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luz eléctrica

Comprobado Una luz eléctrica , lámpara o bombilla es un dispositivo eléctrico que produce luz a partir de electricidad . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Es la forma más común de iluminación a...

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Una luz eléctrica , lámpara o bombilla es un dispositivo eléctrico que produce luz a partir de electricidad . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] Es la forma más común de iluminación artificial . Las lámparas suelen tener una base hecha de cerámica , metal, vidrio o plástico que las asegura en el portalámparas de una luminaria . [ a ] ​​La conexión eléctrica al portalámparas puede hacerse con una base roscada, dos clavijas metálicas, dos tapas metálicas o un montaje de bayoneta .

Las tres categorías principales de luces eléctricas son las lámparas incandescentes, que producen luz mediante un filamento calentado al rojo vivo por una corriente eléctrica ; las lámparas de descarga de gas , que producen luz mediante un arco eléctrico a través de un gas, como las lámparas fluorescentes ; y las lámparas LED , que producen luz mediante un flujo de electrones a través de una banda prohibida en un semiconductor .

La eficiencia energética de la iluminación eléctrica ha mejorado significativamente desde las primeras demostraciones de lámparas de arco y bombillas incandescentes en el siglo XIX. Las fuentes de luz eléctrica modernas se presentan en una gran variedad de tipos y tamaños, adaptados a numerosas aplicaciones. La mayoría de la iluminación eléctrica moderna se alimenta mediante energía eléctrica generada centralmente, pero también puede alimentarse con generadores eléctricos portátiles o de reserva, o con sistemas de baterías. La iluminación con baterías se suele reservar para cuando y donde fallan las luces fijas, a menudo en forma de linternas o faroles eléctricos , así como en vehículos.

Historia

Antes de que la iluminación eléctrica se generalizara a principios del siglo XX, la gente usaba velas , lámparas de gas , lámparas de aceite y fuego . [ 5 ] En 1799-1800, Alessandro Volta creó la pila voltaica , la primera batería eléctrica. La corriente de estas baterías podía calentar alambre de cobre hasta la incandescencia. Vasily Vladimirovich Petrov desarrolló el primer arco eléctrico persistente en 1802, y el químico inglés Humphry Davy realizó una demostración práctica de una luz de arco en 1806. [ 6 ] Se necesitó más de un siglo de mejora continua y gradual, incluyendo numerosos diseños, patentes y las consiguientes disputas de propiedad intelectual, para pasar de estos primeros experimentos a las bombillas incandescentes producidas comercialmente en la década de 1920. [ 7 ] [ 8 ]

En 1840, Warren de la Rue encerró una bobina de platino en un tubo de vacío e hizo pasar una corriente eléctrica a través de ella, creando así una de las primeras bombillas eléctricas del mundo . [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] El diseño se basaba en el concepto de que el alto punto de fusión del platino le permitiría funcionar a altas temperaturas y que la cámara al vacío contendría menos moléculas de gas que reaccionaran con el platino, mejorando así su durabilidad. Aunque era un diseño eficiente, el coste del platino lo hacía poco práctico para uso comercial. [ 12 ]

William Greener , un inventor inglés, realizó importantes contribuciones a los inicios de la iluminación eléctrica con su lámpara en 1846 (patente número 11076), sentando las bases para futuras innovaciones como las de Thomas Edison.

Los finales de la década de 1870 y la de 1880 estuvieron marcados por una intensa competencia e innovación, con inventores como Joseph Swan en el Reino Unido y Thomas Edison en los Estados Unidos desarrollando de forma independiente lámparas incandescentes funcionales. Las bombillas de Swan, basadas en diseños de William Staite, tuvieron éxito, pero los filamentos eran demasiado gruesos. Edison trabajó para crear bombillas con filamentos más delgados y un mejor vacío, produciendo una bombilla más viable comercialmente. [ 13 ] La rivalidad entre Swan y Edison finalmente condujo a una fusión, formando la Edison and Swan Electric Light Company , que vendía lámparas con un nuevo filamento diseñado por Swan. A principios del siglo XX, estas habían reemplazado por completo a las lámparas de arco . [ 5 ] [ 14 ]

A principios de siglo se produjeron nuevas mejoras en la longevidad y eficiencia de las bombillas, en particular con la introducción del filamento de tungsteno por William D. Coolidge , quien solicitó una patente en 1912. [ 15 ] Esta innovación se convirtió en un estándar para las bombillas incandescentes durante muchos años.

En 1910, Georges Claude introdujo la primera luz de neón, allanando el camino para los letreros de neón que se volverían omnipresentes en la publicidad. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]

En 1934, Arthur Compton , un famoso físico y consultor de GE, informó al departamento de lámparas de GE sobre los exitosos experimentos con iluminación fluorescente realizados en General Electric Co., Ltd. en Gran Bretaña (sin relación con General Electric en Estados Unidos). Estimulados por este informe, y con todos los elementos clave disponibles, un equipo liderado por George E. Inman construyó un prototipo de lámpara fluorescente en 1934 en el laboratorio de ingeniería de General Electric en Nela Park (Ohio). Este no fue un ejercicio trivial; como señaló Arthur A. Bright, "fue necesario realizar una gran cantidad de experimentos sobre tamaños y formas de lámparas, construcción del cátodo, presiones de gas tanto de argón como de vapor de mercurio, colores de polvos fluorescentes, métodos para fijarlos al interior del tubo y otros detalles de la lámpara y sus auxiliares antes de que el nuevo dispositivo estuviera listo para el público". [ 19 ]

El primer LED práctico llegó en 1962. [ 20 ] Estos primeros LED eran ineficientes y solo podían mostrar colores rojo intenso, lo que los hacía inadecuados para la iluminación general y restringía su uso a pantallas numéricas y luces indicadoras. [ 21 ]

El primer LED azul de alto brillo fue demostrado por Shuji Nakamura de Nichia Corporation en 1994. [ 22 ] La existencia de LEDs azules condujo al desarrollo del primer "LED blanco", que empleaba un recubrimiento de fósforo para convertir parcialmente la luz azul emitida a frecuencias más bajas, creando luz blanca. [ 23 ] A principios del siglo XXI, las lámparas LED aptas para iluminación general estaban entrando en el mercado, [ 24 ] [ 25 ] y en 2009 Philips presentó las primeras lámparas diseñadas para reemplazar las bombillas estándar de 60  W con casquillo Edison . [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]

En las primeras décadas del siglo XXI, se produjo una eliminación gradual de las bombillas incandescentes en todo el mundo, impulsada por una combinación de regulaciones gubernamentales y la preferencia de los consumidores por bombillas más eficientes energéticamente y de mayor duración. Para 2019, el consumo de electricidad en Estados Unidos había disminuido durante al menos cinco años consecutivos, debido en parte a que los consumidores estadounidenses reemplazaron las bombillas incandescentes por LED. [ 31 ]

Tipos

Incandescente

Cartel con instrucciones sobre el uso de las bombillas.
Una placa en la iglesia de San Juan Bautista, en Hagley, conmemora la instalación de la luz eléctrica en 1934.

En su forma moderna, la bombilla incandescente consiste en un filamento enrollado de tungsteno sellado en una cámara de vidrio esférica, ya sea al vacío o llena de un gas inerte como el argón . Cuando se conecta una corriente eléctrica, el tungsteno se calienta a entre 2000 y 3300 K (1730 y 3030 °C; 3140 y 5480 °F) y brilla, emitiendo una luz que se aproxima a un espectro continuo .   

Las bombillas incandescentes son muy ineficientes, ya que solo entre el 2 % y el 5 % de la energía consumida se emite como luz visible y útil . El 95 % restante se pierde en forma de calor . [ 32 ] En climas cálidos, el calor emitido debe eliminarse, lo que supone una presión adicional para los sistemas de ventilación o aire acondicionado . [ 33 ] En climas fríos, el calor residual tiene cierto valor y se ha aprovechado con éxito para la calefacción en dispositivos como las lámparas de calor . No obstante, en muchos países se están eliminando gradualmente las bombillas incandescentes en favor de tecnologías como las bombillas fluorescentes compactas (CFL) y las bombillas LED debido a su baja eficiencia energética. La Comisión Europea estimó en 2012 que una prohibición total de las bombillas incandescentes contribuiría con entre 5 y 10 mil millones de euros a la economía y ahorraría 15 mil millones de toneladas métricas de emisiones de dióxido de carbono . [ 34 ]

Halógeno

Las lámparas halógenas suelen ser mucho más pequeñas que las lámparas incandescentes estándar, ya que para un funcionamiento correcto  generalmente se requiere una temperatura de la bombilla superior a 200 °C. Por esta razón, la mayoría tiene una bombilla de sílice fundida (cuarzo) o vidrio de aluminosilicato. Esta suele estar sellada dentro de una capa adicional de vidrio. El vidrio exterior es una medida de seguridad para reducir la emisión ultravioleta y contener los fragmentos de vidrio caliente en caso de que la envoltura interior explote durante el funcionamiento. [ 35 ] Los residuos aceitosos de las huellas dactilares pueden provocar que una envoltura de cuarzo caliente se rompa debido a la acumulación excesiva de calor en el punto de contaminación. [ 36 ] El riesgo de quemaduras o incendio también es mayor con bombillas sin protección, lo que ha llevado a su prohibición en algunos lugares, a menos que estén encerradas dentro de la luminaria.

Las bombillas diseñadas para funcionar a 12 o 24 voltios tienen filamentos compactos, lo que facilita un buen control óptico. Además, ofrecen mayor eficacia (lúmenes por vatio) y una vida útil más prolongada que las bombillas no halógenas. La emisión de luz se mantiene prácticamente constante durante toda su vida útil.

Fluorescente

Arriba, dos lámparas fluorescentes compactas. Abajo, dos tubos fluorescentes. A la izquierda, se muestra una cerilla como referencia de tamaño.

Las lámparas fluorescentes consisten en un tubo de vidrio que contiene vapor de mercurio o argón a baja presión. La electricidad que fluye a través del tubo hace que los gases emitan energía ultravioleta. El interior de los tubos está recubierto con fósforos que emiten luz visible cuando son alcanzados por fotones ultravioleta . [ 37 ] Tienen una eficiencia mucho mayor que las lámparas incandescentes. Para la misma cantidad de luz generada, suelen consumir entre un cuarto y un tercio de la energía de una incandescente. La eficacia luminosa típica de los sistemas de iluminación fluorescente es de 50 a 100 lúmenes por vatio, varias veces la eficacia de las bombillas incandescentes con una salida de luz comparable. Las luminarias fluorescentes son más costosas que las lámparas incandescentes, porque requieren un balasto para regular la corriente que atraviesa la lámpara, pero el menor costo de energía generalmente compensa el mayor costo inicial. Las lámparas fluorescentes compactas están disponibles en los mismos tamaños populares que las lámparas incandescentes y se utilizan como una alternativa de ahorro de energía en los hogares. Debido a que contienen mercurio, muchas lámparas fluorescentes se clasifican como residuos peligrosos . La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos recomienda que las lámparas fluorescentes se separen de los residuos generales para su reciclaje o eliminación segura, y algunas jurisdicciones exigen su reciclaje. [ 38 ]

CONDUJO

Lámpara LED con base de rosca Edison E27

El diodo emisor de luz (LED) de estado sólido ha sido popular como luz indicadora en electrónica de consumo y equipos de audio profesionales desde la década de 1970. En la década de 2000, la eficacia y el rendimiento aumentaron hasta el punto de que los LED se utilizan ahora en aplicaciones de iluminación como faros de automóviles [ 39 ] y luces de freno, [ 39 ] en linternas [ 40 ] y luces de bicicleta, [ 41 ] así como en aplicaciones decorativas, como la iluminación navideña. [ 42 ] Los LED indicadores son conocidos por su vida útil extremadamente larga, de hasta 100.000 horas, pero los LED de iluminación se operan de forma mucho menos conservadora y, en consecuencia, tienen vidas útiles más cortas. La tecnología LED es útil para los diseñadores de iluminación , debido a su bajo consumo de energía, baja generación de calor, control instantáneo de encendido/apagado y, en el caso de los LED monocromáticos, continuidad del color durante toda la vida útil del diodo y coste de fabricación relativamente bajo. [ 42 ] La vida útil del LED depende en gran medida de la temperatura del diodo. [ 43 ] El funcionamiento de una lámpara LED en condiciones que aumentan su temperatura interna puede acortar considerablemente su vida útil. Algunos láseres se han adaptado como alternativa a los LED para proporcionar iluminación altamente focalizada. [ 44 ] [ 45 ]

Arco de carbono

Lámpara de arco de carbono en funcionamiento, con arco visible
La lámpara de arco de xenón  de 15 kW utilizada en el sistema de proyección IMAX.
Una lámpara de arco de mercurio de un microscopio de fluorescencia

Las lámparas de arco de carbono constan de dos electrodos de varilla de carbono al aire libre, alimentados por un balasto limitador de corriente . El arco eléctrico se produce al tocar las puntas de las varillas y luego separarlas. El arco resultante genera un plasma incandescente entre las puntas de las varillas. Estas lámparas tienen mayor eficacia que las lámparas de filamento, pero las varillas de carbono tienen una vida útil corta y requieren un ajuste constante durante su uso, ya que el intenso calor del arco las erosiona. [ 46 ] Las lámparas producen una importante emisión de luz ultravioleta , requieren ventilación cuando se usan en interiores y, debido a su intensidad, necesitan protección contra la luz directa.

Inventada por Humphry Davy alrededor de 1805, la lámpara de arco de carbono fue la primera luz eléctrica práctica. [ 47 ] [ 48 ] Se utilizó comercialmente a partir de la década de 1870 para la iluminación de grandes edificios y calles hasta que fue reemplazada a principios del siglo XX por la luz incandescente. [ 47 ] Las lámparas de arco de carbono funcionan a alta potencia y producen luz blanca de alta intensidad. También son una fuente de luz puntual. Se mantuvieron en uso en aplicaciones limitadas que requerían estas propiedades, como proyectores de cine , iluminación escénica y reflectores , hasta después de la Segunda Guerra Mundial. [ 46 ]

Descargar

Una lámpara de descarga tiene una envoltura de vidrio o sílice que contiene dos electrodos metálicos separados por un gas. Los gases utilizados incluyen neón , argón , xenón , sodio , haluros metálicos y mercurio . El principio de funcionamiento básico es muy similar al de la lámpara de arco de carbono, pero el término "lámpara de arco" normalmente se refiere a las lámparas de arco de carbono, mientras que los tipos más modernos de lámparas de descarga de gas se denominan simplemente lámparas de descarga. En algunas lámparas de descarga, se utiliza un voltaje muy alto para generar el arco. Esto requiere un circuito eléctrico llamado ignitor, que forma parte del circuito del balasto eléctrico . Una vez que se genera el arco, la resistencia interna de la lámpara disminuye a un nivel bajo y el balasto limita la corriente a la corriente de funcionamiento. Sin un balasto, fluiría una corriente excesiva, lo que provocaría la rápida destrucción de la lámpara.

Algunos tipos de lámparas contienen una pequeña cantidad de neón, lo que permite encenderlas a la tensión de funcionamiento normal sin necesidad de un circuito de ignición externo. Las lámparas de sodio de baja presión funcionan de esta manera. Los balastos más sencillos consisten simplemente en un inductor y se eligen cuando el coste es un factor determinante, como en el alumbrado público. Los balastos electrónicos más avanzados pueden diseñarse para mantener una salida de luz constante durante toda la vida útil de la lámpara, pueden alimentarla con una onda cuadrada para mantener una salida completamente libre de parpadeos y apagarse en caso de ciertas fallas.

La fuente de luz eléctrica más eficiente es la lámpara de sodio de baja presión. Produce, a efectos prácticos, una luz monocromática de color naranja amarillento, que genera una percepción igualmente monocromática de cualquier escena iluminada. Por este motivo, suele reservarse para el alumbrado público exterior. Los astrónomos prefieren las lámparas de sodio de baja presión para el alumbrado público, ya que la contaminación lumínica que generan se puede filtrar fácilmente, a diferencia de los espectros de banda ancha o continuos.

Características

Factor de forma

Muchas unidades de lámparas, o bombillas, se especifican mediante códigos de forma y nombres de casquillo estandarizados. Las bombillas incandescentes y sus reemplazos se especifican a menudo como " A19 /A60 E26 /E27", un tamaño común para este tipo de bombillas. En este ejemplo, los parámetros "A" describen el tamaño y la forma de la bombilla dentro de la serie A, mientras que los parámetros "E" describen el tamaño de la base de rosca Edison y las características de la rosca. [ 49 ]

Parámetros de comparación

Los parámetros de comparación comunes incluyen: [ 50 ]

Entre los parámetros menos comunes se incluye el índice de reproducción cromática (IRC).

Esperanza de vida

La vida útil de muchos tipos de lámparas se define como el número de horas de funcionamiento en las que falla el 50% de ellas; es decir, la vida útil media de las lámparas. Tolerancias de producción tan bajas como el 1% pueden generar una variación del 25% en la vida útil de las lámparas, por lo que, en general, algunas lámparas fallarán mucho antes de la vida útil nominal, y otras durarán mucho más. En el caso de los LED, la vida útil de la lámpara se define como el tiempo de funcionamiento en el que el 50% de las lámparas han experimentado una disminución del 70% en la emisión de luz. En la década de 1900, se formó el cártel de Phoebus con el objetivo de reducir la vida útil de las bombillas eléctricas, un ejemplo de obsolescencia programada . [ 51 ] [ 52 ]

Algunos tipos de lámparas también son sensibles a los ciclos de encendido y apagado. En habitaciones con encendido y apagado frecuentes, como los baños, la vida útil de la lámpara puede ser mucho menor que la indicada en la caja. Las lámparas fluorescentes compactas son particularmente sensibles a estos ciclos. [ 53 ]

Usos

Una lámpara LED de filamento de vidrio transparente

La cantidad total de luz artificial (especialmente la del alumbrado público ) es suficiente para que las ciudades sean fácilmente visibles de noche desde el aire y desde el espacio. La iluminación exterior creció a un ritmo del 3 al 6 por ciento durante la segunda mitad del siglo XX y es la principal fuente de contaminación lumínica [ 54 ] que dificulta el trabajo de los astrónomos [ 55 ] y otros, dado que el 80 % de la población mundial vive en zonas con contaminación lumínica nocturna. [ 56 ] Se ha demostrado que la contaminación lumínica tiene un efecto negativo en algunas especies de fauna silvestre. [ 54 ] [ 57 ]

Las lámparas eléctricas pueden utilizarse como fuentes de calor, por ejemplo en incubadoras , como lámparas infrarrojas en restaurantes de comida rápida y en juguetes como el horno de juguete Kenner Easy-Bake Oven . [ 58 ]

Las lámparas también se pueden usar para terapia de luz para tratar problemas como la deficiencia de vitamina D , [ 59 ] afecciones de la piel como el acné [ 60 ] [ 61 ] y la dermatitis , [ 62 ] cánceres de piel , [ 63 ] y trastorno afectivo estacional . [ 64 ] [ 65 ] [ 66 ] Las lámparas que emiten una frecuencia específica de luz azul también se usan para tratar la ictericia neonatal [ 67 ] y el tratamiento que inicialmente se realizaba en hospitales ahora se puede llevar a cabo en casa. [ 68 ] [ 69 ]

Las lámparas eléctricas también pueden usarse como luz de cultivo para ayudar al crecimiento de las plantas [ 70 ] especialmente en hidroponía de interior y plantas acuáticas con investigaciones recientes sobre los tipos de luz más efectivos para el crecimiento de las plantas. [ 71 ]

simbolismo cultural

En la cultura occidental, una bombilla —en particular, la aparición de una bombilla encendida sobre la cabeza de una persona— simboliza la inspiración repentina.

Una representación estilizada de una bombilla aparece como logotipo del partido turco AK . [ 72 ] [ 73 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ Algunos tipos de luminarias portátiles también se conocen comúnmente como lámparas . [ 4 ]

Referencias

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