Lamparas Incandecentes

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular Para La Educación

Misión Sucre

Carora-Edo-Lara

Tipos de Lámparas y Sus Principios de Funcionamientos

Integrante:

Wilfredo Páez

CI:16441517

Carora, Abril del 2013

Introducción:

En el siguiente trabajo vamos a conocer los tipos de lámpara y sus funcionamientos ya que atraves de este podremos obtener resultados benefactorios para nuestros conocimientos y saber con exactitud los tipos de lámparas y poder diferenciar cada una de ellas y también conocer sus partes.

Lámpara incandescente

Una lámpara incandescente, o lámpara de incandescencia1 es un dispositivo que produce luz mediante el calentamiento por efecto Joule de un filamento metálico, en la actualidad wolframio, hasta ponerlo al rojo blanco, mediante el paso de corriente eléctrica. Con la tecnología existente, actualmente se consideran poco eficientes ya que el 95% de la electricidad que consume la transforma en calor y solo el 5% restante en luz

Funcionamiento y partes

1. Envoltura - ampolla de vidrio - bulbo.

2. Gas inerte.

3. Filamento de wolframio.

4. Hilo de contacto (va al pie).

5. Hilo de contacto (va a la base).

6. Alambre(s) de sujeción y disipación de calor del filamento.

7. Conducto de refrigeración y soporte interno del filamento.

8. Base de contacto.

9. Casquillo metálico.

10. Aislamiento eléctrico.

11. Pie de contacto eléctrico.

Consta de un filamento de wolframio muy fino, encerrado en una ampolla de vidrio en la que se ha hecho el vacío, o se ha rellenado con un gas inerte, para evitar que el filamento se volatilice por las altas temperaturas que alcanza. Se completa con un casquillo metálico, en el que se ubican las conexiones eléctricas.

La ampolla varía de tamaño con la potencia de la lámpara, puesto que la temperatura del filamento es muy alta y, al crecer la potencia y el desprendimiento de calor, es necesario aumentar la superficie de enfriamiento.

Inicialmente en el interior de la ampolla se hacía el vacío. Actualmente la ampolla está rellena de algún gas noble (normalmente kriptón) que impide la combustión del filamento.

El casquillo sirve también para fijar la lámpara en un portalámparas por medio de una rosca (llamada Rosca Edison) o una bayoneta. En casi todo el mundo los casquillos de rosca para lámparas de potencias medias se designan con el código de roscas Edison E-27, representando este número la medida en milímetros de su rosca. Es también muy frecuente una talla menor de rosca, la llamada E-14, o rosca Mignon, y la llamada Goliath, E-40, reservada para lámparas de grandes potencias.

En países como Francia o el Reino Unido, está o ha estado en uso para servicio regular durante muchos años, el casquillo de bayoneta en sus versiones de doble contacto, tanto de paso ancho (B-22d o B22d) similar en tamaño al E-27 y adecuado para lámparas estándar, como el estrecho (BA-15d o BA15d), equivalente al E-14 y por tanto, el más indicado para lámparas de pequeño tamaño, tales como del tipo flama-vela, esféricas, miniatura y decorativas. Esta clase de casquillo deriva directamente dei originalmente ideado por Swan, existiendo también versiones de un solo contacto, tanto en los diámetros antes mencionados, como en pasos más estrechos, tales como el BA-10 o el BA-5, de 10 y 5 mm de diámetro respectivamente.

FUNCIONAMIENTO DE LA LÁMPARA INCANDESCENTE

En la mayoría de los casos junto con la luz se genera también calor, siendo esa la forma más común de excitar los átomos de un filamento para que emita fotones y alcance el estado de incandescencia.

Normalmente cuando la corriente fluye por un cable en un circuito eléctrico cerrado, disipa siempre energía en forma de calor debido a la fricción o choque que se produce entre los electrones en movimiento. Si la temperatura del metal que compone un cable se eleva excesivamente, el forro que lo protege se derrite, los alambres de cobre se unen por la pérdida del aislamiento y se produce un corto circuito. Para evitar que eso ocurra los ingenieros y técnicos electricistas calculan el grosor o área transversal de los cables y el tipo de forro aislante que deben tener, de forma tal que puedan soportar perfectamente la intensidad máxima de corriente en ampere que debe fluir por un circuito eléctrico.

Cuando un cable posee el grosor adecuado las cargas eléctricas fluyen normalmente y la energía que liberan los electrones en forma de calor es despreciable. Sin embargo, todo lo contrario ocurre cuando esas mismas cargas eléctricas o electrones fluyen a través de un alambre de metal extremadamente fino, como es el caso del filamento que emplean las lámparas incandescentes. Al ser ese alambre más fino y ofrecer, por tanto, más resistencia al paso de la corriente, las cargas eléctricas encuentran mayor obstáculo para moverse, incrementándose la fricción.

A.– Las cargas eléctricas o electrones fluyen normalmente por el conductor desprendiendo poco calor. B.– Cuando un metal ofrece resistencia al flujo de la corriente, la fricción de las cargas eléctricas. chocando unas contra otras provocan que su temperatura se eleve. En esas condiciones las moléculas. del metal se excitan, alcanzan el estado de incandescencia y los electrones pueden llegar a emitir. fotones de luz.

Cuando las cargas eléctricas atraviesan atropelladamente el metal del filamento de una lámpara incandescente, provocan que la temperatura del alambre se eleve a 2 500 ºC (4 500 ºF) aproximadamente. A esa temperatura tan alta los electrones que fluyen por el metal de tungsteno comienzan a emitir fotones de luz blanca visible, produciéndose el fenómeno físico de la incandescencia.

La gran excitación que produce la fricción en los átomos del tungsteno o wolframio (W), metal del que está compuesto el filamento, provoca que algunos electrones salgan despedidos de su órbita propia y pasen a ocupar una órbita más externa o nivel superior de energía dentro del propio átomo. Pero la gran atracción que ejerce constantemente el núcleo del átomo sobre sus electrones para impedir que abandonen sus correspondientes órbitas, hace que regresen de inmediato a ocuparlas de nuevo. Al reincorporarse los electrones al lugar de procedencia, emiten fotones de luz visible para liberar la energía extra que adquirieron al ocupar momentáneamente una órbita superior.

Lámpara de descargas

Una lámpara de descarga se basa en el fenómeno de la luminiscencia, por el cual se producen radiaciones luminosas con un escaso aumento de la temperatura, por lo que se las llama lámparas frías.

Las lámparas de descarga se pueden clasificar según el gas utilizado (vapor de mercurio o sodio) o la presión a la que este se encuentre (alta o baja presión). Las propiedades varían mucho de unas a otras y esto las hace adecuadas para unos usos u otros.

Lámparas fluorescentes

Las lámparas fluorescentes son lámparas de vapor de mercurio a baja presión (0.8 Pa). Son de luz dura. En estas condiciones, en el espectro de emisión del mercurio predominan las radiaciones ultravioletas en la banda de 253.7 nm. Para que estas radiaciones sean útiles, se recubren las paredes interiores del tubo con polvos fluorescentes que convierten los rayos ultravioletas en radiaciones visibles. De la composición de estas sustancias dependerán la cantidad y calidad de la luz, y las cualidades cromáticas de la lámpara. En la actualidad se usan dos tipos de polvos; los que producen un espectro continuo y los trifósforos que emiten un espectro de tres bandas con los colores primarios. De la combinación de estos tres colores se obtiene una luz blanca que ofrece un buen rendimiento de color sin penalizar la eficiencia como ocurre en el caso del espectro continuo.La duración de estas lámparas se sitúa entre 5000 y 7000 horas. Su vida termina cuando el desgaste sufrido por la sustancia emisora que recubre los electrodos, hecho que se incrementa con el número de encendidos, impide el encendido al necesitarse una tensión de ruptura superior a la suministrada por la red. Además de esto, hemos de considerar la depreciación del flujo provocada por la pérdida de eficacia de los polvos fluorescentes y el ennegrecimiento de las paredes del tubo donde se deposita la sustancia emisora. El rendimiento en color de estas lámparas varía de moderado a excelente según las sustancias fluorescentes empleadas. Para las lámparas destinadas a usos habituales que no requieran de gran precisión su valor está entre 80 y 90. De igual forma la apariencia y la temperatura de color varía según las características concretas de cada lámpara.

Apariencia de color Tcolor (K)

Blanco cálido 3000

Blanco 3500

Natural 4000

Blanco frío 4200

Luz día 6500

] Lámparas de vapor de mercurio a alta presión

A medida que aumentamos la presión del vapor de mercurio en el interior del tubo de descarga, la radiación ultravioleta característica de la lámpara a baja presión pierde importancia respecto a las emisiones en la zona visible (violeta de 404.7 nm, azul 435.8 nm, verde 546.1 nm y amarillo 579 nm). En estas condiciones la luz emitida, de color azul verdoso, no contiene radiaciones rojas.

Para resolver este problema se acostumbra a añadir sustancias fluorescentes que emitan en esta zona del espectro. De esta manera se mejoran las características cromáticas de la lámpara. La temperatura de color se mueve entre 3500 y 4500 K con índices de rendimiento en color de 40 a 45 normalmente. La vida útil, teniendo en cuenta la depreciación, se establece en unas 8000 horas. La eficacia oscila entre 40 y 60 lm/W y aumenta con la potencia, aunque para una misma potencia es posible incrementar la eficacia añadiendo un recubrimiento de polvos fosforescentes que conviertan la luz ultravioleta en visible.

Lámparas de luz de mezcla

Las lámparas de luz de mezcla son una combinación de una lámpara de mercurio a alta presión con una lámpara incandescente y, habitualmente, un recubrimiento fosforescente. El resultado de esta mezcla es la superposición, al espectro del mercurio, del espectro continuo característico de la lámpara incandescente y las radiaciones rojas provenientes de la fosforescencia.

Su eficacia se sitúa entre 20 y 60 lm/W y es el resultado de la combinación de la eficacia de una lámpara incandescente con la de una lámpara de descarga. Estas lámparas ofrecen una buena reproducción del color con un rendimiento en color de 60 y una temperatura de color de 3600 K. La duración viene limitada por el tiempo de vida del filamento que es la principal causa de fallo. Respecto a la depreciación del flujo hay que considerar dos causas. Por un lado tenemos el ennegrecimiento de la ampolla por culpa del wolframio evaporado y por otro la pérdida de eficacia de los polvos fosforescentes. En general, la vida media se sitúa en torno a las 6000 horas.

Lámparas con halogenuros metálicos

Si añadimos en el tubo de descarga yoduros metálicos (sodio, talio, indio...) se consigue mejorar considerablemente la capacidad de reproducir el color de la lámpara de vapor de mercurio. Cada una de estas sustancias aporta nuevas líneas al espectro (por ejemplo amarillo el sodio, verde el talio y rojo y azul el indio).

Los resultados de estas aportaciones son una temperatura de color de 3000 a 6000 K dependiendo de los yoduros añadidos y un rendimiento del color de entre 65 y 85. La eficiencia de estas lámparas ronda entre los 60 y 96 lm/W y su vida media es de unas 10000 horas. Tienen un periodo de encendido de unos diez minutos, que es el tiempo necesario hasta que se estabiliza la descarga. Para su funcionamiento es necesario un dispositivo especial de encendido, puesto que las tensiones de arranque son muy elevadas (1500-5000 V).

Las excelentes prestaciones cromáticas la hacen adecuada entre otras para la iluminación de instalaciones deportivas, para retransmisiones de TV, estudios de cine, proyectores, etc.

Lámparas de vapor de sodio a baja presión

La radiación emitida, de color amarillo, está muy próxima al máximo de sensibilidad del ojo humano (555 nm). Por ello, la eficacia de estas lámparas es muy elevada (entre 160 y 180 lm/W). Otras ventajas que ofrece es que permite una gran comodidad y agudeza visual, además de una buena percepción de contrastes. Por contra, su monocromatismo hace que la reproducción de colores y el rendimiento en color sean muy malos haciendo imposible distinguir los colores de los objetos.

La vida media de estas lámparas es muy elevada, de unas 15000 horas y la depreciación de flujo luminoso que sufren a lo largo de su vida es muy baja por lo que su vida útil es de entre 6000 y 8000 horas. Esto junto a su alta eficiencia y las ventajas visuales que ofrece la hacen muy adecuada para usos de alumbrado público, aunque también se utiliza con finalidades decorativas. En cuanto al final de su vida útil, este se produce por agotamiento de la sustancia emisora de electrones como ocurre en otras lámparas de descarga. Aunque también se puede producir por deterioro del tubo de descarga o de la ampolla exterior

Lámparas de vapor de sodio a alta presión

Las lámparas de vapor de sodio a alta presión tienen una distribución espectral que abarca casi todo el espectro visible proporcionando una luz blanca dorada mucho más agradable que la proporcionada por las lámparas de baja presión.

Las consecuencias de esto es que tienen un rendimiento en color (Tcolor= 2100 K) y capacidad para reproducir los colores mucho mejores que la de las lámparas a baja presión (IRC = 25, aunque hay modelos de 65 y 80 ). No obstante, esto se consigue a base de sacrificar eficacia; aunque su valor que ronda los 130 lm/W sigue siendo un valor alto comparado con los de otros tipos de lámparas.

La vida media de este tipo de lámparas ronda las 20000 horas y su vida útil entre 8000 y 12000 horas. Entre las causas que limitan la duración de la lámpara, además de mencionar la depreciación del flujo tenemos que hablar del fallo por fugas en el tubo de descarga y del incremento progresivo de la tensión de encendido necesaria hasta niveles que impiden su correcto funcionamiento. Las condiciones de funcionamiento son muy exigentes debido a las altas temperaturas (1000 °C), la presión y las agresiones químicas producidas por el sodio que debe soportar el tubo de descarga. En su interior hay una mezcla de sodio, vapor de mercurio que actúa como amortiguador de la descarga y xenón que sirve para facilitar el arranque y reducir las pérdidas térmicas. El tubo está rodeado por una ampolla en la que se ha hecho el vacío. La tensión de encendido de estas lámparas es muy elevada y su tiempo de arranque es muy breve.

Funcionamiento de una lámpara de descarga

Las lámparas de descarga constituyen una forma alternativa de producir luz de una manera más eficiente y económica que las lámparas incandescentes. Por eso, su uso está tan extendido hoy en día. La luz emitida se consigue por excitación de un gas sometido a descargas eléctricas entre dos electrodos. Según el gas contenido en la lámpara y la presión a la que esté sometido tendremos diferentes tipos de lámparas, cada una de ellas con sus propias características luminosas.

En las lámparas de descarga, la luz se consigue estableciendo una corriente eléctrica entre dos electrodos situados en un tubo lleno con un gas o vapor ionizado.

En el interior del tubo, se producen descargas eléctricas como consecuencia de la diferencia de potencial entre los electrodos. Estas descargas provocan un flujo de electrones que atraviesa el gas. Cuando uno de ellos choca con los electrones de las capas externas de los átomos les transmite energía y pueden suceder dos cosas.

La primera posibilidad es que la energía transmitida en el choque sea lo suficientemente elevada para poder arrancar al electrón de su orbital. Este, puede a su vez, chocar con los electrones de otros átomos repitiendo el proceso. Si este proceso no se limita, se puede provocar la destrucción de la lámpara por un exceso de corriente.

La otra posibilidad es que el electrón no reciba suficiente energía para ser arrancado. En este caso, el electrón pasa a ocupar otro orbital de mayor energía. Este nuevo estado acostumbra a ser inestable y rápidamente se vuelve a la situación inicial. Al hacerlo, el electrón libera la energía extra en forma de radiación electromagnética, principalmente ultravioleta (UV) o visible. Un electrón no puede tener un estado energético cualquiera, sino que sólo puede ocupar unos pocos estados que vienen determinados por la estructura atómica del átomo. Como la longitud de onda de la radiación emitida es proporcional a la diferencia de energía entre los estados inicial y final del electrón y los estados posibles no son infinitos, es fácil comprender que el espectro de estas lámparas sea discontinuo.

Relación entre los estados energéticos de los electrones y las franjas visibles en el espectro

La consecuencia de esto es que la luz emitida por la lámpara no es blanca (por ejemplo en las lámparas de sodio a baja presión es amarillenta). Por lo tanto, la capacidad de reproducir los colores de estas fuentes de luz es, en general, peor que en el caso de las lámparas incandescentes que tienen un espectro continuo. Es posible, recubriendo el tubo con sustancias fluorescentes, mejorar la reproducción de los colores y aumentar la eficacia de las lámparas convirtiendo las nocivas emisiones ultravioletas en luz visible.

Conclusión:

En conclusión podemos decir que gracias al trabajo realizado pudimos obtener conocimientos y en parte de ellos refrescar algunos que son de gran utilidad para nuestro desempeño en el área de la electricidad pudimos conocer las partes de las lámparas incandescentes así como también la de descargas y como es su funcionamiento y donde podemos utilizar cada una de ellas cuál es su consumo nos dimos cuenta cuales de estas son más comunes y también su duración de vida entre otros.

...