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FUENTES LUMINOSAS
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en granmedida de las características cromáticas de las fuentes de luz.
Proyector parabólico tipo PAR1000W
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ALGUNAS CARACTERÍSTICAS RELEVANTES DEFUNCIONAMIENTO
VIDA ÚTIL (DEPRECIACIÓN LUMINOSA): Duración enhoras de encendido hasta que el flujo luminoso alcanzael 80 % del flujo inicial.
VIDA MEDIA (MORTALIDAD): Para una muestrarepresentativa, tiempo de ensayo, desde el encendido,en el que dejan de funcionar el 50 % de las lámparas.
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ALGUNAS CARACTERÍSTICAS RELEVANTES DEFUNCIONAMIENTO
TEMPERATURA DE COLOR: Su valor coincide conla temperatura a la que un cuerpo negro tiene una apariencia decolor similar a la de la fuente considerada. Hace referencia alcolor de la fuente luminosa.
Temperatura de color BAJA---> espectro conpredominio de radiaciones rojas (sensación cálida).
Temperatura de color ALTA---> espectro conpredominio de radiaciones azules (sensación fría).
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Es interesante establecer parámetros que definancualitativamente la iluminación de una escena. Sin duda,la característica fundamental en este sentido es latemperatura de color.
Esta magnitud, viene expresada en grados Kelvin (K).
Tipo de iluminación Temperatura decolor (K) Pigmentación
Brasas encendidasLuz de una velaLuz del sol en el ocasoLuz del sol al amanecerLámparas de sodioLámparas de incandescenciaLámparas halógenasLámparas fluorescentesLámparas de vapor de mercurioLuz del sol a medio díaLámparas de mercurio HMIFluorescencia luz díaDía lluviosoDía nubladoCielo azul despejado
1.8002.0002.2002.3002.4002.5003.200
4.000/4.5004.8005.5005.6006.0007.0008.00012.000
Rojo
Naranja
Amarillo
Blanco
Azul
Luz
cálid
aLu
z fr
ía
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ALGUNAS CARACTERÍSTICAS RELEVANTES DEFUNCIONAMIENTO
RENDIMIENTO: Cantidad de flujo luminoso emitidopor unidad de potencia inyectada (lm/W).
Rendimiento de una lámpara incandescente
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FUENTES DE LUZ
LAS LÁMPARAS
Incandescencia
IncandescentesHalógenas
Descarga
Baja presiónfluorescentessodio baja presión
Para conseguir una iluminación correcta, en los estudios o plató detelevisión podemos encontrar un amplio abanico de fuentes de luz.
Las lámparas incandescentes fueron la primera forma de generarluz a partir de la energía eléctrica. Desde que fueran inventadas, latecnología ha cambiado mucho produciéndose sustanciososavances en la cantidad de luz producida, el consumo y laduración de las lámparas. Su principio de funcionamiento essimple, se pasa una corriente eléctrica por un filamento hasta queeste alcanza una temperatura tan alta que emite radiacionesvisibles por el ojo humano.
Alta presiónMercurioMercurio HalogenadoSodio Alta Presión
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La incandescencia
Todos los cuerpos calientes emiten energía en forma de radiaciónelectromagnética. Cuanto más alta sea su temperatura mayor será laenergía emitida y la porción del espectro electromagnético ocupado porlas radiaciones emitidas. Si el cuerpo pasa la temperatura deincandescencia, una buena parte de estas radiaciones caerán en lazona visible del espectro y obtendremos luz.
La incandescencia se puede obtener de dos maneras. La primera es porcombustión, la segunda es pasando una corriente eléctrica a través de unhilo conductor muy delgado. Tanto de una forma como de otra, obtenemos luzy calor. En general los rendimientos de este tipo de lámparas son bajosdebido a que la mayor parte de la energía consumida se convierte en calor.
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La incandescencia
La producción de luz mediante la incandescencia tiene una ventajaadicional, y es que la luz emitida contiene todas las longitudes de ondaque forman la luz visible o dicho de otra manera, su espectro deemisiones es continuo.
se garantiza así una buenareproducción de los coloresde los objetos iluminados.
Entre los parámetros que sirven para definir una lámparatenemos las características fotométricas: la intensidadluminosa, el flujo luminoso y el rendimiento o eficiencia.
Además de estas, existen otras que nos informan sobre lacalidad de la reproducción de los colores y los parámetrosde duración de las lámparas.
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Características cromáticas
Los colores que vemos con nuestros ojos dependen en granmedida de las características cromáticas de las fuentes de luz.
A la hora de describir las cualidades cromáticas de lasfuentes de luz hemos de considerar dos aspectos.
La temperatura de color, hace referencia al color de la fuente luminosa.
El rendimiento de color, hace referencia a cómo se ven los colores delos objetos iluminados.
Fuente de luz blanca. Fuente de luz monocromática.
Efecto del color de la fuente sobre el color de los objetos
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LÁMPARAS INCANDESCENTESCARACTERÍSTICAS
Principio de funcionamiento: incandescencia Filamento de tungsteno y relleno de argón y nitrógeno Rendimiento: 10lm/w (Halógenas: 20lm/W) Vida útil: 1000 - 2000hs Equipo auxiliar: no necesitan Posición de funcionamiento: cualquiera Reproducción cromática: óptima
La duración de una lámpara viene determinada básicamentepor la temperatura de trabajo del filamento. Cuanto másalta sea esta, mayor será el flujo luminoso pero también lavelocidad de evaporación del material que forma el filamento.
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LÁMPARAS INCANDESCENTESCARACTERÍSTICAS
La duración de las lámparas incandescentes está normalizada;siendo de unas 1000 horas para las normales, de 2000 horaspara las halógenas en aplicaciones de uso general y de 4000horas para las especiales.
Los factores externos que afectan alfuncionamiento de las lámparas son latemperatura del entorno dónde estésituada la lámpara y las desviacionesen la tensión nominal.
La utilización de lámparas de incandescenciasobrevoltadas, reduce el tiempo de vida pordebajo de las 50 horas.
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LÁMPARAS INCANDESCENTESCARACTERÍSTICAS
Efecto de las variaciones de tensión (%) sobre las característicasde funcionamiento de las lámparas incandescentes.
Evolución del rendimiento y la vida útil conla tensión aplicada.
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Entre las lámparas incandescentes no halógenas podemosdistinguir las que se han rellenado con un gas inerte deaquellas en que se ha hecho el vacío en su interior. Lapresencia del gas supone un notable incremento de la eficacialuminosa de la lámpara dificultando la evaporación del materialdel filamento y permitiendo el aumento de la temperatura detrabajo del mismo.
Lámparas con gas Lámparas de vacío
Temperatura del filamento 2500 ºC 2100 ºC
Eficacia luminosa dela lámpara 10-20 lm/W 7.5-11 lm/W
Duración 1000 horas 1000 horas
Pérdidas de calor Convección y radiación Radiación
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Lámparas incandescentes halógenas
Ciclo de regeneración del halógeno
El funcionamiento de este tipo de lámparas requiere de temperaturasmuy altas para que pueda realizarse el ciclo del halógeno.
Tienen una eficacia luminosa de 22 lm/W con una amplia gama depotencias de trabajo (150 a 2000W) según el uso al que esténdestinadas.
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Lámparas de Descarga
Las lámparas de descarga constituyen una forma alternativa deproducir luz de una manera más eficiente y económica que laslámparas incandescentes.
En las lámparas de descarga, la luz se consigue estableciendo unacorriente eléctrica entre dos electrodos situados en un tubo llenocon un gas o vapor ionizado.
La lámpara fluorescente es una lámpara de descarga en vapor de mercurio de baja presión.
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Lámparas de descarga
En el interior del tubo, se producen descargas eléctricas comoconsecuencia de la diferencia de potencial entre los electrodos. Estasdescargas provocan un flujo de electrones que atraviesa el gas.Cuando uno de ellos choca con los electrones de las capas externasde los átomos les transmite energía y pueden producir luz.
Relación entre los estados energéticos de los electrones y las franjasvisibles en el espectro. Es fácil comprender que el espectro de estaslámparas sea discontinuo.
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Lámparas de descarga
La lámpara, generalmente con ampolla de forma tubular larga con un electrodo sellado encada terminal, contiene vapor de mercurio a baja presión con una pequeña cantidad de gasinerte para el arranque y la regulación del arco. La superficie interna de la ampolla estácubierta por una sustancia luminiscente (polvo fluorescente o fósforo) cuya composicióndetermina la cantidad de luz emitida y la temperatura de color de la lámpara.
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Lámparas de descarga (rendimiento)
La eficacia de las lámparas de descarga oscila entre los19-28 lm/W de las lámparas de luz de mezcla y los100-183 lm/W de las de sodio a baja presión.
Balance energético de una lámpara de descarga
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LÁMPARAS DE MERCURIODE ALTA PRESIÓN (presentación)
Cuando se examina el funcionamiento de la lámpara de mercurio de alta presión, sedeben considerar tres fases bien diferenciadas: ignición, encendido y estabilización.
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LÁMPARAS DE MERCURIODE ALTA PRESIÓN (características cromáticas)
Desde su introducción, la lámpara de vapor de mercurio a alta presión ha sidodesarrollada a tal punto que la tecnología de iluminación es apenas imaginablesin ella.En estas lámparas, la descarga se produce en un tubo de cuarzo quecontiene una pequeña cantidad de mercurio y un relleno de gas inerte,generalmente argón, para ayudar al encendido. Una parte de laradiación de la descarga ocurre en la región visible del espectro comoluz, pero otra parte se emite en la ultravioleta. Cubriendo la superficieinterna de la ampolla exterior, en la cual se encuentra el tubo dedescarga, con un polvo fluorescente que convierte esta radiaciónultravioleta en radiación visible, la lámpara ofrecerá mayor iluminaciónque otra de iguales características en la que no se halle dicha capa.
Espectro de una lámparade descarga
Debido a la formadiscontinua del espectro deestas lámparas, la luzemitida es una mezcla deunas pocas radiacionesmonocromáticas.
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LÁMPARAS DE MERCURIODE ALTA PRESIÓN (principio de funcionamiento)
R=25kΩ
Balasto
Capacitor
Electrodos principales
Se produce una descarga entre el electrodo principal y el auxiliar,la cual ioniza el gas en el tubo e inicia la descarga principal. Elmercurio sólido se volatiliza hasta alcanzar la presión de trabajo,entrando en la fase de estabilización alcanzando el punto deequilibrio termodinámico. Para garantizar el momento de equilibrioes necesaria la inclusión en el circuito de un balasto.
La ignición se logra por medio de un electrodo auxiliar o de arranque,ubicado muy cerca del electrodo principal y conectadoal otro a través de una resistencia de alto valor (25 kΩ).
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LÁMPARAS DE MERCURIODE ALTA PRESIÓN (características)
Rendimiento: 40 a 55 lm/w Vida útil: 15000hs Reencendido: no instantáneo Estabilización: balasto Posición de funcionamiento: cualquiera Lámparas de mezcla o de luz mixta:
no necesitan balasto tienen menor rendimiento (20-25 lm/W)
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Las lámparas de luz mezcla son una combinación de la lámpara devapor de mercurio a alta presión y de la lámpara incandescente, comoresultado de uno de los intentos para corregir la luz azulada de laslámparas de vapor de mercurio, lo cual se consigue por la inclusióndentro de la misma ampolla de un tubo de descarga de vapor demercurio y un filamento incandescente de wolframio.
La luz de la descarga demercurio y la delfilamento caldeado secombinan, o se mezclan,para lograr una lámparacon característicasoperativas totalmentediferentes a aquellas enlas que están basadas.
Lámparas de luzmezcla
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LÁMPARAS DE MERCURIOHALOGENADAS (halogenuros metálicos)
Similar a las de mercurio con un aditivo de halogenuro metálico en el tubode descarga, lo cual agrega otras bandas de emisión.
Mayor rendimiento (80 lm/w) Mejor reproducción cromática Similar vida útil Problemas:
más susceptibles a las variaciones de tensión de red posición de funcionamiento limitada reencendido más lento (por encima de los 3 minutos).
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Si añadimos en el tubo de descarga yoduros metálicos (sodio, talio, indio...) seconsigue mejorar considerablemente la capacidad de reproducir el color de lalámpara de vapor de mercurio. Cada una de estas sustancias aporta nuevas líneasal espectro (por ejemplo amarillo el sodio, verde el talio y rojo y azul el indio).
Lámparas con halogenuros metálicos
Espectro de emisión de una lámpara con halogenuros metálicos
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Lámparas con halogenuros metálicos (HMI)
Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a6000 K dependiendo de los yoduros añadidos y un rendimiento del color deentre 65 y 85. La eficiencia de estas lámparas ronda entre los 60 y 96 lm/W ysu vida media es de unas 10000 horas.
Tienen un periodo de encendido deunos diez minutos, que es el tiemponecesario hasta que se estabiliza ladescarga. Para su funcionamiento esnecesario un dispositivo especial deencendido, puesto que las tensionesde arranque son muy elevadas(1500-5000 V).
Las excelentes prestaciones cromáticas lahacen adecuada entre otras para lailuminación de instalaciones deportivas, pararetransmisiones de TV, estudios de cine,proyectores, etc.
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LÁMPARAS DE SODIO DE BAJA PRESIÓN
Lámparas de descarga en vapor de sodio
La descarga eléctrica en un tubocon vapor de sodio a baja presiónproduce una radiaciónmonocromática característicaformada por dos rayas en elespectro (589 nm y 589.6 nm) muypróximas entre sí.
La radiación emitida, de coloramarillo, está muy próxima almáximo de sensibilidad del ojohumano (555 nm). Por ello, laeficacia de estas lámparas esmuy elevada (entre 160 y 180lm/W). Otras ventajas que ofrecees que permite una grancomodidad y agudeza visual,además de una buena percepciónde contrastes. La vida media deestas lámparas es muy elevada,de unas 15000 horas.
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LÁMPARAS DE SODIO DE BAJA PRESIÓN
En estas lámparas el tubo de descarga tiene forma de U para disminuir laspérdidas por calor y reducir el tamaño de la lámpara. Está elaborado demateriales muy resistentes pues el sodio es muy corrosivo y se le practican unaspequeñas hendiduras para facilitar la concentración del sodio y que se vaporice ala temperatura menor posible. El tubo está encerrado en una ampolla en la quese ha practicado el vacío con objeto de aumentar el aislamiento térmico. De estamanera se ayuda a mantener la elevada temperatura de funcionamientonecesaria en la pared del tubo (270 ºC).
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LÁMPARAS DE SODIO DEALTA PRESIÓN
Las lámparas de vapor de sodio a alta presión tienen una distribución espectralque abarca casi todo el espectro visible proporcionando una luz blanca doradamucho más agradable que la proporcionada por las lámparas de baja presión.
Las consecuencias de esto esque tienen un rendimiento encolor (Tcolor= 2100 K) ycapacidad para reproducir loscolores mucho mejores que lade las lámparas a baja presión
La vida media de este tipo delámparas ronda las 20000horas y su vida útil entre8000 y 12000 horas.
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LÁMPARAS DE SODIO DEALTA PRESIÓN
Las condiciones de funcionamientoson muy exigentes debido a lasaltas temperaturas (1000 ºC), lapresión y las agresiones químicasproducidas por el sodio que debesoportar el tubo de descarga.
En su interior hay una mezcla desodio, vapor de mercurio que actúacomo amortiguador de la descargay xenón que sirve para facilitar elarranque y reducir las pérdidastérmicas. El tubo está rodeado poruna ampolla en la que se ha hechoel vacío.
La tensión de encendido de estaslámparas es muy elevada y sutiempo de arranque es muy breve.
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LÁMPARAS HMI (halogeniuro metálico)
Es un tipo de lámpara que emite una luz muy intensa de la mismatemperatura de color del sol. Como las lámparas halógenas, poseen ampollasde cuarzo rellenas de gas, pero, en lugar de utilizar filamento, disponen dedos electrodos, entre los que se realizan periódicas descargas de corrienteque provocan la radiación luminosa.
Probablemente es la tecnología que consigue un mayor aprovechamiento dela energía que recibe, logrando un rendimiento de unos 100 lm/W aplicado.
Su temperatura de color se sitúa entre 5.500 y 6.000 K, proporcionandouna luz día de alta calidad.
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La mayor desventaja de las luces HMI es que requieren de una fuente depoder de alto voltaje grande, pesada y costosa. Aún así, por la temperaturade color de la luz que emiten, por su eficiencia y potencia lumínica, las lucesHMI son utilizadas frecuentemente en exteriores, muchas veces pararrellenar las sombras causadas por el sol.
LÁMPARAS HMI (halogeniuro metálico)
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Lámparas de Xenón
El grupo de lámparas de descarga secompleta con las que insertan este gas nobleen el interior de ampollas de cuarzo.También comparten con las lámparas HMI unalto factor de eficacia, mientras que sutemperatura de color alcanza valoresligeramente inferiores, siendo típico el de5.400 K. Como todas las lámparas dedescarga, precisa un tiempo decalentamiento de entre dos y cuatro minutospara que proporcione la temperatura decolor adecuada y su máxima potencialumínica.