso el nitrógeno puro para este uso, posteriormente otros
gases tales el argón se mezclaron con el nitrógeno en proporciones variantes. El bajo
costo de producción, la facilidad de mantenimiento y su flexibilidad dio a las lámparas
incandescentes con gases tal importancia, que las otras lámparas incandescentes
prácticamente desaparecieron.
Durante los próximos años se crearon una gran variedad de lámparas con distintos
tamaños y formas para usos comerciales, domésticos y otras funciones altamente
especializadas. Retrocediendo nuevamente dijimos que la historia de las lámparas
eléctricas comenzó en 1650 , y podríamos decir también que los primeros estudios de las
lámparas de descarga eléctrica comenzaron con Jean Picard en 1675 y Johann Bernoulli
sobre 1700 descubrieron que la luz puede ser producida por al agitar al mercurio. En
1850 Heinrich Geissler, un físico Alemán, inventó el tubo Geissler, por medio del cual
demostró la producción de luz por medio de una descarga eléctrica a través de gases
nobles. John T. Way, demostró el primer arco de mercurio en 1860.
Los tubos se usaron inicialmente solo para las experimentos. Utilizando los tubos
Geissler, Daniel McFarlan Moore entre 1891 y 1904 introdujeron nitrógeno para producir
una luz amarilla y bióxido de carbón para producir luz rosado-blanco, color que aproxima
luz del día. Estas lámparas eran ideales para comparar colores. La primera instalación
comercial con los tubos Moore, se hizo en un almacén de Newark, N.J., durante 1904. El
tubo Moore era difícil de instalar, reparar, y mantener. Peter Moore Hewitt comercializó
una lámpara de mercurio 1901, con una eficiencia que dos o tres veces mayor que la de la
lámpara incandescente. Su limitación principal era que su luz carecía totalmente de rojo.
La introducción de otros gases fracaso en la producción de un mejor balance del color,
hasta Hewitt ideó una pantalla fluorescente que convertía parte de la luz verde, azul y
amarilla en rojo, mejorando así el color de la luz. Peter Moore Hewitt coloco su primer
instalación en las oficinas del New York Post en 1903. Debido a su luz uniforme y sin
deslumbramiento, la lámpara fluorescente inmediatamente encontró aceptación en
Norteamérica.
La investigación del uso de gases nobles para le iluminación era continua. En 1910
Georges Claude, Francia estudio lámparas de descarga con varios gases tales como el
contienen neón, argón, helio, criptón y xenón, resultando en las lámparas de neón. El uso
de las lámparas de neón fue rápidamente aceptado para el diseño de anuncios, debido a su
flexibilidad, luminosidad y sus brillantes colores. Pero debido a su baja eficiencia y sus
colores particulares nunca encontró aplicación en la iluminación general.
En 1931, se desarrollo una lámpara de alta presión de sodio en Europa, 1931. A pesar de
su alta eficiencia no resulto satisfactoria para el alumbrado de interiores debido al color
amarillo de su luz. Su principal aplicación es el alumbrado publico donde su color no se

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considera critico. A mediados del siglo XX las lámparas de sodio de alta presión
aparecieron en las calles, carreteras, túneles y puentes de todo el mundo.
El fenómeno fluorescente se había conocido durante mucho tiempo, pero las primeras
lámparas fluorescentes se desarrollaron en Francia y Alemania en la década de los 30. En
1934 se desarrollo la lámpara fluorescente en los Estados Unidos. Esta ofrecía una fuente
de bajo consumo de electricidad con una gran variedad de colores. La luz de las lámparas
fluorescentes se debe a la fluorescencia de ciertos químicos que se excitan por la
presencia de energía ultravioleta.
La primer lámpara fluorescente era a base de un arco de mercurio de aproximadamente
15 watts dentro de un tubo de vidrio revestido con sales minerales fluorescentes
(fosforescentes). La eficiencia y el color de la luz eran determinados por la presión de
vapor y los químicos fosforescentes utilizados. Las lámparas fluorescentes se
introdujeron comercialmente en 1938, y su rápida aceptación marcó un desarrollo
importante en el campo de iluminación artificial. No fue hasta 1944 que las primeras
instalaciones de alumbrado publico con lámparas fluorescentes se hicieron.
A partir de la segunda guerra mundial se han desarrollado nuevas lámparas y numerosas
tecnologías que además de mejorar la eficiencia de la lámpara, las ha hecho mas
adecuadas a las tareas del usuario y su aplicación. Entre los desarrollos a las lámparas
fluorescentes, se incluyeren las balastros de alta frecuencia que eliminan el parpadeo de
la luz, y la lámpara fluorescente compacta que ha logrado su aceptación en ambientes
domésticos.

2-2 LAMPARAS DE INCANDESCENCIA

Su funcionamiento es el mas simple de las lámparas eléctricas al circular corriente
eléctrica sobre su filamento este levanta una alta temperatura hasta emitir radiaciones
visibles para el ojo humano.Para que este filamento no se queme se encierra en un
pequeña ampolla de vidrio en la que se practica el vació o se introduce un gas inerte
como ser argon , criptón , azoe , etc. La incandescencia se puede obtener de dos maneras.
La primera es por combustión de alguna sustancia, ya sea sólida como una antorcha de
madera, líquida como en una lámpara de aceite o gaseosa como en las lámparas de gas.
La segunda es pasando una corriente eléctrica a través de un hilo conductor muy delgado
como ocurre en las bombillas corrientes. Tanto de una forma como de otra, obtenemos
luz y calor (ya sea calentando las moléculas de aire o por radiaciones infrarrojas). En
general los rendimientos de este tipo de lámparas son bajos debido a que la mayor parte
de la energía consumida se convierte en calor.
Muchos se preguntan a que se refieren las especificaciones de la lámpara, grabadas en su
casquillo e impresas en el estuche que las contiene.
Una gran mayoría entiende que estas especificaciones se refieren a la potencia lumínica
que la lámpara es capaz de entregar, concepto totalmente equivocado.
En otros casos he visto que están más orientados y asimilan que las especificaciones se
refieren a la potencia eléctrica consumida por el componente, esto es correcto, pero al
tratar de aplicar la Ley de Ohm para verificar su teoría equivocan el procedimiento,
miden la resistencia eléctrica del filamento con un óhmetro y plantean el siguiente

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cálculo para establecer la intensidad de corriente que circulará por el filamento de la
lámpara al ser alimentado por 12 volts:
I = V/R (fórmula de cálculo correcta) = Resultado Incorrecto
El resultado resulta incorrecto debido a que es incorrecto el dato tomado de la resistencia
de filamento.
Para fijar más claramente los conceptos tomaremos casos reales de mediciones
efectuadas en distintos tipos de lámparas elegidas al azar.
Cómo primer concepto aclararemos que las especificaciones dadas por el fabricante en el
estuche y el casquillo de la lámpara, se refieren pura y exclusivamente a la Tensión de
Trabajo y a la Potencia Eléctrica consumida por la misma.
Para reforzar este concepto pondremos un ejemplo real.
En una lámpara figuran los siguientes datos:
12V/ 2W
Donde 12V = Tensión de trabajo expresada en voltios y 2W = Potencia eléctrica
consumida expresada en Watios.

A aquellos que tratan de calcular la intensidad de corriente que circulará por una lámpara
determinada les explicaremos que el procedimiento a seguir, aplicando la Ley de Ohm, es
el siguiente:
La potencia W = V x I
De la expresión anterior se deduce que:
I = W/V
Tomemos como ejemplo la lámpara de 12V/2W
I = 2/12 = 0,166 Amperios (intensidad de corriente de trabajo para 12 volts)
Veamos ahora porque decíamos que el cálculo de la corriente circulante por el filamento
de una lámpara es incorrecto utilizando como dato la resistencia de este medida con un
óhmetro:
El filamento de una lámpara incandescente tiene un Coeficiente de Temperatura Positivo
(PTC), es decir a medida que aumenta su temperatura aumenta su resistencia.
La resistencia en frío del filamento de una lámpara incandescente es 10 o más veces
menor que la resistencia que adopta a la temperatura de trabajo.
Tomemos como ejemplo una lámpara de 12V/1W:
Resistencia del filamento frío = 14 ohm

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Si aplicamos la Ley de Ohm para calcular la corriente circulante en base a este dato
tendríamos:
I = V/R luego I = 12 volts/14 ohms = 0,857 amperes
La potencia consumida sería según este dato calculado:


Vemos que poco tiene que ver esta potencia así calculada con la potencia realmente
consumida por la lámpara en operación normal.
En realidad la alta intensidad de corriente de 0,857 amperes, es la corriente inicial que
circula por el filamento de la lámpara en el instante en que a este se le aplican los 12 volts
de alimentación. A medida que el filamento se va calentando, su resistencia va
aumentando y por lo tanto la intensidad de corriente decrece al mismo ritmo con que
aumenta la resistencia.
Esto explica en parte porque en las lámparas se corta el filamento en el instante en que se
encienden, por supuesto estamos descartando el caso de corte del filamento por
vibraciones.
Decimos que explica en parte este fenómeno debido a que en lámparas nuevas de marcas
reconocidas es muy difícil que se produzca un corte de filamento por la causa citada, pero
en estas mismas lámparas o en otras de inferior calidad, a medida que transcurre el
tiempo de uso, el filamento va sufriendo el efecto de sublimación. Este efecto produce
pérdida de material del filamento sobre todo en los puntos de mayor temperatura (puntos
de conexión del alambre que constituye el filamento con los alambres que conectan a este
con el casquillo).
Al perder material por sublimación, el alambre del filamento se hace más y más fino,
hasta que llega un momento que la sección del alambre no soporta la intensidad de
corriente inicial y se corta.
Otro problema que se produce al recortarse la sección del filamento por efecto de la
sublimación radica en el aumento de su resistencia.
Recuerde que la resistencia de un conductor esta dada por:
Resistencia de conductor (expresada en Ohmios/metro) = r . l / s
Donde,
r = coeficiente de resistividad del material empleado en el conductor.
l = largo del conductor expresado en metros.

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s = sección del conductor expresada en mm2.
Al aumentar la resistencia del filamento la intensidad de corriente de trabajo que circula
por él, disminuirá, al disminuir la intensidad de corriente, el calentamiento del filamento
será menor y por lo tanto la energía lumínica radiada también disminuirá. En otras
palabras la energía lumínica radiada por una lámpara nueva es mayor que la radiada por
una lámpara igual pero con muchas horas de uso.
El material más utilizado para la fabricación de filamentos es el Tungsteno, la
temperatura de operación de estos filamentos es de alrededor de 2700º C. Justamente este
metal es el más utilizado por su alta temperatura de fusión = 3395º C.
La sublimación o también llamada evaporación del filamento de una lámpara es debida a
que es imposible lograr el vació total en la cápsula de vidrio que lo contiene. Los residuos
gaseosos que quedan dentro de ampolla después de realizar el vació son generalmente
Hidrógeno; Vapor de Agua; Oxígeno; Nitrógeno; etc....
Aclaramos que las diferencias de resistencia de filamento que se producen de frió a
caliente en las lámparas incandescentes, no se produce únicamente en las utilizadas en el
vehículo, también diferencias similares se producen en lámparas utilizadas en
iluminación, por ejemplo en el hogar.
Por ejemplo, si se mide la resistencia de filamento en frió de una lámpara para 220
volts/75 watts veremos que dicha medición da un valor de 47 ohms, por lo tanto si
calculamos la intensidad corriente en base a ese valor de resistencia, obtendremos un
valor de:

I = 220 volts/ 47 ohms = 4,68 amperios
si calculamos la potencia consumida para esa corriente obtendremos un valor de:
W = 220 volts x 4,68 amperios = 1029 Watios
no se debe pensar demasiado para entender que se está cometiendo un fallo, bastante
grave, de cálculo.
Si se mide la intensidad de corriente que circula por el filamento de la lámpara cuando
esta encendida se verá que la misma asciende a 0,338 amperes.
Calculamos la potencia consumida:
W = VxI = 220 volts x 0,338 amperes = 74,36 watts
calculamos la resistencia del filamento a la temperatura de trabajo:
R = V/I = 220 volts / 0,338 amperes = 650,9 ohms

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Las lámparas incandescentes transforman energía (potencia) eléctrica en distintos tipos de
energía (potencia) radiada, al ser llevado su filamento al punto de temperatura de
incandescencia. No toda la potencia eléctrica consumida se transforma en potencia
radiante o flujo radiante, parte de esa potencia se pierde por conducción y convección
calórica y por absorción. La potencia radiante es energía electromagnética y solo una
pequeña parte de ella entra dentro de las longitudes de onda correspondiente al espectro
visible del espectro electromagnético. La zona del espectro electromagnético visible se
denomina flujo luminoso .

El rendimiento lumínico de una lámpara es la relación entre la potencia Eléctrica
consumida por esta y la Potencia Lumínica radiada:
R = Potencia Lumínica / Potencia Eléctrica Consumida

Este rendimiento se expresa en Lúmenes/Watios
Este parámetro de las lámparas no es brindado como dato normal por el fabricante. Puede
aparecer en hojas técnicas de cada lámpara o familia de lámparas.



Lámpara de filamento de carbón


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Lámpara de filamento de tungsteno estirado , en vació


Lámpara de filamento de tungsteno en espiral , en atmósfera gaseosa







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Lámpara de incandescencia halógena:
El principio de funcionamiento de una lámpara halógena es muy similar al de una
lámpara incandescente común. En los dos tipos de lámpara la incandescencia que
produce la luz visible se basa en la altísima temperatura de calentamiento que alcanza el
filamento
En la lámpara de cuarzo, cuando el filamento alcanza la temperatura más alta que puede
soportar y comienza el proceso de evaporación, los átomos de tungsteno se gasifican y se
expanden buscando la superficie interior de la cápsula de cristal de cuarzo. Al llegar a la
superficie del cristal, la temperatura del gas desciende a unos 800 ºC (1 472 ºF)
aproximadamente.
Bajo esas circunstancias los átomos del tungsteno reaccionan espontáneamente con el gas
halógeno y se transforma en otro gas conocido como halogenuro de tungsteno.
Inmediatamente el nuevo gas que se ha formado tiende a retornar hacia el centro de la
lámpara donde se encuentra situado el filamento deteriorado.
Debido a que el halogenuro de tungsteno es un gas inestable, cuando sus moléculas
reciben directamente el calor del filamento, se descomponen en forma de tungsteno
metálico, que se deposita como tal en el filamento y lo reconstruye. Este proceso permite
al filamento reciclarse y aportar mucho más tiempo de vida útil (entre 3 mil y 10 mil
horas, según el tipo de lámpara halógena), en comparación con las mil horas de
explotación que permite una lámpara incandescente común. Todo este proceso llamado
ciclo del halógeno se mantiene ininterrumpidamente durante todo el tiempo que la
lámpara permanece encendida


Lámpara halógena de baja tensión

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Ventajas y desventajas de las lámparas de incandescencia:

Ventajas : Bajo costo inicial
Construcción sencilla
No requiere balastro
Disponible en muchas formas y tamaños
No requiere calentamiento ni tiempo de encendido
Atenuable de manera económica
Mantenimiento sencillo

Desventajas: Bajo rendimiento eléctrico
Alta temperatura de operación
Corta vida
Fuente brillante de operación en un espacio pequeño
No permite una gran distribución de la luz



2-3- LAMPARAS DE DESCARGA

La denominación de lámparas de descargas se debe a que la luz que producen dichas
lámparas se debe a que se obtiene por excitación de un gas sometido a descargas
eléctricas entre dos electrodos.
Se clasifican según el gas utilizado o a la presión que este se encuentra , es decir , alta o
baja presión , exceptuando a las lámparas fluorescentes que perteneciendo al grupo de
lámparas de descarga su nombre se debe a que la cara interna del tubo de descarga esta
revestida de una sutil capa de polvos fluorescente .

LAMPARAS FLUORESCENTES

Las lámparas fluorescentes tubulares es en realidad una lámpara de descarga de vapor de
mercurio de baja presión, en la cual la luz se produce mediante el empleo de polvos
fluorescentes que son activados por la energía ultravioleta de la descarga ; la cantidad
y el color de la luz emitida depende del tipo de cubierta de fósforo aplicada al interior de
la lámpara
El amplio rango de los fósforos disponibles hace posible producir muchos tonos de color
diferentes (temperaturas de color) y diferentes niveles de calidad del color para satisfacer
necesidades de la aplicación especifica. Debido a las áreas de superficie relativamente
largas, la luz producida por las lámparas fluorescentes es más difusa y mucho menos
direccional que los recursos de punto como los focos incandescentes, lámparas halógenas
y HID. Todas estas cualidades hacen que las lámparas fluorescentes sean excelentes para
la iluminación en general, iluminación orientada y atenuar paredes para aplicaciones en
tiendas de detalle, oficinas, así como en aplicaciones industriales y residenciales.


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Las lámparas fluorescentes necesitan tener la llamada tensión de arranque para producir
luz ( esta tensión varia según la naturaleza ,temperatura y presión del gas o de vapor
metálico ) .Las lámparas de descarga presentan una resistencia eléctrica interna que
disminuye de valor a medida que se incrementa la magnitud de la intensidad de la
corriente eléctrica que circula por el seno del gas o vapor.




Es decir, que superada una etapa inicial, la tensión eléctrica precisa para producir luz,
tiene menor valor, por lo que para evitar un cortocircuito, se hace necesario mantener los
valores de la intensidad y tensión eléctrica dentro de los límites adecuados y esto se
consigue utilizando: reactancias , transformadores , autotransformadores.
Los dispositivos reseñados permiten entonces, limitar el tránsito de electrones en el seno
del gas o vapor, estabilizando la tensión eléctrica para que las lámparas tengan un
funcionamiento normal. En cuanto a la diferencia de utilizar transformadores con
respecto a los autotransformadores es que los primeros se utilizan cuando se requieren
tensiones de arranque y de funcionamiento elevadas.
Las reactancias se utilizan para suministrar a las lámparas de descarga, energía eléctrica
con la intensidad precisa a la tensión adecuada en cada momento.
Las reactancias se emplean, sobre todo, para hacer funcionar lámparas que solo precisen
la misma tensión de la red eléctrica.
Cuando la tensión de arranque de las lámparas es menor o igual que la tensión de servicio
de la red eléctrica, la reactancia está formada por una bobina donde se genera una
inducción que limita el tránsito de electrones.

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Cuando la tensión de servicio de la red es inferior a la tensión de arranque de las
lámparas y se hace imposible iniciar el arco de descarga, a las reactancias hay que
incorporarle transformadores para elevar la tensión.
Al accionar el interruptor que gobierna el encendido de la lámpara (cerrar el circuito), no
se produce tránsito de electrones dentro de la ampolla ya que el que el gas o vapor tiene
que ionizarse, tampoco pasa corriente por el alimentador.
Después de un breve intervalo de tiempo (unos segundos), como consecuencia de la
tensión eléctrica aplicada, se inicia el proceso de ionización del gas o vapor y comienza la
descarga.
La corriente también comienza a pasar por el alimentador que acaba produciendo, a
continuación, una caída de tensión por lo que se produce también una reducción de la
tensión eléctrica de la corriente que pasa por la ampolla de la lámpara.
Los alimentadores que se utilizan para hacer funcionar las lámparas de descarga, al
contrario de lo que ocurre con las lámparas incandescentes, provocan un desfase entre la
intensidad de la corriente absorbida por las lámparas y la tensión eléctrica del suministro.
Los alimentadores, por lo tanto, generan una reducción del factor de potencia a valores
comprendidos entre 0,3 y 0,5.
Las reactancias como alimentadores inductivos que son, generan por si solas, un factor de
potencia muy bajo, por lo que se hace preciso recurrir al empleo de condensadores a fin
de efectuar las oportunas correcciones para que dicho factor de potencia alcance valores
comprendidos entre 0.9 y 1.

Las lámparas fluorescentes se pueden clasificar en dos grupos:
Lámparas de cátodo caliente:
Las lámparas de cátodo caliente a la vez se subdividen en:
-con precalentamiento.
-sin precalentamiento.
Lámparas de cátodo caliente con precalentamiento:
Para conseguir el precalentamiento de los electrodos se utiliza un interruptor de arranque
mas conocido como cebador , cuyo funcionamiento es similar a la de un interruptor
automático . Los cebadores se intercalan en los circuitos en serie con las lámparas. A los
cebadores se les incorporan condensadores que se destinan a eliminar perturbaciones
radiofónicas.
Cuando se aplica tensión eléctrica a un cebador, se produce una descarga entre los dos
contactos abiertos del mismo que calientan una lámina en el cebador y que acaba
flexionándose como consecuencia de las temperaturas adquiridas, dicha flexión produce
el cierre del circuito.Al iniciarse la emisión de luz en las lámparas, los cebadores
desconectan automáticamente.

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Existen lámparas de cátodo caliente con precalentamiento que no necesitan cebador como
ser las lámparas de encendido instantáneo , el precalentamiento se logra por medio de
reactancias especiales , que cumplen la función de producir el arranque del arco y
también estabilizan la corriente de descarga (estas reactancias tienen devanados
suplementarios). Se conocen comercialmente que el nombre de rapidstart y tachistart,
aunque algunos fabricantes no utilizan dicha denominación.
Lámparas de cátodo caliente sin precalentamiento:
Estas lámparas no necesitan cebador ,son similares a las descriptas anteriormente ,
aunque generalmente de menor diámetro ,se les llama también slimline. Su tensión de
arranque es alta ; y tienen la ventaja con respecto a las de precalentamiento que evitan el
retardo de encendido.
Lámparas de cátodo frió :
En esta categoría entran las lámparas que se utilizan para anuncios luminosos.
Los colores que se obtienen dependen del gas utilizado como ser :

GAS COLOR
Neon ------------------------------------------------rojo-anaranjado
Helio------------------------------------------------rosa

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Mercurio -----------------------------------------azul ­verdoso
Sodio --------------------------------------------- amarillo






Lámparas fluorescentes compactas :
Lámparas fluorescentes compactas representa un importante adelanto en la tecnología
fluorescentes. Debido a sus diámetros más pequeños y sus configuraciones plegadas, las
lámparas fluorescentes compactas brindan alto rendimiento de la luz en tamaños mucho
más pequeños que las lámparas fluorescentes lineales convencionales.
Disponibles en una variedad de diseños de conexión , las lámparas fluorescentes
compactas han llevado al diseño de iluminarías de la nueva generación para un rango
completo de aplicaciones comerciales e industriales, y brindan ahorro en energía y
repuestos de vida más larga para los focos incandescentes. De hecho, las lámparas
fluorescentes compactas pueden brindar los mismo lúmenes que un foco incandescente a

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