Balastos Electrnicos Para Lmparas Fluorescentes Por qu? Antes de comenzar a transitar el camino de esta tecnologa, debemos preguntarnos qu fue lo que impuls a invertir en desarrollo, para que a lo largo de los aos, el grado de seguridad y confiabilidad de los balastos electrnicos fuera aumentando hasta afianzarse en el mercado como una opcin tentadora. Sin lugar a dudas el ahorro energtico es el pilar primordial. Nacido de su predecesor, el balasto electromagntico, la reactancia electrnica supone una evolucin sin atentar contra sus orgenes, pero con una vuelta de tuerca bastante interesante, la cual analizaremos en el presente artculo.

Una cuestin de relaciones. Si vamos a hablar de ahorro energtico, tenemos que sentar en claro algunas cuestiones muy importantes. Supongamos que usted tiene un salario mensual de 1000 dlares. Podra yo, bajo estas circunstancias y en ste momento, determinar si su salario es excesivo, apropiado o escaso? Consideremos un escenario opuesto: si le dijera que mi automvil tiene una autonoma de 450 kilmetros Podra usted decirme si la misma es adecuada? En ambos casos la respuesta es NO. No podemos determinar si usted gana mucho o si la autonoma de mi vehculo es apropiada. Para poder conocer la realidad, tenemos que relacionar el servicio con el consumo. All nace lo que llamamos "rendimiento". El rendimiento se calcula como el servicio prestado sobre el consumo. En otras palabras, es la prestacin en funcin de lo que voy a pagar por ella. Para el ejemplo del vehculo, el rendimiento se expresa en kilmetros por litro (km/l). Si usted es el jefe de seguridad de un reactor nuclear, y se conforma con 1000 dlares al mes, sera un empleado un tanto particular... puesto que presta un servicio muy alto en funcin de lo que gana. Los directivos de la compaa estaran encantados con su rendimiento. En iluminacin, el rendimiento se expresa en lmenes por watt (lm/W). Lmenes entregados (prestacin) / Watts consumidos (que representa un costo). Recuerde que siempre debe preguntarse "respecto de" o "respecto a". Qu tal un ejemplo para redondear? Una lmpara fluorescente de bajo consumo, es bajo consumo respecto de una lmpara incandescente, por lo tanto, si observa la tabla que se muestra debajo, una lmpara de vapor de sodio alta presin tiene mejor rendimiento (aunque sea de una potencia superior). Aqu tiene una tabla con los rendimientos de las lmparas ms conocidas del mercado:

El Punto de Partida Con el paso del tiempo, la tecnologa de las lmparas fue evolucionando y era necesario que los equipos auxiliares acompaaran dicho crecimiento. Veamos de qu forma pudieron hacerlo. Si consideramos que un balasto convencional est calculado para limitar la corriente de lmpara, la frmula de impedancia (resistencia en corriente alterna) es la siguiente:

Donde Z es la resistencia que presenta el balasto al paso de la corriente alterna, f es la frecuencia de trabajo (50Hz en Argentina) y L es el valor de inductancia de la bobina del balasto (medido en Henry). Resulta evidente darse cuenta que el consumo propio del balasto est directamente ligado a la construccin de la bonina, ya que depende de su valor de inductancia. All se pierde potencia en el cobre, dado que no es un conductor perfecto y en el hierro, a travs de las corrientes parsitas o corrientes de Foucault. Cuanto menor sea la cantidad de cobre y de hierro utilizada, menor ser la potencia que se pierda en estos componentes. Pero, si pretendemos reducir esos componentes, el valor de inductancia de la bobina se reducir proporcionalmente, haciendo que la impedancia (Z) baje. Bajo esas circunstancias la corriente aumentar, poniendo en riesgo la vida de la lmpara. Se le ocurre alguna forma de bajar el valor de L y mantener Z constante? Ni "2" ni "" se pueden cambiar ya que son valores constantes. El camino es aumentar la frecuencia de alimentacin (F) lo suficiente como para que el valor de L sea tan bajo como para despreciar su potencia de prdida. Ese es el principio de funcionamiento de un balasto electrnico. Bsicamente, un balasto electrnico es un dispositivo que incrementa muchas veces la frecuencia de alimentacin para que la bobina del balasto sea lo suficientemente pequea y sus prdidas de potencia sean despreciables. Ahora podra darse cuenta porque le digo que esta tecnologa es complementaria. El balasto electromagntico no deja de existir, solo se reduce de tamao y se incorpora dentro del circuito del balasto electrnico. A partir de ahora, vamos a darle el nombre de "bobina limitadora" o "bobina de salida". Observe el tamao de una bobina limitadora al colocar un sistema electrnico de aumento de frecuencia:

Hasta ahora el ahorro de energa que se consigue con un balasto electrnico es del 15% por el hecho de la reduccin de las prdidas en el balasto.

La historia no termina all Resulta, que adems del ahorro que se produce en el balasto, existe un ahorro adicional producto de que las lmparas fluorescentes, al ser alimentadas con alta frecuencia, proporcionan mayor cantidad de luz a igual potencia consumida. Resumiendo muy brevemente el tema y sin entrar demasiado en temas fsicos, resulta que con el aumento de frecuencia, se incrementan los choques de electrones que desprenden fotones, respecto de los choques que desprenden calor. Ese incremento de flujo luminoso es del 10%.

Z = 2 . . f . L

Por lo tanto, el balasto electrnico se ajusta para que la cantidad de luz en lmpara vuelva al 100% y ese 10% se suma al ahorro producido por el balasto en la red. En resumidas cuentas el ahorro de energa real total producido por un balasto electrnico es del 25%.

Las Diversas Etapas del Proceso

Ahora que tenemos en claro los principios a travs de los cuales abordaremos los objetivos, iremos recorriendo una a una las etapas del procesamiento de la forma de onda, desde la entrada de red de 50 Hz hasta la salida de alta frecuencia que se aplicar directamente a la lmpara (con todo lo que ello implica). Observe el diagrama en bloques de la figura 5:

Claro que si usted prefiere algo un tanto ms real, podemos mostrarle estas mismas etapas dentro del circuito real del balasto electrnico. Primero aquellas que se ven desde la parte superior (figura 6):

Luego las etapas que, por la modalidad tecnolgica adoptada para la fabricacin (tecnologa SMD) se ven desde la parte inferior (figura 7):

No se asuste si no comprende la sigla SMD, ms adelante explicaremos el tema con detalle.

Red de Alimentacin

Filtro De

Red

Rectificador

Corrector Del FP

Oscilador

Balasto

Limitador

Limitadpr

Circuito

Protector

Circuito de

Precaldeo

Lmpara

Figura 5

Filtro de Red Corrector del FP Rectificador Balasto Limitador

Precaldeo

Figura 6

Corrector del FP Oscilador Circuito Protector Figura 7

Primera Etapa - Filtro de Red Generalmente, los balastos electrnicos se alimentan directamente desde la red de tensin alterna. Idealmente, podramos suponer que la forma de onda de esta tensin es senoidal, pero en la prctica, contiene ruidos ocasionados por diversos eventos (como podra ser el arranque de motores). Este ruido est compuesto por picos de muy alta tensin y corta durabilidad (alta frecuencia) a los cuales llamamos transitorios de red. Si bien los transitorios no tienen la suficiente energa como para afectar el funcionamiento de los equipos de iluminacin con balastos electromecnicos, el oscilador del balasto electrnico es demasiado delicado como para dejar librado al azar el hecho de resistirlos. Sin entrar en demasiado detalle, podemos decir que el filtro de red bloquea los transitorios de la lnea de alimentacin para evitar el paso de los mismos hacia las etapas ms delicadas del circuito. Aqu tiene algunos circuitos de filtros, de diferentes tecnologas (figura 8):

La diferencia entre las distintas generaciones de filtros de red, radica en la calidad del filtrado. El filtro de segunda generacin posee una doble celda que refuerza la capacidad de rechazo a las altas frecuencias producidas tanto los transitorios, como por el mismo oscilador del balasto. Esto permite asegurarnos que la nica frecuencia recibida por el circuito sea la baja frecuencia de alimentacin (50 / 60 Hz) y no los picos de alta frecuencia. Algo muy importante para citar, es que el filtro de red evita que la alta frecuencia que proviene del oscilador del balasto que se encuentra en etapas posteriores, se inyecte en la lnea de alimentacin. Este es uno de los puntos que exige la norma en cuanto a compatibilidad electromagntica (figura 9).

Qu tengo que saber de los filtros de red? Hay algo que usted no puede dejar de saber de los filtros de red (sea cual fuese su tecnologa). Considere el siguiente escenario: entra un transitorio por el conductor de fase, de unos miles de Volts. El filtro tranquilamente podra limitarlo con un inductor serie y derivarlo al neutro con un capacitor de esta forma (figura 10):

Filtro de Primera Generacin

Filtro de Segunda Generacin

Figura 8

Figura 10

Figura 9

Las flechas rojas indican la circulacin del transitorio de alta frecuencia. El mismo ingresa por la fase, L lo filtra y C se encarga de derivar los restos al neutro para que la onda entre pura al circuito del balasto. Toda esta magia sucede porque entre el pico del transitorio y el neutro (N) existe una gran diferencia de potencial que permite la circulacin de corriente. Pero, Qu sucedera si el transitorio ingresara por la fase y por el neutro al mismo tiempo? Este es el escenario ms comn. Evidentemente el circuito anterior queda totalmente inutilizado ya que entre la fase y el neutro no existira diferencia de potencial que permita que el ruido circule. Para ello, realizando mejoras, arribamos a este otro tipo de filtro (figura 11): Aqu la nica magia es la tierra, que establece un punto de referencia en 0 (cero) Volts para que siempre exista diferencia de potencial, siendo que el ruido entre por la fase, por el neutro o por ambos conductores. Las flechas rojas indican el recorrido del transitorio, en este caso, se trata de un transitorio que ingresa por ambos conductores. Como una conclusin muy importante, se puede afirmar que el conductor de tierra es rigurosamente obligatorio para activar el filtro de red del balasto electrnico. De no ser conectado, el filtro se limita a frenar nicamente los ruidos que ingresen o por la fase, o por neutro. Este es un caso totalmente improbable, puesto que en la mayora de los casos el transitorio ingresa por ambos conductores. Regla N 1: El conductor de tierra es rigurosamente obligatorio cuando instale circuitos de iluminacin con balastos electrnicos.

Algo Ms? Si, por supuesto, resta por comentar algo de suma importancia. Si observa el circuito de la figura 10, podra darse cuenta que, si bien C1 y C2 estn calculados para derivar ruidos de alta frecuencia, tambin se llevan una pequea parte de los 50 / 60 Hz de alimentacin. Por lo tanto, existe una corriente que se est derivando a tierra constantemente. El nivel de esta corriente, depende de la tecnologa del filtro, siendo los ms modernos, aquellos que derivan un menor nivel de corriente a tierra. A medida que el nmero de balastos electrnicos instalados por circuito aumenta, puede que el disyuntor diferencial acte (figura 12).

Regla N 2: Tenga sus precauciones al instalar un alto nmero de balastos electrnicos por disyuntor diferencial monofsico, elija siempre balastos electrnicos con filtros de segunda generacin para reducir estos niveles de corriente indeseados.

Figura 11

Figura 12

+ + +

Luego de esta etapa:

Etapa N 2 Rectificador Si bien esta etapa es, tal vez, la ms sencilla de comprender, hay consideraciones de importancia para resaltar. En cuanto a la funcin propiamente dicha no hay demasiado que decir, simplemente convierte la forma de onda senoidal alterna de la red en tensin continua. Esta tensin continua ser demandada por el oscilador para producir la alta frecuencia. Qu tengo que saber acerca del rectificador? Dentro del rectificador se encuentra uno de los componentes ms delicados del circuito: el capacitor de filtro. La calidad de este componente determina, ni ms ni menos, la vida til del balasto electrnico. Esto se debe a que los capacitores utilizados para filtrar la tensin alterna y producir una seal lo suficientemente pura de tensin continua, son muy sensibles a la temperatura. Observe la figura 13, el capacitor de filtro es fcilmente identificable:

Es altamente recomendable que la temperatura del capacitor especificada por el fabricante sea de 105 C para que la vida til del balasto electrnico pueda abordar a las 50.000 horas (figura 14).

Regla N 3: Escoja siempre balastos electrnicos cuya vida til sea mayor o igual a 50.000 horas, para lo cual, deber estar dotado de un capacitor de filtro de alta temperatura. Algo Ms? Dado que los capacitores de filtro poseen un valor de capacidad alto representan una carga importante al encontrarse descargados. Recuerde que cuando un capacitor se encuentra descargado, representa un corto circuito que ir desapareciendo conforme el capacitor se vaya cargando. Pero en el momento del encendido del balasto, el capacitor de filtro se encuentra descargado y puede que la corriente de arranque sea lo suficientemente alta como para disparar la proteccin de la llave termomagntica. Obviamente que este efecto se hace evidente cuando se encienden varios balastos electrnicos al mismo tiempo (figura 15).

Capacitor de Filtro Figura 13

Figura 14

Tenga en consideracin remitirse a la especificacin del fabricante, donde se informa la cantidad mxima de balastos electrnicos por interruptor termomagntico en funcin de la potencia del equipo. Regla N 4: Tenga la precaucin de consultar siempre la cantidad mxima de balastos electrnicos por interruptor termomagntico de acuerdo a la potencia instalada. Evite utilizar interruptores termomagnticos de curvas rpidas, como ser curva A. Luego de esta etapa:

Etapa 3 Corrector del Factor de Potencia Permtame hacerle una pregunta: Podra imaginarse que tipo de factor de potencia tiene un balasto electrnico? Vamos a tratar de ayudarlo un poco: piense en ese capacitor de filtro que acabamos de ver conectado directamente a la red Todava no adivin? Seguro que s! Contrariamente a cualquier tipo de balasto o elemento inductivo colocado a la red, el factor de potencia de un balasto electrnico es capacitivo. Esto significa, que no vamos a poder corregirlo agregando un capacitor como habitualmente lo hacemos con las instalaciones de iluminacin tradicionales. Aqu vamos a precisar la ayuda del fabricante, para que el factor de potencia sea corregido por algn mtodo dentro del circuito del balasto electrnico.

Recuerde que si el factor de potencia no se corrige, usted est expuesto a multas y/o a pagar por el costo de la energa reactiva consumida.

Hay varios mtodos por intermedio de los cuales, puede corregirse el factor de potencia dentro del circuito del balasto electrnico. Esto depende de la tecnologa empleada y por supuesto, impacta tanto en el costo como en la calidad del equipo. Bsicamente, se pueden definir tres mtodos de correccin:

Por Software: Es el mtodo ms moderno, pero depende directamente de la tecnologa empleada para la construccin del oscilador (etapa siguiente). Aqu, un software incluido en la ROM de un microprocesador, el cual opera el oscilador del balasto, se encarga tambin de calcular la correccin perfecta del factor de potencia, inyectando la seal faltante en la entrada de red. Tal vez habr odo hablar de inyeccin de seal o Fill Valley. Con este mtodo de gran precisin se logran valores en el orden de 0.98 / 0.99.

Activo por Circuito Integrado: Este mtodo utiliza un circuito integrado (chip) especialmente dedicado para tal fin incorporado el circuito del balasto electrnico. Los valores obtenidos son, al igual que el mtodo de correccin por software, muy precisos y confiables (0.96 / 0.98).

Figura 15

+ + +

Pasivo: Es el mtodo ms antiguo, el cual utiliza componentes pasivos para la correccin del factor de potencia. Los valores obtenidos son poco precisos e inestables, suelen oscilar respecto de los cambios en la tensin de red (0.85 / 0.90).

Regla N 5: Exija siempre balastos electrnicos con factor de potencia corregido, caso contrario, no podr hacerlo externamente y se expone a penalizaciones y pagos innecesarios de energa reactiva. Luego de esta etapa:

Luego de la correccin del factor de potencia, la forma de onda de tensin continua aumenta un poco, pero es tan solo un detalle, no hace al funcionamiento del equipo. Etapa 4: Oscilador Es el corazn del balasto electrnico, y al mismo tiempo la etapa ms delicada y comprometida del circuito. Todas las protecciones incorporadas (algunas las hemos mencionado, otras restan por mencionar) trabajan para cuidar al oscilador. La tarea del oscilador es generar la corriente alterna de alta frecuencia que se aplicar al balasto limitador y a la lmpara a travs de este. El oscilador puede representarse como una llave electrnica que abre y cierra a altsimas velocidades recortando la forma de onda de tensin continua (en el orden de los 50.000 ciclos por segundo). La tecnologa del oscilador define y caracteriza al balasto electrnico y, por supuesto, impacta tanto en el costo como en la seguridad y la performance del equipo. Constructivamente el oscilador se compone de dos transistores que actan de llave interruptora, cuando una llave abre, la otra cierra y as sucesivamente (figura 16).

Las protecciones incorporadas al balasto, intentan evitar que bajo ninguna circunstancia se cierren ambos transistores al mismo tiempo. Esto provocara un cortocircuito directo de la tensin de alimentacin y el fin del balasto electrnico. Por qu sucedera esto? Los transistores que actan de llave electrnica, suelen ser de tecnologas FET o MOSFET, esto significa que se activan por efecto de campo y no consumen corriente de entrada. La razn de utilizar estas tecnologas, es evitar un consumo de corriente innecesario para activar el transistor, consumo que se hara presente en el caso de colocar transistores bipolares convencionales. Esto contribuye con el ahorro de energa general del circuito. Por lo tanto, cualquier transitorio que lograra llegar a cualquiera de los transistores, podra hacer que este se active cuando el otro an permanece activado. A esto se lo llama cruce de los transistores de salida.

Figura 16

Tenga en cuenta que el 99,9% de las destrucciones de balastos electrnicos se deben a cruces de los transistores de salida, ocasionados (entre otras causas que detallaremos luego) por transitorios de red. Observe la figura 17, donde se muestra un circuito de balasto electrnico destruido por un cruce de los transistores de salida:

Ahora comprende la importancia de un filtro de red de alta tecnologa?

Tecnologas de Aplicacin para Osciladores de Balastos Electrnicos: Primera generacin: El oscilador est construido con componentes pasivos, se basa en un transformador toroidal con salidas homologas invertidas. Este circuito es muy antiguo y durante muchos aos constituyo la base mayoritaria de los osciladores de los balastos electrnicos (figura 18).

Desventajas:

Inestable, respecto de los cambios de temperatura (corrimiento de la frecuencia de trabajo).

Construccin y montaje manual, alta probabilidad de falla.

No se puede estabilizar flujo de lmpara con cambios de la tensin de red.

Un nico balasto no admite mltiples potencias de lmpara.

Alta prdida de potencia en forma de calor.

Alto riesgo de cruce de los transistores de salida.

Requiere un circuito de arranque adicional para comenzar a operar.

Requiere circuito adicional para garantizar el apagado de los transistores.

Baja vida til.

>>> Por todo esto, el oscilador de primera generacin se considera obsoleto

Segunda generacin: No pas mucho tiempo hasta que las grandes empresas fabricantes de semiconductores en el mundo comenzaran a ver al balasto electrnico como un target interesante para colocar sus componentes. Se desarrollan circuitos integrados (chips) que trabajan como osciladores digitales, incorporando muchas de las protecciones que el balasto de primera generacin requera. Estos circuitos integrados controlan toda la etapa de oscilacin y se conectan directamente a los transistores de salida (figura 19).

Ventajas:

Muy estables.

Protecciones bsicas del oscilador incorporadas.

Reducen el tamao del equipo.

Menor potencia consumida.

Bajo costo. Desventajas:

No solucionan la correccin del factor de potencia de forma directa (dependen de otro integrado).

No se puede estabilizar flujo de lmpara con cambios de la tensin de red.

Un nico balasto no admite mltiples potencias de lmpara.

Tercera generacin: Todas las operaciones se controlan por medio de un microprocesador especialmente diseado para balastos electrnicos, como ser los procesadores de potencia de la lnea Motorola. El trabajo del oscilador puede personalizarse al mximo, operando a travs de un software grabado en la memoria ROM (EEPROM) interna del micro. Esto permite, entre otras cosas, construir balastos electrnicos multipotencia, donde la frecuencia del oscilador se mueve en funcin de la potencia de lmpara conectada por el usuario. Tambin operan directamente sobre el MOSFET corrector del factor de potencia, logrndose valores muy precisos y estables. Algunos modelos de microprocesadores hasta pueden controlar trmicamente el balasto, disparando protecciones y grabando dentro de la memoria el cdigo de falla producido, por ejemplo, cuando el balasto es instalado en ambientes de alta temperatura. No existen lmites, todo depende de la creatividad y la capacidad de ingeniara del fabricante para generar el programa (figura 20).

Figura 19

Figura 20

Ventajas

Estabilidad perfecta.

Protecciones incorporadas.

Libertad de incorporar operaciones de confort y seguridad por software.

Controlan de forma directa la correccin del factor de potencia.

Regulan el flujo de lmpara con variaciones de la tensin de red.

Multipotencia: un nico balasto admite mltiples potencias de lmpara.

Reducen al mximo el tamao del equipo.

Mnimo consumo de potencia.

Control de temperatura opcional. Desventajas:

Mayor costo Luego de la etapa del oscilador

Balasto limitador o Bobina de Salida La bobina de salida es el componente que, de la misma forma que en un circuito con balastos electromagnticos, limita la corriente que se suministra a la lmpara. La bobina de salida es necesaria ya que la lmpara posee un efecto de resistencia negativa y necesita de un dispositivo regulador. El tamao se hace muy pequeo por las razones que hemos comentado en la primera entrega del captulo. No hay mucho ms que decir aqu, salvo por el ahorro de energa, producto de la reduccin proporcional al aumento de frecuencia, que hace despreciables las prdidas en ncleo de la bobina. Circuito de Proteccin Durante el funcionamiento normal del balasto electrnico, como es de esperar, la corriente aplicada a la lmpara circula a travs del gas de sta (figura 21).

Sin embargo cuando la lmpara se agota, la corriente deja de circular a travs del gas. En este momento, la configuracin del circuito hace que la corriente de salida del balasto electrnico comience a circular por el nico camino posible, o sea, a travs de los filamentos (figura 22).

Figura 21

Dado que la resistencia que presentan los filamentos es muy baja, la corriente tiende a aumentar considerablemente y pone en riesgo el circuito del balasto electrnico. Entonces, el balasto electrnico deber estar dotado de un circuito que detecte este tipo de sobrecorriente y proteja a los transistores del oscilador. Dicho circuito se llama: circuito de proteccin ante lmpara agotada. La funcin del mismo es desconectar el balasto electrnico ante la presencia de lmpara en condicin de agotamiento, ruptura o cortocircuito en los bornes de salida. De carecer de este tipo de proteccin, el balasto electrnico se quema s o s. Regla N 6: Exija siempre balastos electrnicos con proteccin ante lmpara agotada. Precaldeo de filamentos El precaldeo de filamentos se refiera a la forma en que el balasto electrnico enciende la lmpara. Bsicamente existen dos sistemas para el encendido de la lmpara:

Arranque Instantneo

Arranque por Precaldeo de Ctodos Arranque instantneo Los balastos electrnicos con arranque instantneo hacen que la lmpara encienda al instante, en el mismo momento en que se conecta la alimentacin del equipo. Este sistema de encendido tambin es conocido como Instant Start, Partida Rpida o arranque en fro y obviamente es el mtodo ms econmico, ya que no necesita circuitos adicionales dentro del balasto electrnico. Cuando el usuario acciona el interruptor, el balasto electrnico recibe alimentacin y enva alta tensin a la lmpara para ionizar el gas y producir el encendido. El problema radica en que los filamentos del tubo estn fros hasta entonces y esto produce desprendimiento de material que se va acumulando en los extremos de la lmpara, provocando el tpico ennegrecimiento de las puntas (figura 23).

Los sistemas de partida rpida envejecen prematuramente la lmpara, empeorando la condicin si el encendido se realiza ms de una vez al da. Arranque por Precaldeo de Ctodos A diferencia del arranque en fro, el arranque por precaldeo de ctodos (tambin conocido como arranque programado, Soft Start o arranque suave) evita el envejecimiento prematuro de la lmpara. Por otra parte, es el tipo de encendido reconocido por la norma IEC 60929. El arranque por precalentamiento de ctodos funciona de la siguiente forma: una vez que el usuario conecta la alimentacin del balasto electrnico, el circuito hace circular una corriente por los filamentos de la lmpara durante un intervalo de tiempo que puede oscilar entre 0,6 y 2 segundos (dependiendo de la intensidad de dicha corriente) para calentarlos lo suficiente (figura 24).

Figura 22

Figura 23

Una vez que los filamentos se encuentran calientes, se enva alta tensin para romper la aislacin del gas y encender la lmpara. De esta forma, los filamentos no desprenden material y el arranque se realiza suavemente. El usuario, con este tipo de sistema, tiene la libertad de encender y apagar la lmpara varias veces al da sin comprometer su vida til. Regla N 7: Es recomendable instalar balastos electrnicos con arranque por precalentamiento de ctodos. De esta forma completamos todas las etapas del balasto electrnico. Efectos de los balastos electrnicos en las personas Con la aparicin de los balastos electrnicos, se consigui mejorar algunos efectos no deseados producidos por los sistemas de iluminacin con balastos electromagnticos. Alguno de estos efectos son la fatiga visual y el efecto estroboscpico. Fatiga Visual: Para explicar de qu se trata la fatiga visual, tenemos que hacer un poco de fisiologa del ojo humano. Cuando leemos o hacemos algn tipo de actividad bajo lmparas fluorescentes, creemos que la luz llega a nuestros ojos de manera continua, como si se tratara de una lmpara incandescente. En realidad, esto no es as, dado que solo estamos creyendo que esto sucede debido al efecto integrador que tiene la retina. Podramos compararla con la persistencia que tiene un tubo de televisor (TRC) por ms que los rayos dejen de emitirse, el fsforo de la pantalla seguir encendido. Vuelva a la primera entrega del captulo y verifique que tipo de forma de onda alimenta el circuito. Por supuesto, es tensin alterna. Observe la forma de onda en la figura 25, all destacamos los puntos de mayor relevancia de la tensin.

Como ya explicamos anteriormente, la tensin de alimentacin de una red normal de 220V 50 Hz, no es continua, sino que cambia a travs del tiempo. En el punto A la tensin es de cero Volts, por lo tanto, aqu la lmpara est apagada. Apagada? Si, apagada! Le suena raro? Una lmpara incandescente tambin se alimenta con la misma forma de onda, pero la inercia trmica del filamento hace que se sigan emitiendo fotones mientras la forma de onda pasa por valores donde la tensin es cero. En el tubo fluorescente no hay un filamento que se utilice para dar luz, por lo tanto, cuando la forma de onda pasa por valores bajos, si bien la persistencia del fsforo hace que la lmpara no se llegue a apagar del todo, el nivel de luz cae.

Figura 24

Figura 25

A medida que la tensin aumenta y se acerca al punto B la lmpara enciende y se mantiene encendida hasta que la forma de onda vuelva nuevamente a valores lo suficientemente bajos y el nivel de luz vuelve a caer (punto C). Luego, el proceso se repite, pero en este caso negativamente, lo que significa que la corriente causa el mismo efecto pero circula al revs (puntos D y E). Sin entrar en detalle, podemos decir que la lmpara tiene 4 cambios en un ciclo de seal, o lo que es lo mismo, 200 cambios por segundo (figura 26).

Cmo es posible que no podamos darnos cuenta de esto, sencillo, el poder integrador de la retina hace que nuestro cerebro no reciba la informacin de estos cambios tan rpidos, sino que recibe la imagen que, aunque desaparecida, persiste en la retina como si fuese una imagen de fotografa. Sin embargo, la pupila del ojo, encargada de regular el paso de luz hacia la retina, detecta los cambios en la cada del nivel luminoso de la lmpara a medida que esta se acerca al final de su vida til. La apertura y cierre de la pupila, como consecuencia de lo que hemos explicado con anterioridad, provoca un cansancio visual que se acenta luego de trabajar algunas horas bajo luz fluorescente. Si consideramos que un balasto electrnico eleva unas 1000 veces la frecuencia de lnea, podramos hablar de 200.000 (doscientos mil) cambios por segundo de encendido / apagado en la lmpara. Velocidad imperceptible para la pupila de cualquier ser humano. Por lo tanto, el trabajo bajo luminarias alimentadas con balastos electrnicos evita la fatiga visual y todos los cambios psicolgicos que esto trae aparejado. Efecto Estroboscpico: El efecto estroboscpico est muy relacionado con lo que acabamos de explicar. Ya sabemos que la lmpara en un ciclo completo de la seal de red, se apaga dos veces y hasta no tener nuevamente la suficiente tensin, no enciende. Obviamente, esto sucede muy rpido, pero cuando la fuente luminosa se utiliza para dar luz a objetos en movimiento (a una velocidad considerable) nuestros ojos no reciben la informacin de la posicin del objeto mientras la lmpara se encuentra apagada. Tampoco podemos percatarnos de que esto est sucediendo, ya que la retina no tiene la suficiente reaccin (como hemos comentado con anterioridad) y se encarga de integrar la imagen mostrndonos informacin irreal. Lo ms sencillo para comprender este fenmeno es arribar a travs de un ejemplo. Observe el grfico de la figura 27.

Figura 26

Se muestra una rueda (como podra ser la rueda de un balancn) girando hacia la derecha e iluminada por una lmpara fluorescente en diferentes momentos de la forma de onda de red.

Figura 27

Por una cuestin de practicidad, analizaremos cuatro posiciones del giro total de 360 grados de la rueda del balancn. Las posiciones de la rueda estn divididas en A B C y D y los diferentes momentos de la forma de onda: 1 2 3 y 4. La velocidad de la ruada generalmente es sincrnica con la velocidad de la forma de onda de red (tratndose de motores alimentados con 50 HZ). Si el motor se alimenta con variadores de velocidad, est claro que se producir un desfasaje. Momento 1: la forma de onda de red tiene la tensin suficiente como para mantener la lmpara encendida, por lo tanto, la luz ilumina la rueda y se recibe informacin en el ojo de la posicin de la misma (observe el punto rojo marcado en la rueda). Momento 2: la rueda contina girando y la marca roja llega al punto B, pero ahora, la forma de onda est pasando por el punto 2 donde no tiene la suficiente tensin como para mantener encendida la lmpara. Por lo tanto, la lmpara se apaga y el ojo no recibe la informacin de la posicin del punto rojo. Momento 3: la rueda est pasando por el punto C, la forma de onda contina con un valor de tensin insuficiente (punto 3) como para que la lmpara encienda y la rueda sigue sin iluminarse. El ojo permanece sin recibir informacin. Momento 4: la rueda est pasando por el punto D, la forma de onda contina con un valor de tensin insuficiente (punto 4) como para que la lmpara encienda y la rueda sigue sin iluminarse. El ojo permanece sin recibir informacin. Momento 5: la rueda vuelve a su estado inicial, en el punto A, y la tensin de red vuelve a ser suficiente como para encender la lmpara en el punto 5. El ojo vuelve a recibir informacin de la posicin de la rueda nuevamente. Conclusin: el ojo solo recibi informacin en los puntos 1 y 5 de la forma de onda, donde la rueda se encontraba en el punto A para ambos casos. Por lo tanto la persona no percibe movimiento de la rueda cuando, en realidad, est girando a muy alta velocidad. A este efecto se lo llama efecto estroboscpico y puede representar, no solo una sensacin falsa, sino un peligro para la integridad de la persona. Imagine un lugar con mucho ruido donde usted no pueda darse cuenta si un balancn est girando o est en reposo Con la incorporacin de los balastos electrnicos, se evita el efecto estroboscpico puesto que la lmpara opera con frecuencias altsimas comparables a la frecuencia del movimiento de diversos cuerpos utilizados por las personas. Efectos del balasto electrnico en la red de alimentacin Al conectar un balasto electrnico a la red de alimentacin se generan efectos no deseados. Esto ocurre por la forma en que trabaja el balasto electrnico y el circuito del mismo debe filtrarlos. Uno de los efectos no deseados lo hemos comentado con anterioridad en este artculo: la irradiacin de alta frecuencia que proviene del oscilador hacia la red. El otro efecto, es el contenido armnico de la corriente de alimentacin, lo que significa que existe una distorsin en la corriente consumida por el balasto, problema que acarrea diversos trastornos en las instalaciones, aumentando el grado de peligrosidad y la posibilidad de accidentes. Qu es la distorsin armnica? Qudese tranquilo, no vamos a citar ninguna referencia que le complique la vida ni tampoco le vamos a dar una definicin matemticamente compleja. Como es de esperar, lo vamos a explicar de una forma muy sencilla y rpida para que usted pueda comprenderlo. Si le interesa profundizar, existen infinidad de bibliografas donde puede consultar y entretenerse un rato. El balasto electrnico no se parece en nada a una resistencia, donde usted, aplique la forma de onda que aplique, obtiene una corriente proporcional con la misma forma de onda (figura 28)

Al alimentar un balasto electrnico (Ver * luego de leer este apartado) la corriente circula de manera distorsionada respecto de la forma de onda de alimentacin (figura 29).

Ahora bien, nosotros estamos acostumbrados a operar con formas de onda senoidales, incluso los instrumentos de medicin ms comunes no son capaces de determinar un valor elctrico cuando la forma de onda est distorsionada. Para medir valores cuya forma de onda no es senoidal, deben utilizarse instrumentos de verdadero valor eficaz (true RMS) cuyos costos en el mercado son muy superiores a un instrumento convencional. Pero esa forma de onda distorsionada de la corriente, puede descomponerse en la suma de formas de onda senoidales cuyas frecuencias son mltiplos de la fundamental. Por ejemplo: si la seal fundamental es de 50Hz, los mltiplos son 100Hz, 150 Hz, 200Hz, 250Hz etc. A estas seales mltiplos se las llama armnicas. La suma de diversas armnicas nos da como resultado esa forma de onda tan distorsionada y compleja de operar. Entonces, cuando estemos en presencia de seales complejas, sepa que las puede descomponer en la suma de seales senoidales mltiplo, o sea, en la suma de sus armnicas. A medida que se colocan a la red varios balastos electrnicos, la distorsin armnica aumenta. Si esta distorsin armnica no se controla, puede llegar a distorsionar la tensin de alimentacin y all estaramos en un verdadero problema, puesto que los dispositivos conectados a una red alterna de alimentacin no estn preparados para recibir formas de onda de tensin distorsionada. El circuito del balasto electrnico debe implementar un sistema de correccin del contenido armnico de la corriente que consume de la red, consiguiendo que la misma sea lo ms parecido posible una forma de onda senoidal. (*) La forma de onda distorsionada aparece si el balasto electrnico no posee filtro de contenido armnico.

Perfecto, pero Cmo comprendo si un balasto electrnico causar un contenido armnico en la red si carezco de instrumentos de medicin tan sofisticados? El fabricante debe declarar el THD (distorsin armnica total). Se trata de un valor porcentual que se calcula teniendo en cuenta todas las armnicas de la corriente de alimentacin del balasto y nos da una idea rpida de la calidad del equipo en este aspecto:

Figura 28

Figura 29

THD menor al 10%: Calidad Excelente.

THD menor al 20%: Calidad Buena.

THD menor al 25%: Calidad Regular.

THD mayor al 25%: Calidad Inaceptable. Necesito que saber algo ms del contenido armnico de los balastos electrnicos? Hay algo ms: cuando se trata de un sistema de alimentacin trifsico, las armnicas mltiplos impares de tres (3, 9, 15, etc.) presentes en cada una de las fases y producidas tanto por balastos electrnicos de baja calidad como por cualquier otro tipo de dispositivos, se superponen perfectamente y comienzan a circular por el conductor del neutro. Esto produce un recalentamiento del conductor que recibe valores de corriente anormales y aumenta el riesgo de incendio de la instalacin. Es por ello que no debe dudar de colocar balastos con THD menor al 10% en instalaciones de tipo industrial o a gran escala. Regla N 8: Evite colocar balastos electrnicos con un THD mayor al 10% en obras industriales o de envergadura. Evite siempre colocar balastos electrnicos con un THD mayor al 20%. Recomendaciones para instalacin A la hora de instalar balastos electrnicos, debemos tener varias precauciones, dado que estamos trabajando con alta frecuencia. La alta frecuencia encuentra un camino conductor en las capacidades (efecto de capacitor) que se forman tanto entre conductores como a tierra. Es por ello que ahora vamos a explicar brevemente como minimizar esos efectos para una instalacin exitosa y sin problemas a lo largo del tiempo. Tambin existen otras cuestiones, como ser el cuidado de las protecciones del balasto electrnico, para no exponerlas demasiado y evitar que acten constantemente poniendo en riesgo su vida. Regla de Instalacin N 1: No compartir circuitos con balastos convencionales. En el momento del arranque de la lmpara el balasto electrnico realiza varios procesos, por lo tanto, est ms expuesto a factores externos que puedan ocasionar fallas. Esto no significa bajo ningn concepto que el equipo deba fallar, pero es una medida de seguridad no introducir ruidos innecesarios en esta etapa. Cuando un circuito con balastos electromagnticos enciende, ingresan ruidos a la red de alimentacin y al ambiente a travs de ondas electromagnticas, generadas por la chispa del arrancador y la fuerza contraelectromotriz de la reactancia. En el caso que usted decida migrar a una instalacin con balastos electrnicos, podra darse la situacin de que el cambio fuese gradual. En ese caso, no incluya distintos tipos de balastos en el mismo circuito. Si el circuito incluyera una mezcla de balastos electromagnticos y electrnicos, en el momento del arranque el balasto electrnico podra verse afectado por los ruidos producidos por los balastos electromagnticos y la probabilidad de falla aumentara. Siempre que intente realizar este tipo de migraciones, asegrese de que el cambio sea por circuito, esto significa: que no exista una llave que comande lmparas alimentadas con balastos electrnicos y balastos electromagnticos al mismo tiempo (figura 30).

Regla de Instalacin N 2: No utilizar ni puentear zcalos con porta arrancador. Algunas luminarias montadas con balastos convencionales utilizan zcalos con porta arrancador por una cuestin de practicidad. Como ya sabemos, los balastos electrnicos no necesitan arrancador externo, por lo tanto se deben reemplazar este tipo de zcalos por convencionales (figura 31).

Si por alguna razn se le ocurre que puede hacer un puente en el zcalo con porta arrancador para convertirlo en un zcalo comn, tenga en cuenta que est manejando alta frecuencia en los cables que llegan all. Cualquier tipo de saliente representar una antena emisora y lo que obtendr como resultado es una irradiacin de ondas electromagnticas al medio, con las consecuencias que esto trae aparejado: ruidos en radiorreceptores, televisores, etc. (Figura 32)

Regla de Instalacin N 3: Contacto del balasto con la luminaria. Los balastos electrnicos aceptables, son aquellos que poseen chasis metlico. Todos aquellos con chasis plstico tienen restricciones, como por ejemplo, no pueden ser utilizados en hospitales ni centros de salud a causa de su radiacin de alta frecuencia. La importancia de un buen contacto entre el balasto y la luminaria radica en dos cuestiones:

1) La luminaria se pone a tierra a travs del chasis del balasto electrnico cuando se conecta el conductor de proteccin a su bornera de alimentacin. Esto evita colocar un borne auxiliar extra en la luminaria para puesta a tierra.

2) Fundamentalmente porque la temperatura del balasto se disipa a travs de la luminaria.

Figura 30

Figura 31

Figura 32

No se deben colocar separadores de ningn tipo entre la luminaria y el balasto electrnico y se debe evitar siempre utilizar balastos con chasis plstico. Regla de Instalacin N 4: Posicin de montaje del balasto electrnico dentro de la luminaria. Es recomendable que el balasto se monte en una zona dentro de la luminaria donde exista menor concentracin de calor. Se debe evitar siempre el montaje en zonas prximas a los filamentos de la/s lmpara/s. Observe el montaje de la figura 33, para una luminaria con lmparas tubulares se trata de espaciar lo mximo posible el balasto de los filamentos, sin hacer que los conductores calientes (ver regla de instalacin N 6) sean excesivamente largos. Lo mismo se debe hacer cuando se trata de luminarias cuadradas para lmparas compactas (figura 34).

Regla de Instalacin N 5: El conductor de tierra es rigurosamente obligatorio. El color rojo en esta regla no es casualidad ni se le escap a nuestro impresor. Como ya hemos mencionado en captulos anteriores, la obligatoriedad de colocar el conductor de proteccin (tierra) no solo radica en una cuestin de seguridad sino que hace funcional el filtro de entrada del balasto electrnico (figura 35).

Figura 35

Figura 33

Figura 34

Regla de instalacin N 6: Respetar la indicacin de los cables ms cortos (conductores calientes). Como puede observarse en las indicaciones del cableado hacia la lmpara que figura en el marcado del balasto electrnico, existen dos pares de conductores que deben ser ms cortos que el resto, a estos se los llama conductores calientes. Es muy importante que estos conductores se mantengan lo ms corto posible, pues all est presente la alta tensin que se aplica a la lmpara en el momento del arranque (figura 36).

Regla de Instalacin N 7: Evitar el contacto excesivo de los conductores de lmpara contra la luminaria Los conductores que van hacia las lmparas manejan alta frecuencia. Es muy importante evitar largos excesivos, solo lo necesario para llegar a los extremos del zcalo. Si nos excedemos en el largo, se producen tres efectos no deseados:

1) Un efecto de inductancia, que limitar la corriente de lmpara y recalentar el conductor (recuerde que cualquier espira en alta frecuencia representa una impedancia importante).

2) Un efecto antena, que irradiar alta frecuencia al medio.

3) Una corriente de fuga a tierra por efecto capacitivo entre los conductores de lmpara y la luminaria.

Esto se debe a que la aislacin entre el conductor de lmpara y la luminaria que se encuentra puesta a tierra permite la circulacin de corriente a la frecuencia de trabajo del balasto electrnico (figura 37).

De ser posible se recomienda colocar separadores para apartar los conductores de lmpara respecto de la luminaria, reduciendo de esta forma el valor de capacidad entre conductores y artefacto. Regla de instalacin N 8: Respetar siempre el lmite de temperatura de operacin (Tc max). Los balastos electrnicos tienen un lmite de temperatura de operacin. La temperatura de trabajo depende fundamentalmente del ambiente de instalacin, la calidad de la luminaria, el material de construccin de la misma, las ventilaciones y la tensin de red entre otros factores.

Figura 36

Figura 37

El lmite de temperatura (Tc max) est establecido en grados Celsius y se mide en un determinado punto de la carcasa del balasto electrnico debidamente indicado. La temperatura medida en dicho punto debe estar por debajo de la indicada, en las condiciones normales de uso. Por encima de un determinado lmite, la destruccin del balasto puede ser instantnea. Vea la figura 38 donde se muestra el punto de medicin Tc max.

Tenga en cuenta que, por cada 10C de disminucin en la temperatura mxima indicada en el Tc max, el balasto electrnico elevar su vida til al doble. Regla de instalacin N 9: Verificar las conexiones de las borneras. Uno de los problemas tpicos a la hora de verificar una instalacin con balastos electrnicos, es la falla en la conexin de las borneras. Cuando los problemas de contacto, ya sean por cortocircuito o bien por circuito abierto, se producen en la bornera de alimentacin, son fcilmente detectables ya que, o nos quedamos sin alimentacin con lo cual el equipo no enciende, o se produce un cortocircuito con lo cual se activa la proteccin termomagntica. Pero cuando el problema se encuentra en la bornera de salida hacia la/s lmpara/s o en la conexin de los zcalos portalmparas, las fallas no son tan evidentes e incluso no suelen declararse en las primeras horas de uso del sistema de iluminacin. La figura 39 muestra algunos de los problemas de conexin tpicos y pertenecen a imgenes REALES tomadas de instalaciones reportadas con problemas.

Imagen A: si se utiliza cable bipolar, es muy importante que no quede ningn hilo fuera del alojamiento del orificio de la bornera. Aqu se ha producido un contacto con el borne contiguo dado que ha quedado conductor sin aislar fuera del orificio de la bornera. Consecuencias: transistores del oscilador averiados. Imagen B: se ha producido la rotura de la bornera de conexin por tirar del cable sin accionar la leva de desbloqueo. Consecuencias: se anula el precaldeo en uno de los filamentos, por lo tanto, la lmpara reduce su vida til en los sucesivos encendidos.

Figura 38

Figura 39

Imagen C: se produjo un contacto entre uno de los bornes de salida y la carcasa del balasto electrnico que se encuentra puesta a tierra. Consecuencias: cortocircuito y transistores de salida averiados. Imagen D: no se respeta la longitud mxima de pelado de los cables, exponiendo contactos activos con alta frecuencia. Imagen E: es el resultado potenciado del error mencionado en la imagen D, donde ya existe un cortocircuito entre bornes como consecuencia de un pelado excesivamente largo. Se recomienda utilizar cable de un solo conductor rgido de seccin 0.5 a 1.5 mm2 con longitud de pelado entre 8 a 10 mm (Figura 40).

Regla de Instalacin N 10: Evitar el cruce de los conductores de alimentacin con los conductores de salida de lmpara. Para evitar inyeccin de alta frecuencia a la red de alimentacin evite cruzar los conductores de alimentacin con los conductores de salida hacia las lmparas, los cuales poseen contenido de alta frecuencia (figura 41).

Regla de instalacin N 11: Evitar la estrangulacin de conductores. El cableado de la luminaria, tanto en su sujecin como en su salida hacia el exterior, deber cuidarse para evitar que los aislantes de los cables puedan daarse con las partes metlicas. Como consecuencia puede producirse un fallo por derivacin a tierra de los cables de salida a lmparas (figura 42).

Figura 40

Figura 41

Figura 42

Curiosidades acerca de los Balastos Electrnicos

Saba usted que

Si un balasto no tiene filtro de entrada, no cumple las normas IEC 61555, 61000-3-2 ni IEC 60929.

La alta frecuencia de precaldeo en un balasto (60Khz) es mayor que la que tiene en rgimen (40KHz).

Las prdidas en las ferritas de las bobinas de salida se disparan para frecuencias superiores a 60kHz.

Si no se alcanza la temperatura de emisin en el precaldeo es como si arrancramos la lmpara en frio.

En lmparas de alta intensidad de descarga, los balastos no pueden trabajar a frecuencias superiores a 1 kHz por generarse turbulencias en la descarga y producir ruido (resonancias acsticas).

Un ctodo encendido en caliente dura 4 veces ms que un ctodo en frio.

Los balastos con envolvente plstica no pueden ser usados en hospitales y lugares sensibles a las ondas electromagnticas.

La vida media de un balasto electrnico se calcula en base al tiempo en que el 60% de los balastos ensayados an funcionan.

Cada 10C ms de temperatura de funcionamiento se reduce la vida media a la mitad.

Si intenta encender y apagar muy rpidamente desde el interruptor, puede provocar el bloqueo del balasto electrnico por magnetizacin inversa de la bobina de salida.

Tabla de Parmetros de Calidad en Balastos Electrnicos

Malo / Inaceptable Bueno Regular

Marca Obligatoria de Seguridad

Sello de IRAM de Calidad

Factor de Potencia

THD

Precaldeo de Filamentos

Filtro de Lnea

Factor de Cresta

Proteccin Lmpara Agotada

Generacin Tecnolgica

Origen de Fabricacin

Vida til del Balasto

Con Marca Seguridad Sin Marca Seguridad

Con Sello IRAM Sin Sello IRAM Sin Sello IRAM

Con Marca Seguridad

> 0.95 > 0.85 < 0.85

< 10 % < 25 % > 25 %

Segn Norma IEC Con Precaldeo Sin Precaldeo

2 Generacin 1 Generacin Sin Filtro de Lnea

< 1.41 < 1.70 > 1.70

Con Proteccin Con Proteccin Sin Proteccin

Microprocesador Hibrido Pasivo

Reconocido Reconocido Dudoso

50.000 hs. 25.000 hs. 10.000 hs.